JP5233605B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は画像形成装置に関し、特に液滴を吐出する記録ヘッドを備える画像形成装置における回復動作に関する。

一般に、プリンタ、ファックス、コピア、プロッタ、或いはこれらの内の複数の機能を複合した画像形成装置としては、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を備え、媒体（以下「用紙」ともいうが材質を限定するものではなく、また、被記録媒体、記録媒体、転写材、記録紙なども同義で使用する。）を搬送しながら、インク滴を用紙に付着させて画像形成（記録、印刷、印写、印字も同義語で用いる。）を行なうものがある。

なお、「画像形成装置」は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の媒体に液体を吐出して画像形成を行う装置を意味し、また、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与する（単に液滴を吐出する）装置も含む意味である。また、「インク」とは、所謂インクに限るものではなく、吐出されるときに液体となるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、ＤＮＡ試料、レジスト、パターン材料なども含まれる液体の総称として用いる。

また、液体吐出ヘッドを備える画像形成装置としては、記録ヘッドをキャリッジに搭載して用紙の送り方向と直交する主走査方向に移動させることで記録を行うシリアル型画像記録装置と、記録領域の略全幅にわたって液滴を吐出する複数の吐出口（ノズル）を列設したライン型ヘッドを用いるライン型画像記録装置がある。

このような画像形成装置において画像形成を繰り返していると、紙粉などが記録ヘッドのノズルに付着してノズル詰まりなどによる吐出不良や吐出不能になることがある。このように紙粉などが付着した記録ヘッドに対して維持回復機構によるノズル吸引などの回復動作を行っても、紙粉を除去することは困難である。

そこで、特許文献１ないし３に記載されているように、吸引手段を駆動しつつ記録ヘッドのアクチュエータ（圧力発生手段）も駆動して吸引力と押出し力をノズル孔付近のインク等に作用させるようにする回復動作を行うことが知られている。

特開２００７−１３６９８９号公報 特開２００１−２６０３９３号公報 特開２００６−３１５２００号公報

しかしながら、吸引手段を駆動しつつアクチュエータも駆動して吸引力と押出し力をノズル孔付近のインク等に作用させるようにする回復動作を行う場合、吸引中にアクチュエータのよって発生する圧力が大きいとノズルのインクメニスカスを安定に保持することができなくなり、アクチュエータのよって発生する圧力が小さいと紙粉などの異物を除去する効率が低下してしまうという課題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、インクメニスカスを安定に保持しつつ紙粉などの異物を効率的に除去できるように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、
インクの液滴を吐出するノズル、ノズルが連通する液室、液室内に圧力を発生させる圧力発生手段を有する記録ヘッドと、
前記記録ヘッドのノズル面をキャップ部材でキャッピングして前記ノズルからインクを吸引する維持回復機構と、
前記キャップ部材でキャッピングして前記ノズルからインクを吸引している間、前記記録ヘッドの圧力発生手段を駆動して前記液室内に圧力変化を生じさせる第１の動作と、前記第１の動作の後に前記第１の動作における圧力変化よりも小さい圧力変化を生じさせる第２の動作を行う回復動作制御手段と、を備えている
構成とした。

ここで、前記第１の動作と前記第２の動作とを共に実施する第１の回復モードと、前記第１の動作と前記第２の動作のうち少なくとも１つの動作を実施する第２の回復モードとを備える構成とできる。

また、前記第１の動作を複数回実施した後に前記第２の動作を実施する構成とできる。

また、前記第１の動作における前記圧力発生手段の駆動回数よりも前記第２の動作における前記圧力発生手段の駆動回数が少ない構成とできる。

また、前記第１の動作及び前記第２の動作における圧力変化を段階的に小さくする構成とできる。

また、前記第１の動作及び前記第２の動作では前記記録ヘッドの液室内の固有振動周期と略同じ周期の駆動波形を前記圧力発生手段に与える構成とできる。

また、前記第１の駆動波形及び第２の駆動波形は画像形成で使用する駆動波形と異なる構成とできる。

また、印刷枚数に応じて前記第１の回復モードと前記第２の回復モードのうちから選択する構成とできる。

本発明によれば、メニスカスを安定に保持しつつ紙粉などの異物を効率的に除去できるようになる。

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。まず、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全体構成を説明する側面説明図、図２は同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、装置本体１の左右の側板２１Ａ、２１Ｂに横架したガイド部材である主従のガイドロッド３１、３２でキャリッジ３３を主走査方向に摺動自在に保持し、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２で矢示方向（キャリッジ主走査方向）に移動走査する。

このキャリッジ３３には、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ための液体吐出ヘッドからなる記録ヘッド３４ａ、３４ｂ（区別しないときは「記録ヘッド３４」という。）を複数のノズルからなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。

記録ヘッド３４は、それぞれ２つのノズル列を有し、記録ヘッド３４ａの一方のノズル列はブラック（Ｋ）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３４ｂ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。なお、記録ヘッド３４としては、１つのノズル面に複数のノズルを並べた各色のノズル列を備えるものなどを用いることもできる。

また、キャリッジ３３には、記録ヘッド３４のノズル列に対応して各色のインクを供給するための第２インク供給部としてのサブタンクであるサブタンク３５ａ、３５ｂ（区別しないときは「サブタンク３５」という。）を搭載している。このサブタンク３５には、カートリッジ装填部４に着脱自在に装着される各色のインクカートリッジ（メインタンク）１０ｙ、１０ｍ、１０ｃ、１０ｋから、供給ポンプユニット２４によって各色の供給チューブ３６を介して、各色の記録液が補充供給される。

一方、給紙トレイ２の用紙積載部（圧板）４１上に積載した用紙４２を給紙するための給紙部として、用紙積載部４１から用紙４２を１枚ずつ分離給送する半月コロ（給紙コロ）４３及び給紙コロ４３に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド４４を備え、この分離パッド４４は給紙コロ４３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４２を記録ヘッド３４の下方側に送り込むために、用紙４２を案内するガイド部材４５と、カウンタローラ４６と、搬送ガイド部材４７と、先端加圧コロ４９を有する押さえ部材４８とを備えるとともに、給送された用紙４２を静電吸着して記録ヘッド３４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５１を備えている。

この搬送ベルト５１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ５２とテンションローラ５３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ている。また、この搬送ベルト５１の表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ５６を備えている。この帯電ローラ５６は、搬送ベルト５１の表層に接触し、搬送ベルト５１の回動に従動して回転するように配置されている。この搬送ベルト５１は、図示しない副走査モータによってタイミングを介して搬送ローラ５２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。

さらに、記録ヘッド３４で記録された用紙４２を排紙するための排紙部として、搬送ベルト５１から用紙４２を分離するための分離爪６１と、排紙ローラ６２及び排紙コロである拍車６３とを備え、排紙ローラ６２の下方に排紙トレイ３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７１が着脱自在に装着されている。この両面ユニット７１は搬送ベルト５１の逆方向回転で戻される用紙４２を取り込んで反転させて再度カウンタローラ４６と搬送ベルト５１との間に給紙する。また、この両面ユニット７１の上面は手差しトレイ７２としている。

さらに、キャリッジ３３の走査方向一方側の非印字領域には、記録ヘッド３４のノズルの状態を維持し、回復するための維持回復機構８１を配置している。この維持回復機構８１には、記録ヘッド３４の各ノズル面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。）８２ａ、８２ｂ（区別しないときは「キャップ８２」という。）と、ノズル面をワイピングするためのワイパ部材（ワイパブレード）８３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うときの液滴を受ける空吐出受け８４と、キャリッジ３３をロックするキャリッジロック８７などとを備えている。また、このヘッドの維持回復機構８１の下方側には維持回復動作によって生じる廃液を収容するための廃液タンク１００が装置本体に対して交換可能に装着される。

また、キャリッジ３３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うときの液滴を受ける空吐出受け８８を配置し、この空吐出受け８８には記録ヘッド３４のノズル列方向に沿った開口部８９などを備えている。

このように構成したこの画像形成装置においては、給紙トレイ２から用紙４２が１枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙４２はガイド４５で案内され、搬送ベルト５１とカウンタローラ４６との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド３７で案内されて先端加圧コロ４９で搬送ベルト５１に押し付けられ、略９０°搬送方向を転換される。

このとき、帯電ローラ５６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５１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５１上に用紙４２が給送されると、用紙４２が搬送ベルト５１に吸着され、搬送ベルト５１の周回移動によって用紙４２が副走査方向に搬送される。

そこで、キャリッジ３３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド３４を駆動することにより、停止している用紙４２にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙４２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４２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４２を排紙トレイ３に排紙する。

そして、記録ヘッド３４のノズルの維持回復を行うときには、キャリッジ３３をホーム位置である維持回復機構８１に対向する位置に移動して、キャップ部材８２によるキャッピングを行ってノズルからの吸引を行うノズル吸引、画像形成に寄与しない液滴を吐出する空吐出動作などの維持回復動作を行うことにより、安定した液滴吐出による画像形成を行うことができる。

次に、記録ヘッド３４を構成している液体吐出ヘッドの一例について図３及び図４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（ノズルの並び方向）の断面説明図である。

この液体吐出ヘッドは、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及び圧力発生室である液室１０６、液室１０６に流体抵抗部（供給路）１０７を通じて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３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１２６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り、最表面がキャップ８２ａによってキャッピングされるノズル面１０３ａ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体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内のインクが加圧され、ノズル１０４からインクの滴が吐出（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内にインクが充填される。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うこともできる。

次に、この画像形成装置における維持回復機構８１について図５を参照して説明する。なお、図５は同維持回復機構の模式的概略構成図である。
この維持回復機構８１は、維持装置フレーム２１１に、キャップホルダ２１２に保持されたキャップ８２ａ、８２ｂと、弾性体を含むワイパ部材８３と、ワイパクリーナ８６とがそれぞれ昇降可能（上下動可能）に保持されている。

そして、ワイパ部材８３と吸引用となるキャップ８２ａとの間には筒状の空吐出受け８４が配置され、この空吐出受け８４のワイパ部材８３側上端部はワイパ部材８３に付着したインクを掻き落とすワイパクリーナ部８５が形成されている。ワイパ部材８３のクリーニングを行うときにはワイパクリーナ８６でワイパ部材８３をワイパクリーナ部８５に押し付けた状態でワイパ部材８３を下降させることにより、ワイパ部材８３に付着したインクを空吐出受け８４側に掻き落す。

また、印字領域に最も近い側のキャップ８２ａには可撓性チューブ２１９を介して吸引手段であるチュービングポンプ（吸引ポンプ）２２０を接続し、キャップ８２ａのみを吸引（回復）及び保湿用キャップ（以下単に「吸引用キャップ」という。）とし、キャップ８２ｂは単なる保湿用キャップとしている。したがって、記録ヘッド３４の回復動作を行うときには、回復動作を行う記録ヘッド３４を吸引用キャップ８２ａによってキャッピング可能な位置に選択的に移動させる。

また、これらのキャップ８２ａ、８２ｂ、ワイパ部材８３などの下方にはフレーム２１１に回転自在に支持したカム軸２２１を配置し、このカム軸２２１には、キャップホルダ２１２を昇降させるためのキャップカム２２２と、ワイパ部材８３を昇降させるためのワイパカム２２４、空吐出受け８４内で空吐出される液滴がかかる回転体としてのコロ２２６と、ワイパクリーナ８６を揺動させるためのクリーナカム２２８と、キャリッジロック８７を昇降させるためのキャリッジロックカム２２９をそれぞれ設けている。

そして、吸引ポンプ２２０及びカム軸２２１を回転駆動するために、モータ２３１の回転をモータ軸２３１ａに設けたモータギヤ２３２に、吸引ポンプ２２０のポンプ軸２２０ａに設けたポンプギヤ２３３を噛み合わせ、更にこのポンプギヤ２３３と一体の中間ギヤ２３４に中間ギヤ２３５を介して一方向クラッチ２３７付きの中間ギヤ２３６を噛み合わせ、この中間ギヤ２３６と同軸の中間ギヤ２３８に中間ギヤ２３９を介してカム軸２２１に固定したカムギヤ２４０を噛み合わせている。なお、クラッチ２３７付きの中間ギヤ２３６、２３８の回転軸である中間軸２４１はフレーム２１１にて回転可能に保持している。

この維持回復機構８１においては、記録ヘッド３４のノズルを形成した面（ノズル面）に付着したインクや不純物を取り除くときには、モータ２３１を駆動して、ワイパカム２２４を介してワイパブレード８３を上昇させる。この状態で、キャリッジ３３を主走査方向に移動させることにより、ワイパブレード８３によって記録ヘッド３４のノズル面をワイピングして、不純物などを払拭する。

また、記録ヘッド３４のノズルを外気に露呈した状態のまま放置すると、内部のインクが乾燥して増粘、固着し、インク吐出性能が低下してしまうことから、これを防ぐために、記録ヘッド３４のノズル面をキャップ８２で覆うときには、モータ２３１を回転させ、キャップカム２１３を介してキャップ８２を上昇させ、記録ヘッド３４のノズル面をキャッピングする。

次に、この画像形成装置の制御部の概要について図６を参照して説明する。なお、同図は同制御部の全体ブロック説明図である。
この制御部５００は、この装置全体の制御を司る本発明に係る回復動作の制御を行う手段を兼ねるＣＰＵ５１１と、ＣＰＵ５１１が実行するプログラム、その他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とを備えている。

また、記録ヘッド３４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、キャリッジ３３側に設けた記録ヘッド３４を駆動するためのヘッドドライバ（ドライバＩＣ）５０９と、キャリッジ３３を移動走査する主走査モータ５５４、搬送ベルト５１を周回移動させる副走査モータ５５５、維持回復機構８１の維持回復モータ２３１を駆動するためのモータ駆動部５１０と、帯電ローラ５６にＡＣバイアスを供給するＡＣバイアス供給部５１１などを備えている。

また、この制御部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、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、画像出力するための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で行っている。

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に出力する以外にも、ＲＯＭに格納されてい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み、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信号をヘッドドライバ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３４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信号を構成する駆動パルスを選択的に記録ヘッド７の液滴を吐出させるエネルギーを発生する駆動素子（例えば圧電素子）に対して印加することで記録ヘッド７を駆動する。このとき、駆動信号を構成する駆動パルスを選択することによって、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、装置に装着されている各種のセンサ群５１５からの情報を取得し、プリンタの制御に必要な情報を抽出し、印刷制御部５０８やモータ制御部５１０、ＡＣバイアス供給部５１１の制御に使用する。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、機内の温湿度を検知する温湿度センサ（環境センサ）、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り、Ｉ／Ｏ部５１３は様々のセンサ情報を処理することができる。

次に、印刷制御部５０８及びヘッドドライバ５０９の一例について図７を参照して説明する。
印刷制御部５０８は、上述したように、画像形成時に１印刷周期内に複数の駆動パルス（駆動信号）で構成される共通駆動波形（画像形成用駆動波形）を生成して出力し、維持回復動作（メンテナンス動作）時に１駆動周期内に正弦波の駆動信号で構成される共通駆動波形（メンテナンス用駆動波形）を生成して出力する駆動波形生成部７０１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）、滴制御信号Ｍ０〜Ｍ３を出力するデータ転送部７０２とを備えている。

なお、滴制御信号は、ヘッドドライバ２０９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と、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、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７１６を備えている。

このアナログスイッチ７１５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７０１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。

ここで、記録ヘッド３４の性能を維持、回復するメンテナンス動作を行う場合には、制御部５００のＣＰＵ５０１によって、維持回復機構８１を駆動制御するとともに、駆動波形生成部７０１に対してメンテナンス用駆動波形を生成させる制御をするとともに、記録ヘッド３４の各圧力発生手段（アクチュエータ：この例では圧電素子１２１）を駆動する画像データをデータ転送部７０２に与えることで、メンテナンス用駆動波形で記録ヘッド３４の各圧電素子１２１を駆動して液室１０６内に圧力変化を生じさせる回復動作制御を行う。

次に、この画像形成装置における記録ヘッドの回復動作について図８を参照して説明する。
回復動作では、前述したように、吸引用キャップ８２ａによって記録ヘッド３４のノズル面１０３ａをキャッピングした状態で吸引ポンプ２３１を作動させることによって、記録ヘッド３４のノズル１０４からインクを吸引し、ノズル面１０３ａに付着したインクをワイパブレード８３によって拭き取り、吸引用キャップ８２ａ内のインクを吸引して排出することで、記録ヘッド３４のノズル１０４の吐出性能を維持回復する。

ここで、図８（ａ）に示すように、記録ヘッド３１のノズル面３１ａを吸引用キャップ８２ａでキャッピングした状態で吸引ポンプ２２０を作動させてインクを吸引するヘッド吸引を行っている間、同図（ｂ）に示すように、記録ヘッド３１の圧力発生手段である圧電素子１２１に対してメンテナンス用駆動波形を与えて液室１０６内に圧力変化（液室内容積を拡大したり収縮したりする。）を生じさせ、ノズル１０４から液滴を吐出させる動作を併せて行っている。

つまり、回復動作では、吸引中に、記録ヘッド３４の圧力発生手段（圧電素子１２１）を駆動して液室１０６内に圧力変化を生じさせる第１の動作と、この第１の動作の後に第１の動作における圧力変化以下の圧力変化を生じさせる第２の動作を行うようにしている。

ここで、第１の動作では、波高値Ｖ１のメンテナンス用駆動波形を与えることで記録ヘッド３４を駆動して液滴を吐出させる。また、第２の動作では、波高値Ｖ１より低い波高値Ｖ２のメンテナンス用駆動波形を与えることで記録ヘッド３４を駆動して液滴を吐出させる。第１の動作のメンテナンス用駆動波形の波高値Ｖ１よりも第２の動作のメンテナンス用駆動波形の波高値Ｖ２を低くすることで、第２の動作で生じる液室の圧力変化は第１の動作における圧力変化以下となる。

この場合、第１の動作において、記録ヘッド３４の圧電素子１２１に駆動波形を与える条件、例えば図８（ｂ）に示す、ヘッド吸引開始からの経過時間（待ち時間）ｎ１（ｍｓ）、１回の駆動回数（吐出する滴数ｎ２（滴））、前回の駆動からの経過時間ｎ３（ｍｓ）、全体での駆動回数Ｎ（回）については、予め定めることもできるし、センサ群５１５に含まれる環境センサ（温湿度センサ）からの検知信号に基づいて検出した環境条件、あるいは印刷枚数に応じて定めることもできる。

また、第２の動作における記録ヘッド３４の圧電素子１２１に駆動波形を与える条件についても同様であり、例えば図８（ｂ）に示す、ヘッド吸引開始からの経過時間（待ち時間）ｎ４（ｍｓ）、１回の駆動回数（吐出する滴数ｎ５（滴））、前回の駆動からの経過時間、全体での駆動回数Ｎについては、予め定めることもできるし、センサ群５１５に含まれる環境センサ（温湿度センサ）からの検知信号に基づいて検出した環境条件、あるいは印刷枚数に応じて定めることもできる。この例では、第２の動作はメニスカス安定用であるので、全体での駆動回数Ｎは１回としている。

ここで、メンテナンス用駆動波形について図９を参照して説明する。
メンテナンス用駆動波形としては、図９に示すように、正弦波の駆動波形を用いている。このメンテナンス用駆動波形の周期は、記録ヘッド３４の液室１０６内の固有振動周期Ｔｃと略同じにしている。これによって、記録ヘッド３４の液室１０６内の圧力変化を略最大にすることができて、ノズル１０４に加わる圧力も大きくなり、高い回復率で回復することができる。

そして、第１の動作では紙粉を除去することが主目的であり、第２の動作ではメニスカスを安定させることが主目的であるため、第１の動作用のメンテナンス用駆動波形の波高値Ｖ１と第２の動作用のメンテナンス用駆動波形の波高値Ｖ２とは、前述したように、第２の動作用のメンテナンス用駆動波形の波高値Ｖ２を第１の動作用のメンテナンス用駆動波形の波高値Ｖ１よりも低く（小さく）している。

このように、メンテナンス用駆動波形として、通常に印字に用いる印字用（画像形成用）駆動波形と異なり、印字用駆動波形よりも液室１０６の固有振動と共振し易い駆動波形を用いることによって、特に正弦波の駆動波形を用いることによって、液室１０６内の圧力を最大限に上げることができ、高い回復率で回復（紙粉の除去）を行うことができるようになる。

なお、通常の印字に用いる印字用駆動波形は正弦波とは異なり、図１０のように圧力発生室（液室１０６）を膨張させて収縮させ、メニスカスの中央部付近からインクを吐出させる引き打ち方式や圧力発生室を膨張させず収縮させ、ノズル１０４全体からインクを吐出させる押し打ち方式を利用して、液滴を吐出させている。

この場合、上述したように、メンテナンス用駆動波形として正弦波を使用することにより、メンテナンス用駆動波形の周期を液室（圧力発生室）内の固有振動周期に容易に合わせることができ、矩形波などの急激な電圧変化がある駆動波形に比べて、ドライバＩＣ等への負荷が少なくなる。

次に、メンテナンス用駆動波形を印加するタイミングについて説明すると、図１１に示すように、キャップ８２ａ内の圧力（負圧）が最大となる圧力の５０％以上となる区間（時間）内に印加するようにしている。
この図１１はキャップ８２ａでキャッピングした後吸引ポンプ２１１を作動させたときのキャップ８２ａの負圧変化の測定結果の一例を示しており、この例では負圧が略−６[ｋＰａ]以上となる時間（図１１に斜線を施した領域の時間内）の間で、メンテナンス用駆動波形を印加している。

キャップ内の圧力（負圧）が低い状態で駆動を行うと、気泡を巻き込みやすく、却ってクリーニング性能が悪くなってしまうことがある。

また、メンテナンス用駆動波形については、環境条件に応じてインク粘度が変化することから、環境条件に応じて波高値（電圧値）を異ならせるようにすることが好ましい。例えば、図１２に示すように、予め、環境条件に応じて、波高値が相対的に中間の常温用駆動波形、波高値が相対的に高い低温用駆動波形、波高値が相対的に低い高温用駆動波形を生成出力できるようにし、インク粘度が相対的に高くなる低温時には高い低温用駆動波形を、インク粘度が相対的に低くなる高温時には高い低温用駆動波形を印加するようにする。

これにより、環境によってインク粘度が変化した場合でも、駆動波形の波高値を変化させることで粘度に応じた最適な回復動作を行うことができる。この駆動波形の電圧が低すぎると回復する効果が少なくなり、逆に高すぎると気泡を巻き込みやすくクリーニング性能を悪くしてしまうことになるので、粘度に応じた駆動波形を印加するようにする。

このように、回復動作においては、吸引中に、第１の動作でメンテナンス用駆動波形を与えて液室１０６内に圧力変化を生じさせて液滴を吐出させることにより、紙粉等による外部からの異物が記録ヘッド３４のノズル１０４の穴に詰まり、吐出不良や吐出不能が生じるような場合にも、液室１０６内の圧力変化で紙粉をキャップ８２ａに排出させて除去することができる。

つまり、ヘッド吸引と併行して第１の動作で記録ヘッドの液室内に圧力変化を生じさせることによって、単に、液室内容積を収縮するだけの圧力（変化しない圧力）を与える場合よりも、変化する圧力をノズル内に詰まっている紙粉等などの外部からの異物に与えることができて、ノズル内に詰まっている紙粉等などの異物を確実に除去することができるようになり、安定した吐出性能が得られ、高い画像品質を維持することができる。

そして、第２の動作では第１の動作で与えるメンテナンス用駆動波形よりも波高値の小さいメンテナンス用駆動波形を与えて液室１０６内に圧力変化を生じさせることで、第１の動作でノズルのインクメニスカスが不安定になってもメニスカスを安定した状態にする。

ここで、例えば第２の動作で用いるメンテナンス用駆動波形は図１３に示すように段階的に波高値が小さくなる（液室１０６内に発生させる圧力を段階的に小さくする）駆動波形とすることができ、これにより、メニスカスをより安定させることができる。この場合、第１の動作で用いるメンテナンス用駆動波形についても、同様に、段階的に波高値が小さくなる（液室１０６内に発生させる圧力を段階的に小さくする）駆動波形とすることができ、これにより、よりメニスカスの安定化を図ることができる。

このように、複数回吸引を実施し、吸引中に波高値の大きい駆動波形で第１の動作を実施した後で、さらに吸引中に波高値の小さい駆動波形で第２の動作を実施することで、第１の動作でメニスカスが不安定になった状態であっても、第２の動作を実施することでメニスカスを安定な状態に整えることができる。また、第１の動作で完全に除去できなかった紙粉等の異物を第２の動作で除去することができる。

この場合、紙粉等の異物がノズル内に頻繁に入る場合はそれほど多くないことから、回復動作のモードとして、上述した第１の動作及び第２の動作を共に実施する第１の回復モードと、上述した第２の動作だけを実施する第２の回復モードとを備え、使用頻度の多い回復モードとして第２の回復モードを実施し、前記第１の回復動作モードでは回復が難しい場合に第１の回復動作モードを実施する構成とすることが好ましい。

そこで、制御部による回復動作の制御の一例について図１４に示すフロー図を参照して説明する。
この例では、回復動作のモードとして、上述したように、第１の動作及び第２の動作を共に実施する第１の回復モードと、第２の動作だけを実施する第２の回復モードとを備えている。

まず、回復動作を開始すると、温湿度センサによって温湿度を検知して前述したように環境条件に応じた駆動波形を選択した後、サブタンク３５にインク供給を行ってサブタンク３５内のインクを所要量にする。

そして、第１の回復モードが選択されているか否かを判別し、第１の回復モードが選択されているときには、第１の動作を伴う吸引動作を行った後第２の動作を伴う吸引動作を行い、また、第１の回復モードが選択されていないときには、第１の動作を伴う吸引動作をおこなうことなく、第２の動作を伴う吸引動作を行う。

その後、記録ヘッド３４のノズル面をワイパブレード８３によってワイピングし、空吐出を行って回復動作を終了し、キャップ８２で記録ヘッド３４のノズル面をキャッピングして、待機状態に移行する。

次に、制御部による回復動作の制御の他の例について図１５に示すフロー図を参照して説明する。
この例では、印刷枚数が所定枚数以上か否かを判別し、印刷枚数が所定枚数以上のときには第１の動作を伴う吸引動作を行った後第２の動作を伴う吸引動作を行う第１の回復モードを行い、また、印刷枚数が所定枚数以上でないときには第１の動作を伴う吸引動作をおこなうことなく、第２の動作を伴う吸引動作を行う第２の回復モードを行うようにしている。

つまり、紙粉等の異物は印刷枚数が多くなればなるほど、ノズル孔を塞ぐ可能性が高くなるため、印刷枚数を記憶しておき、その印刷枚数が所定枚数未満であれば、第１の回復動作モードを実施し、所定枚数以上であれば、第２の回復動作モードを実施している。

なお、上記実施形態では本発明に係る画像形成装置としてプリンタ構成で説明したが、これに限るものではなく、例えば、プリンタ／ファックス／コピア複合機などの画像形成装置に適用することができる。また、インク以外の液体である記録液や定着処理液などを用いる画像形成装置にも適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概略構成図である。 同機構部の要部平面説明図である。 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の断面説明図である。 同液体吐出ヘッドの液室短手方向の断面説明図である。 同画像形成装置の維持回復機構の模式的説明図である。 同画像形成装置の制御部の概要を示す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駆動部の一例を示すブロック図である。 本発明における回復動作の説明に供する説明図である。 メンテナンス用駆動波形の一例を示す説明図である。 印字用駆動波形の一例を示す説明図である。 キャップ内負圧変化とメンテナンス用駆動波形を用いるタイミングとの関係の説明に供する説明図である。 メンテナンス用駆動波形の環境温度に対する異なる例を説明する説明図である。 メンテナンス用駆動波形の他の例を説明する説明図である。 回復動作制御の一例を説明するフロー図である。 回復動作制御の一例を説明するフロー図である。

符号の説明

１０…インクカートリッジ
３３…キャリッジ
３４、３４ａ、３４ｂ…記録ヘッド（液体吐出ヘッド）
８１…維持回復機構
８２ａ…キャップ
５０８…印刷制御部
７０１…駆動波形生成部

Claims (8)

1. インクの液滴を吐出するノズル、ノズルが連通する液室、液室内に圧力を発生させる圧力発生手段を有する記録ヘッドと、
   前記記録ヘッドのノズル面をキャップ部材でキャッピングして前記ノズルからインクを吸引する維持回復機構と、
   前記キャップ部材でキャッピングして前記ノズルからインクを吸引している間、前記記録ヘッドの圧力発生手段を駆動して前記液室内に圧力変化を生じさせる第１の動作と、前記第１の動作の後に前記第１の動作における圧力変化よりも小さい圧力変化を生じさせる第２の動作を行う回復動作制御手段と、を備えている
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記第１の動作と前記第２の動作とを共に実施する第１の回復モードと、前記第１の動作と前記第２の動作のうち少なくとも１つの動作を実施する第２の回復モードとを備えることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記第１の動作を複数回実施した後に前記第２の動作を実施することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記第１の動作における前記圧力発生手段の駆動回数よりも前記第２の動作における前記圧力発生手段の駆動回数が少ない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. 前記第１の動作及び前記第２の動作における圧力変化を段階的に小さく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. 前記第１の動作及び前記第２の動作では前記記録ヘッドの液室内の固有振動周期と略同じ周期の駆動波形を前記圧力発生手段に与えることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の画像形成装置。
7. 前記第１の駆動波形及び第２の駆動波形は画像形成で使用する駆動波形と異な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. 印刷枚数に応じて前記第１の回復モードと前記第２の回復モードのうちから選択することを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の画像形成装置。

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