JP4412950B2

JP4412950B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP4412950B2
Application number: JP2003326517A
Authority: JP
Inventors: 智昭中野
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2003-09-18
Filing date: 2003-09-18
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2023-09-18
Also published as: JP2005088436A

Description

本発明は画像形成装置に関し、特に、複数のヘッドを有する画像形成装置に関する。

プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像形成装置として用いるインクジェット記録装置は、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する加圧液室（吐出室、圧力室、加圧室、液室、インク流路、流路等とも称される。）と、この加圧液室内のインクを加圧する圧力発生手段とを備えた液滴吐出ヘッドとしてのインクジェットヘッドを搭載したものである。

このようなインクジェットヘッドを記録ヘッドとして搭載するインクジェット記録装置におけるヘッド駆動制御装置としては、例えば、複数の駆動信号発生部の少なくとも一部の特定の駆動信号発生部のそれぞれと、複数のノズルの少なくとも一部のノズルを駆動するための特定の駆動素子のそれぞれとの間の接続を任意に選択して実行する選択部を備えたものが知られている。
特開２００２−１０３６１７号公報

また、ブラック（Ｂｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の各ヘッドを搭載し、ヘッド毎に、駆動波形を生成する波形生成部と低インピーダンス出力回路とを備えて、低インピーダンス出力回路からの駆動波形をヘッド毎にすべての圧電素子に対して共通の駆動波形を印加するようにしたものも知られている。
特開平１０−１５７１０２号公報

近年のカラーインクッジェット記録装置は、高速化に伴ってヘッドのノズル数が増加し、ヘッド寸法も長尺化してきている。この場合、ヘッドの長尺化によって、ノズル配列の中央部と端部では機械的な剛性が異なるので、ノズル間のインク滴噴射特性に差が生じてくる。

ここで、特許文献１に記載されているように、複数の駆動信号発生部の少なくとも一部の特定の駆動信号発生部のそれぞれと、複数のノズルの少なくとも一部のノズルを駆動するための特定の駆動素子のそれぞれとの間の接続を任意に選択して実行する選択部を備えることで、色毎に分割されたノズル列を一つの群とし、群ごとに駆動信号発生部を選択できるので、ノズル列間（色間）で異なる波形を印加し、バラツキを補正することはできる。

しかしながら、この特許文献１に記載のものにあっても、上述したようなヘッド内（同一色のノズル列内）で、物理的なノズル配列に起因して生じるインク滴噴射特性のバラツキを補正することはできない。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、簡単な構成でヘッドが長尺化した場合でも滴噴射特性のバラツキを補正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、
液滴を吐出する複数のノズルが連通する各液室に対応してそれぞれ設けられた圧力発生手段を有する複数のヘッドと、
前記圧力発生手段を駆動するための複数の駆動回路とを備え、
前記複数のヘッドはそれぞれ１つのヘッドの内が複数の駆動ユニットとして分割され、
この分割された複数の駆動ユニットはそれぞれ異なる駆動回路に接続され、
前記複数の駆動回路は、各ヘッドの駆動ユニットを構成する圧力発生手段及び駆動する圧力発生手段を選択する選択回路を有するヘッド基板に中継基板を介して結線され、
前記ヘッド基板内の駆動波形信号の配線は他の信号の配線と交差しない
構成とした。

ここで、複数の駆動回路は、駆動波形を増幅する電圧増幅部及び電流増幅部を有していることが好ましい。また、分割された複数の駆動ユニットに対する駆動波形をそれぞれ独立して調整できることが好ましい。さらに、複数のヘッドは異なる色の液体毎に設けられ、１つの駆動回路は異なる色の液体の駆動ユニットを駆動することが好ましい。

また、複数の駆動回路は、中継基板は入出力コネクト部のパターンが両者ともにストレート配線で結線可能に基板内配線されていることが好ましい。

本発明に係る画像形成装置によれば、複数のヘッドはそれぞれ１つのヘッドの内が複数の駆動ユニットとして分割され、この分割された複数の駆動ユニットはそれぞれ異なる駆動回路に接続され、各ヘッドの駆動ユニットを構成する圧力発生手段及び駆動する圧力発生手段を選択する選択回路を有するヘッド基板に中継基板を介して結線され、ヘッド基板内の駆動波形信号の配線は他の信号の配線と交差しない構成としたので、ヘッド内の滴噴射特性の違いに応じて互いに異なる駆動波形で駆動させることができて、ヘッド内のバラツキを補正するように駆動波形を調整することができるようにすることで濃度ムラをなくすことができ、高画像品質を得ることができる。

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。図１は本発明に係る画像記録装置としてのインクジェット記録装置の機構部の概略斜視説明図、図２は同機構部の側面説明図である。

このインクジェット記録装置は、記録装置本体１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載したインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへのインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部２等を収納し、給紙カセット４或いは手差しトレイ５から給送される用紙３を取り込み、印字機構部２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ６に排紙する。

印字機構部２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド１１と従ガイドロッド１２とでキャリッジ１３を主走査方向に摺動自在に保持し、このキャリッジ１３にはイエロー（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インクジェットヘッドからなる記録ヘッド１４をインク滴吐出方向を下方に向けて装着し、キャリッジ１３の上側には記録ヘッド１４に各色のインクを供給するための各インクタンク（インクカートリッジ）１５を交換可能に装着している。

インクカートリッジ１５は上方に大気と連通する大気口、下方には記録ヘッド１４へインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力により記録ヘッド１４へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。このインクカートリッジ１５からインクを記録ヘッド１４内に供給する。

ここで、キャリッジ１３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド１１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド１２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ１３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１７で回転駆動される駆動プーリ１８と従動プーリ１９との間にタイミングベルト２０を張装し、このタイミングベルト２０をキャリッジ１３に固定しており、主走査モータ１７の正逆回転によりキャリッジ１３が往復駆動される。

また、記録ヘッド１４として、ここでは各色、すなわち４個のインクジェットヘッドを用いているが、各色のインク滴を吐出する複数のノズルからなる複数のノズル列を有する１個のインクジェットヘッドでもよい。さらに、記録ヘッド１４としては、後述するように、インク流路の壁面の少なくとも一部を形成する振動板と、この振動板を圧電素子で変形させるピエゾ型インクジェットヘッドを用いているが、これに限らずサーマル型ヘッド、静電型ヘッドなども用いることができる。

一方、給紙カセット４にセットした用紙３を記録ヘッド１４の下方側に搬送するために、給紙カセット４から用紙３を分離給装する給紙ローラ２１及びフリクションパッド２２と、用紙３を案内するガイド部材２３と、給紙された用紙３を反転させて搬送する搬送ローラ２４と、この搬送ローラ２４の周面に押し付けられる搬送コロ２５及び搬送ローラ２４からの用紙３の送り出し角度を規定する先端コロ２６とを設けている。搬送ローラ２４は副走査モータ２７によってギヤ列を介して回転駆動される。

そして、キャリッジ１３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ２４から送り出された用紙３を記録ヘッド１４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材２９を設けている。この印写受け部材２９の用紙搬送方向下流側には、用紙３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ３１、拍車３２を設け、さらに用紙３を排紙トレイ６に送り出す排紙ローラ３３及び拍車３４と、排紙経路を形成するガイド部材３５，３６とを配設している。

記録時には、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、停止している用紙３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙３を排紙する。

また、キャリッジ１３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、記録ヘッド１４の吐出不良を回復するための回復装置３７を配置している。回復装置３７は、キャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ１３は印字待機中にはこの回復装置３７側に移動されてキャッピング手段で記録ヘッド１４をキャッピングされ、吐出口部（ノズル孔）を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出する（パージする）ことにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。

吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段で記録ヘッド１４の各インクジェットヘッドの吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。

次に、このインクジェット記録装置の記録ヘッド１４を構成するインクジェットヘッドについて図３乃至図５を参照して説明する。なお、図３は同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図、図４は同ヘッドの液室短手方向に沿う断面説明図、図５は同ヘッドの要部平面説明図である。

このインクジェットヘッドは、単結晶シリコン基板で形成した流路板４１と、この流路板４１の下面に接合した振動板４２と、流路板４１の上面に接合したノズル板４３とを有し、これらによって液滴であるインク滴を吐出するノズル４５がノズル連通路４５ａを介して連通するインク流路である加圧室４６、加圧室４６にインクを供給するための共通液室４８にインク供給口４９を介して連通する流体抵抗部となるインク供給路４７を形成している。

そして、振動板４２の外面側（液室と反対面側）に各加圧室４６に対応して加圧室４６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積層型圧電素子５２を接合し、この圧電素子５２をベース基板５３に接合している。また、圧電素子５２の間には加圧室４６、４６間の隔壁部４１ａに対応して支柱部５４を設けている。ここでは、圧電素子部材にハーフカットのダイシングによるスリット加工を施すことで櫛歯状に分割して、１つ毎に圧電素子５２と支柱部５４して形成している。支柱部５４も構成は圧電素子５１と同じであるが、駆動電圧を印加しないので単なる支柱となる。

さらに、振動板４２の外周部はフレーム部材４４にギャップ材を含む接着剤５０にて接合している。このフレーム部材４４には、共通液室４８となる凹部、この共通液室４８に外部からインクを供給するための図示しないインク供給穴を形成している。このフレーム部材４４は、例えばエポキシ系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４１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４５ａ、加圧室４６、インク供給路４７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４２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、この他の金属板や樹脂板或いは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４２は加圧室４６に対応する部分に変形を容易にするための薄肉部（ダイアフラム部）５５及び圧電素子５２と接合するための厚肉部（島状凸部）５６を形成するとともに、支柱部５４に対応する部分及びフレーム部材４４との接合部にも厚肉部５７を形成し、平坦面側を流路板４１に接着剤接合し、島状凸部５６を圧電素子５２に接着剤接合し、更に厚肉部５７を支柱部５４及びフレーム部材４４に接着剤５０で接合している。なお、ここでは、振動板４２を２層構造のニッケル電鋳で形成している。この場合、ダイアフラム部５５の厚みは３μｍ、幅は３５μｍ（片側）としている。

ノズル板４３は各加圧室４６に対応して直径１０〜３５μｍのノズル４５を形成し、流路板４１に接着剤接合している。このノズル板４３としては、ステンレス、ニッケルなどの金属、金属とポリイミド樹脂フィルムなどの樹脂との組み合せ、シリコン、及びそれらの組み合わせからなるものを用いることができる。ここでは、電鋳工法によるＮｉメッキ膜等で形成している。また、ノズル４３の内部形状（内側形状）は、ホーン形状（略円柱形状又は略円錘台形状でもよい。）に形成し、このノズル４５の穴径はインク滴出口側の直径で約２０〜３５μｍとしている。さらに、各列のノズルピッチは１５０ｄｐｉとした。

また、ノズル板４３のノズル面（吐出方向の表面：吐出面）には、図示しない撥水性の表面処理を施した撥水処理層を設けている。撥水処理層としては、例えば、ＰＴＦＥ−Ｎｉ共析メッキやフッ素樹脂の電着塗装、蒸発性のあるフッ素樹脂（例えばフッ化ピッチなど）を蒸着コートしたもの、シリコン系樹脂・フッ素系樹脂の溶剤塗布後の焼き付け等、インク物性に応じて選定した撥水処理膜を設けて、インクの滴形状、飛翔特性を安定化し、高品位の画像品質を得られるようにしている。

圧電素子５２は、厚さ１０〜５０μｍ／１層のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の圧電層６１と、厚さ数μｍ／１層の銀・パラジューム（ＡgＰd）からなる内部電極層６２とを交互に積層したものであり、内部電極６２を交互に端面の端面電極（外部電極）である個別電極６３、共通電極６４に電気的に接続したものである。この圧電常数がｄ３３である圧電素子５２の伸縮により加圧室４６を収縮、膨張させるようになっている。圧電素子５２に駆動信号が印加され充電が行われると伸長し、また圧電素子５２に充電された電荷が放電すると反対方向に収縮するようになっている。

なお、圧電素子部材の一端面の端面電極はハーフカットによるダイシング加工で分割されて個別電極６３となり、他端面の端面電極は切り欠き等の加工による制限で分割されずにすべての圧電素子５２で導通した共通電極６４となる。

そして、圧電素子５２の個別電極６３には駆動信号を与えるために半田接合又はＡＣＦ（異方導電性膜）接合若しくはワイヤボンディングでＦＰＣケーブル６５を接続し、このＦＰＣケーブル６５には各圧電素子５２に選択的に駆動波形を印加するための駆動回路（ドライバＩＣ）を接続している。また、共通電極６４は、圧電素子の端部に電極層を設けて回し込んでＦＰＣケーブル６５のグラウンド（ＧＮＤ）電極に接続している。

このように構成したインクジェットヘッドにおいては、例えば、記録信号に応じて圧電素子５２に駆動波形（１０〜５０Ｖのパルス電圧）を印加することによって、圧電素子５２に積層方向の変位が生起し、振動板４２を介して加圧室４６内のインクが加圧されて圧力が上昇し、ノズル４５からインク滴が吐出される。

その後、インク滴吐出の終了に伴い、加圧室４６内のインク圧力が低減し、インクの流れの慣性と駆動パルスの放電過程によって加圧室４６内に負圧が発生してインク充填行程へ移行する。このとき、図示しないインクタンクから供給されたインクは共通液室４８に流入し、共通液室４７からインク供給口４９を経て流体抵抗部４７を通り、加圧室４６内に充填される。

なお、流体抵抗部４７は、吐出後の残留圧力振動の減衰に効果が有る反面、表面張力による最充填（リフィル）に対して抵抗になる。流体抵抗部４７の流体抵抗値を適宜に選択することで、残留圧力の減衰とリフィル時間のバランスが取れ、次のインク滴吐出動作に移行するまでの時間（駆動周期）を短くできる。

次に、このインクジェット記録装置の制御部の概要について図６を参照して説明する。
この制御部は、この記録装置全体の制御を司るマイクロコンピュータ（以下、「ＣＰＵ」と称する。）８０と、所要の固定情報を格納したＲＯＭ８１と、ワーキングメモリ等として使用するＲＡＭ８２と、ホスト側から転送される画像データ（ドットデータ或いはドットパターンデータと称する。）を格納する画像メモリ（ラスデータメモリ）８３と、パラレル入出力（ＰＩＯ）ポート８４と、パラレル入出力（ＰＩＯ）ポート８６と、ヘッド駆動回路８８及びドライバ８９等を備えている。

ここで、ＰＩＯポート８４にはホストのプリンタドライバ側から転送される画像データなどの各種情報及びデータ、操作パネル９０からの各種指示、選択情報、環境温度を検出する温度センサ９２などの各種センサからの検知信号等が入力され、またこのＰＩＯポート８４を介してホスト側や操作パネル９０側に対して所要の情報が送出される。

ヘッド駆動回路８８は、ＰＩＯポート８６を介して与えられる各種データ及び信号に基づいて、記録ヘッド１４を構成する各インクジェットヘッドの圧電素子５２に対して選択的に駆動波形を印加してインク滴を吐出させる。さらに、ドライバ８９は、ＰＩＯポート８６を介して与えられる駆動データに応じて主走査モータ１７及び副走査モータ２７を各々駆動制御することで、キャリッジ１３を主走査方向に移動走査し、搬送ローラ２４を回転させて用紙３を所定量搬送させる。

この制御部のうちのヘッド駆動制御装置に係わる部分について図７を参照して説明する。なお、同図では、本発明の１つのヘッドの１つの駆動ユニットの駆動制御に係る部分のみを図示している。
ここで、記録ヘッド１４を構成する４個のインクジェットヘッドＨは、上述したように複数（ここでは１２８個とする。）のノズル４５に対応する１２８個の圧力発生手段である圧電素子５２を有し、各圧電素子５２の一方の電極は共通化して共通電極Ｃｏｍ（上記の共通電極６４である。）としてグランドに接続し、他方の電極は圧電素子５２毎に個別化して選択電極ＳＥＬ（上記の個別電極６３である。）としている。なお、実際にはノズル４５は２列設けているので、２５６個のノズル４５を有することになる。

ヘッド駆動制御部は、前記ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び周辺回路を含む主制御部１０１と記録ヘッド１４を構成するインクジェットヘッドを駆動するためのヘッド駆動部８８Ａを備えている。

主制御部１０１は、パーソナルコンピュータなどの情報処理端末、デジタルカメラ、スキャナなどの画像処理端装置等のホスト側から与えられる画像情報を入力して、ヘッド駆動部８８Ａに対してヘッドを駆動するタイミングに合わせて、８ｂｉｔの電圧デ−タを順次、波形生成部であるＤ／Ａ変換回路（ＤＡＣ）１０３に出力する。

ＤＡＣ１０３は、与えられた電圧デ−タを例えば０Ｖ〜２Ｖの出力範囲を８ｂｉｔの分解能で出力する。８ｂｉｔのデ−タ入力ステップが２５０ｎｓの場合、駆動波形（駆動信号）の立ち上がり時定数ｔｒ＝５μｓ、駆動電圧Ｖｐ＝３０Ｖ（フルスケ−ル）のとき、ＤＡＣ１０３の出力は２０ステップの時間刻みで、約０．１Ｖ／ステップで０〜２Ｖまで上昇する。

また、駆動波形の立下り時も同様に、立下り時定数ｔｆ＝１０μｓであれば４０ステップで５〜３Ｖまで下降する。さらに、駆動波形に要する時間（立ち上がり開始から、立下り終了までの時間）が５０μｓとすると、２００ステップでフルスケ−ル５Ｖの駆動波形が形成され、ヘッドの駆動タイミングに合わせて繰り返し出力される。

このＤＡＣ１０３から出力される駆動波形はアンプ１０４を介して３〜３０Ｖ（フルスケ−ル時）の範囲でＤＡＣ出力レベルに応じて電圧増幅される。電圧増幅された駆動波形は、ＳＥＰＰ回路（ＮＰＮトランジスタＱ１及びＰＮＰトランジスタＱ２）等で構成される低インピ−ダンス回路からなる電流増幅部１０５を介して、選択回路であるＰＺＴ選択回路１０６へ与えられる。

ここで、駆動波形の一例を後述する図１１に示している。本実施形態におけるヘッドの駆動方式においては、駆動波形の立下り波形要素（ａ→ｂ）の時間に圧電素子５２はヘッド基板（ベース基板）５３方向に収縮変位するので、加圧液室４６内の容積は拡大し、加圧液室４６は減圧される。そして、上記拡大された加圧液室４６は駆動波形のホールド波形要素（ｂ→ｃ）時間の間、保持された後、立ち上がり波形要素（ｃ→ｄ）の時間に圧電素子５２がノズル板４３方向に拡大変位するので、加圧液室４６は縮小し、発生される加圧圧力でノズル４５からインク滴が噴射される。

一方、主制御部１０１は、インク滴を噴射させるノズル４５を指定するためのシリアルデ−タＳＤ（ノズルデ−タ）とシフトクロックＳＣＬＫ、ラッチ信号/ＬＡＴをＰＺＴ選択回路１０６へ入力する。

ＰＺＴ選択回路１０６は、シフトクロックＳＣＬＫ、およびノズルデータＳＤを入力とするシフトレジスタ回路（２５６ｂｉｔ）と、シフトレジスタ回路の各レジスト値をラッチ信号/ＬＡＴによってラッチするためのラッチ回路（２５６ｂｉｔ）と、２５６ビットのレベルシフタ回路と、レベルシフタ回路でオン/オフが制御されるアナログスイッチ群とからなる。

アナログスイッチ群は、各圧電素子５２の選択電極６３に接続され、駆動波形が入力されている。そしてシフトレジスタ回路にシフトクロックＳＣＬＫ、ノズルデータＳＤを取りこみ、ラッチ信号/ＬＡＴによって取りこんだシリアルデ−タをラッチ回路でラッチしてレベルシフタ回路に入力する。このレベルシフタ回路は、データの内容に応じて各圧電素子５２に接続されるアナログスイッチをオンすることで、駆動波形が選択された圧電素子５２に印加される。

このように各圧電素子に印加される駆動波形は、前記ＤＡＣ１０３に入力される８ｂｉｔの電圧デ−タ値を２５０ｎｓの時間刻みで制御されるので、駆動電圧Ｖｐ及び立ち上げ時定数ｔｒは、ＤＡＣ１０３に入力する電圧デ−タを可変することで容易に制御することができる。

そこで、上述したインクジェット記録装置における記録ヘッド１４の４個のインクジェットヘッド（以下「ヘッドＨＢｋ、ヘッドＨＣ、ヘッドＨＭ、ヘッドＨＹ」とする。）を駆動するヘッド駆動部の全体構成について図８及び図９を参照して説明する。

ここでは、４個のヘッドＨＢｋ、ＨＣ、ＨＭ、ＨＹについて、それぞれ１つのヘッドは複数（この例では３個）の駆動ユニット１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃに分割している。すなわち、ヘッドＨＢｋ、ＨＣ、ＨＭ、ＨＹのノズル列のノズルに対応する複数の圧電素子５２を所要数毎にグループ化して、各グループを1つの駆動ユニットとしている例で説明する。

ヘッド駆動部は、４個のヘッドＨＢｋ、ＨＣ、ＨＭ、ＨＹのそれぞれ３つに分割された駆動ユニット１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃを駆動するために、各駆動ユニット１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃに接続される駆動回路８８ａ、８８ｂ、８８ｃを有している。

各駆動回路８８ａ、８８ｂ、８８ｃは、それぞれ、前述した主制御部１０１からの電圧データをＤ／Ａ変換して駆動波形を生成する波形生成手段としてのＤＡＣ１０３及びＯＰアンプ等で構成した電圧増幅部１０４と、電圧増幅部１０４ｎｏ出力を電流増幅するＮＰＮトランジスタＱ１及びＰＮＰトランジスタＱ２等から構成される３個の電流増幅部１０５とを有し、電流増幅部１０５から各駆動ユニット１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃに対してそれぞれ駆動波形Ｖｃｏｍａ、Ｖｃｏｍｂ、Ｖｃｏｍｃを出力する。

そして、各ヘッドＨＢｋ、ＨＣ、ＨＭ、ＨＹの駆動ユニット１１１ａに対応する各ＰＺＴ選択回路１０６ａには、駆動回路８８ａからの出力Ｖｃｏｍａが結線されている（印加されるようにしている）。同様に、各ヘッドＨＢｋ、ＨＣ、ＨＭ、ＨＹの駆動ユニット１１１ｂに対応する各ＰＺＴ選択回路１０６ｂには、駆動回路８８ｂからの出力Ｖｃｏｍｂが結線されている。また、各ヘッドＨＢｋ、ＨＣ、ＨＭ、ＨＹの駆動ユニット１１１ｃに対応する各ＰＺＴ選択回路１０６ｃには、駆動回路８８ｃからの出力Ｖｃｏｍｃが結線されている。したがって、１つの駆動回路の出力で異なるヘッドにまたがる駆動ユニットを駆動するようにしている。

一方、各ヘッドＨＢｋ、ＨＣ、ＨＭ、ＨＹの１つのヘッドに含まれるＰＺＴ選択回路１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃには、主制御部１０１からの各ヘッドＨＢｋ、ＨＣ、ＨＭ、ＨＹに対応するシフトクロックＳＣＬＫ１〜４、ノズルデータＳＤ１〜４、ラッチ信号/ＬＡＴ１〜４が個別に入力される。

ここで、ヘッドの駆動ユニットによるノズル分割例について図１０を参照して説明する。
図１０に示す例は、前述したように各色のインクを吐出する各ヘッドＨＢｋ、ＨＣ、ＨＭ、ＨＹで記録ヘッドを構成し、各ヘッドＨＢｋ、ＨＣ、ＨＭ、ＨＹについて１つのヘッド内を複数の駆動ユニットに分割した例であり、各駆動ユニット１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃに対応するノズル領域Ｎａ、Ｎｂ、Ｎｃのノズル数がほぼ均等になるように３分割した例である。この場合には、各駆動回路８８ａ、８８ｂ、８８ｃの各電流増幅部１０５を構成するトランジスタの電力容量は略同じでよい。勿論、２分割でも４分割以上でもよい。

このように構成したヘッド駆動部の作用について図１１ないし図１４をも参照して説明する。
まず、一般にヘッドの滴噴射特性は、同じ駆動波形で駆動しても加圧液室の剛性に依存し、剛性が高い液室のほうが、より効率よくインク滴を噴射させることができる。ここで、図１０に示すように、各ヘッドＨＢｋ、ＨＣ、ＨＭ、ＨＹについて駆動ユニット１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃの３つに分割した場合、中央部分の駆動ユニット１１１ｂは、その両側の駆動ユニット１１１ａ，１１１ｃよりも加圧液室の剛性が低くなる。

そこで、これら３つの駆動ユニット１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃを、例えば図１１に示すような共通の駆動波形を用いて駆動した場合、ヘッドのインク噴射量Ｍｊは図１２に示すように、駆動ユニット１１１ｂのノズルから吐出されるインク滴の噴射量Ｍｊだけが、他の駆動ユニット１１１ａ、１１１ｃのノズルから吐出されるインク滴の噴射量Ｍｊに比べて低下してしまうことになる。

これに対して、本発明では、各ヘッド各ヘッドＨＢｋ、ＨＣ、ＨＭ、ＨＹの３つの駆動ユニット１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃについて、それぞれ異なる駆動回路８８ａ、８８ｂ、８８ｃからの駆動波形Ｖｃｏｍａ、Ｖｃｏｍｂ、Ｖｃｏｍｃを印加するので、駆動ユニット１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃはそれぞれ異なる駆動波形で駆動することが可能になる。

したがって、図１３に示すように、駆動ユニット１１１ｂに与える駆動波形Ｖｃｏｍｂを、駆動ユニット１１１ａ、１１１ｃに与える駆動波形Ｖｃｏｍａ、Ｖｃｏｍｃよりも電圧Ｖｐを高くすることができる。この結果、駆動ユニット１１１ｂに含まれるノズルからの滴吐出特性が駆動ユニット１１１ａ、１１１ｃに含まれるノズルからの滴吐出特性に対して相対的に悪い場合でも、図１４に示すように、インク噴射量Ｍｊを噴射量Ｍｊ０に均一化、すなわち目的とする噴射量Ｍｊ０に対して±２０％以内にすることができる。

また、ここでは、駆動波形Ｖｃｏｍａ、Ｖｃｏｍｂ、Ｖｃｏｍｃの電圧Ｖｐを異ならせてバラツキを補正しているが、電圧に限らず、ヘッドの噴射特性に応じてパルス幅、立ち上げ時間、立ち下げ時間等を駆動ユニット毎に異ならせることでバラツキを補正することもできる。

このように、１つのヘッド内を複数の駆動ユニットに分割し、それぞれ独立して駆動回路を有しているので、ヘッド内のインク噴射特性の違いに応じて互いに異なる駆動波形で駆動させることができる。これにより、１つのヘッド内のバラツキを補正するように駆動波形を調整することができるので、インク濃度ムラをなくすことができ高画像品質を得ることができる。

また、印刷速度の高速化にともなってヘッドが長尺化され、ノズル数も増加される傾向にあるが、長尺ヘッドほど、ヘッドの中央部に位置するノズルと端部に位置するノズルの滴噴射特性のバラツキ量が大きいので、本発明を適用することによる効果は大きい。したがって、また、本発明はフルライン型ヘッドを用いる画像形成装置にも適用することができる。

また、図１５に示すように、ブラックインクを吐出するヘッドＨＢｋと、シアン、マゼンタ、イエローのインクを吐出するカラ−ヘッドＨＣＡとで記録ヘッドを構成し、ヘッドＨＢｋが有するノズル数よりもヘッドＨＣＡが有するノズル数が多い場合でも、同様に駆動ユニットａ、ｂ、ｃに分割すれば、それぞれ容易に駆動波形を異ならせることができる。

なお、上記実施形態では分割された駆動ユニットのノズル数はほぼ同じであるが、本発明を実施するうえでは。同数である必要はなくヘッドのノズル間の噴射バラツキに応じて各駆動ユニットのノズル数を決めればよい。このとき電流増幅部を構成するトランジスタの電流容量は、ノズル数が多いほど大きな電流容量をもつトランジスタを用い、ノズル数が少ない駆動ユニットは電流容量の小さいトランジスタを用いたほうは、コスト的にも好ましい。

また、１つのヘッド内での駆動ユニットの分割数は３つに限らず、分割数が多ければ、より精度よく滴噴射量Ｍｊを目標値Ｍｊ0に近づけることができる。

次に、実装の形態について図１６を参照して説明する。
先ず、上述した主制御部１０１、駆動回路８８ａ〜８８ｃ（波形生成部（ＤＡＣ）１０３、電圧増幅部１０４、電流増幅部１０５）を本体側制御基板に実装し、この本体側制御基板側から、駆動波形信号Ｖｃｏｍａ、Ｖｃｏｍｂ、ＶｃｏｍｃをＦＦＣ又はＦＰＣなどの伝達手段１２１を介して、キャリッジ１３内に設けた中継基板１２２に電送する構成とする。

一方、圧電素子（ＰＺＴ）５２及びＰＺＴ選択回路１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃが搭載される各ヘッド基板１２３Ｂｋ、１２３Ｃ、１２３Ｍ、１２３Ｙは、駆動波形信号Ｖｃｏｍａ、Ｖｃｏｍｂ、Ｖｃｏｍｃを供給する配線（パターン）が、ストレ−トになるように、すなわち、スルーホールで基板裏面を介して他の信号の配線（パターン）と立体交差することがないようにパタ−ニングされ、ＦＦＣ又はＦＰＣなどの伝達手段１２４Ｂｋ、１２４Ｃ、１２４Ｍ、１２４Ｙを介して中継基板１２２に結線される。なお、駆動波形信号Ｖｃｏｍ以外の他の制御信号は図示を省略する。

また、中継基板１２２は、本体側制御基板１２１から入力される駆動波形Ｖｃｏｍａ、Ｖｃｏｍｂ、Ｖｃｏｍｃが各ヘッド基板１２３Ｂｋ、１２３Ｃ、１２３Ｍ、１２３Ｙへ出力するための出力コネクト部１２３ａに分配されるように配線されている。この場合、中継基板１２２として、両面基板、４層基板等の多層基板を用いれば、容易にパタ−ニングできる。また、上記ヘッド基板１２３Ｂｋ、１２３Ｃ、１２３Ｍ、１２３Ｙはパタ−ニングがストレ−ト配線で済むので、片面のみのパタ−ニングで済む。

このように、中継基板は、入出力コネクト部のパタ−ンが両者ともにストレ−ト配線で結線できるように基板内配線しているので、汎用で安価なＦＦＣやＦＰＣを入出力ケ−ブルと接続することができるので、ハ−ネスコストを低減することができる。また、ヘッド基板は、駆動波形信号（電流増幅部の出力）は他の信号と交差しないので、信号間の干渉（ノイズ）を受けにくく、波形品質を向上させることができる。

なお、ここでの説明では、電圧増幅部及び電流増幅部を本体制御基板に搭載しているが、必要に応じて中継基板に搭載することも可能であり、この場合も本発明を適用することができる。

また、上記実施形態では電気機械変換素子を用いるインクジェットヘッドの駆動について説明したが、これに限るものではなく、前述したように静電型ヘッドやサーマル型ヘッド、その他形状記憶合金を用いるヘッドなど、その他の圧力発生手段を用いるヘッドの駆動にも適用することができる。サーマル型ヘッドを用いる場合もヘッドを複数の駆動ユニットに分割し、駆動ユニット毎に駆動電圧またはパルス幅（電圧印加時間）を調整することでヘッド内のバラツキを補正することが可能である。

本発明に係る画像形成装置としてのインクジェット記録装置の機構部の一例を示す斜視説明図である。同記録装置の機構部の側断面説明図である。同記録装置の記録ヘッドを構成するインクジェットヘッドの一例を説明するヘッドの液室長辺方向に沿う断面説明図である。同ヘッドの液室短辺方向に沿う断面説明図である。同ヘッドの要部平面説明図である。同記録装置の制御部の概要を説明するブロック図である。同制御部のヘッド駆動制御に係わる部分の１ヘッド分のブロック図である。同じくヘッド駆動部の説明に供するブロック図である。同じくヘッド駆動部の説明に供するブロック図である。ノズル領域と駆動ユニットの分割例の説明に供する説明図である。駆動波形の一例を示す説明図である。３つの駆動ユニットを同じ駆動波形で駆動したときの滴噴射量の変化を説明する説明図である。本発明の駆動波形の一例を説明する説明図である。３つの駆動ユニットを図１３の駆動波形で駆動したときの滴噴射量の変化を説明する説明図である。同ヘッド駆動部の実装の形態の説明に供する説明図である。ノズル領域と駆動ユニットの他の分割例の説明に供する説明図である。

符号の説明

１３…キャリッジ
１４…記録ヘッド
４１…流路板
４２…振動板
４３…ノズル板
４５…ノズル
４６…加圧室
５２…圧電素子、
８８…ヘッド駆動部
８８ａ、８８ｂ、８８ｃ…ヘッド駆動回路
１０３…ＤＡＣ（波形生成部）
１０４…電圧増幅部
１０５…電流増幅部
１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ…駆動ユニット

Claims

液滴を吐出する複数のノズルが連通する各液室に対応してそれぞれ設けられた圧力発生手段を有する複数のヘッドと、
前記圧力発生手段を駆動するための複数の駆動回路とを備え、
前記複数のヘッドはそれぞれ１つのヘッドの内が複数の駆動ユニットとして分割され、
この分割された複数の駆動ユニットはそれぞれ異なる駆動回路に接続され、
前記複数の駆動回路は、各ヘッドの駆動ユニットを構成する圧力発生手段及び駆動する圧力発生手段を選択する選択回路を有するヘッド基板に中継基板を介して結線され、
前記ヘッド基板内の駆動波形信号の配線は他の信号の配線と交差しない
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、前記複数の駆動回路は、駆動波形を増幅する電圧増幅部及び電流増幅部とを有してい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、前記分割された複数の駆動ユニットに対する駆動波形をそれぞれ独立して調整できる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、前記複数のヘッドは異なる色の液体毎に設けられ、前記１つの駆動回路は異なる色の液体の駆動ユニットを駆動することを特徴とするインクジェット記録装置。
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、前記中継基板は入出力コネクト部のパターンが両者ともにストレート配線で結線可能に基板内配線されていることを特徴とする画像形成装置。