JP4347824B2

JP4347824B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP4347824B2
Application number: JP2005059946A
Authority: JP
Inventors: 邦裕山中; 隆木村; 裕俊江口; 稔人亀井
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2005-03-04
Filing date: 2005-03-04
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2025-03-04
Also published as: JP2006240106A; CN1942320A

Description

本発明は画像形成装置に関し、特に記録液の液滴を吐出する液体吐出ヘッドを備えた画像形成装置に関する。

プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、プリンタ／ファックス／複写機複合機等の各種画像形成装置としては、記録液（例えばインク）の液滴を吐出する液体吐出ヘッドで構成した記録ヘッド（印字ヘッド）をキャリッジに搭載して、このキャリッジを被記録媒体（以下「用紙」というが、材質を紙に限定するものではなく、また、記録媒体、記録紙、転写材などとも称される。）の搬送方向に対して直交する方向にシリアルスキャンさせるとともに、被記録媒体を記録幅に応じて間歇的に搬送し、搬送と記録を交互に繰り返すことによって被記録媒体に画像を形成（記録、印刷、印字、印写も同義で使用する。）するシリアル型画像形成装置、或いは、ライン型の記録ヘッドを搭載したライン型画像形成装置がある。

このような液体吐出ヘッドを用いる画像形成装置において、階調印刷（階調印字）を行なうため、液体吐出ヘッドから大きさの異なる滴、例えば、大滴、中滴、小滴を吐出させることができるようにして、大きさの異なるドットを形成できるようにしたものが知られている。

例えば、特許文献１には、１印刷周期内に第１のインク滴を吐出するための第１の駆動パルスと、第１のインク滴とは大きさの異なる第２のインク滴を吐出するための第２の駆動パルスとを含んで構成された駆動波形を用いて、第１、第２の駆動パルスを組み合わせることにより４階調以上のドットを選択的に形成する装置が記載されている。
特許第３２６４４２２号公報

この特許文献１に記載の装置においては、１チャンネル（ＣＨ）１ビット（１ビット／ＣＨ）の印字データを、駆動波形を構成する駆動パルス毎にヘッドドライバに転送している。この場合、駆動パルス毎にＯＮ／ＯＦＦを選択できるので、原理的には２^ｎ（ｎ＝１印刷周期内の駆動パルス数）まで階調を増やすことができる。なお、１チャンネルとは１つのノズルとこれに対応する液室及び圧力発生手段で構成されるものに相当する。

また、特許文献２には、１印刷周期内に複数の駆動パルスからなる共通駆動波形から、記憶手段（シフトレジスタ）と翻訳手段を設けて、デコードした印字データに基づいてスイッチ手段の動作を制御することで、１印刷周期内のデータ転送は、２ビット／ＣＨ（４階調の場合）を１回として、翻訳手段を設けることでデータ転送量、信号線数を減らすことが記載されている。
特許第３２１９２４１号公報

このデータ転送方式は、駆動パルスの間隔によらずに、データ転送は１印刷周期に一度で良いため、チャンネル数と印刷速度に見合ったデータ転送を行なうことができるようになり、データ転送部の負担も少なくなる。

さらに、特許文献３には、階調データを転送して、階調に応じた制御信号で共通駆動波形の一部を選択する方法が記載されている。
特開２００３−１８１７号公報

これらの特許文献２及び特許文献３は、各階調でアナログスイッチのＯＮ／ＯＦＦを切り換える方法が異なるが、一印刷周期内で一度階調データを転送して、これに基づき共通駆動波形の中で印加する波形を選択していることは同じである。

ところで、画像形成装置において、高速印字を行なう印字モードとして、ノンインターレース、１パス印字がある。この印字モードは、１スキャンで画像を形成するので、高速印刷ができる。

このノンインターレース印字では、副走査方向の解像度がヘッドのノズルピッチと同じになるので、ベタ画像を印字できるようにするためには、最も大きな滴（大滴）のサイズはベタを埋めるだけの吐出滴量を有していることが必要になる。

ところが、特に、電気機械変換素子（圧電素子）を使うヘッドでは、機械加工精度がノズルピッチの限界になるため、それほど解像度を上げることはできない。現状では、１列１８０ｄｐｉ、２列千鳥配置にして３６０ｄｐｉ程度が限界になっている。この場合、１スキャンでベタを埋めるには、紙種／インク種にもよるが３０〜５０ｐｌの吐出滴量が必要になってくる。

他方、高画質化の追求から、高画質モードで使用する小さな滴（小滴）はより小さい滴が必要とされている。吐出量は２ｐｌをきって、１．５ｐｌに、将来的には更に１ｐｌになる可能性がある。

このように、記録液を使用する画像形成装置にあっては、より広い範囲で滴量を変える要求が高くなってきている。

しかしながら、広い範囲で吐出量を変化させる場合、１滴の吐出を制御することだけで実現するのは非常に難しいことから、多くの場合、大滴は複数の滴を吐出させて形成している。しかも、吐出量を可変しなければならない範囲の拡大に伴って、１滴当りの吐出量Ｍｊを小さくして、吐出滴数を更に増やしていく傾向にある。

ところが、１印刷周期内の滴数を増やすことは、吐出間隔（パルス間隔）を短くすることになる。そのため、上述した特許文献１のように駆動パルス毎に印字データを転送する方式では、ＯＮ／ＯＦＦの切換が必要な最もパルス幅の短い駆動パルスの周期でデータ転送が完了していなければならないので、データ転送のクロック周波数を高くしなければならないなど、データ転送に無理が生じる。しかも、印刷速度を速くするために、ヘッドのチャンネル数が増加する傾向にあり、そのために駆動パルスのパルス幅も短くなる傾向があるので、データ転送時間が印刷速度を制約することになるという課題がある。

そこで、上述した特許文献２、３に記載されているように、２ビット以上の階調データを転送して、翻訳手段や選択手段等を設けることで、駆動パルスの間隔によらずに、データ転送は１印刷周期に一度で良いため、チャンネル数と印刷速度に見合ったデータ転送を行うことができるようになり、データ転送部の負担も少なくなる。

しかしながら、２ビット／ＣＨであれば４階調（大、中、小、無）までの階調しか得られない。この場合、ビット数を増やすことで階調数を増やすことはできる（例えば、３ビット／ＣＨであれば８階調）が、ヘッドドライバ内の回路素子数が増えることで、コストアップにつながるとともに、ビット数を増やすことはデータ転送量が増えるという課題も生じる。

一方、主走査の解像度と副走査の解像度とを異ならせる、例えば主走査は６００ｄｐｉ、副走査は３００ｄｐｉで画像を形成する方式が知られている。つまり、シリアル型でノズルの並び方向を副走査方向にした場合、副走査の解像度はノズルピッチで規定されるが、主走査の解像度はキャリッジ速度と印刷周期で決まるので、キャリッジ速度を調整することで比較的容易に変更でき、主走査解像度だけを高くすることができる。

しかしながら、印刷速度を３００ｄｐｉ×３００ｄｐｉの印刷速度と同じに保とうとすると、駆動周波数を倍にしなければならなくなるが、例えば滴量が４０ｐｌの液滴を１０ｋＨｚの駆動周波数で吐出させるよりも、２０ｐｌの液滴を２０ｋＨｚの駆動周波数で吐出させる方が制御的には難しくなる。

多数滴を吐出させる場合、先行滴の吐出によってメニスカスが盛り上がるので、後続滴の方が、滴が大きくなる。例えば、６滴で４０ｐｌ吐出させる場合、初めの３滴では合計しても２０ｐｌには達していない。さらに、主走査側の解像度だけを上げると、副走査方向をインクで埋めることが制約になり、主走査の解像度を倍にしても、必要な吐出量は半分にはならないため、単位時間当たり３００ｄｐｉ×３００ｄｐｉの場合に比べて、より多くの液量を吐出させなければならなくなって、難易度が高くなる。

しかし、画像上、主走査だけでも解像度が上がると、画像処理自由度が広がり、表現できる濃度範囲が広がることや文字品位が向上するなど、画像品質を向上することができる。

なお、ベタ画像を埋める大滴を形成するために、一印刷周期内で吐出する滴数を増やすほど、滴の吐出間隔は厳密に制御する必要がある。吐出滴数が増えると、加圧液室内の圧力が十分減衰するまで待っていることができないため、加圧液室の圧力振動に合せて効率良く吐出させることと、圧力振動が暴走しないように圧力を制御しておく必要があり、これらのことから、大滴を形成する波形は時間と電圧が制御されている必要がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、高速印刷と高画質化を両立できる画像形成装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係る画像形成装置は、
記録液の液滴を吐出する液体吐出ヘッドをキャリッジに搭載して主走査方向に移動させ、被記録媒体を副走査方向に移動して、前記被記録媒体に画像を形成し、副走査の解像度よりも主走査の解像度が高い画像を形成するモードを有するシリアル型画像形成装置であって、
一印刷周期内に２以上の駆動信号を含む駆動波形を発生する駆動波形発生手段と、階調データを入力し、前記駆動波形の内から前記階調データに応じて開閉するスイッチ手段を介して所要の駆動信号を選択して前記液体吐出ヘッドに印加させる駆動手段と、一印刷周期内で前記階調データを切り替える手段とを備え、
前記駆動波形は、一印刷周期で、大滴による１ドットを形成するための駆動信号と、小滴による２以上のドット及び中滴による２以上のドットの少なくともいずれかを形成するための駆動信号とを含み、前記大滴による１ドットを形成する駆動信号は前記一印刷周期の半分の期間よりも長い期間の信号であり、
前記モードでは前記大滴による１ドットの形成のみ主走査方向の解像度と副走査の解像度が同じである
構成とした。

ここで、大滴による１ドットを形成する液滴は複数滴吐出され、この複数の液滴が着弾する前に合体して前記大滴一滴を形成することが好ましい。さらに、前記大滴による１ドットを形成する駆動信号は複数の駆動信号からなり、かつ、この複数の駆動信号には、中滴による１ドットを形成する駆動信号及び小滴による１ドットを形成する駆動信号の少なくともいずれかを含むことが好ましい。

また、前記モードではノンインターレース方式で画像を形成することが好ましい。

さらに、記録液は色材として顔料を含み、かつ、２３℃における粘度が５ｍＰａ・ｓ以上であることが好ましい。

本発明に係る画像形成装置によれば、副走査の解像度よりも主走査の解像度が高い画像を形成するモードでは大滴による１ドットの形成のみ主走査方向の解像度と副走査の解像度が同じである構成としたので、主走査方向の解像度と副走査方向の解像度とが異なる場合でも、大滴については副走査方向の解像度に合わせて吐出させることができるようになり、高速印刷と高画質化を両立できるようになる。

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。先ず、本発明に係る画像形成装置の一例について図１及び図２を参照して説明する。なお、図１は同画像形成装置の機構部の全体構成を説明する側面説明図、図２は同機構部の平面説明図である。

この画像形成装置は、フレーム１を構成する左右の側板１Ａ、１Ｂに横架したガイド部材であるガイドロッド２とステー３とでキャリッジ４を主走査方向に摺動自在に保持し、主走査モータ５によって駆動プーリ６Ａと従動プーリ６Ｂ間に架け渡したタイミングベルト７を介して図２で矢示方向（主走査方向）に移動走査する。

このキャリッジ４には、例えばイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する４個の液滴吐出ヘッド１１ｋ、１１ｃ、１１ｍ、１１ｙからなる記録ヘッド１１を複数のインク吐出口（ノズル）を形成したノズル面１１ａのノズル列を主走査方向と直交する方向（副走査方向）に配列し、インク吐出方向を下方に向けて装着している。なお、ここでは独立した液滴吐出ヘッドを用いているが、各色の記録液の液滴を吐出する複数のノズル列を有する１又は複数のヘッドを用いる構成とすることもできる。また、色の数及び配列順序はこれに限るものではない。

ここでは、記録ヘッド１１は上述したように各色の液滴を吐出する別個の４個のヘッド１１ｋ、１１ｃ、１１ｍ、１１ｙで構成し、各ヘッド１１ｋ、１１ｃ、１１ｍ、１１ｙには図３に示すようにそれぞれ液滴を吐出する複数のノズルｎを並べて配置してなるノズル列を２列（各ノズル列をノズル列ＮＡ、ＮＢとする。）有する構成としている。これに限らず、図４に示すように、１つの記録ヘッド１１に、各色の液滴を吐出するそれぞれ２列のノズル列１１ｋＡ、１１ｋＢ、１１ｃＡ、１１ｃＢ、１１ｍＡ、１１ｍＢ、１１ｙＡ、１１ｙＢを配置した構成することもできるし、ブラックインクを吐出する１又は複数のノズル列を有するヘッドと、カラーインクを吐出する各色で１又は複数のノズル列を有するヘッドとで構成することもできる。

記録ヘッド１１を構成するインクジェットヘッドとしては、後述するように圧電素子などの圧電アクチュエータを、液滴を吐出するための圧力を発生する圧力発生手段（アクチュエータ手段）として備えたものを使用している。

この記録ヘッド１１にはドライバＩＣを搭載し、図示しない制御部との間でハーネス（フレキシブルプリントケーブル：ＦＰＣケーブル）１２を介して接続している。

また、キャリッジ４には、記録ヘッド１１に各色のインクを供給するための各色のサブタンク１５を搭載している。この各色のサブタンク１５には各色のインク供給チューブ１６を介して、カートリッジ装填部９に装着された各色のインクカートリッジ１０から各色のインクが補充供給される。なお、このカートリッジ装填９にはインクカートリッジ１０内のインクを送液するための供給ポンプユニット１７が設けられ、また、インク供給チューブ１６は這い回しの途中でフレーム１を構成する後板１Ｃに係止部材１８にて保持されている。

一方、給紙トレイ２０の用紙積載部（圧板）２１上に積載した用紙２２を給紙するための給紙部として、用紙積載部２１から用紙２２を１枚ずつ分離給送する半月コロ（給紙コロ）２３及び給紙コロ２３に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド２４を備え、この分離パッド２４は給紙コロ２３側に付勢されている。

そして、この給紙部から給紙された用紙２２を記録ヘッド１１の下方側に送り込むために、用紙２２を案内するガイド部材２５と、カウンタローラ２６と、搬送ガイド部材２７と、先端加圧コロ２９を有する押さえ部材２８とを備えるとともに、給送された用紙２２を静電吸着して記録ヘッド１１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３１を備えている。

この搬送ベルト３１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ３２とテンションローラ３３との間に掛け渡されて、ベルト搬送方向（副走査方向）に周回するように構成し、周回移動しながら帯電ローラ３４によって帯電（電荷付与）される。

この搬送ベルト３１としては、１層構造のベルトでも良く、又は複層（２層以上の）構造のベルトでもよい。１層構造の搬送ベルト３１の場合には、用紙３２や帯電ロー３４に接触するので、層全体を絶縁材料で形成している。また、複層構造の搬送ベルト３１の場合には、用紙２２や帯電ローラ３４に接触する側は絶縁層で形成し、用紙２２や帯電ローラ３４と接触しない側は導電層で形成することが好ましい。

１層構造の搬送ベルト３１を形成する絶縁材料や複層構造の搬送ベルト３１の絶縁層を形成する絶縁材料としては、例えばＰＥＴ、ＰＥＩ、ＰＶＤＦ、ＰＣ、ＥＴＦＥ、ＰＴＦＥなどの樹脂又はエラストマーで導電制御材を含まない材料であることが好ましく、体積抵抗率は１０^１２Ωｃｍ以上、好ましくは１０^１５Ωｃｍなるように形成する。また、複層構造の搬送ベルト３１の導電層を形成する材料としては、上記樹脂やエラストマーにカーボンを含有させて体積抵抗率が１０^５〜１０^７Ωｃｍとなるように形成することが好ましい。

帯電ローラ３４は、搬送ベルト３１の表層をなす絶縁層（複層構造のベルトの場合）に接触し、搬送ベルト３１の回動に従動して回転するように配置され、軸の両端に加圧力をかけている。この帯電ローラ３４は、体積抵抗率が１０^６〜１０^９Ω／□の導電性部材で形成している。この帯電ローラ３４には、後述するように、ＡＣバイアス供給部（高圧電源）から例えば２ｋＶの正負極のＡＣバイアス（高電圧）が印加される。このＡＣバイアスは、正弦波や三角波でもよいが、方形波の方がより好ましい。

また、搬送ベルト３１の裏側には、記録ヘッド１１による印写領域に対応してガイド部材３５を配置している。このガイド部材３５は、上面が搬送ベルト３１を支持する２つのローラ（搬送ローラ３２とテンションローラ３３）の接線よりも記録ヘッド１１側に突出させることで搬送ベルト３１の高精度な平面性を維持するようにしている。

この搬送ベルト３１は、副走査モータ３６によって駆動ベルト３７及びタイミングローラ３８を介して搬送ローラ３２が回転駆動されることによって図２のベルト搬送方向に周回移動する。なお、図示しないが、搬送ローラ３２の軸には、スリットを形成したエンコーダホイールを取り付け、このエンコーダホイールのスリットを検知する透過型フォトセンサを設けて、これらのエンコーダホイール及びフォトセンサによってホイールエンコーダを構成している。

さらに、記録ヘッド１１で記録された用紙２２を排紙トレイ４０に排紙するための排紙部として、搬送ベルト３１から用紙２２を分離するための分離爪４１と、排紙ローラ４２及び排紙コロ４３とを備えている。

また、装置本体１の背面部には両面ユニット５１が着脱自在に装着されている。この両面ユニット５１は搬送ベルト３１の逆方向回転で戻される用紙２２を取り込んで反転させて再度カウンタローラ２６と搬送ベルト３１との間に給紙する。また、この両面ユニット５１の上面は手差しトレイ５２としている。

さらに、キャリッジ４の走査方向一方側の非印字領域には、記録ヘッド１１のノズルの状態を維持し、回復するための維持回復機構６１を配置している。この維持回復機構６１には、記録ヘッド１１の各ノズル面１１ａをキャピングするための各キャップ部材（以下「キャップ」という。）６２ａ〜６２ｄ（区別しないときは「キャップ６２」という。）と、ノズル面１１ａをワイピングするためのブレード部材であるワイパーブレード６３と、増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行なうときの液滴を受ける空吐出受け６４などを備えている。ここでは、キャップ６２ａを吸引及び保湿用キャップとし、他のキャップ６２ｂ〜６２ｄは保湿用キャップとしている。

また、キャリッジ４の走査方向他方側の非印字領域には、記録中などに増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行なうときの液滴を受ける空吐出受け６８を配置し、この空吐出受け６８には記録ヘッド１１のノズル列方向に沿った開口６９などを備えている。

また、図１に示すように、キャリッジ４には用紙２２の有無を検知するための媒体検知手段である赤外線センサ（センサの種類は、赤外線センサに限定するものではない。）からなる濃度センサ７１を設けている。また、この濃度センサ７１はキャリッジ４がホーム位置にあるときに記録領域（画像形成領域）側（搬送ベルト３１側）に位置する側で、記録ヘッド１１よりも用紙搬送方向上流側に設けている。

さらに、キャリッジ４の前方側には、スリットを形成したエンコーダスケール７２を主走査方向に沿って設け、キャリッジ４の前面側にはエンコーダスケール７２のスリット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７３を設け、これらによって、キャリッジ４の主走査方向位置を検知するためのリニアエンコーダ７４を構成している。

次に、この画像形成装置における記録ヘッドを構成する液滴吐出ヘッドの一例について図５及び図６を参照して説明する。なお、図５は同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図、図６は同ヘッドの液室短手方向（ノズルの並び方向）の断面説明図である。

この液滴吐出ヘッドは、例えば単結晶シリコン基板を異方性エッチングして形成した流路板１０１と、この流路板１０１の下面に接合した例えばニッケル電鋳で形成した振動板１０２と、流路板１０１の上面に接合したノズル板１０３とを接合して積層し、これらによって液滴（インク滴）を吐出するノズル１０４が連通する流路であるノズル連通路１０５及び液室１０６、液室１０６にインクを供給するための共通液室１０８に連通するインク供給口１０９などを形成している。

また、振動板１０２を変形させて液室１０６内のインクを加圧するための圧力発生手段（アクチュエータ手段）である電気機械変換素子としての２列（図６では１列のみ図示）の積層型圧電素子１２１と、この圧電素子１２１を接合固定するベース基板１２２とを備えている。なお、圧電素子１２１の間には支柱部１２３を設けている。この支柱部１２３は圧電素子部材を分割加工することで圧電素子１２１と同時に形成した部分であるが、駆動電圧を印加しないので単なる支柱となる。

また、圧電素子１２１には図示しない駆動回路（駆動ＩＣ）を搭載したＦＰＣケーブル１２を接続している。

そして、振動板１０２の周縁部をフレーム部材１３０に接合し、このフレーム部材１３０には、圧電素子１２１及びベース基板１２２などで構成されるアクチュエータユニットを収納する貫通部１３１及び共通液室１０８となる凹部、この共通液室１０８に外部からインクを供給するためのインク供給穴１３２を形成している。このフレーム部材１３０は、例えばエポキシ系樹脂などの熱硬化性樹脂或いはポリフェニレンサルファイトで射出成形により形成している。

ここで、流路板１０１は、例えば結晶面方位（１１０）の単結晶シリコン基板を水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ）などのアルカリ性エッチング液を用いて異方性エッチングすることで、ノズル連通路１０５、液室１０６となる凹部や穴部を形成したものであるが、単結晶シリコン基板に限られるものではなく、その他のステンレス基板や感光性樹脂などを用いることもできる。

振動板１０２は、ニッケルの金属プレートから形成したもので、例えばエレクトロフォーミング法（電鋳法）で作製しているが、この他、金属板や金属と樹脂板との接合部材などを用いることもできる。この振動板１０２に圧電素子１２１及び支柱部１２３を接着剤接合し、更にフレーム部材１３０を接着剤接合している。

ノズル板１０３は各液室１０６に対応して直径１０〜３０μｍのノズル１０４を形成し、流路板１０１に接着剤接合している。このノズル板１０３は、金属部材からなるノズル形成部材の表面に所要の層を介して最表面に撥水層を形成したものである。なお、このノズル板１０３の表面が前述したノズル面３４ａとなる。

圧電素子１２１は、圧電材料１５１と内部電極１５２とを交互に積層した積層型圧電素子（ここではＰＺＴ）である。この圧電素子１２１の交互に異なる端面に引き出された各内部電極１５２には個別電極１５３及び共通電極１５４が接続されている。なお、この実施形態では、圧電素子１２１の圧電方向としてｄ３３方向の変位を用いて液室１０６内インクを加圧する構成としているが、圧電素子１２１の圧電方向としてｄ３１方向の変位を用いて加圧液室１０６内インクを加圧する構成とすることもできる。また、１つの基板１２２に１列の圧電素子１２１が設けられる構造とすることもできる。

このように構成した液滴吐出ヘッドヘッドにおいては、例えば圧電素子１２１に印加する電圧を基準電位から下げることによって圧電素子１２１が収縮し、振動板１０２が下降して液室１０６の容積が膨張することで、液室１０６内にインクが流入し、その後圧電素子１２１に印加する電圧を上げて圧電素子１２１を積層方向に伸長させ、振動板１０２をノズル１０４方向に変形させて液室１０６の容積／体積を収縮させることにより、液室１０６内の記録液が加圧され、ノズル１０４から記録液の滴が吐出（噴射）される。

そして、圧電素子１２１に印加する電圧を基準電位に戻すことによって振動板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ので、このとき、共通液室１０８から液室１０６内に記録液が充填される。そこで、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。

なお、このヘッドの駆動方法については上記の例（引き−押し打ち）に限るものではなく、駆動波形の与えた方によって引き打ちや押し打ちなどを行なうこともできる。

以上のように構成した画像形成装置においては、給紙部から用紙２２が１枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙２２はガイド２５で案内され、搬送ベルト３１とカウンタローラ２６との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド２７で案内されて先端加圧コロ２９で搬送ベルト３１に押し付けられ、略９０°搬送方向を転換される。

このとき、後述するＡＣバイアス供給部から帯電ローラ３４に対してプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように、つまり交番する電圧が印加され、搬送ベルト３１が交番する帯電電圧パターン、すなわち、周回方向である副走査方向に、プラスとマイナスが所定の幅で帯状に交互に帯電されたものとなる。このプラス、マイナス交互に帯電した搬送ベルト３１上に用紙３２が給送されると、用紙２２が搬送ベルト３１に静電力で吸着され、搬送ベルト３１の周回移動によって用紙２２が副走査方向に搬送される。

そこで、キャリッジ４を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１１を駆動することにより、停止している用紙２２にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙２２を所定量搬送後、次の行の記録を行なう。記録終了信号又は用紙２２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２２を排紙トレイ４０に排紙する。

また、両面印刷の場合には、表面（最初に印刷する面）の記録が終了したときに、搬送ベルト３１を逆回転させることで、記録済みの用紙３２を両面給紙ユニット５１内に送り込み、用紙２２を反転させて（裏面が印刷面となる状態にして）再度カウンタローラ２６と搬送ベルト３１との間に給紙し、タイミング制御を行って、前述したと同様に搬送ベル３１で搬送して裏面に記録を行った後、排紙トレイ４０に排紙する。

次に、この画像形成装置の制御部の概要について図７のブロック図を参照して説明する。
この制御部２００は、この装置全体の制御を司るＣＰＵ２１１と、ＣＰＵ２１１が実行するプログラム、その他の固定データを格納するＲＯＭ２０２と、画像データ等を一時格納するＲＡＭ２０３と、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２０４と、画像データに対する各種信号処理、並び替え等を行な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ＡＳＩＣ２０５とを備えている。

また、この制御部２００は、ホスト側とのデータ、信号の送受を行なうためのＩ／Ｆ２０６と、記録ヘッド１１を駆動制御するためのデータ転送手段を含むヘッド駆動制御部２０７、キャリッジ４側に設けた記録ヘッド１１を駆動するためのヘッド駆動装置であるヘッドドライバ（ドライバＩＣ）２０８と、主走査モータ５を駆動するための主走査モータ駆動部２１０と、副走査モータ３６を駆動するための副走査モータ駆動部２１１と、帯電ローラ３４にＡＣバイアスを供給するＡＣバイアス供給部２１２と、リニアエンコーダ７４、ホイールエンコーダ２３６からの検出パルス、環境温度を検出する温度センサ２１５からの検出信号、及びその他の各種センサからの検知信号を入力するためのＩ／Ｏ２１３などを備えている。また、この制御部２００には、この装置に必要な情報の入力及び表示を行なうための操作パネル２１４が接続されている。

ここで、制御部２００は、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置、イメージスキャナなどの画像読み取り装置、デジタルカメラなどの撮像装置などのホスト側からの印刷データ等をケーブル或いはネットを介してＩ／Ｆ２０６で受信する。

そして、制御部２００のＣＰＵ２０１は、Ｉ／Ｆ２０６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、ＡＳＩＣ２０５にて必要な画像処理、データの並び替え処理等を行ない、この画像データをヘッド駆動制御部２０７からヘッドドライバ２０８に転送する。なお、画像出力するためのドットパターンデータの生成は、例えばＲＯＭ２０２にフォントデータを格納して行っても良いし、ホスト側のプリンタドライバで画像データをビットマップデータに展開してこの装置に転送するようにしても良い。

ヘッド駆動制御部２０７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２０８に出力する以外にも、ＲＯＭ２０２に格納されてＣＰＵ２０１で読み出される駆動パルスのパターンデータをＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器及び増幅器等で構成される駆動波形生成部を含み、１の駆動パルス或いは複数の駆動パルス（駆動信号）で構成される駆動波形をヘッドドライバ２０８に対して出力する。

ヘッドドライバ２０８は、シリアルに入力される記録ヘッド１１の１行分に相当する画像データに基づいてヘッド駆動制御２０７から与えられる駆動波形を構成する駆動パルスを選択的に記録ヘッド１１のアクチュエータ手段（前述したヘッド構成では圧電素子１２１）に対して印加することでヘッド１１を駆動する。

主走査モータ駆動部２１０は、ＣＰＵ２０１側から与えられる目標値とリニアエンコーダ７４からの検出パルスをサンプリングして得られる速度検出値に基づいて制御値を算出して内部のモータドライバを介して主走査モータ５を駆動する。

同様に、副走査モータ駆動制御部２１１は、ＣＰＵ１０１側から与えられる目標値とホイールエンコーダ１３６からの検出パルスをサンプリングして得られる速度検出値に基づいて制御値を算出して内部のモータドライバを介して副走査モータ３６を駆動する。

次に、ヘッド駆動制御部２０７及びヘッドドライバ２８の構成の一例について図８を参照して説明する。
ヘッド駆動制御部２０７は、上述したように、１印刷周期内に複数の駆動パルス（駆動信号）で構成される駆動波形（共通駆動波形）を生成して出力する駆動波形生成部３０１と、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）、制御信号Ｍ０〜Ｍ３を出力するデータ転送部３０２とを備えている。

なお、制御信号は、ヘッドドライバ２０８の後述するスイッチ手段であるアナログスイッチ３１７の開閉を滴毎に指示する２ビットの信号であり、共通駆動波形の印刷周期に合わせて選択すべき波形でＨレベル（ＯＮ）に状態遷移し、非選択時にはＬレベル（ＯＦＦ）に状態遷移する。

ヘッドドライバ２０８は、データ転送部３０２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／ＣＨ）を入力するシフトレジスタ３１１と、シフトレジスタ３１１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３１２と、階調データと制御信号ＭＮ０〜ＭＮ３をデコードして結果を出力するデコーダ３１３と、デコーダ３１３のロジックレベル電圧信号をアナログスイッチ３１５が動作可能なレベルへとレベル変換するレベルシフタ３１４と、レベルシフタ３１４を介して与えられるデコーダ３１３の出力でオン／オフ（開閉）されるアナログスイッチ３１６とを備えている。

このアナログスイッチ３１６は、各圧電素子１２１の選択電極（個別電極）１５４に接続され、駆動波形生成部３０１からの共通駆動波形が入力されている。したがって、シリアル転送された画像データ（階調データ）と制御信号ＭＮ０〜ＭＮ３をデコーダ３１３でデコードした結果に応じてアナログスイッチ３１６がオンにすることにより、共通駆動波形を構成する所要の駆動信号が通過して（選択されて）圧電素子１２１に印加される。

次に、本発明の第１実施形態における駆動波形について図７を参照して説明する。
この図７（ａ）に示す駆動波形は、１印刷周期内に、８個の駆動パルス（駆動信号）Ｐ１〜Ｐ８を含む波形であり、１印刷周期内に大滴による１ドットを形成する駆動パルスＰ１〜Ｐ６（ただし、駆動パルスＰ３を除く）と、中滴による２ドットを形成する駆動パルスＰ１、Ｐ２及び駆動パルスＰ７、Ｐ８と、小滴による２ドットを形成する駆動パルスＰ１及び駆動パルスＰ７とを含んでいる。なお、駆動パルスＰ３は、液滴を吐出させない（非吐出）で、メニスカスを振動させる微駆動パルスである。

つまり、１印刷周期内で、大滴によるドットは１ドットと、中滴及び小滴によるドットは各２ドット形成することができる波形である。そして、大滴による１ドットを形成するための駆動パルスＰ１、Ｐ２は中滴及び小滴による１ドットを形成するための駆動パルスを兼ねている。以下、駆動パルスＰ１で吐出される小滴を「小滴１」、駆動パルスＰ７で吐出される小滴を「小滴２」、駆動パルスＰ１、Ｐ２で吐出される中滴を「中滴１」、駆動パルスＰ７、Ｐ８で吐出される中滴を「中滴２」という。

また、図７（ｂ）に示す、制御信号ＭＮ０は駆動パルスＰ３を選択する信号であり、制御信号ＭＮ１は駆動パルスＰ１〜Ｐ６（大滴形成用の駆動パルス、前記のとおり駆動パルス３では滴吐出が行われないので、５滴が吐出されることになる。）を選択するとともに、駆動パルスＰ７（小滴２形成用の駆動パルス）を選択する信号であり、制御信号ＭＮ２は駆動パルスＰ１（小滴１形成用の駆動パルス）を選択するとともに、駆動パルスＰ７、８（中滴２形成用の駆動パルス）を選択する信号であり、制御信号ＭＮ３は駆動パルスＰ１、Ｐ２（中滴１形成用の駆動パルス）を選択する信号である。

そして、この駆動波形のパルスＰ６とパルスＰ７との間のタイミングＴａで、データ転送部３０２からシフトレジスタ３１１に転送する階調データを切替えるとともに、制御信号ＭＮ１、ＭＮ２については上述したように大滴選択から小滴選択に、小滴選択から中滴選択の信号に切替える。

このように構成したので、データ転送部３０２からヘッドドライバ２０８に与える階調データ（２ビット／ＣＨ）によって、タイミングＴａに至る前半部分で、制御信号Ｍ１を選択したときには大滴による１ドットが、制御信号Ｍ２を選択したときには小滴１による１ドットが、制御信号Ｍ３を選択したときには中滴１による１ドットが形成される。そして、タイミングＴａで階調データを切替えることによって、タイミングＴａの後の後半部分で、制御信号Ｍ１を選択したときには小滴２による１ドットが、制御信号Ｍ２を選択したときには中滴２による１ドットが形成される。

これによって、１印刷周期内で、図８（ａ）に示すように、大−無、中−中、小、無、小−中、小、無、無−中、小、無の組合せ、図８（ｂ）に示すように、大−中、小、無、中−中、小、無、小−中、小、無、無−中、小、無の組合せでドットを形成することができる。

例えば、図９に示すように、大滴は３００ｄｐｉの解像度でドットを形成するように吐出され、中小滴は１印刷周期内で２回吐出できるので、擬似的に倍の６００ｄｐｉ相当の解像度でドットを形成するように吐出することができる。つまり、大滴によるドット形成のみ主走査方向の解像度を副走査方向の解像度に合わせた印字モードを実現することができる。

このように、駆動波形は、一印刷周期で、大滴による１ドットを形成するための駆動信号と、小滴による２以上のドット及び中滴による２以上のドットの少なくともいずれかを形成するための駆動信号とを含む構成とすることにより、主走査の解像度と副走査の解像度を変える印字モードを実現するときでも、大滴については主走査方向の解像度を副走査方向の解像度と同一の解像度で吐出することができ、時間と電圧が制御された大滴の駆動信号を形成できるようになるとともに、ベタ画像の実現も可能になる。その結果、高速印刷と高画質化を両立することができる。

この場合、大滴は複数の液滴を飛翔中（用紙に着弾する前）に合体させて一滴として着弾させることによって、良好な画像を形成することができる。つまり、図１０に示すように、ノズル１０４から複数の液滴Ｉを順次吐出させて飛翔中に１つの滴ＩＭに合体（マージ）させた状態で用紙２２上に着弾させることによって、図１１（ａ）に示すように良好なドットＤａを形成することができる。これに対して、着弾前にマージしないまま複数の液滴を着弾させると、図１１（ｂ）に示すように各液滴Ｉの着弾位置がずれたドットＤｂとなって良好なドットを形成することができない。

また、大滴による１ドットを形成する液滴は４滴以上吐出することで、大滴形成用の駆動信号に中滴或いは小滴形成用の駆動信号を含めることが容易になる。そして、このように、大滴による１ドットを形成する駆動信号は複数の駆動信号からなり、かつ、この複数の駆動信号には、中滴による１ドットを形成する駆動信号及び小滴による１ドットを形成する駆動信号の少なくともいずれかを含むことによって、駆動波形全体の時間を短縮することができる。

さらに、一印刷周期内で階調データを切り換えることによって、一印刷周期内で、中滴や小滴を複数回吐出させることができるとともに、階調数を増加させることもできる。また、上記のように副走査の解像度よりも主走査の解像度が高い画像を形成するモードを有し、かつ、このモードでは大滴による１ドットの形成のみ主走査方向の解像度と副走査の解像度が同じにすることによって、高速印刷と高画質化を両立することができ、また、このモードではノンインターレース方式で画像を形成することでより高速化を図ることができる。

なお、この実施形態では、６００ｄｐｉ×３００ｄｐｉの解像度を例に挙げているが、解像度はこれに限るものではない。また、駆動波形及び駆動波形を構成する駆動信号（駆動パルスの形状）などについても図７に示すものに限らない。

次に、本発明の第２実施形態における駆動波形について図１２を参照して説明する。
この実施形態の駆動波形は、一印刷周期内で、駆動パルスＰ１１〜Ｐ１３で構成される波形を複数回、ここでは２回繰り返す波形としている。ここで、駆動パルスＰ１１〜Ｐ１３はそれぞれ小滴（例えば駆動パルスＰ１１だけ）、中滴（例えば駆動パルスＰ１１〜Ｐ１３）を吐出させる駆動信号であり、これらの駆動パルスＰ１１〜Ｐ１３を２回繰り返した全体で大滴を形成する駆動信号が構成される。

したがって、この場合には、階調データ（２ビット／ＣＨ）によって、図８（ｂ）に示すように、１印刷周期内で、大−中、小、無、中−中、小、無、小−中、小、無、無−中、小、無の組合せでドットを形成することができる。なお、図（ａ）の組合せは、大滴が駆動波形を構成するすべての駆動パルスを使用しているのでできない。

これによっても、前記第１実施形態と同様に、図１３に示すように、大滴は３００ｄｐｉの解像度でドットを形成するように吐出され、中小滴は１印刷周期内で２回吐出できるので、擬似的に倍の６００ｄｐｉ相当の解像度でドットを形成するように吐出することができる。つまり、大滴によるドット形成のみ主走査方向の解像度を副走査方向の解像度に合わせた印字モードを実現することができ、高速印刷と高画質化を両立することができる。

なお、ここでも、６００ｄｐｉ×３００ｄｐｉの解像度を例に挙げているが、解像度はこれに限るものではない。また、駆動波形及び駆動波形を構成する駆動信号（駆動パルスの形状）などについても図１２に示すものに限らない。

次に、使用する記録液（インク）について説明すると、インクとしては、色材として顔料を含み、かつ２３℃における粘度が５ｍＰａ・ｓ以上のものを使用することで、滲みが少なく、高い発色性と高耐水性を実現することができる。

ここで使用する顔料として特に限定はないが、例えば以下に挙げる顔料が好適に用いられる。また、これら顔料は複数種類を混合して用いても良い。例えば、有機顔料としては、アゾ系、フタロシアニン系、アントラキノン系、キナクリドン系、ジオキサジン系、インジゴ系、チオインジゴ系、ペリレン系、イソインドレノン系、アニリンブラツク、アゾメチン系、ローダミンＢレーキ顔料、カーボンブラック等が挙げられる。

無機顔料として酸化鉄、酸化チタン、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、バリウムイエロー、紺青、カドミウムレッド、クロムイエロー、金属粉が挙げられる。

ブラック顔料インクに使用されるカーボンブラックとしては、ファーネス法、チャネル法で製造されたカーボンブラックで、一次粒径が、１５〜４０ミリミクロン、ＢＥＴ法による比表面積が、５０〜３００平方メートル／ｇ、ＤＢＰ吸油量が、４０〜１５０ｍｌ／１００ｇ、揮発分が０．５〜１０％、ｐＨ値が２〜９を有するものが好ましい。このようなものとしては、例えば、Ｎｏ．２３００、Ｎｏ．９００、ＭＣＦ８８、Ｎｏ．４０、Ｎｏ．５２、ＭＡ７、ＭＡ８、Ｎｏ．２２００Ｂ（以上、三菱化成製）、RAVEN１２５５（コロンビア製）、REGAL４００Ｒ、REGAL６６０Ｒ、MOGUL L（以上、キヤボット製）、Color Black FW１、Color Black FW１８、Color Black S１７０、Color Black S１５０、Printex ３５、Printex U（以上、デグッサ製）等の市販品を使用することができる。

本発明に係る画像形成装置の機構部の全体構成を説明する側面説明図である。同機構部の平面説明図である。同画像形成装置の記録ヘッドを構成する液体吐出ヘッドの一例を示す液室長手方向に沿う断面説明図である。同じく液室短手方向に沿う断面説明図である。同画像形成装置における制御部の概要を説明するブロック説明図である。同制御部におけるヘッド駆動制御部及びヘッドドライバの一例を説明するブロック説明図である。本発明の第１実施形態における駆動波形を説明する説明図である。同実施形態におけるドットの組合せの説明に供する説明図である。同実施形態における駆動波形と吐出される滴及びドット形成位置の説明に供する説明図である。複数滴のマージの説明に供する説明図である。同じく着弾前にマージした場合としない場合のドット形状の説明に供する説明図である。本発明の第２実施形態における駆動波形を説明する説明図である。同実施形態における駆動波形と吐出される滴及びドット形成位置の説明に供する説明図である。

符号の説明

４…キャリッジ
５…主走査モータ
１１…記録ヘッド
２２…被記録媒体（用紙）
３１…搬送ベルト
３２…搬送ローラ
３６…副走査モータ
１２１…圧電素子
２００…制御部
２０７…ヘッド駆動制御部
２０８…ヘッドドライバ
３０１…駆動波形生成部
３０２…データ転送部

Claims

記録液の液滴を吐出する液体吐出ヘッドをキャリッジに搭載して主走査方向に移動させ、被記録媒体を副走査方向に移動して、前記被記録媒体に画像を形成し、副走査の解像度よりも主走査の解像度が高い画像を形成するモードを有するシリアル型画像形成装置であって、
一印刷周期内に２以上の駆動信号を含む駆動波形を発生する駆動波形発生手段と、階調データを入力し、前記駆動波形の内から前記階調データに応じて開閉するスイッチ手段を介して所要の駆動信号を選択して前記液体吐出ヘッドに印加させる駆動手段と、一印刷周期内で前記階調データを切り替える手段とを備え、
前記駆動波形は、一印刷周期で、大滴による１ドットを形成するための駆動信号と、小滴による２以上のドット及び中滴による２以上のドットの少なくともいずれかを形成するための駆動信号とを含み、前記大滴による１ドットを形成する駆動信号は前記一印刷周期の半分の期間よりも長い期間の信号であり、
前記モードでは前記大滴による１ドットの形成のみ主走査方向の解像度と副走査の解像度が同じである
ことを特徴とする画像形成装置。
請求項１に記載の画像形成装置において、前記大滴による１ドットを形成する液滴は複数滴吐出され、この複数の液滴が着弾する前に合体して前記大滴一滴を形成することを特徴とする画像形成装置。
請求項１又は２に記載の画像形成装置において、前記大滴による１ドットを形成する駆動信号は複数の駆動信号からなり、かつ、この複数の駆動信号には、中滴による１ドットを形成する駆動信号及び小滴による１ドットを形成する駆動信号の少なくともいずれかを含むことを特徴とする画像形成装置。
請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置において、前記モードではノンインターレース方式で画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
請求項１ないし４のいずれかに記載の画像形成装置において、前記記録液は色材として顔料を含み、かつ、２３℃における粘度が５ｍＰａ・ｓ以上であることを特徴とする画像形成装置。