JP7139755B2 - 画像形成装置、画像形成方法及び画像形成プログラム - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置、画像形成方法及び画像形成プログラムに関する。

インクジェット方式の画像形成装置では、印字待機中や連続印字中の非吐出期間で発生するノズル部のインク粘度上昇を抑制するため、一般的に非吐出期間中はノズルからインクが吐出しない程度にインクのメニスカスを搖動させてノズル内のインクを攪拌することによりノズル内のインク粘度を均一化している。

これにより、粘度上昇を要因とする不吐出やサテライトやミスト（チリ）の発生といった吐出不良や、吐出速度や吐出滴量が所望の値より低下してしまい所望の位置に所望の滴量で着弾させることができなくなることによる画質低下といった問題の対策としている。

しかしながら、メニスカス付近のインクの水濃度が高い（つまり増粘していない状態の）方が、ノズルからの水分蒸発速度が速いため、上述のようにメニスカスを搖動すると、メニスカス付近のインクの水濃度が高い状態が続くので、より乾燥が促進されてしまう。つまり、蒸発する水分の総量は増え（増粘するインク量が増え）、回復のために必要な空吐出量及び処理頻度は増大してしまうという問題があった。

この問題を解決するため、非吐出期間が続いた後に吐出する際にメニスカスの搖動パルス数を非吐出期間に応じて決定し、吐出直前にだけ必要量のメニスカスの搖動を行うことで、必要以上にメニスカスの搖動を行わずにノズルからの蒸発する水分量を抑制するという技術が考えられ既に知られている。

しかし、吐出直前にだけメニスカスの搖動を行う場合、非吐出期間が長くなるとメニスカス表面の増粘が進行することでメニスカスを搖動した際のノズル内インクの攪拌効率が低下し、連続的にメニスカスの搖動を行った場合と比較して不吐出に到るまでの時間が短くなるという問題があった。

このような不吐出に到るまでの時間が短くなるという問題に対して不吐出に到る前に増粘したインクを排出する対応も考えられる。しかし、不吐出に到るまでの時間が短くなっているため、連続的にメニスカスの搖動を行った場合と比較して、排出頻度を増加させる必要がある。これにより、排出動作による生産性の低下や排出インク量の増加に繋がるという問題が発生する。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、直前にだけメニスカス搖動を行う制御方式において、増粘インクの排出頻度を増加させることなく、不吐出に到るまでの時間の短縮を抑制可能とした画像形成装置、画像形成方法及び画像形成プログラムの提供を目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数のノズルと、複数のノズルに対応して設けられた複数の圧力発生素子を有する記録ヘッドを用いた画像形成装置において、印刷動作中の複数のノズルの非吐出期間をノズル毎に検出する非吐出期間検知部と、非吐出期間検知部により検出した非吐出期間に基づき、非吐出期間に実施するメニスカス搖動制御方式を決定するメニスカス搖動制御方式決定部と、メニスカス搖動制御方式決定部で決定された方式に従って、対応する圧力発生素子を駆動することで、非吐出期間にインクを吐出しないようにメニスカスを搖動させる駆動波形出力部と、を備え、メニスカス搖動制御方式は、印刷動作中の吐出直前にメニスカスの搖動を行う制御方式、及び、印刷動作中の非吐出期間は連続的にメニスカスの搖動を行う制御方式であり、メニスカス搖動制御方式決定部は、印刷動作中の非吐出期間に対する予め設定された閾値との比較結果に基づいて、非吐出期間に実施するメニスカス搖動制御方式を決定する。

本発明によれば、直前にだけメニスカス搖動を行う制御方式において、増粘インクの排出頻度を増加させることなく、不吐出に到るまでの時間の短縮を抑制できるという効果を奏する。

図１は、実施の形態の画像形成装置を、記録媒体の垂直方向から示した図であり、概略構成を示す図である。 図２は、記録ヘッドの模式図である。 図３は、記録ヘッドを構成している液体吐出ヘッドの構成を示す断面図である。 図４は、記録ヘッドを構成している液体吐出ヘッドの他の構成を示す断面図である。 図５は、シリアル型インクジェット記録装置の構成を示す図である。 図６は、記録ヘッドのノズルを液滴吐出駆動する圧電素子を駆動するためのヘッド駆動部及びヘッド駆動に関連する信号生成部のブロック図である。 図７は、圧電素子の駆動波形及び駆動波形選択信号の生成動作を説明するためのタイミングチャートである。 図８は、「印刷動作中の吐出直前にメニスカスの搖動を行う制御方式」と「印刷動作中の非吐出期間は連続的にメニスカスの搖動を行う制御方式」の２つのメニスカス搖動制御方式について説明するための図である。 図９は、コントローラのハードウェア構成を示す図である。 図１０は、ヘッド駆動部及びヘッド駆動に関連する信号生成部において、メニスカスの搖動を吐出直前に行うのか、連続的に行うかを判断する制御のフローチャートである。 図１１は、非吐出期間に対して、何滴吐出を行えば吐出速度が定常状態に回復するかを示した特性図である。

以下、実施の形態の画像形成装置、画像形成方法及び画像形成プログラムの説明をする。

（概要）
まず、吐出直前だけメニスカスの搖動を行うと連続的にメニスカスの搖動を行った場合と比較して不吐出に到るまでの時間が短くなる理由を説明する。

吐出直前にだけメニスカスの搖動を行う技術は、非吐出期間にメニスカスの搖動を行わずに大気に触れるメニスカス表面のインク粘度を上昇させ、それをノズルの蓋の役割を果たさせてノズルからの水分蒸発を抑制する。そして、吐出前にだけメニスカスを搖動させることで吐出直前に蓋を破壊し、水分蒸発の少ない（粘度上昇が少ない）インクで吐出を行う。

このため、非吐出期間が長くなりすぎるとメニスカス表面のインク粘度が上昇しすぎて、メニスカス搖動を入れても蓋が破壊困難となる。

一方で、連続的にメニスカスの搖動を行うと、ノズル内のインクを攪拌することにより、ノズル内のインク粘度を均一化するため、不吐出に到るインク粘度に到達するまでの時間を、吐出直前だけメニスカスの搖動を行った場合よりも長くすることができる。しかし、均一化によりノズル内全体のインクも徐々に増粘するため、増粘するインク量は吐出直前にだけメニスカスの搖動を行った場合よりも多くなり、増粘インクとして排出する量は多くなるというデメリットがある。

実施の形態の画像形成装置は、印字動作中の非吐出期間によって吐出直前にだけメニスカスの搖動を行うか、連続的にメニスカスの搖動を行うかを判断し（使い分け）、吐出直前にメニスカスの搖動を行っただけでは不吐出が発生する非吐出期間の場合には、連像的にメニスカスの搖動を行うようにした例である。

（画像形成装置がライン走査型インクジェット記録装置である場合の概略構成）
図１は、実施の形態の画像形成装置を、記録媒体１の垂直方向から示した図であり、概略構成を示す図である。実施の形態の画像形成装置は、ライン走査型インクジェット記録装置である。記録媒体１は、例えば用紙である。この他、ロール紙（連続用紙）又はカット紙でもよいし、形状も問わない。また、用紙以外の様々な媒体であってもよい。記録媒体１は所定の方向に搬送されている（図１の矢印方向）。

この記録媒体１の記録面に、所定の距離を保って対向するように記録部２が設けられている。記録部２は、キープレート（Ｋ、ブラックでもよい）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の各インクに対応して設けられた複数の記録部２Ｋ、２Ｃ、２Ｍ、２Ｙを有する。

記録部２が用紙搬送速度に同期してインク滴吐出を行うことで、記録媒体１上にカラー画像が形成される。なお、画像形成装置には、記録媒体１が所定の速度で、また記録部２に対して所定の位置で通過するように搬送制御する機構が備えられている。これらの搬送機構の図示及び説明は省略する。

記録部２Ｋ、２Ｃ、２Ｍ、２Ｙは、それぞれ複数の記録ヘッド３が搬送方向の直交方向に一列に、又は、図１に示すように千鳥状に配列して構成されている。このように記録ヘッド３をアレイ化することにより、広域な印刷領域幅を確保できる。

（記録ヘッドの構成）
図２は、記録ヘッド３の模式図である。この図２に示すように、記録ヘッド３は、複数のノズル１０４が搬送方向と直交する方向（以下、ノズル列方向と呼ぶ）に、所定のピッチｐで配列されている。図２の例の記録ヘッド３の場合、このノズル列が２列分設けられている。各ノズルは、ノズル列方向にそれぞれ略１／２・ｐずれて配列されており、ノズル列方向に高解像に記録可能となっている。

（液体吐出ヘッドの構成）
図３及び図４は、記録ヘッド３を構成している液体吐出ヘッドの構成を示す断面図である。具体的には、図３及び図４は、記録ヘッド３の液室長手方向（ノズル列方向と直交する方向）に沿う断面図である。この図３及び図４において、記録ヘッド３は、流路板１０１と、振動板部材１０２と、ノズル板１０３とを接合して形成された、液滴を吐出するノズル１０４が貫通孔１０５を介して通じる個別液室１０６（加圧室、加圧液室、圧力室、個別流路、圧力発生室などと称される。以下、単に「液室」という）を有している。また、記録ヘッド３は、液室１０６に液体を供給する流体抵抗部１０７及び液体導入部１０８を有する。このような記録ヘッド３は、フレーム部材１１７に形成された共通液室１１０から、振動板部材１０２に形成されたフィルタ１０９を介して液体（インク）が液体導入部１０８に導入され、液体導入部１０８から流体抵抗部１０７を介して液室１０６にインクが供給される。

流路板１０１は、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）などの金属板を積層して、貫通孔１０５、液室１０６、流体抵抗部１０７、液体導入部１０８などの開口部又は溝部をそれぞれ形成している。

振動板部材１０２は、各液室１０６、流体抵抗部１０７、液体導入部１０８などの壁面を形成する壁面部材であるとともに、フィルタ部１０９を形成する部材である。なお、流路板１０１は、ＳＵＳなどの金属板に限らず、シリコン基板を異方性エッチングして形成ものを用いてもよい。振動板部材１０２の液室１０６と反対側の面には、液室１０６のインクを加圧してノズル１０４から液滴を吐出させるエネルギーを発生する駆動素子（アクチュエータ部、圧力発生部）としての柱状の電気機械変換素子である積層型圧電素子１１２が接合されている。

圧電素子１１２の一端部は、ベース部材１１３に接合されている。また、圧電素子１１２には、駆動波形を伝達するＦＰＣ基板（フレキシブルプリント基板）１１５が接続されている。これらによって、圧電アクチュエータ１１１が構成されている。なお、この例では、圧電素子１１２は、積層方向に伸縮させるｄ３３モードで使用しているが、積層方向と直交する方向に伸縮させるｄ３１モードで使用してもよい。

このように構成した液体吐出ヘッドにおいては、圧電素子１１２に加える電圧を基準電位Ｖｅから下げることによって、例えば図３に示すように圧電素子１１２が収縮し、振動板部材１０２が変形して液室１０６の容積が膨張することで、液室１０６内にインクが流入する。この後、圧電素子１１２に加える電圧を上げることで、図４に示すように圧電素子１１２を積層方向に伸長させ、振動板部材１０２をノズル１０４方向に変形させて液室１０６の容積を収縮させる。これにより、液室１０６内のインクが加圧され、ノズル１０４から液滴３０１が吐出される。

圧電素子１１２に加える電圧を、基準電位Ｖｅに戻すと、振動板部材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。これにより、共通液室１１０から液室１０６内にインクが充填される。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。

ところで、ノズル１０４から吐出された液滴３０１は、一定距離Ｌで保たれた記録媒体１に飛翔時間Ｔｊ後に着弾する。このときの液滴３０１の吐出速度をＶｊとすると、Ｔｊ＝Ｌ／Ｖｊである。この吐出速度Ｖｊは、ノズル１０４付近のインク増粘により変動することがあり、飛翔時間Ｔｊが異なり、記録媒体１は一定速度で搬送されているため、搬送方向の着弾位置にばらつきが生じる。また、吐出される適量にもばらつきが生じる。

（画像形成装置がシリアル型インクジェット記録装置である場合の概略構成）
実施の形態の画像形成装置がシリアル型インクジェット記録装置である場合、その構成は、図５に示すようになる。すなわち、図５において、画像形成装置は、装置本体の左右の側板に横架したガイド部材である主従のガイドロッド１１、１２でキャリッジ１３を記録媒体１の搬送方向の直交方向（主走査方向）に摺動自在に保持する。また、画像形成装置は、図示しない主走査モータによってタイミングベルトを介して、図５に矢印で示すキャリッジ走査方向にキャリッジ１３を移動走査する。

キャリッジ１３には、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、キープレート（Ｋ：ブラックでもよい）の各色のインク滴を吐出するための記録ヘッド１４（１４ａ、１４ｂ）が、ノズル列が主走査方向と直交するように配列されている。キャリッジ１３は、インク滴吐出方向を下方に向けて装着されている。

記録ヘッド１４は、それぞれ２つのノズル列を有し、記録ヘッド１４ａの一方のノズル列はキープレート（Ｋ：ブラックでもよい）の液滴を、他方のノズル列はシアン（Ｃ）の液滴を、記録ヘッド１４ｂの一方のノズル列はマゼンタ（Ｍ）の液滴を、他方のノズル列はイエロー（Ｙ）の液滴を、それぞれ吐出する。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、停止している記録媒体１にインク滴を吐出して１走査分を記録し、記録媒体１を所定量搬送後、次の行の記録を行う。

また、キャリッジ１３の走査方向の右側の記録媒体１と重ならない領域に、記録ヘッド１４の維持回復機構１５が設けられる。印刷待機時などにはキャリッジ１３は、この位置まで移動し、記録ヘッド１４のノズル面やノズルの汚れを除去する維持回復動作が行われる。また上述した印刷動作中の空吐出の際にもこの位置に移動させ、増粘したインクを吐出させる。なお、シリアル型インクジェット記録装置の場合も、記録ヘッド１４を構成する液体吐出ヘッドの構成は、図３及び図４に示した構成となる。

（ヘッド駆動部の構成）
図６は、記録ヘッド３又は記録ヘッド１４に設けられたＮ個のノズルから液滴吐出のために駆動するＮ個の圧電素子１１２－１～Ｎをそれぞれ駆動するためのヘッド駆動部３１及びヘッド駆動に関連する信号生成部のブロック図である。このヘッド駆動部３１で、記録ヘッド３又は記録ヘッド１４の１ノズル列分の圧電素子を駆動する。例えば、図１に示した実施形態の画像形成装置であれば、それぞれの記録ヘッド毎、それぞれのノズル列毎にヘッド駆動部３１が備えられる。

圧電素子１１２は、駆動波形を伝達するＦＰＣ基板１１５を介して、一方の電極は他の圧電素子とともに共通電位（例えばグランド）に接続され、他方の電極はそれぞれヘッド駆動部３１に接続される。

ヘッド駆動部３１は、１つ又は複数の集積回路で構成され、そのうち少なくとも圧電素子に接続する部分はＦＰＣ基板１１５に設置されている。

印字信号制御部３３は、印刷する画像データをそれぞれの記録ヘッド、ノズル列に対応する画像データに分離して、ヘッド駆動部３１に転送する。また、印字の基準となるライン同期信号ＬＳの生成を行う。１つのヘッド駆動部３１が駆動するＮ個のノズルからは、このライン同期信号ＬＳに同期して吐出し、記録媒体１上で１列のドット列を形成する（以下、適宜ラインと呼ぶ）。

ライン同期信号ＬＳの周期Ｔは、ノズル列方向と垂直を成す方向の記録媒体の相対速度（すなわち図１の形態であれば記録媒体１の搬送速度であり、図５の形態であれば印字時におけるキャリッジ１３の走査速度）とその方向の印字解像度（ラインの解像度）により決まる。つまり周期Ｔで１画素のドットが形成される。ライン同期信号ＬＳは駆動波形生成部３２に供給され、駆動波形生成の開始基準として用いられる。またヘッド駆動部３１へ画像データを転送する際の、ライン同期信号としても用いられる。

なお、ライン同期信号ＬＳは、各々対応するヘッド駆動部ごと生成し、各々のノズル列から形成されるドット位置が揃うようにそれぞれタイミングが調整されるとより好ましい。

また、印字信号制御部３３からヘッド駆動部３１への画像データの転送は、１ライン周期内に印字するＮ個のノズルの印字データを、ライン同期信号ＬＳを転送開始基準に、転送クロックＳＣＫを基準とし、シリアルに転送される。

駆動波形生成部３２は、圧電素子１１２を駆動するための駆動波形Ｖｐを生成する。駆動波形生成部３２は、ライン同期信号ＬＳを基準に駆動波形Ｖｐの生成を開始する。圧電素子１１２にそれぞれ対応してヘッド駆動部３１に設けられた複数の駆動波形選択出力部３７（搖動波形出力部の一例）において、この駆動波形の時分割された一部あるいは全部が、選択されて各圧電素子に印加される。この駆動波形の詳細例は後述する。

コントローラ３４は、未図示である外部装置（例えばホストコンピュータ）と接続され、印刷要求とその印刷画像を受け取る。印刷要求に基づき印刷画像を印字信号制御部３３に供給する。また、駆動波形生成部３２で生成する駆動波形情報を設定する機能や、ヘッド駆動部３１を制御するための情報を設定する機能を持つ。

なお、ヘッド駆動部３１は、記録ヘッド３と一体に設けることができる。一体に設けることにより、本実施形態の記録ヘッドユニットが構成される。

以下、ヘッド駆動部３１の詳細構成を説明する。印字信号制御部３３から記録ヘッド３の１ライン分のデータに相当するＮ個の印字データが、転送クロックＳＣＫに同期してシリアルに入力される。シリアルに入力されるＮ個の印字データは、シフトレジスタ３５に順次保持される。記録ヘッド３のノズルからは、例えば大滴、中滴、小滴、吐出なしの４値の大きさの異なるドットに対応するインク滴を吐出するものとすると、１個の印字データは２ビットのデータである。本実施形態では、印字データは大滴＝３、中滴＝２、小滴＝１、吐出なし＝０を表すものとする。

ラッチ３６は、一旦シフトレジスタ３５に保持されたＮ個の印字データを、ライン同期信号ＬＳの入力により保持するＮ個のラッチである。ラッチ３６は、１つあたり２ビットのデータ（Ｄ１～ＤＮ）を保持し、それぞれ対応する搖動指示部３８へ供給する。

搖動指示部３８は、駆動する圧電素子１１２のそれぞれに対応してＮ個備えられ、バッファ４１、変換部４２、搖動制御方式決定部４３、非吐出期間検出部４４とから構成される。バッファ４１は、例えばＮｂ段のシフトレジスタなどで構成されたＦＩＦＯ（First In First Out）型のバッファである。バッファ４１には、複数ラインＮｂ分の印字データが格納され、ライン同期信号ＬＳが入力されるたびに、ラッチ３６の出力である印字データＤｎ（ｎはノズル番号で、１～Ｎ）が入力され、格納された最古の印字データが出力される。

非吐出期間検出部４４は、印字データＤｎがどれだけの期間（ライン数）非吐出（吐出なし）が続くかを検出する。メニスカス搖動制御方式決定部４３は、非吐出期間検出部４４が検出した非吐出期間と予め決められた閾値Ｘに応じて、その非吐出期間に続く吐出までのメニスカス搖動制御方式を決定し変換部４２へ出力する。

変換部４２は、搖動制御方式決定部４３から出力されたメニスカス搖動制御方式の信号がＳｈｋＭ１（「印刷動作中の非吐出期間は連続的にメニスカスの搖動を行う制御方式」）であり、次の吐出が行われるまでバッファ４１から入力される印字データが吐出なしであった場合、メニスカス搖動を示すデータに変換して出力する。

また、変換部４２は、搖動制御方式決定部４３から出力されたメニスカス搖動制御方式の信号がＳｈｋＭ２（「印刷動作中の吐出直前にメニスカスの搖動を行う制御方式」）であった場合は、ＳｈｋＭ２と共にメニスカス搖動パルス数Ｎｓｈｋが通知され、バッファ４１の最終段からＮｓｈｋ＋１段手前の出力を監視し、その出力が吐出を示す印字データとなった時に、メニスカス搖動を示すデータに変換して出力する。

このようにして、搖動指示部３８は、対応するノズルの非吐出期間に応じて、吐出直前に所定回数のメニスカス搖動を行うよう印字データを変換し、対応する駆動波形選択出力部３７に供給する。

駆動波形選択信号生成部３９は、ライン同期信号ＬＳを生成開始基準として駆動波形Ｖｐと同期して、駆動波形Ｖｐのうちどの部分を選択して圧電素子１１２に供給するかを示す駆動波形選択信号を生成する。駆動波形選択信号生成部３９は、例えば大滴（Ｍ３）、中滴（Ｍ２）、小滴（Ｍ１）、吐出なし（Ｍ０）、メニスカス搖動（Ｍ４）用の駆動波形選択信号をそれぞれ生成する。

駆動波形選択出力部３７は、駆動する圧電素子１１２のそれぞれに対応してＮ個設けられる。駆動波形選択出力部３７は、搖動指示部３８から供給される画像データに従って駆動波形選択信号Ｍ０～４のうちの１つを選択する選択部４６と、選択された駆動波形選択信号に従って駆動波形Ｖｐのオンオフ切替をするスイッチ４５とを有する。圧電素子１１２には、画像データに応じた駆動波形が部分的に選択されて出力される。

ヘッド制御部４０は、ヘッド駆動部３１全体の制御を行う。また、ヘッド制御部４０は、コントローラ３４との間で通信を行う機能を有し、各ブロックへ情報の設定や更新を行う。

（駆動波形及び駆動波形選択信号の生成動作）
図７（ａ）及び図７（ｂ）、図７（ｃ－０）～図７（ｃ－４）は、駆動波形Ｖｐ及び駆動波形選択信号Ｍ０～Ｍ４の生成動作を説明するためのタイミングチャートである。これらの信号は、図７（ａ）に示すライン同期信号ＬＳに同期して生成が開始される。図７（ｂ）に示す駆動波形信号Ｖｐは、圧電素子１１２に印加される電圧波形であり、１周期Ｔ内に例えば図示するような波形で生成される。図７（ｂ）に示す「Ｖｅ」は、基準電位である。図７（ｃ－０）～図７（ｃ－４）は、駆動波形Ｖｐをオンオフスイッチするための駆動波形選択信号である。この駆動波形選択信号が「Ｈ」の期間は、スイッチがオンされ圧電素子に駆動波形が印加される。また、駆動波形選択信号が「Ｌ」の期間はスイッチがオフとなり、その直前の電位がホールドされる。駆動波形Ｖｐのどの部分を選択出力するかによって印加される波形が変わり、そのノズルからは、吐出あり／なし、吐出されるインク適量が変わる。

図７（ｃ－０）の駆動波形選択信号Ｍ０は、吐出なしの場合に対応する駆動波形選択信号である。電位Ｖｅに保たれたままとなる。長期間スイッチ４５がオフとなり、圧電素子１１２に信号が印加されない状態が続くと、自然放電により電位が下がってくるので、電位Ｖｅの期間は印加するよう「Ｈ」となっている。

図７（ｃ－１）の駆動波形選択信号Ｍ１は、小滴吐出に対応する信号である。図７（ｂ）の「ｉｖ」の期間に示す印加が行われる。図７（ｃ－２）の駆動波形選択信号Ｍ２は、中滴吐出に対応する信号である。図７（ｂ）の「ｉｉ」及び「ｉｖ」の期間に示す印加が行われる。

図７（ｃ－３）の駆動波形選択信号Ｍ３は、大滴吐出に対応する信号である。図７（ｂ）の「ｉｉ」、「ｉｉｉ」、「ｉｖ」の期間に示す印加が行われる。このように印字周期Ｔ内に複数のパルス列からなる駆動波形を用いて滴速度を変えながらインク滴を連続吐出させ、飛翔中に１つの液滴として合体するようにして大滴を形成する。

図７（ｃ－４）の駆動波形選択信号Ｍ４は、メニスカス搖動に対応する信号である。図７（ｂ）の「ｉ」の期間に示す印加が行われる。「ｉ」の期間のパルスの振幅は、ノズルから吐出しない程度になっており、吐出せずにメニスカスが搖動する。

選択部４６は、駆動波形選択信号Ｍ０～Ｍ４のうちの１つを、吐出あり／なし、吐出されるインク適量を示す画像データに従って選択してスイッチ４５のオンオフ制御を行う。

（メニスカス搖動制御）
図８は、「印刷動作中の吐出直前にメニスカスの搖動を行う制御方式」と「印刷動作中の非吐出期間は連続的にメニスカスの搖動を行う制御方式」の２つのメニスカス搖動制御方式について説明するための図である。

この図８において、ノズルＮの吐出信号及び空吐出信号に挟まれる非吐出期間ＴＮＰ１は、閾値Ｘよりも大きいため、次の吐出までの期間は連続的にメニスカスの揺動を行う「印刷動作中の非吐出期間は連続的にメニスカスの搖動を行う制御方式」が適用される。揺動期間中は、任意の駆動周期で揺動信号が入力され続け、メニスカス揺動が連続的に行われる。

前述の揺動を行う任意の駆動周期は、印刷条件に含まれる印字モードの解像度と線速（ノズル列方向と垂直を成す方向の記録媒体の相対速度、すなわち図１の形態であれば記録媒体１の搬送速度であり、図５の形態であれば印字時におけるキャリッジ１３の走査速度）で決まる印刷時の最小の吐出周期と同一でも良い。または、ノズルＮ＋１のように揺動の周期だけ印刷時の最小の吐出周期と別に設定してもよい。

揺動周期が短すぎるとノズル内のインクを攪拌が過多となり、ノズル内の平均的なインク粘度が短時間で上昇して吐出異常が発生するおそれがある。逆に、揺動周期が長すぎると、メニスカス付近のインクの粘度が上昇しすぎてしまい、インクの攪拌効率が低下、又は攪拌困難となる。このため、揺動周期はバランスをとって設定することが好ましい。

ノズルＮ＋２の非吐出期間ＴＮＰ３及びＴＮＰ４は、閾値Ｘよりも小さいため、次の吐出直前にメニスカスの揺動を行う「印刷動作中の吐出直前にメニスカスの搖動を行う制御方式」が適用される。メニスカスの揺動は、次吐出の直前に一定の駆動周期で行われる。

非吐出期間に応じてノズル内のインク粘度が異なることから、メニスカスの最適な揺動回数は、非吐出期間により異なる。このため、吐出直前にメニスカス搖動を行う回数は、非吐出期間に応じて決定することが好ましい。

（コントローラのハードウェア構成）
図９は、コントローラ３４のハードウェア構成を示す図である。この図９に示すように、コントローラ３４は、実施の形態の画像形成装置全体の制御を司る処理装置（ＣＰＵ）８０、及び、情報や制御プログラムなどが格納されるＲＯＭ８１を有する。後述するメニスカス揺動制御方式を決定制御するための画像形成プログラムは、一例ではあるが、このＲＯＭ８１に記憶されている。また、コントローラ３４は、ワーキングメモリなどに使用するＲＡＭ８２（プログラム用と画像処理用は分離しても良い）、装置固有の情報又は更新可能な情報を格納する不揮発性メモリ８３を有する。

また、コントローラ３４は、外部装置（ホストコンピュータなど）との情報のやり取りを仲介するインターフェース部８４と、装置内の各部との情報のやり取りを行うＩＯインターフェース（ＩＯ Ｉ／Ｆ）８５とを有する。ＣＰＵ８０～ＩＯ Ｉ／Ｆ８５は、メモリバス８６を介して相互に接続されている。メモリバスは、複数のバスに分離されていても良い。

ＩＯインターフェース８５には、図６に示したヘッド駆動部３１、駆動波形生成部３２、印字信号制御部３３の他に、図示しない操作パネルなどの入出力装置、各種センサなどが接続される。各種センサには、キャリッジのホームポジションセンサ、紙位置検出センサ、機内や周辺環境（温度や湿度など）を検出するセンサ（環境検知部）などがある。

また、メニスカス揺動制御方式を決定するための閾値Ｘは、ＲＯＭ８１に格納されており、メニスカス揺動制御方式を決定する際には、機内又は周辺環境（温度や湿度など）を検出したセンサ情報に応じて最適な閾値ＸがＲＯＭ８１から読み出される。

このように閾値Ｘは、印刷動作中の吐出直前にだけメニスカス搖動を行う制御方式で不吐出に到る非吐出期間を基に決定しているが、この不吐出に到る非吐出期間は、周囲環境が変わると異なるので、予め吐出実験などにより求めておき、周囲環境に応じて更新することが好ましい。

（メニスカスの搖動選択制御）
図１０は、図６のヘッド駆動部３１及びヘッド駆動に関連する信号生成部において、メニスカスの搖動を吐出直前に行うのか、連続的に行うかを判断する制御のフローチャートである。このフローチャートの各制御は、ＲＯＭ８１等の記憶部に記憶されている画像形成プログラムに基づいて実行される。また、この制御は、記録ヘッド３に備えられたノズル毎に行われる。

図１０のフローチャートにおいて、画像データが入力されると（ステップＳ１）、入力された画像データを印字データ（大滴、中滴、小滴、吐出なし）に変換する（ステップＳ２）。非吐出期間検出部４４は、印字データの中から「吐出なし」の箇所を検出し、吐出なしのデータが連続する回数から非吐出期間を検出する（ステップＳ３）。算出の際には、印刷画像データに含まれる印刷解像度、線速（ノズル列方向と垂直を成す方向の記録媒体の相対速度。すなわち図１の形態であれば記録媒体１の搬送速度であり、図５の形態であれば印字時におけるキャリッジ１３の走査速度）、紙間の情報を用いる。

メニスカス揺動制御方式４３では、非吐出期間検出部４４で算出した非吐出期間と閾値Ｘに応じて、メニスカスの搖動を吐出直前に行うのか、連続的に行うかを決定する（ステップＳ４）。この時の閾値Ｘは使用環境によってそれぞれ最適な値を備えていることが望ましい。

「非吐出期間ｔ≧閾値Ｘ」の場合（ステップＳ５）は、メニスカス揺動制御方式を「印刷動作中の非吐出期間は連続的にメニスカスの搖動を行う制御方式」に決定し、信号「ＳｈｋＭ１」を変換部４２に通知する。「非吐出期間ｔ＜閾値Ｘ」の場合（ステップＳ６）は、メニスカス揺動制御方式を「印刷動作中の吐出直前にメニスカスの搖動を行う制御方式」に決定し、信号「ＳｈｋＭ２」を変換部４２に通知する。

変換部４２は、通知された信号に従って、バッファ４１から入力される印字データを変換して駆動波形選択出力部３７へ出力する。その後は駆動波形選択出力部３７へ入力されたデータに従って駆動波形が選択されて圧電素子１１２へ出力される（ステップＳ７）。

非吐出期間検出部４４が未検出の印字データの中に「吐出なし」となる印字データは残っているかを確認する（ステップＳ８）。「吐出なし」となる印字データが残っていれば、ステップＳ３からの処理を繰り返し実行する。「吐出なし」となる印字データが残っていなければ、図１０のフローチャートの処理を終了（完了）する。

（非吐出期間と回復までの滴数との関係）
図１１は、非吐出期間（横軸）に対して何滴吐出を行えば吐出速度が定常状態に回復するか（縦軸）を示した特性図である。閾値Ｘは、温度２３度、相対湿度５０％である。この図１１の特性図は、非吐出期間において、メニスカスの搖動を行わず回復吐出の１滴目の直前にだけメニスカスの搖動（２４ｋＨｚで６０００回）を行った場合と、非吐出期間は常に連続的にメニスカスの搖動（２４ｋＨｚ）を行った場合の２条件を示している。

この図１１の特性図からわかるように、直前だけ搖動させた場合は、連続的に搖動させた場合と比べて回復するまでの排出滴数は少なくなるが不吐出に到るまでの時間が短くなることが分かる。この結果から、吐出直前だけメニスカスを搖動させた場合は非吐出期間が７５ｓ付近になると不吐出が発生することが分かることから、閾値Ｘはバラツキを加味して５０ｓに設定した。

（実施の形態の効果）
以上の説明から明らかなように、実施の形態の画像形成装置は、閾値Ｘの設定を使用環境温湿度毎に予め設定することで、印字動作中の非吐出期間によって吐出直前にだけメニスカスの搖動を行うか、又は、連続的にメニスカスの搖動を行うかを判断でき、直前にだけメニスカス搖動を行う制御の副作用となっていた「不吐出に到るまでの時間の短縮」を抑制することができる。

また、メニスカス搖動制御方式は、「印刷動作中の吐出直前にメニスカスの搖動を行う制御方式」及び「印刷動作中の非吐出期間は連続的にメニスカスの搖動を行う制御方式」である。非吐出期間に基づき２つのメニスカス搖動制御方式を使い分けることで、印刷動作中の吐出直前にメニスカス搖動を行う制御方式だけを用いる場合に技術課題となる「増粘インクの排出頻度の増加」と「不吐出に到るまでの時間の短縮」を抑制することができる。

また、メニスカス搖動制御方式の決定を印刷動作中の非吐出期間と予め設定された閾値によって決定することで、「印刷動作中の吐出直前にメニスカスの搖動を行う制御方式」で不吐出が発生しない最適なタイミングで制御方式の切り替えを行うことができる。

また、インクの粘度は、画像形成装置内の環境または周辺環境によって変化し、それによって、印刷動作中の吐出直前にだけメニスカス搖動を行う制御方式での不吐出に到る非吐出期間が変化する。このため、「印刷動作中の吐出直前にだけメニスカスの搖動を行う方式」か「印刷動作中の非吐出期間は連続的にメニスカスの搖動を行う方式」かを決定するための閾値を、使用環境によって変更する。これにより、環境に拠らずに非吐出期間でのインク増粘が要因となって発生する不吐出を抑制することができる。

また、インクの粘度は、装置内環境または周辺環境の「温度」「相対湿度または絶対湿度」「気圧」によって変化し、それによって、印刷動作中の吐出直前にだけメニスカス搖動を行う制御方式での不吐出に到る非吐出期間が変化する。このため、「印刷動作中の吐出直前にだけメニスカスの搖動を行う方式」又は「印刷動作中の非吐出期間は連続的にメニスカスの搖動を行う方式」を決定するための閾値を、「温度」「相対湿度または絶対湿度」「気圧」によって変更することで、環境に拠らずに非吐出期間でのインク増粘が要因となって発生する不吐出を抑制することができる。

また、揺動周期が短すぎるとノズル内のインクを攪拌が過多となり、ノズル内の平均的なインク粘度が短時間で上昇し吐出異常に繋がる。逆に揺動周期が長すぎると空気と接するメニスカス付近のインク粘度が上昇しすぎてしまい、インクの攪拌効率の低下する、もしくは攪拌できなくなってしまう。このため、メニスカス揺動周期を、印刷時の駆動周期とは別に設定している。これにより、揺動周期は攪拌の過不足がなくなるようにバランスをとって周期に設定することができ、攪拌の過不足による不具合の発生を抑制することができる。

最後に、上述の実施の形態は、一例として提示したものであり、本発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことも可能である。また、実施の形態及び実施の形態の変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ 記録媒体
２ 記録部
３ 記録ヘッド
１１ ガイドロッド
１２ ガイドロッド
１３ キャリッジ
１４ 記録ヘッド
１５ 維持回復機構
３１ ヘッド駆動部
３２ 駆動波形生成部
３３ 印字信号制御部
３４ コントローラ
３５ シフトレジスタ
３６ ラッチ
３７ 駆動波形選択出力部
３８ 搖動指示部
３９ 駆動波形選択信号生成部
４０ ヘッド制御部
４１ バッファ
４２ 変換部
４３ メニスカス搖動制御方式決定部
４４ 非吐出期間検出部
４５ スイッチ
４６ 選択部
１０１ 流路板
１０２ 振動板部材
１０３ ノズル板
１０４ ノズル
１０５ 貫通孔
１０６ 個別液室
１０７ 流体抵抗部
１０８ 液体導入部
１０９ フィルタ部
１１０ 共通液室
１１１ 圧電アクチュエータ
１１２ 圧電素子
１１３ ベース部材
１１５ ＦＰＣ基板（フレキシブルプリント基板）
１１７ フレーム部材

特開２００５－０２２４１３号公報

Claims (6)

1. 複数のノズルと、前記複数のノズルに対応して設けられた複数の圧力発生素子を有する記録ヘッドを用いた画像形成装置において、
   印刷動作中の前記複数のノズルの非吐出期間をノズル毎に検出する非吐出期間検知部と、
   前記非吐出期間検知部により検出した非吐出期間に基づき、非吐出期間に実施するメニスカス搖動制御方式を決定するメニスカス搖動制御方式決定部と、
   前記メニスカス搖動制御方式決定部で決定された方式に従って、対応する前記圧力発生素子を駆動することで、前記非吐出期間にインクを吐出しないようにメニスカスを搖動させる駆動波形出力部と、
   を備え、
   前記メニスカス搖動制御方式は、印刷動作中の吐出直前にメニスカスの搖動を行う制御方式、及び、印刷動作中の非吐出期間は連続的にメニスカスの搖動を行う制御方式であり、
   前記メニスカス搖動制御方式決定部は、印刷動作中の非吐出期間に対する予め設定された閾値との比較結果に基づいて、前記非吐出期間に実施するメニスカス搖動制御方式を決定すること
   を特徴とする画像形成装置。
2. 画像形成装置内の環境、及び、画像形成装置の周辺環境のうち、少なくとも一つを検知して環境情報を生成する環境検知部を、さらに備え、
   前記メニスカス搖動制御方式決定部は、前記環境検知部により検知された環境情報に基づいて変更される前記閾値、及び、印刷動作中の前記非吐出期間に基づいて、前記非吐出期間に実施するメニスカス搖動制御方式を決定すること
   を特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記環境検知部は、温度、相対湿度、絶対湿度、又は、気圧のうち、の少なくとも一つを、前記環境情報として検知すること
   を特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記メニスカスの搖動を行う際のメニスカス揺動周期は、印刷時の駆動周期とは異なる周期であること
   を特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
5. 複数のノズルと、前記複数のノズルに対応して設けられた複数の圧力発生素子を有する記録ヘッドを用いた画像形成装置における画像形成方法であって、
   非吐出期間検知部が、印刷動作中の前記複数のノズルの非吐出期間をノズル毎に検出する非吐出期間検知ステップと、
   メニスカス搖動制御方式決定部が、前記非吐出期間検知部により検出した非吐出期間に基づき、非吐出期間に実施するメニスカス搖動制御方式を決定するメニスカス搖動制御方式決定ステップと、
   駆動波形出力部が、前記メニスカス搖動制御方式決定部で決定された方式に従って、対応する前記圧力発生素子を駆動することで、前記非吐出期間にインクを吐出しないようにメニスカスを搖動させる駆動波形出力ステップと、
   を備え、
   前記メニスカス搖動制御方式は、印刷動作中の吐出直前にメニスカスの搖動を行う制御方式、及び、印刷動作中の非吐出期間は連続的にメニスカスの搖動を行う制御方式であり、
   前記メニスカス搖動制御方式決定ステップでは、印刷動作中の非吐出期間に対する予め設定された閾値との比較結果に基づいて、前記非吐出期間に実施するメニスカス搖動制御方式を決定すること
   を特徴とする画像形成方法。
6. 複数のノズルと、前記複数のノズルに対応して設けられた複数の圧力発生素子を有する記録ヘッドを用いた画像形成装置のコンピュータで用いられる画像形成プログラムであって、
   前記コンピュータを、
   印刷動作中の前記複数のノズルの非吐出期間をノズル毎に検出する非吐出期間検知部と、
   前記非吐出期間検知部により検出した非吐出期間に基づき、非吐出期間に実施するメニスカス搖動制御方式を決定するメニスカス搖動制御方式決定部と、
   前記メニスカス搖動制御方式決定部で決定された方式に従って、対応する前記圧力発生素子を駆動することで、前記非吐出期間にインクを吐出しないようにメニスカスを搖動させる駆動波形出力部として機能させ、
   前記メニスカス搖動制御方式は、印刷動作中の吐出直前にメニスカスの搖動を行う制御方式、及び、印刷動作中の非吐出期間は連続的にメニスカスの搖動を行う制御方式であり、
   前記メニスカス搖動制御方式決定部は、印刷動作中の非吐出期間に対する予め設定された閾値との比較結果に基づいて、前記非吐出期間に実施するメニスカス搖動制御方式を決定すること
   を特徴とする画像形成プログラム。

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