JP2009126031A - インクジェット方式画像形成装置のインク吐出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】隣接するノズル同士が同時に吐出する印刷密度が高い状況下で発生しやすいメニスカスの位置の変動による画像不良を防ぐことのできるインク吐出方法およびインクジェット方式画像形成装置の提供。
【解決手段】インクのメニスカスが形成されたノズルのインク吐出口から記録媒体にインクを吐出して画像を形成するインクジェット方式画像形成装置において、ノズル内におけるインクのメニスカスの位置を画像データに基づいて変更する。
【選択図】図１２

Description

本発明は、インクジェット方式画像形成装置のインク吐出口から記録媒体にインク滴を吐出するインク吐出方法に関する。

印刷ヘッドに形成された複数のノズルのインク吐出口（ノズルの出口）から記録媒体にインク（インク滴）を吐出して画像を形成するインクジェット方式画像形成装置（インクジェットプリンタ）が広く使用されている。ノズルのインク吐出口からインク滴を吐出させる技術として、駆動パルスに応じた熱エネルギをノズル内のインクに供給して膜沸騰による気泡を形成させ、この気泡によってノズルからインク滴を吐出させる技術が知られている。形成する画像に応じた多数のインク滴が複数のノズルから記録媒体に吐出されることにより記録媒体上に画像が形成される。

上記の技術を採用したインクジェットプリンタのなかには、画像記録速度（画像形成速度）を向上させるために、インク吐出口及びインク流路等からなるノズルを複数集積したマルチノズルヘッドを記録媒体の搬送方向に直交させて多数配列させたラインヘッドを有し、記録媒体の搬送に合わせて複数のノズルのインク吐出口からインクを吐出させるタイプのもの（ラインプリンタ）がある。

画像形成装置には、一般に、高画像品位で高解像度の画像を高速で形成することが求められるが、上記のラインプリンタをはじめとするインクジェットプリンタを使用することによりこれらの要求を満足させることができる。また、インクジェットプリンタは、画像形成時（画像記録時）に印刷ヘッド（記録ヘッド）と記録媒体とが非接触であるので、非常に安定した画像記録を行うことができるという利点も有している。

上記のようなインクジェット方式画像形成装置では、印刷ヘッドからのインク吐出動作を安定化させるために、印刷ヘッド内を一定の負圧に維持する（印刷ヘッド内のインクに作用する圧力を一定の負圧に保つ）ことが重要である。このため、一般的には、印刷ヘッドにインクを供給するインク供給系中に負圧発生手段を備え、その負圧発生手段によって負圧を付与したインクを印刷ヘッドに供給している。

このような負圧発生手段として、インクタンク内に収容したスポンジ状のインク吸収体の毛管作用を利用して負圧を発生する構成が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、他の負圧発生手段として、可撓性のインクバッグと弓形ばねとを備えた構成も知られている（例えば、特許文献２参照。）。さらに、他の負圧発生手段として、印刷ヘッドよりも下方にインクタンクを配置しておき、水頭差を利用してインクに負圧を付与する構成も知られている（例えば、特許文献３参照。）。

上記のような負圧発生手段によって一定の負圧が付与されたインクは、印刷ヘッドからのインク吐出に伴って上昇する印刷ヘッド内の負圧との差圧によって、インクタンクから印刷ヘッド内に引き込まれるように供給される。この結果、印刷ヘッド内が一定の負圧に保たれることになる。上記のように印刷ヘッド内のインクを一定の負圧に維持した場合、ノズル内にインクのメニスカスが形成される。印刷ヘッド内のインクには一定の負圧が作用しているので、インクのメニスカスが形成される位置は一定となる。

特開２００２−１９８８号公報 特開平０６−１９８９０４号公報 特開２００３−１１３８０号公報

ところで、ノズルからインク滴を吐出させる場合、ノズル内にある発熱体の温度上昇・降下によるインクの発泡、消泡によって吐出口から記録媒体方向にインク滴を吐出するための力がインクにかかる。しかしながら、この時、吐出口とは逆方向にもインクの発泡・消泡による力がかかる。そして、この力が、吐出したノズルに隣接するノズルまで影響し、インクのメニスカス位置を変化させる。また、この状況下で吐出したノズルに隣接するノズルのインクのメニスカス位置が、ノズルの開口部分より外側にきた場合、インクのメニスカスは、ノズルの開口部ではなく、インク吐出口形成面上に形成する。この状態で、ノズルからインクを吐出させると、形成しているインクのメニスカスによって吐出に必要な力が分散してしまい、吐出できなくなってしまう。その結果、画像不良を起こしてしまう。また、この現象は、隣接するノズル同士が吐出しやすい印刷密度が高い状況下で発生しやすい。

そこで本発明は上記事情に鑑み、メニスカスの位置の変動による画像不良を防ぐインク吐出方法およびインクジェット方式画像形成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の本発明のインク吐出方法は、インクのメニスカスが形成されたノズルのインク吐出口から記録媒体にインクを吐出して画像を形成するインクジェット方式画像形成装置における、記録媒体に形成される画像の情報を担持する画像データに基づいて前記インク吐出口からインク滴を吐出するインク吐出方法において、
前記ノズル内における前記インクのメニスカスの位置を前記画像データに基づいて変更し、画像不良の防止を特徴とするものである。

さらに、前記画像不良の防止を目的として、前記ノズル内における前記インクのメニスカスの位置を変更するに当たり、前記ノズル内のインクに作用する圧力を変更することにより前記インクのメニスカス位置を変更してもよい。

さらにまた、印刷密度の高い画像を形成するときは、印刷密度の低い画像を形成するときよりも、インクのメニスカスを前記インク吐出口から遠ざけてもよい。

さらに、印刷密度にかかわらず吐出量を一定にするために駆動パルス幅を変更してもよい。

また、前記インクジェット方式画像形成装置は、それぞれに多数の前記ノズルが形成された複数の印刷ヘッドを備えたものでもよい。

さらに、前記インクのメニスカスの位置および前記駆動パルスを、前記複数の印刷ヘッド毎に変更することを特徴としてもよい。

本発明によれば、インクのメニスカス位置を画像データに基づいて変更できるので、印刷密度の高い画像のときはインクのメニスカス位置を後退させ、画像不良を防止することができる。

以下、図１を参照して、本発明が採用されたプリンタの一例を説明する。

図１は、本発明が採用されたプリンタの一例を模式的に示す正面図である。

プリンタ１０は、このプリンタ１０に画像情報を送るホストＰＣ（パソコン）１２に接続されている。プリンタ１０には、４つ（４本）の印刷ヘッド２２Ｋ、２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｙが記録媒体（ここではロ−ル紙）Ｐの搬送方向（矢印Ａ方向）に並んで配置されている。４つの印刷ヘッド２２Ｋ、２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｙからはそれぞれ黒、シアン、マゼンタ、イエローの各色のインクが吐出される。これら４つの印刷ヘッド２２Ｋ、２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｙは、所謂ラインヘッドであり、図１の紙面に直交する方向（矢印Ａ方向に直交する方向）に延びている。これら４つの印刷ヘッド２２Ｋ、２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｙの長さは、プリンタ１０で印刷できる記録媒体のうち最大の幅（図１の紙面に直交する方向の長さ）よりもやや長い。また、これら４つの印刷ヘッド２２Ｋ、２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｙは、画像形成中は固定されて動かない（不動状態である）。なお、上記のようなプリンタとして、高速で多数枚の名刺を作製する名刺プリンタが挙げられる。

４つの印刷ヘッド２２Ｋ、２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｙから安定してインクを吐出できるように、プリンタ１０には回復ユニット４０が組み込まれている。この回復ユニット４０を用いて４つの印刷ヘッド２２Ｋ、２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｙを回復させることにより、４つの印刷ヘッド２２Ｋ、２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｙからのインク吐出状態は初期のインク吐出状態に回復する。回復ユニット４０には、回復動作のときに、４つの印刷ヘッド２２Ｋ、２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｙの各インク吐出口が形成されたインク吐出口形成面（フェイス面）２２Ｋｓ、２２Ｃｓ、２２Ｍｓ、２２Ｙｓからインクを除去するキャッピング機構５０が備えられている。キャッピング機構５０は各印刷ヘッド２２Ｋ、２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｙに独立して設けられており、図１の例では６色分（即ち、６つのキャッピング機構５０）が示されているが、このうち２色分は印刷ヘッド追加時の予備的な機構である。キャッピング機構５０は、周知のブレード１５０（図７等参照）、インク除去部材、ブレード保持部材、キャップ等から構成されている。

ロ−ル紙Ｐはロール紙供給ユニット２４から供給され、プリンタ１０に組み込まれた搬送機構２６によって矢印Ａ方向に搬送される。搬送機構２６は、ロ−ル紙Ｐを載置して搬送する搬送ベルト２６ａ、この搬送ベルト２６ａを回転させる搬送モータ２６ｂ、搬送ベルト２６ａに張力を与えるローラ２６ｃなどから構成されている。

ロ−ル紙Ｐに画像を形成する際には、搬送中のロ−ル紙Ｐの記録開始位置がブラックの印刷ヘッド２２Ｋの下に到達した後に、記録データ（画像情報）に基づいて印刷ヘッド２２Ｋからブラックインクを選択的に吐出する。同様に印刷ヘッド２２Ｃ、印刷ヘッド２２Ｍ、印刷ヘッド２２Ｙの順に、各色のインクを吐出してカラー画像をロ−ル紙Ｐに形成する。プリンタ１０には、上記の部品・部材の他、各印刷ヘッド２２Ｋ、２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｙに供給されるインクを貯めておくメインタンク２８Ｋ、２８Ｃ、２８Ｍ、２８Ｙや、印刷ヘッド２２Ｋ、２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｙにインクを供給したり回復動作をしたりするための各種ポンプ（図３等参照）などが備えられている。

図２を参照して、プリンタ１０の電気的な系統を説明する。

図２は、図１のプリンタの電気的な系統を示すブロック図である。

ホストＰＣ１２から送信された記録データやコマンドはインターフェイスコントローラ１０２を介してＣＰＵ１００に受信される。ＣＰＵ１００は、プリンタ１０の記録データの受信、記録動作、ロ−ル紙Ｐのハンドリング等全般の制御を掌る演算処理装置である。ＣＰＵ１００では、受信したコマンドを解析した後に、記録データの各色成分のイメージデータをイメージメモリ１０６にビットマップ展開して描画する。記録前の動作処理としては、出力ポート１１４、モータ駆動部１１６を介してキャッピングモータ１２２とヘッドアップダウンモータ１１８を駆動し、各印刷ヘッド２２Ｋ、２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｙをキャッピング機構５０から離して記録位置（画像形成位置）に移動させる。

続いて、出力ポート１１４、モータ駆動部１１６を介してロ−ル紙Ｐを繰り出すロールモータ（図示せず）、及び低速度でロ−ル紙Ｐを搬送する搬送モータ１２０等を駆動してロ−ル紙Ｐを記録位置に搬送する。一定速度で搬送されるロ−ル紙Ｐにインクを吐出し始めるタイミング（記録タイミング）を決定するための先端検知センサ（図示せず）でロ−ル紙Ｐの先端位置を検出する。その後、ロ−ル紙Ｐの搬送に同期して、ＣＰＵ１００はイメージメモリ１０６から対応する色の記録データを順次に読み出し、この読み出したデータを各印刷ヘッド２２Ｋ、２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｙに印刷ヘッド制御回路１１２経由して（介して）転送する。

ＣＰＵ１００の動作はプログラムＲＯＭ１０４に記憶された処理プログラムに基づいて実行される。プログラムＲＯＭ１０４には、制御フローに対応する処理プログラム及びテーブルなどが記憶されている。また、作業用のメモリとしてワークＲＡＭ１０８を使用する。各印刷ヘッド２２Ｋ、２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｙのクリーニングや回復動作時に、ＣＰＵ１００は、出力ポート１１４、モータ駆動部１１６を介してポンプモータ１２４を駆動し、インクの加圧、吸引等の制御を行う。

図３を参照して、プリンタ１０に組み込まれたインク供給装置について説明する。

図３は、インクジェット方式画像形成装置に組み込まれたインク供給装置を示す模式図である。図３では、印刷ヘッド２２Ｋにインクを供給したり、この印刷ヘッド２２Ｋを回復させたりするためのインク供給装置を示すが、他の印刷ヘッド２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｙについても同じ構成のインク供給装置が備えられている。また、図３では、図１と図２に示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号が付されている。

プリンタ１０（図１参照）には、印刷ヘッド２２Ｋにインクを供給するインク供給装置６０が組み込まれている。インク供給装置６０は、プリンタ１０の本体に着脱自在なインクタンク７０と、このインクタンク７０と印刷ヘッド２２Ｋとをつなぐインク供給路６２の途中に配置されたサブタンク８０などから構成されている。サブタンク８０の下に印刷ヘッド２２Ｋが配置されている。

サブタンク８０と印刷ヘッド２２Ｋは、２つのインク流路６４，６６で接続されて（つながれて）いる。サブタンク８０から加圧バルブ６７、サブタンク８０から待機バルブ６９はプリンタ１０の本体装置フレ−ムに固定されており、インク流路６４，６６の一部はフレキシブルチューブ製である。このため、印刷ヘッド２２Ｋは移動できる。インク流路６４には、印刷ヘッド２２Ｋをクリーニングする際に稼動するクリーニングポンプ６８、所定のタイミングでインク流路６４を開閉する待機バルブ６９が取り付けられている。一方、インク流路６６には、所定のタイミングでインク流路６６を開閉する加圧バルブ６７が取り付けられている。インク流路６６のうち加圧バルブ６７と下記の圧力調整ポンプ８２の間の部分には、インク流路６６内のインクに作用している圧力を検出する圧力検出センサ８１が取り付けられている。圧力検出センサ８１で検出された圧力は、ノズル２２Ｋｎ内のインクに作用している圧力に相当する。

サブタンク８０の内部には、印刷ヘッド２２Ｋの多数のノズル２２Ｋｎ内のインクに適正な圧力を付与するための圧力調整ポンプ８２が配置されている。この圧力調整ポンプ８２はサブタンク８０の底面のやや上方に位置しており、この底面から所定間隔離れている。圧力調整ポンプ８２は、サブタンク８０に貯められているインクに浸かっている状態である。サブタンク８０の上方には、圧力調整ポンプ８２を駆動させる駆動ユニット８３が配置されており、この駆動ユニットは、ＣＰＵ１００（図２参照）によって制御されている。また、サブタンク８０の上壁には、サブタンク８０の内部圧力を大気圧にするための大気開放バルブ８４が固定されている。この大気開放バルブ８４を開放することにより、サブタンク８０の内部圧力は大気圧に等しくなる。

また、サブタンク８０には、このサブタンク８０に貯められているインク（貯蔵インク）の液面レベルを検知する周知の液面検知センサ８６が取り付けられている。液面検知センサ８６が、サブタンク８０内のインク液面が一定レベル以下になったと検知したときは、供給ポンプ７２が稼動し始めてインクタンク７０からインクが吸引されてサブタンク８０に供給される。一方、液面検知センサ８６が、サブタンク８０内のインク液面が予め決められている上限レベルになったと検知したときは、供給ポンプ７２が停止してインクの供給は停止される。インクタンク７０には、このインクタンク７０内のインクの有無を検出する検出センサ（図示せず）が取り付けられている。また、プリンタ１０の本体にインクタンク７０を装着するときに接続されるエア−流路には、インクタンク７０の内部圧力を大気圧にするための大気開放バルブ７４が取り付けられている。

図４から図６までを参照して、圧力調整ポンプ８２によって印刷ヘッド２２Ｋ内の圧力を調整する技術について説明する。

図４は、サブタンクと印刷ヘッドを詳細に示す拡大図である。図５は、圧力調整ポンプの羽根を示す上面図である。図６は、図５に示す羽根の回転数と印刷ヘッド内のインクに作用する圧力との関係を示すグラフである。これらの図では、図３に示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号が付されている。

上記した加圧バルブ６７、待機バルブ６９、大気開放バルブ８４としては、図４に示すように、ソレノイドのプランジャー１３０に一体化されたバルブシ−ト１３２によってインク流路の遮断を行う電磁バルブが採用されるが、本発明においてはこれらの方式を何ら限定するものではなく他の方式のものを採用しても何ら問題無い。

記録時には印刷ヘッド２２Ｋに適正な負圧を付与する（印刷ヘッド２２Ｋのノズル２２Ｋｎのインク吐出口（ノズル２２Ｋｎの出口）においてインクのメニスカスが形成されるような圧力をノズル２２Ｋｎ内のインクに与える）必要がある。この場合、加圧バルブ６７、大気開放バルブ８４は開放状態にあり、待機バルブ６９は密閉状態にある。この状態で圧力調整ポンプ８２を駆動することにより、図５の矢印Ｃ方向に圧力調整ポンプ８２の羽根８２ａが回転し、この羽根８２ａの中心Ｃから羽面８２ｂに沿ってインクは遠心力を受ける。つまり、圧力調整ポンプ８２の回転軸中心部（中心Ｃの周辺部）は相対的に負圧となるので、サブタンク８０の吸引口８０ａからインク流路６６を介して印刷ヘッド２２Ｋに負圧を付与することができる。吸引口８０ａはサブタンク８０の底壁に形成されており、圧力調整ポンプ８２は吸引口８０ａから所定間隔離れた上方に配置されている。なお、羽根８２ａの回転数は、ＣＰＵ１００（図２参照）に制御されている。

上記のように、圧力調整ポンプ８２を駆動させて羽根８２ａを矢印Ｃ方向に回転させるときに発生する遠心力によって、この圧力調整ポンプ８２が印刷ヘッド２２Ｋ内のインクを、インク流路６６と吸引口８０ａを経由してサブタンク８０内に吸い込もうとし（実際に吸い込まれることはほとんど無い）、この結果、印刷ヘッド２２Ｋ内のインクに負圧（インク吐出口の外側周辺の大気圧よりも低い圧力）が与えられてインク吐出口においてインクのメニスカスが形成されることとなる。なお、羽根８２ａが矢印Ｃ方向とは反対方向に回転するように圧力調整ポンプ８２を駆動させた場合は、サブタンク８２内のインクが吸引口８０ａから押し出されようとするので、印刷ヘッド２２Ｋ内のインクに正圧（インク吐出口の外側周辺の大気圧よりも高い圧力）が与えられる。この結果、インク吐出口からはインクが排出される（押し出される）。

図６は図５に示す羽根の回転数と印刷ヘッド内のインクに作用する圧力との関係を示すグラフで、圧力調整ポンプ８２の羽根８２ａが図５の矢印Ｃ方向に回転するときの回転数に応じて、圧力調整ポンプ８２が発生させる負圧の大きさが変動する（Ｃ１参照）。羽根８２ａが矢印Ｃ方向に速く回転するほど（単位時間当たりの回転数が多いほど）大きな負圧が発生するので、印刷ヘッド２２Ｋ内のインクは強い力でサブタンク８２内に吸い上げられようとすることとなり、印刷ヘッド２２Ｋ内（ノズル２２Ｋｎ内）のインクに作用する負圧が大きくなる。この逆に、羽根８２ａが矢印Ｃ方向に遅く回転するほど（単位時間当たりの回転数が少ないほど）小さな負圧しか発生しないので、印刷ヘッド２２Ｋ内のインクは弱い力でサブタンク８２内に吸い上げられようとすることとなり、印刷ヘッド２２Ｋ内のインクに作用する負圧が小さくなる。すなわち、印刷ヘッド２２Ｋに付与する負圧の大きさは圧力調整ポンプ８２の回転数に応じて制御できるので、圧力調整ポンプ８２を駆動させることにより、インク流路６６を開放したままの状態で印刷ヘッド２２Ｋ内の圧力（ノズル２２Ｋｎ内のインクに作用する圧力）が調整されることとなる。

ところで圧力調整ポンプ８２としては、一般的にタ−ボ形と分類されるポンプを使用することが望ましい。タ−ボ形ポンプとしては、本実施例で採用した遠心ポンプ形式や斜流形式、軸流形式などが挙げられる。これらはインク流路（液流路）を遮断する（閉じる）ことなく圧力を発生できるので、差圧に応じてインクがポンプを移動できる。例えば、印刷ヘッド２２Ｋからインクが吐出したときは、印刷ヘッド２２Ｋ内でインクが減少するので、印刷ヘッド２２Ｋから圧力調整ポンプ（遠心ポンプ）８２までの間が減圧される。この場合、サブタンク８０内のインクがインク流路６６を経由して印刷ヘッド２２Ｋに供給される。これに対し、圧力調整ポンプ８２として、いわゆる容積式に分類されるピストンポンプ等を用いた場合は、インクを圧送するためにインク流路６６を遮断するので、インクがピストンポンプを通じて自由に移動できないばかりか、印刷ヘッド２２Ｋのノズル２２Ｋｎのインク吐出口から外気を容易に吸引してしまう。

圧力調整ポンプ８２の回転数を制御してインクのメニスカスの位置を変更する技術について、図７から図９までを参照して説明する。

図７は、印刷ヘッドのノズルの概略構成を模式的に示す断面図である。図８は、圧力調整ポンプの回転数とインクのメニスカスの位置との関係を示すグラフであり、横軸は、圧力調整ポンプの回転数を表し、縦軸は、インクのメニスカスの位置を表す。図中のＣ２はこの関係を示す線である。横軸の右に行くほど、圧力調整ポンプ８２の回転数が多くなり（回転速度は速くなり）、左に行くほど圧力調整ポンプ８２の回転数が少なくなる（回転速度は遅くなる）。縦軸の上に行くほどインクのメニスカスの位置はインク吐出口（ノズルの出口）に近くなり、下に行くほどインクのメニスカスはノズルの奥に位置する。インクのメニスカスの位置がＬ１で示す位置よりもインク吐出口に近づいたときは、インクのメニスカスは形成されずにインク吐出口からインクが落下する（インク落ちする）。インクのメニスカスがＬ１に位置するときの圧力調整ポンプ８２の回転数がｒ１である。

一方、インクのメニスカスの位置がＬ２で示す位置よりもノズルの奥に位置するときは、インクのメニスカスが形成されない（インクのメニスカス落ちする）。インクのメニスカスがＬ２に位置するときの圧力調整ポンプ８２の回転数がｒ２である。図９は、圧力調整ポンプの回転数と吐出量との関係を示すグラフであり、横軸は、圧力調整ポンプの回転数を表し、縦軸は、インク滴の大きさを表す。図中のＣ３はその関係を示したものである。横軸の右に行くほど、圧力調整ポンプ８２の回転数が多くなり（回転速度は速くなり）、左に行くほど圧力調整ポンプ８２の回転数が少なくなる（回転速度は遅くなる）。縦軸の上に行くほど吐出量は大きくなり、下に行くほど吐出量は小さくなる。圧力調整ポンプ８２の回転数がｒ１のとき（インク落ちする直前のとき）吐出量はＷ１（最大）となり、圧力調整ポンプ８２の回転数がｒ２のとき（インクのメニスカス落ちする直前のとき）吐出量はＷ２（最小）となる。

印刷ヘッド２２Ｋ（図３等参照）には、記録媒体搬送方向（図１の矢印Ａ方向）に直交する方向に並んだ多数のノズル２２Ｋｎが形成されている。ノズル２２Ｋｎの出口（インク吐出口）２２Ｋｄには、図７に示すように、インクのメニスカスＭが形成されている。ノズル２２Ｋｎには、図７に示すように、このノズル２２Ｋｎ内のインク中で発泡させる発熱体２２Ｋｈが配置されている。発熱体２２Ｋｈを発熱させることによりノズル２２Ｋｎ内のインク中で泡が発生し、ノズル２２Ｋｎの出口（インク吐出口）２２Ｋｄからインクが押し出されて吐出される。

上述したように、印刷ヘッド２２Ｋに付与する負圧の大きさは圧力調整ポンプ８２（図３等参照）の回転数に応じて制御できる。圧力調整ポンプ８２の羽根８２ａが図５の矢印Ｃ方向に速く回転するほど（単位時間当たりの回転数が多いほど）印刷ヘッド２２Ｋ内のインクは強い力でサブタンク８２内に吸い上げられようとすることとなり、印刷ヘッド２２Ｋ内（ノズル２２Ｋｎ内）のインクに作用する負圧が大きくなる（大気圧よりもいっそう低くなる）。この結果、図８に示すように、圧力調整ポンプ８２の回転数が多くなるほどインクのメニスカスＭはノズル２２Ｋｎの奥に形成される。この逆に、圧力調整ポンプ８２の羽根８２ａが図５の矢印Ｃ方向に遅く回転するほど印刷ヘッド２２Ｋ内のインクは弱い力でしかサブタンク８２内に吸い上げられないこととなり、印刷ヘッド２２Ｋ内（ノズル２２Ｋｎ内）のインクに作用する負圧が小さくなる（大気圧に近くなる）。この結果、図８に示すように、圧力調整ポンプ８２の回転数が少なくなるほどインクのメニスカスＭはノズル２２Ｋｎのインク吐出口２２Ｋｄの近く形成される。

以上説明したように、ノズル２２Kｎ内のインクに作用する圧力を変更してインクのメニスカスMの位置を変更することができる。このようにノズル２２Kｎ内のノズル位置を変更して画像不良の発生を防止する手法について図１０および図１１を参照して説明する。

図１０は、クロストークによる画像不良の原因を示したものである。ここで、印刷ヘッド２２Ｋにある多数のノズル２２Ｋnの１つを２２Ｋｎ−１としたとき、このノズルに隣接するノズルを２２Ｋｎ−２とする。また、ノズル２２Ｋｎ−１内にあるノズル２２Ｋｎ−１の吐出口および発熱体をそれぞれ、２２Ｋｄ−１、２２Ｋｈ−１としたとき、ノズル２２Ｋｎ−２内にあるノズル２２Ｋｎ−２の吐出口および発熱体も同様にそれぞれ、２２Ｋｄ−２、２２Ｋｈ−２とする。ここで、図中の矢印２４は、インクの流れを示す。また、（ａ）は、印刷前のインクのメニスカスの位置を、（ｂ）は、発熱体２２Ｋｄ−２を発熱させることでインクが発泡したときのノズル２２Ｋｎ−１、ノズル２２Ｋｎ−２のインクのメニスカスの位置を、（ｃ）は、発熱体２２Ｋｄ−２が発熱をやめることでインクが消泡していると同時に、発熱体２２Ｋｄ−１を発熱させることによりインクが発泡しているときのノズル２２Ｋｎ−１、ノズル２２Ｋｎ−２のインクのメニスカスの位置を示す。ここで（ｂ）の状態において、発熱体２２Ｋｈ−２が発熱することでインクが発泡したことで、インクは吐出口方向だけではなく、ノズルの後方にも押し出される。このとき、ノズル後方に押し出されたインクは、隣接するノズルＫｎ２２−２内にあるインクを吐出口２２Ｋｄ−２の方向に押し出す。これによって、インクのメニスカス位置がヘッドフェイス面よりも前方になると、インクはヘッドフェイス面上で液膜を形成する。

図１１は、図１０におけるノズル２２Ｋｎ−２が吐出したときのノズル２２Ｋｎ−１のインクのメニスカス位置を示す。横軸は、発熱体２２Ｋｈ−２を発熱させ始めてからの経過時間ｔ(μsec)、縦軸は、そのときのノズル２２Ｋｎ−１インクのメニスカス位置を示す。図中のＣ５はこの関係を示す線である。縦軸の上に行くほどインクのメニスカスの位置はインク吐出口（ノズルの出口）に近くなり、下に行くほどインクのメニスカスはノズルの後方に位置する。そして、ノズル２２Ｋｎ−１のインクのメニスカスの位置がＬで示す位置よりも前方に出たときにヘッドフェイス面上で液膜を形成する。発熱体２２Ｋｄ−１を発熱させ、インクを吐出させようとすると、吐出しようとする力が形成されたヘッドフェイス面上の液膜で分散してしまう。このため、インクが吐出できなくなってしまい、画像不良を起こしてしまう。これは、隣接するノズルが短い間隔で吐出する確率の高い、印刷デューティが高いときに起きやすい。

図１２は、図１０の構成においてメニスカス位置を制御し、メニスカスＭをノズルの後方にしたときの状態を示す。（ａ）は、印刷前のインクのメニスカスの位置を、（ｂ）は、発熱体２２Ｋｄ−２を発熱させることでインクが発泡したときのノズル２２Ｋｎ−１、ノズル２２Ｋｎ−２のインクのメニスカスの位置を、（ｃ）は、発熱体２２Ｋｄ−２が発熱をやめることでインクが消泡している一方で、発熱体２２Ｋｄ−１を発熱させることによりインクが発泡したときのノズル２２Ｋｎ−１、ノズル２２Ｋｎ−２のインクのメニスカスの位置を示す。図１０と同様に、発熱体２２Ｋｈ−２を発熱させ、インクが発泡することで隣接するノズルＫｎ２２−１のインクを吐出口Ｋｄ２２−１方向に押し出すことで、インクのメニスカス位置が前方に移動する。このとき、図１０−（ｃ）ではインクのメニスカス位置が、吐出口よりも前面に出てしまいヘッドフェイス面上で液膜を形成しているが、図１２−（ｃ）ではインクのメニスカス位置を後退させてフェイス面上でヘッドフェイス面上で液膜を形成させないことで、画像不良を防止することができる。図１３は、図１２におけるノズル２２Ｋｎ−２が吐出したときのノズル２２Ｋｎ−１のインクのメニスカス位置を示す。図中のＣ４はこの関係を示す線である。図１１で示されるようなメニスカスがＬより前方に出てヘッドフェイス面上で液膜を形成されないことがわかる。

図１４は、吐出量を一定にした時のインクのメニスカス位置と駆動パルスの関係を示す。縦軸はインクのメニスカス位置を、横軸はパルス幅を示している。図中のＣ６はメニスカス位置に対する吐出量を示している。図９で示されるように、インクのメニスカス位置を変更することで、ノズル２２Ｋｎの吐出口２２Ｋｄと発熱体２２Ｋｈ間のインクの体積（重量）が変化する。このため、インクを発泡させる発熱体の熱量が同じ場合、吐出させるインクの体積（重量）が異なるため、吐出できるインクの量が変わってしまう。そのため、発熱体に加える熱量を変えることで、吐出量を一定に保つことができる。

図１５を参照して、インクのメニスカス制御による画像不良の防止する手順の一例を説明する。図１５は、インクのメニスカス制御による画像不良の防止する手順の一例を示すフロー図である。

この手順は、図２に示したプログラムＲＯＭ１０４に格納されたプログラム等に従ってＣＰＵ１００が実行する。先ず、ホストＰＣ１２（図１参照）から印刷データ（画像データ）が送信されたか否かを判定し（Ｓ１４０１）、印刷データが送られてきたときは、この印刷データの印刷デューティを確認する（調べる）（Ｓ１４０２）。続いて、インクのメニスカスＭ（図７参照）の位置を一定にするために、図８に示すインクのメニスカス位置―ポンプ回転数のプロファイルを参照して（Ｓ１４０３）、圧力調整ポンプ８２（図３等参照）の回転数を決定する（Ｓ１４０４）。次に、メニスカスの位置を変えて印刷をする指示の有無を判定する（Ｓ１４０５）。

この指示があると判定されたときは、各印刷ヘッドＫ１〜Ｋ４のメニスカス位置を、Ｓ１４０２で確認した印刷デューティに基づいてプログラムROM１０４に格納された印刷デューティとメニスカス位置の組み合わせのプロファイルを参照し、決定する。メニスカス位置を後退させて吐出するように決定された印刷ヘッドについて、図８に示すメニスカス位置―ポンプ回転数のプロファイルを参照して（Ｓ１４０６）、圧力調整ポンプ８２（図３等参照）の回転数を決定する（Ｓ１４０７）。

このとき、図９からメニスカス位置が変更されてしまうと吐出量が変化してしまうので、メニスカス位置−パルス幅プロファイルを参照し（Ｓ１４０８）、パルス幅を決定する（Ｓ１４０９）。このようにして決定された回転数に従って、各印刷ヘッドＫ１〜Ｋ４に接続された各サブタンク８０内の圧力調整ポンプ８２を駆動し（Ｓ１４１０）、印刷を開始する（Ｓ１４１１）。続いて、印刷データの全ての印刷が終了したか否かが判定され（Ｓ１４１２）、印刷が終了したと判定されたときは、各印刷ヘッドＫ１〜Ｋ４等を印刷待機モードに移行させてこのフローを終了する。印刷が終了していないと判定されたときは、Ｓ１４０２に戻る。なお、Ｓ１４０５においてメニスカスの変更をする指示が無いと判定されたときは、Ｓ１４１１に進んで、従来の印刷方法で印刷を開始する。

上記した実施例では、印刷ヘッドを印刷装置内の定位置に固定しておき、印刷媒体を移動させて画像を形成するいわゆるラインプリンタ型の印刷装置に適用した場合を例に挙げたが、本発明は、印刷ヘッドを記録媒体搬送方向に直交する方向（主走査方向）に移動させながら記録動作を行う、いわゆるシリアルプリンタ型の印刷装置にも適用可能である。

本発明が採用されたプリンタの一例を模式的に示す正面図である。 図１のプリンタの電気的な系統を示すブロック図である。 インクジェット方式画像形成装置に組み込まれたインク供給装置を示す模式図である。 サブタンクと印刷ヘッドを詳細に示す拡大図である。 圧力調整ポンプの羽根を示す上面図である。 図５に示す羽根の回転数と印刷ヘッド内のインクに作用する圧力との関係を示すグラフである。 印刷ヘッドのノズルの概略構成を模式的に示す断面図である。 圧力調整ポンプの回転数とメニスカスの位置との関係を示すグラフである。 圧力調整ポンプの回転数とインク滴の大きさ（サイズ）との関係を示すグラフである。 図７における印刷ヘッドのノズル概略構成を模式的に示す断面図である。（ａ）は、２Ｋｄ−１，２両方とも発泡させていない状態。（ｂ）は、２Ｋｄ−２を発泡させたときのインクの流れを示す。（ｃ）は２Ｋｄ−１が発泡、２Ｋｄ−２が消泡したときのインクの流れを示す。 図１０におけるノズル２２Ｋｎ−２が吐出したときのノズル２２Ｋｎ−１のインクのメニスカス位置を示す。 図１０のメニスカス位置を後退させたときのインクの流れを示す。 図１２におけるノズル２２Ｋｎ−２が吐出したときのノズル２２Ｋｎ−１のインクのメニスカス位置を示す。 吐出量を一定にしたときのメニスカスと駆動パルス幅の関係を示す。 図１５は、インクのメニスカス制御による画像不良の防止する手順の一例を示すフロー図

符号の説明

１０ プリンタ
２２Ｋ、２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｙ、Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４ 印刷ヘッド
２２Ｋｎ ノズル
２２Ｋｄ インク吐出口
５０ キャッピング機構
Ｍ メニスカス

Claims (7)

1. インクのメニスカスが形成されたノズルのインク吐出口から記録媒体にインクを吐出して画像を形成するインクジェット方式画像形成装置が記録媒体に形成する画像の情報を持つ画像データに基づいて前記インク吐出口からインク滴を吐出するインク吐出方法において、
   前記ノズル内における前記インクのメニスカスの位置を前記画像データに基づいて変更することを特徴とするインク吐出方法。
2. 前記ノズル内における前記インクのメニスカスの位置を変更するに当たり、前記ノズル内のインクに作用する圧力を変更することにより前記インクのメニスカス位置を変更することを特徴とする請求項１に記載のインク吐出方法。
3. 印刷密度の高い画像を形成するときは、印刷密度の低い画像を形成するときよりも、インクのメニスカスを前記インク吐出口から遠ざけることを特徴とする請求項１又は２に記載のインク吐出方法。
4. 請求項３に記載のインク吐出方法において、印刷密度にかかわらず吐出量を一定にするために駆動パルス幅を変更することを特徴とする請求項１又は２に記載のインク吐出方法。
5. 前記インクジェット方式画像形成装置は、それぞれに多数の前記ノズルが形成された複数の印刷ヘッドを備えたものであり、
   前記インクのメニスカスの位置および前記駆動パルスを、前記複数の印刷ヘッド毎に変更することを特徴とする請求項１から４までのうちのいずれか一項に記載のインク吐出方法。
6. 請求項１から５までのうちのいずれか一項に記載のインク吐出方法によって記録媒体にインクを吐出して画像を形成することを特徴とする画像形成方法。
7. 請求項６に記載の画像形成方法によって記録媒体に画像を形成することを特徴とするインクジェット方式画像形成装置。

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