JP5861339B2 - 液体吐出ヘッドの駆動方法、及び、その液体吐出ヘッドを有する画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体吐出ヘッドの駆動方法、及び、その液体吐出ヘッドを有する画像形成装置に関する。

画像形成装置には、液体吐出ヘッドによって液体（インク等）を吐出し、記録媒体上に画像を形成するものがある。液体吐出ヘッドは、液体が吐出されるノズル、ノズルに連通する圧力室、及び、液体に圧力を負荷する圧力発生手段を含む。液体吐出ヘッドは、圧力発生手段で圧力室内の液体を加圧することにより、ノズルから液体を吐出する。

圧力発生手段は、圧電素子を有するものがあり、駆動波形に基づいて圧電素子に電圧を印加し、圧電素子を伸縮することによって、吐出される液体に圧力を負荷する。

圧電素子に印加される駆動波形は、液体吐出ヘッドのノズルから液体を吐出するための駆動波形と、ノズル近傍の液体の乾燥等を防ぐ目的で圧力室内の液体を振動する微駆動の駆動波形とを含む。

特許文献１は、吐出する液体の物性に応じて、第１単位周期信号（微駆動ありの波形）と第２単位周期信号（微駆動なしの波形）とを含む駆動信号（駆動波形）を生成する技術を開示している。特許文献２は、第１の駆動信号の波形要素と第２の駆動信号の波形要素とを組み合わせて、噴射（吐出）せずに圧力室の容積を変化させる駆動パルス（駆動波形）を発生する技術を開示している。

しかしながら、特許文献１及び２の先行技術文献に開示された技術は、いずれも２つの基準となる駆動波形が必要である。また、その２つの基準となる駆動波形を組み合わせる手段が必要となる。

本発明は、１つの基準となる駆動波形から、液体を吐出する駆動波形と圧力室内の液体を微駆動する駆動波形とを生成することができる液体吐出ヘッドの駆動方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、圧力発生手段により液体を加圧することで、ノズルから液体を吐出する液体吐出ヘッドの駆動方法であって、
前記圧力発生手段に入力する、基準電位からの立ち下がり部分及び前記基準電位への立ち上がり部分を備える、パルス波を含む共通駆動波形を生成する工程と、前記ノズルから前記液体を吐出させない程度に前記液体を加圧するための微駆動波形を前記共通駆動波形の波形成分から選択する工程であって、前記波形成分から前記微駆動波形の始期である第１の位相を選択する工程と、前記波形成分から前記微駆動波形の終期である第２の位相を選択する工程と、を含む工程と、前記第１の位相と前記第２の位相とに基づいて、前記微駆動波形を生成する工程と、を含み、前記第２の位相は、前記第１の位相を含む前記波形成分において、前記パルス波の立ち下り終了時点からｄＴを加算した時点であり、前記ｄＴは、Ｔｐ＋Ｔｃ×（１／４）×（４ｎ−７）＜ｄＴ＜Ｔｐ＋Ｔｃ×（１／４）×（４ｎ−５）の範囲内であり、ここで、Ｔｃは前記液体吐出ヘッドの吐出される液体に対するヘルムホルツ周期、Ｔｐは、共通駆動波形のパルス幅の値を変化させた場合に、吐出される液体の速度が極大値を示すパルス幅の値のうちの最小値のものであり、ｎは１から始まる自然数である、ことを特徴とする液体吐出ヘッドの駆動方法を提供する。

本発明によれば、液体吐出ヘッドの駆動方法において、１つの基準となる駆動波形から、圧力室内の液体を微駆動する駆動波形を生成することができる。

液体吐出ヘッドの概略断面図である。 駆動制御部の機能ブロック図である。 大滴吐出時に圧電アクチュエータに印加する電圧を説明する図である。 小滴吐出時に圧電アクチュエータに印加する電圧を説明する図である。 微駆動時に圧電アクチュエータに印加する電圧を説明する図である。 駆動波形のパルス幅を説明する図である。 駆動波形のパルス幅と液体の吐出速度との関係を説明する図である。 実施例１の画像形成装置の概略正面図である。 実施例１の画像形成装置の要部の概略平面図である。 実施例１において、微駆動時に圧電アクチュエータに印加する電圧の一例を説明する図である。 実施例２において、微駆動時に圧電アクチュエータに印加する電圧の一例を説明する図である。 実施例３において、微駆動時に圧電アクチュエータに印加する電圧の一例を説明する図である。

記録媒体に画像を形成する画像形成装置の実施例を用いて、本発明の液体吐出ヘッドの駆動方法を詳細に説明する。

（液体吐出ヘッドの構成）
図１は、液体吐出ヘッドの概略断面図である。図１において、液体吐出ヘッド１００は、ノズル部材１１１、流路部材１１２、振動部材１１３、フレーム部材１１４、及び、圧力発生手段１２１等を含む。液体吐出ヘッド１００は、共通液室１１４ａから供給される液体をノズル１１１ａから液体吐出ヘッド１００外に吐出する。

ノズル部材１１１は、液体を吐出する液体吐出ヘッド１００の外形表面の一部を形成する。また、ノズル部材１１１は、液体を吐出する貫通孔であるノズル１１１ａを有する。ノズル部材１１１は、金属板（ステンレス、ニッケルなど）、樹脂フィルム（ポリイミド樹脂など）、シリコンフィルム等を用いることができる。液体吐出ヘッド１００の外形表面に対応するノズル部材１１１の表面は、吐出する液体に応じて、撥水性表面とすることができる。撥水処理は、ＰＴＦＥ−Ｎｉ共析メッキ、フッ素樹脂の電着塗装若しくは蒸着コート、または、シリコン系樹脂溶剤若しくはフッ素系樹脂溶剤の焼き付け、等を用いることができる。

ノズル１１１ａの断面形状（流路形状）は、ホーン形状、略円柱形状、または、略円錘台形状とすることができる。ノズル１１１ａの孔径は、外形表面に対応する表面の位置において、１４〜３５μｍとすることができる。

流路部材１１２は、ノズル連通路１１２ａ、流体抵抗部１１２ｂ、及び、フレーム連通路１１２ｃを含む。流路部材１１２は、ノズル部材１１１と振動部材１１３とに挟持され、吐出する液体を共通液室１１４ａからノズル１１１ａに導く空間（以下、流路という。）を形成する。流路部材１１２は、単結晶シリコン基板の異方性エッチング、ステンレス鋼基板の酸性エッチング若しくは打ち抜き機械加工、または、感光性樹脂の加工、等で製造することができる。ノズル部材１１１、流路部材１１２、振動部材１１３、及び、フレーム部材１１４を電鋳で一体的に形成することも可能である。

振動部材１１３は、圧力発生手段１２１により振動される部材である。振動板部材１１３は、振動部１１３ａ、フレーム連通孔１１３ｂ、及び、ダンパ部１１３ｃ等を含む。振動板部材１１３は、樹脂部材（ポリイミドなど）、金属プレート（ステンレス鋼、ニッケルなど）の積層構造とすることができる。

振動部１１３ａの一方の表面は、流路内の液体と接する。他方の表面は、圧力発生手段１２１と当接する。フレーム連通孔１１３ｂは、共通液室１１４ａからフレーム連通路１１２ｃに液体を供給する。ダンパ部１１３ｃは、液体がフレーム連通路１１２ｃから共通液室１１４ａに逆流したときに、緩衝材として作用する。

フレーム部材１１４は、共通液室１１４ａを有する。フレーム部材１１４は、共通液室１１４ａの液体を流路部材１１２の流路に供給する。

圧力発生手段１２１は、流路内の液体に圧力を負荷する手段である。圧力発生手段１２１は、圧電効果を利用して圧電アクチュエータ１２１ａを伸縮し、当接する振動部材１１３の振動部１１３ａを振動し、流路内の液体に正圧及び負圧を負荷する。

圧電アクチュエータ１２１ａは、圧電素子（厚さ１０〜５０μｍのチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ））と、電極層（厚さ数μｍの銀またはパラジューム等からなる電極）とを交互に積層したものを用いることができる。圧電素子の伸縮は、ｄ３３方向（分極方向に電界を加えた場合の電界と平行する方向）の変位、及び、ｄ３１方向（電界に直交する方向）の変位を用いることができる。

（駆動制御部の機能）
液体吐出ヘッドの動作を制御する駆動制御部の機能を、図２を用いて、説明する。図２は、駆動制御部の機能ブロック図である。

図２において、駆動制御部２００は、駆動波形生成部２１０、画像データ転送部２２０、及び、ヘッドドライバ２３０を含む。

駆動波形生成部２１０は、基準となる駆動波形（以下、共通駆動波形という。）を生成し、ヘッドドライバ２３０に出力する。共通駆動波形は、１つまたは複数のパルス波を含む波形で構成される。また、共通駆動波形は、その波形の１周期で、液体を１滴（一度）吐出する。

ここで、共通駆動波形は、液体吐出ヘッドの内部にある液体の固有振動周期（以下、ヘルムホルツ周期という。）に基づいて、定められる。具体的には、共通駆動波形は、液体吐出ヘッドの流路の形状、液体の物性及び温度、並びに、圧力発生手段の振動特性、等により、決定することができる。共通駆動波形は、数値計算及び実験等により、吐出される液体の速度が最大となるときの、圧力発生手段の圧電アクチュエータに印加する電圧の駆動波形とすることができる。

画像データ転送部２２０は、クロック信号、画像データ、ラッチ信号、及び、滴制御信号をヘッドドライバ２３０に転送する。

ヘッドドライバ２３０は、本実施例では、シフトレジスタ２３１、ラッチ回路２３２、デコーダ２３３、レベルシフタ２３４、及び、アナログスイッチ２３５を含む。ヘッドドライバ２３０は、駆動波形生成部２１０及び画像データ転送部２２０から出力された情報に基づいて、圧力発生手段１２１（図１）に駆動波形を出力し、圧力発生手段の動作を制御する。

駆動制御部２００による圧力発生手段を制御する動作を、具体的に説明する。

まず、駆動制御部２００は、クロック信号に同期して、画像データを、画像データ転送部２２０からヘッドドライバ２３０のシフトレジスタ２３１にシリアル転送する。また、駆動制御部２００は、画像データ転送部２２０からヘッドドライバ２３０のラッチ回路２３２に、ラッチ信号を転送する。

ラッチ回路２３２は、画像データ転送部２２０からラッチ信号を入力されると、電気的に接続されたシフトレジスタ２３１に入力される画像データをラッチする。具体的には、シフトレジスタ２３１及びラッチ回路２３２は、記憶回路を構成し、デコーダ２３３に入力する階調データとして、画像データを一時的に記憶する。ここで、階調データは、１ノズルに対して、２ビットのデータ（階調信号）である。

また、駆動制御部２００は、画像データ転送部２２０からデコーダ２３３に、駆動波形生成部２１０が生成する共通駆動波形の周期に合わせて、吐出される液体の条件を滴制御信号として転送する。ここで、滴制御信号は、異なる大きさの液滴（液体）を吐出するための信号である。

具体的には、滴制御信号は、吐出する液体の条件（Ｍ３（大滴）、Ｍ２（小滴）、及び、Ｍ１（微駆動））に対応するアナログスイッチ２３５の開閉（「ＯＮ」及び「ＯＦＦ」）を指示する２ビットの信号である。吐出する液体の条件が「Ｍ３（大滴）」のとき、滴制御信号のロジックレベルは「Ｈｉ」である（図３で後述する。）。また、吐出する液体の条件が「Ｍ２（小滴）」及び「Ｍ１（微駆動）」のとき、滴制御信号の一部のロジックレベルは「Ｌｏｗ」である（図４及び図５で後述する。）。

滴制御信号は、大滴、小滴及び微駆動（Ｍ３、Ｍ２及びＭ１）に対応する信号だけでなく、液滴の大きさを変えた中滴などに対応する信号とすることも可能である。

次に、デコーダ２３３は、画像データ転送部２２０からの滴制御信号に基づいて、シフトレジスタ２３１に記憶された階調データを復号し、復号の結果をレベルシフタ２３４に出力する。

レベルシフタ２３４は、電圧増幅器として作用し、デコーダ２３３の出力信号のロジックレベルを、アナログスイッチ２３５が駆動できる電圧レベルに変換する。具体的には、滴制御信号のロジックレベルが「Ｈｉ」のとき、アナログスイッチ２３５が「ＯＮ」となる電圧レベル（Ｈ）に変換し、ロジックレベルが「Ｌｏｗ」のとき、アナログスイッチ２３５が「ＯＦＦ」となる電圧レベル（Ｌ）に変換する。その後、レベルシフタ２３４は、変換後の復号の結果を、アナログスイッチ２３５に出力する。

アナログスイッチ２３５は、駆動波形生成部から共通駆動波形を入力される。また、アナログスイッチ２３５は、レベルシフタ２３４を介して与えられるデコーダ２３３の復号の結果に基づいて、共通駆動波形の波形成分を選択的に圧力発生手段（圧電アクチュエータ）に供給する。具体的には、アナログスイッチ２３５は、共通駆動波形と復号の結果とに基づいて、復号の結果が電圧レベル（Ｈ）のとき、アナログスイッチ２３５を「ＯＮ」とし、共通駆動波形の波形成分を選択する。このとき、アナログスイッチ２３５は、電気的に接続された圧電アクチュエータに、選択された共通駆動波形の波形成分を出力する。

また、アナログスイッチ２３５は、電圧レベル（Ｌ）のとき、アナログスイッチ２３５を「ＯＦＦ」とし、共通駆動波形の波形成分を選択しない。

これにより、選択された共通駆動波形の波形成分で構成する駆動波形に基づく電圧が、圧電アクチュエータに印加され、圧電アクチュエータを伸縮する。

以上より、ヘッドドライバ２３０は、圧力発生手段の動作（圧電アクチュエータの伸縮）を制御することができる。

（吐出時の動作）
液体を吐出する方法の一例である「引き押し打ち」について、説明する。

液体の吐出方法は、「引き押し打ち」だけでなく、「押し打ち」、または、「引きと押しとを複数回行う」ことも可能である。ここで、「引き押し打ち」とは、基準電位から電位を下げて圧電アクチュエータを収縮させ、流路部材等による流路の容積を増加した後に（引き）、電位を基準電位まで戻すことにより、圧電アクチュエータを伸張させ、流路の容積を減少させて、液滴を吐出させる方法である（押し）。「押し打ち」とは、基準電位から電位を上げて圧電アクチュエータを伸張させ、流路の容積を減少させることで液滴を吐出させる方法である。

まず、液体吐出ヘッドは、「引き押し打ち」において、吐出開始の前に、圧力発生手段の圧電アクチュエータ１２１ａ（図１）を基準電位に印加している。

次に、液体吐出ヘッドは、吐出開始時に、圧電アクチュエータの電位を基準電位から下げ、圧電アクチュエータを収縮する。このとき、圧電アクチュエータに当接した振動部材の振動部１１３ａ（図１）が移動し、流路部材１１２（図１）の流路の容積が増加する。そのため、フレーム部材の共通液室１１４ａ（図１）から、流路に液体が流入する（引き）。

次に、液体吐出ヘッドは、圧電アクチュエータの電位を上げ、圧電アクチュエータを伸長させる。このとき、圧電アクチュエータに当接した振動部材の振動部が移動し、流路の容積が減少する。そのため、流路内の液体が加圧され、ノズル１１１ａ（図１）から液体が吐出される（押し）。

その後、圧電アクチュエータの電位が基準電位に戻り、振動部が吐出開始の前の位置に戻る。このとき、流路部材の流路の容積が増加することで、共通液室から流路部材の流路に液体が補充される。

液体吐出ヘッドは、所定の時間経過後、次の液体の吐出を行う。液体吐出ヘッドは、ノズル近傍の液体のメニスカスの振動が減衰した後、次の液体の吐出を行うこともできる。ここで、メニスカスとは、ノズル近傍における液体の気液界面が、界面張力等によって、凸状または凹状の曲面となった形状である。

大滴の液体及び小滴の液体を吐出する時の駆動制御部の動作を、図３及び図４を用いて、具体的に説明する。図３は、大滴の液体を吐出する場合について、圧電アクチュエータに印加する電圧の駆動波形を説明する図である。図３（ａ）は、駆動波形生成部２１０（図２）が生成した共通駆動波形である。図３（ｂ）は、レベルシフタ２３４（図２）により出力された電圧レベルの波形である。図３（ｃ）は、アナログスイッチ２３５（図２）により、共通駆動波形の波形成分から選択された駆動波形である。

図３（ａ）において、共通駆動波形は、駆動波形生成部で生成され、アナログスイッチに入力される。図３（ａ）は、共通駆動波形の一例として、２つのパルス波（第１のパルス波Ｐ１、及び、第２のパルス波Ｐ２）を含む波形である。共通駆動波形は、１つのパルス波または３つ以上のパルス波とすることもできる。

図３（ｂ）は、レベルシフタにより出力される電圧レベルの波形であり、電圧レベルの波形はアナログスイッチに入力される。電圧レベルの波形は、吐出する液体の条件（Ｍ３（大滴）、Ｍ２（小滴）、及び、Ｍ１（微駆動））に対応するアナログスイッチの開閉（ＯＮ、ＯＦＦ）をすることができる電圧レベルである。図３（ｂ）において、電圧レベルの波形は、大滴の液体の吐出条件として、共通駆動波形の全範囲において、電圧レベルを「Ｈ」とする波形である。

図３（ｃ）は、アナログスイッチにおいて、共通駆動波形の波形成分が選択的に通過した駆動波形であり、この駆動波形が圧力発生手段に印加される。具体的には、アナログスイッチは、電圧レベル（図３（ｂ））に基づいて、共通駆動波形（図３（ａ））から波形成分を選択し、圧力発生手段の圧電アクチュエータに出力する。大滴の液体の吐出条件では、電圧レベルが共通駆動波形の全範囲において「Ｈ」である（図３（ｂ））。そのため、共通駆動波形の全範囲が選択され、圧電アクチュエータに共通駆動波形と同じ波形の電圧が印加される。

液体吐出ヘッドは、駆動波形（図３（ｃ））が圧電アクチュエータに印加された場合、第１のパルス波Ｐ１で圧電アクチュエータを伸縮し、流路部材の流路内の液体を略ヘルムホルツ周期で振動させる。次に、液体吐出ヘッドは、第２のパルス波Ｐ２で、再度、圧電アクチュエータを伸縮し、流路内の液体の振動速度を増加させる。このとき、液体吐出ヘッドは、ノズルから液体を吐出する。この場合、ノズルから吐出される液体は、大滴の液体となる。

図４は、小滴の液体を吐出する場合について、圧電アクチュエータに印加する電圧の駆動波形を説明する図である。図４（ａ）は、駆動波形生成部が生成した共通駆動波形である。図４（ｂ）は、レベルシフタにより出力された電圧レベルの波形である。図４（ｃ）は、アナログスイッチにより、共通駆動波形の波形成分から選択された駆動波形である。

図４（ａ）は、図３（ａ）と同様の共通駆動波形であるため、説明を省略する。

図４（ｂ）は、レベルシフタにより出力される電圧レベルの波形であり、電圧レベルの波形はアナログスイッチに入力される。電圧レベルの波形は、小滴の吐出条件として、共通駆動波形の第１のパルス波Ｐ１に対応する範囲において、電圧レベルを「Ｌ」とする波形である。

図４（ｃ）は、アナログスイッチによって、共通駆動波形の波形成分が選択的に通過した駆動波形であり、この駆動波形が圧力発生手段に印加される。具体的には、アナログスイッチは、第１のパルス波Ｐ１に対応する範囲において、電圧レベルが「Ｌ」である（図４（ｂ））。そのため、電圧レベルが「Ｌ」以外の範囲の共通駆動波形の波形成分が選択的に通過する。

液体吐出ヘッドは、駆動波形（図４（ｃ））が圧電アクチュエータに印加された場合、第２のパルス波Ｐ２によって圧電アクチュエータを伸縮し、ノズルから液体を吐出する。この場合、図３（ｃ）（大滴）と比較して、吐出される液体は、小滴の液体となる。

以上により、液体吐出ヘッドは、１つの共通駆動波形から、大滴及び小滴の液体を吐出することができる。

（微駆動の動作）
液体吐出ヘッドの微駆動の動作について、図５乃至７を用いて、説明する。

液体吐出ヘッドは、液体を吐出しないときも、圧力発生手段により、流路内の液体を連続的または間欠的に、ノズルから液体が吐出しない程度に振動（以下、微駆動という。）する。これは、液体吐出ヘッドのノズル近傍の液体のメニスカスを振動し、ノズル近傍の液体の乾燥による粘度の増加等を攪拌により防ぎ、吐出動作に異常が生じることを未然に防止するためである。

図５は、微駆動の動作について、圧電アクチュエータに印加する電圧の駆動波形を説明する図である。図５（ａ）は、駆動波形生成部が生成した共通駆動波形である。図５（ｂ）は、レベルシフタにより出力された電圧レベルの波形である。図５（ｃ）は、アナログスイッチにより、共通駆動波形の波形成分から選択された駆動波形である。

図５（ａ）は、図３（ａ）と同様の共通駆動波形であるため、説明を省略する。

図５（ｂ）は、レベルシフタにより出力される電圧レベルの波形であり、電圧レベルの波形はアナログスイッチに入力される。電圧レベルの波形は、微駆動の動作の条件として、共通駆動波形の第１のパルス波Ｐ１のＴ１の時点（以下、第１の位相という。）から、第１のパルス波Ｐ１の立ち下り時点Ｔ２（図５（ａ））からｄＴ（図６及び図７で後述する。）を加算した時点（以下、第２の位相という。）まで、電圧レベルを「Ｌ」とする。ここで、第２の位相は、第１の位相の時点の後に第１のパルス波Ｐ１の立ち下り時点Ｔ２となる場合では、第１の位相からｄＴを加算した時点とすることができる。

また、電圧レベルの波形は、共通駆動波形の第２のパルス波Ｐ２の全範囲において、電圧レベルを「Ｌ」とする。

第１の位相は、共通駆動波形から波形成分を選択しない始期に対応する。第１の位相は、共通駆動波形の第１のパルス波Ｐ１の電位が変化しない範囲で選択することができる。また、第２の位相は、共通駆動波形から波形成分を選択しない終期（共通駆動波形から波形成分の選択を再開する始期）に対応する。第２の位相は、共通駆動波形が基準電位にある範囲内で選択することができる。

図５（ｃ）は、アナログスイッチによって、共通駆動波形の波形成分が選択的に通過した駆動波形であり、この駆動波形が圧力発生手段に印加される。具体的には、アナログスイッチは、第１のパルス波Ｐ１の第１の位相（Ｔ１の時点）から第２の位相（Ｔ２からｄＴを加算した時点）まで、共通駆動波形の波形成分を選択しない。また、第２のパルス波Ｐ２の全範囲において、共通駆動波形の波形成分を選択しない。この場合、液体吐出ヘッドは、ノズルから液体を吐出しないで、流路内の液体の振動（微駆動）をする。

ｄＴについて、図６及び図７を用いて説明する。図６は、駆動波形のパルス幅を説明する図である。

図６において、パルス波のパルス幅Ｐｗの駆動波形が、ヘッドドライバ２３０（図２）から圧力発生手段１２１（図１）に入力される。この場合、圧力発生手段の圧電アクチュエータは、パルス幅Ｐｗ（３μｓ）の間隔で、収縮及び伸張する。

図７は、駆動波形のパルス幅と吐出される液体の速度との関係の一例を説明する図である。

図７は、液体吐出ヘッドに印加される駆動波形のパルス幅Ｐｗ（横軸）の値を変えることで吐出する液体の速度（縦軸）を変化させることができることを示す。すなわち、パルス幅Ｐｗを徐々に増加させると、吐出される液体の速度は、一定の周期Ｔｃ（ヘルムホルツ周期）で変化する。具体的には、パルス幅ＰｗがＴｐのとき、吐出される液体の速度が最大となる。その後、吐出される液体の速度は、一定の周期Ｔｃで極大値を示す。これは、液室内の共振によるものである。パルス幅ＰｗがＴｐのとき、液室内ではパルスの立ち下げにより発生した振動と、立ち上げによって発生した振動とが最も強く共振し、強めあう。これによって、吐出される液体の速度は極大値を示す。また、Ｔｐから±１／４Ｔｃの範囲内においても、程度は小さくなるが、同様に強めあう。

また、パルス幅ＰｗがＴｐ＋ｄＴ１からＴｐ＋ｄＴ２の範囲内のとき、吐出される液体の速度は略０となる（液体は吐出されない）。これも、液室内の共振によるものである。パルス幅ＰｗがＴｐから１／４Ｔｃ以上ずれているとき、液室内ではパルスの立ち下げにより発生した振動と、立ち上げによって発生した振動とが打ち消しあう。これによって、共振を利用して吐出を行うヘッドにおいては、滴は吐出されない。よって、このＴｐ＋ｄＴ１からＴｐ＋ｄＴ２の範囲内におけるパルス幅Ｐｗで圧電アクチュエータを駆動することで、液体を吐出しない程度に流路内の液体を振動させることができる。

すなわち、図５のｄＴを、Ｔｐ＋ｄＴ１からＴｐ＋ｄＴ２の範囲とすることで、液体吐出ヘッドは、ノズルから液体を吐出しないで、流路内の液体を振動（微駆動）することができる。

ここで、Ｔｐ＋ｄＴ１＜ｄＴ＜Ｔｐ＋ｄＴ２は、Ｔｐ＋Ｔｃ×（１／４）×（４ｎ−７）＜ｄＴ＜Ｔｐ＋Ｔｃ×（１／４）×（４ｎ−５）とすることができる。この場合、Ｔｃは、液体吐出ヘッドの液体の吐出に対するヘルムホルツ周期である。Ｔｐは、共通駆動波形のパルス幅の値の変化に対して、吐出される液体の吐出速度が極大値を示すパルス幅の値で最小値のものである。ｎは、１から始まる自然数である。Ｔｃ×（１／４）は、Ｔｃの周期の１／４を意味する。（４ｎ−７）は、Ｔｃの周期において、−３／４の位相差を意味する。この式を満たすｄＴであれば、パルスの立ち下げにより発生した振動と、立ち上げによって発生した振動とが打ち消しあう。

以上により、第１のパルス波Ｐ１の立ち下り時点Ｔ２からの時間ｄＴを上記範囲内とすることで、液体をノズルから吐出しない微駆動を行うことができる。これにより、微駆動のための駆動波形が必要なく、大滴及び小滴の液体を吐出するための共通駆動波形から、微駆動のための駆動波形を生成することができる。

微駆動のために選択する共通駆動波形の波形成分は、第１のパルス波Ｐ１に限らず、第２のパルス波Ｐ２としても良い。また、微駆動の駆動時の電位差が小さくなる共通駆動波形の波形成分を選択することで、微駆動の駆動時に意図しない吐出が発生する確率を小さくすることができる。また、微駆動の駆動に必要な電力を削減することができる。

（実施例）
記録媒体に画像を形成する画像形成装置の実施例を用いて、本発明の液体吐出ヘッドの駆動方法を説明する。本発明の液体吐出ヘッドの駆動方法は、画像形成装置に用いられる液体吐出ヘッドに限定されるものではなく、画像形成装置の液体吐出ヘッド以外でも、液体を吐出する手段を有する装置であれば、いずれの装置にも用いることができる。

画像形成装置の実施例１を用いて、本発明の液体吐出ヘッドの駆動方法を説明する。

（画像形成装置の構成）
本実施例に係る液体吐出ヘッドを有する画像形成装置の一例を、図８及び図９に示す。図８は、本実施例の画像形成装置の概略正面図である。

図８において、画像形成装置３００は、本実施例では、シリアル型画像形成装置である。フルライン型ヘッドを備えたライン型画像形成装置でも、本発明に係る液体吐出ヘッドの駆動方法を用いることが可能である。

画像形成装置３００は、記録媒体に画像を形成する装置である。画像形成装置３００は、画像形成手段３１０、媒体供給手段３２０、搬送手段３３０、排送手段３４０、及び、図示しない制御手段を含む。

画像形成手段３１０は、記録媒体の上方で移動するキャリッジを有する。本実施例では、キャリッジに備えた液体吐出ヘッドから液体を吐出し、画像を形成する。

媒体供給手段３２０は、供給トレイ３２１、半月コロ３２２、及び、分離パッド３２３等を有する。供給トレイ３２１に配置された記録媒体は、半月コロ３２２及び分離パッド３２３等により、１枚ずつ分離され、液体吐出ヘッドを有する画像形成手段３１０に搬送される。

搬送手段３３０は、画像を形成される記録媒体を搬送する手段である。搬送ベルト３３１、搬送ローラ３３２、テンションローラ３３３、及び、帯電ローラ３３４等を有する。帯電ローラ３３４は、搬送ローラ３３２とテンションローラ３３３とに張架された無端状の搬送ベルト３３１を、所定の間隔でプラスとマイナスとに帯電する。帯電された搬送ベルト３３１は、その表面上に記録媒体を吸着し、記録媒体を記録媒体の搬送方向（以下、副走査方向という。）に搬送する。

排送手段３４０は、画像が形成された記録媒体を排送する手段である。搬送ベルト３３１から記録媒体を分離する分離爪３４１、排送ローラ３４２、及び、排紙トレイ３４３等を有する。搬送ベルト３３１に併設された分離爪３４１は、画像形成が終了した記録媒体を搬送ベルト３３１から分離する。排紙ローラ３４２は、分離された記録媒体を排送トレイ３４３に排送する。

制御手段は、画像形成装置の各構成の動作を制御する手段である。本実施例では、液体吐出ヘッドの動作を制御する駆動制御部２００（図２）を含む。

記録媒体は、その媒体上に画像が形成されるものである。記録媒体は、コピー機用の普通紙、上質紙、ＯＨＰシート、合成樹脂フィルム、金属薄膜、糸、繊維、布帛、皮革、ガラス板、木材、及び、セラミック平板等を用いることが可能である。

画像形成手段の構成を、図９を用いて、説明をする。

図９において、画像形成手段３１０は、キャリッジ３１１、及び、ガイド棒材３１２等を有する。キャリッジ３１１は、液体吐出ヘッド３１３を有する。

キャリッジ３１１は、横架されたガイド棒材３１２によって、主走査方向に移動可能に支持されている。キャリッジ３１１は、搬送された記録媒体の上方において記録媒体と液体吐出ヘッド３１３とが一定の間隔を保持しつつ、液体吐出ヘッド３１３を主走査方向に移動させることができる。また、画像を形成するときには、キャリッジ３１１が、記録媒体の上方の所定の位置に停止し、キャリッジ３１１に搭載した液体吐出ヘッド３１３から液体を吐出する。

液体吐出ヘッド３１３の概略断面図は、図１と同様であるため、説明を省略する。

液体吐出ヘッド３１３は、本実施例では、第１の記録ヘッド３１３ａ及び第２の記録ヘッド３１３ｂを有する。第１の記録ヘッド３１３ａ等は２つのノズル列を有し、ノズル列は複数のノズルを備える表面を有する。第１の記録ヘッド３１３ａ等は、ノズルを備える表面を鉛直下向き（記録媒体の方向）に向けて、配設されている。

第１の記録ヘッド３１３ａは、一方のノズル列がブラック（Ｋ）、他方のノズル列がシアン（Ｃ）の液体を吐出する。第２の記録ヘッド３１３ｂは、一方のノズル列がマゼンタ（Ｍ）、他方のノズル列がイエロー（Ｙ）の液体を吐出する。

画像形成手段３１０は、制御手段の制御により、キャリッジ３１１を所定の位置に移動させる。また、画像形成手段３１０は、駆動制御部２００のヘッドドライバ２３０（図２）の制御により、液体吐出ヘッド３１３を制御し、記録媒体上に液体を吐出する。画像形成手段３１０は、１行分の画像の形成が終了すると、記録媒体を所定量だけ移動し、次の行の画像を形成する。以後、すべての画像形成が終了するまで、同様の動作を繰り返す。

（微駆動の動作）
液体吐出ヘッドの微駆動の動作について、図５及び図１０を用いて、説明する。

図５は、微駆動時に圧力発生手段１２１（図１）に印加する電圧の一例を説明する図である。図５（ａ）は、駆動波形生成部２１０（図２）が生成した共通駆動波形である。図５（ｂ）は、レベルシフタ２３４（図２）により出力された電圧レベルの波形である。図５（ｃ）は、アナログスイッチ２３５（図２）により、共通駆動波形の波形成分から選択された駆動波形である。

図５（ａ）は、共通駆動波形の一例として、２つのパルス波（第１のパルス波Ｐ１、及び、第２のパルス波Ｐ２）を含む波形である。

図５（ｂ）において、電圧レベルの波形は、微駆動の動作の条件として、共通駆動波形の第１のパルス波Ｐ１の第１の位相（Ｔ１）から、第２の位相（Ｔ２＋ｄＴ）まで、レベルシフタから出力される電圧レベルを「Ｌ」とする。また、電圧レベルの波形は、共通駆動波形の第２のパルス波Ｐ２の全範囲において、電圧レベルを「Ｌ」とする。

図５（ｃ）は、アナログスイッチによって、共通駆動波形の波形成分を選択的に通過した駆動波形であり、この駆動波形が圧力発生手段に印加される。具体的には、アナログスイッチは、第１の位相から第２の位相まで、共通駆動波形の波形成分を選択しない。また、第２のパルス波Ｐ２の全範囲において、共通駆動波形の波形成分を選択しない。この場合、液体吐出ヘッドは、ノズルから液体を吐出しないで、流路内の液体を振動（微駆動）する。

図１０は、微駆動時に圧力発生手段に印加する電圧の他の例を説明する図である。図１０（ａ）は、共通駆動波形として、３つのパルス波（第１のパルス波Ｐ１、第２のパルス波Ｐ２、及び、第３のパルス波Ｐ３）を含む波形である。図１０（ｂ）は、レベルシフタにより出力された電圧レベルの波形である。図１０（ｃ）は、アナログスイッチにより、共通駆動波形の波形成分から選択された駆動波形で、圧電アクチュエータに印加される電圧の駆動波形である。

図１０（ａ）において、共通駆動波形は、第３のパルス波Ｐ３を有する。ここで、第３のパルス波Ｐ３は、微駆動のためのパルス波である。

図１０（ｂ）において、電圧レベルの波形は、微駆動の動作の条件として、共通駆動波形の第１のパルス波Ｐ１の及び第２のパルス波Ｐ２の全範囲において、電圧レベルを「Ｌ」とする。

図１０（ｃ）は、アナログスイッチによって、共通駆動波形の波形成分を選択的に通過した駆動波形であり、この駆動波形が圧力発生手段に印加される。具体的には、アナログスイッチは、共通駆動波形の第３のパルス波Ｐ３の波形成分のみを選択する。この場合、液体吐出ヘッドは、ノズルから液体を吐出しないで、流路内の液体を振動（微駆動）する。

図５（ａ）と図１０（ａ）とを比較すると、図５（ａ）は、微駆動のための第３のパルス波Ｐ３を有さない。そのため、共通駆動波形の周期を短くすることができる。これにより、液体吐出ヘッドの液体を吐出するための周期を短縮することができ、吐出する速度を高くすることができる。その結果、画像形成装置の画像形成の速度を高くすることができる。

画像形成装置の実施例２を用いて、本発明の液体吐出ヘッドの駆動方法を説明する。

（画像形成装置の構成）
本実施例に係る液体吐出ヘッドを有する画像形成装置４００の構成は、実施例１の画像形成装置３００の構成（図８及び図９）と同様のため、説明を省略する。

（微駆動の動作）
画像形成装置の液体吐出ヘッドの微駆動の動作について、図１１を用いて、説明する。図１１は、微駆動時に圧力発生手段に印加する電圧を説明する図である。図１１（ａ）は、駆動波形生成部が生成した共通駆動波形である。図１１（ｂ）は、レベルシフタにより出力された電圧レベルの波形である。図１１（ｃ）は、アナログスイッチにより、共通駆動波形の波形成分から選択された駆動波形である。

図１１（ａ）は、共通駆動波形として、２段階の立ち下げを含むパルス波である第１のパルス波Ｐ１と第２のパルス波Ｐ２とを有する。

図１１（ｂ）において、電圧レベルの波形は、微駆動の動作の条件として、共通駆動波形の第１のパルス波Ｐ１の中間電位Ｖｍの範囲内の第１の位相（Ｔ１）から、第２の位相（Ｔ２＋ｄＴ）まで、レベルシフタから出力される電圧レベルを「Ｌ」とする。また、電圧レベルの波形は、共通駆動波形の第２のパルス波Ｐ２の全範囲において、電圧レベルを「Ｌ」とする。

図１１（ｃ）は、アナログスイッチによって、共通駆動波形の波形成分を選択的に通過した駆動波形であり、この駆動波形が圧力発生手段に印加される。具体的には、アナログスイッチは、第１のパルス波Ｐ１の中間電位Ｖｍの時点Ｔ１からＴ２からｄＴを加算した時点まで、共通駆動波形の波形成分を選択しない。また、第２のパルス波Ｐ２の全範囲において、共通駆動波形の波形成分を選択しない。この場合、液体吐出ヘッドは、ノズルから液体を吐出しないで、流路内の液体の振動（微駆動）をする。

図１１（ｃ）は、図５（ｃ）と比較して、電位差（Ｖｂ−Ｖｍ）が小さい微駆動をすることができる。これにより、微駆動時に意図しない液体の吐出が発生する確率を小さくすることができる。また、図１１（ｃ）は、図５（ｃ）と比較して、電位差が小さい微駆動であるため、駆動に必要な電力を削減することができる。

画像形成装置の実施例３を用いて、本発明の液体吐出ヘッドの駆動方法を説明する。

（画像形成装置の構成）
本実施例に係る液体吐出ヘッドを有する画像形成装置５００の構成は、実施例１の画像形成装置３００の構成（図８及び図９）と同様のため、説明を省略する。

（微駆動の動作）
画像形成装置の液体吐出ヘッドの微駆動の動作について、図１２を用いて、説明する。図１２は、微駆動時に圧力発生手段に印加する電圧を説明する図である。図１２（ａ）は、駆動波形生成部が生成した共通駆動波形である。図１２（ｂ）は、レベルシフタにより出力された電圧レベルの波形である。図１２（ｃ）は、アナログスイッチにより、共通駆動波形の波形成分から選択された駆動波形である。

図１２（ａ）において、共通駆動波形は、引き（Ｐ１ａ）の後に、押し（Ｐ１ｂ）となる波形である。この共通駆動波形は、図３と比較して、より大きな大滴を吐出する場合に用いる。

図１２（ｂ）において、電圧レベルの波形は、微駆動の動作の条件として、共通駆動波形の第１のパルス波Ｐ１の第１の位相（Ｔ１）から、第２の位相（Ｔ２＋ｄＴ）まで、レベルシフタから出力される電圧レベルを「Ｌ」とする。また、電圧レベルの波形は、共通駆動波形の第２のパルス波Ｐ２の全範囲において、電圧レベルを「Ｌ」とする。このとき、ｄＴの値は、第２の位相（Ｔ２＋ｄＴ）の時点が、基準電位Ｖｂとなるように選択することができる。

図１２（ｃ）は、アナログスイッチによって、共通駆動波形の波形成分を選択的に通過した駆動波形であり、この駆動波形が圧力発生手段に印加される。

具体的には、アナログスイッチは、第１の位相から第２の位相まで、共通駆動波形の波形成分を選択しない。また、第２のパルス波Ｐ２の全範囲において、共通駆動波形の波形成分を選択しない。この場合、液体吐出ヘッドは、ノズルから液体を吐出しないで、流路内の液体の振動（微駆動）をする。

１００ ： 液体吐出ヘッド
１１１ａ： ノズル
１２１ ： 圧力発生手段
２１０ ： 駆動波形生成手段
２３０ ： ヘッドドライバ
３００、４００、５００： 画像形成装置
Ｖｍ ： 中間電位
Ｔｃ ： 液体吐出ヘッドの液体の吐出に対するヘルムホルツ周期
Ｔｐ ： 共通駆動波形のパルス幅の変化に対して、吐出される液体の吐出速度が
極大値を示すパルス幅の値で最小値
ｎ ： １から始まる自然数
Ｔ１ ： 第１の位相（吐出させない程度に液体を加圧する微駆動波形の始期）
Ｔ２＋ｄＴ： 第２の位相（波形成分から微駆動波形の終期）

特開２００８‐１２００９８号公報 特開２００５‐１１９３２１号公報

Claims (6)

1. 圧力発生手段により液体を加圧することで、ノズルから液体を吐出する液体吐出ヘッドの駆動方法であって、
   前記圧力発生手段に入力する、基準電位からの立ち下がり部分及び前記基準電位への立ち上がり部分を備える、パルス波を含む共通駆動波形を生成する工程と、
   前記ノズルから前記液体を吐出させない程度に前記液体を加圧するための微駆動波形を前記共通駆動波形の波形成分から選択する工程であって、
   前記波形成分から前記微駆動波形の始期である第１の位相を選択する工程と、
   前記波形成分から前記微駆動波形の終期である第２の位相を選択する工程と、を含む工程と、
   前記第１の位相と前記第２の位相とに基づいて、前記微駆動波形を生成する工程と、
   を含み、
   前記第２の位相は、前記第１の位相を含む前記波形成分において、前記パルス波の立ち下り終了時点からｄＴを加算した時点であり、
   前記ｄＴは、Ｔｐ＋Ｔｃ×（１／４）×（４ｎ−７）＜ｄＴ＜Ｔｐ＋Ｔｃ×（１／４）×（４ｎ−５）の範囲内であり、
   ここで、Ｔｃは前記液体吐出ヘッドの吐出される液体に対するヘルムホルツ周期、Ｔｐは、共通駆動波形のパルス幅の値を変化させた場合に、吐出される液体の速度が極大値を示すパルス幅の値のうちの最小値のものであり、ｎは１から始まる自然数である、
   ことを特徴とする液体吐出ヘッドの駆動方法。
2. 圧力発生手段により液体を加圧することで、ノズルから液体を吐出する液体吐出ヘッドの駆動方法であって、
   前記圧力発生手段に入力する、基準電位からの立ち下がり部分及び前記基準電位への立ち上がり部分を備える、パルス波を含む共通駆動波形を生成する工程と、
   前記ノズルから前記液体を吐出させない程度に前記液体を加圧するための微駆動波形を波形成分を前記共通駆動波形の波形成分から選択する工程であって、
   前記波形成分から前記微駆動波形の始期である第１の位相を選択する工程と、
   前記波形成分から前記微駆動波形の終期である第２の位相を選択する工程と、
   前記第１の位相と前記第２の位相とに基づいて、前記微駆動波形を生成する工程と、
   を含み、
   前記第２の位相は、前記第１の位相からｄＴを加算した時点であり、
   前記ｄＴは、Ｔｐ＋Ｔｃ×（１／４）×（４ｎ−７）＜ｄＴ＜Ｔｐ＋Ｔｃ×（１／４）×（４ｎ−５）の範囲内であり、
   ここで、Ｔｃは前記液体吐出ヘッドの吐出される液体に対するヘルムホルツ周期、Ｔｐは、共通駆動波形のパルス幅の値の値を変化させた場合に、変化に対して、吐出される液体の速度が極大値を示すパルス幅の値のうちの最小値のものであり、ｎは１から始まる自然数である、
   ことを特徴とする液体吐出ヘッドの駆動方法。
3. 前記第１の位相は、前記共通駆動波形の振幅が変化しない時点である、ことを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
4. 前記第２の位相は、前記共通駆動波形の振幅が変化しない時点である、ことを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
5. 前記共通駆動波形の前記パルス波が２段階以上に立ち下がる場合であって、
   前記第１の位相は、前記立ち下りの波形成分の中間電位の時点である、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
6. 液体を吐出する液体吐出ヘッドを有する画像形成装置であって、
   基準電位からの立ち下がり部分及び前記基準電位への立ち上がり部分を備える、パルス波を含む、共通駆動波形を生成する駆動波形生成手段と、
   前記液体を加圧する圧力発生手段と、
   前記共通駆動波形の波形成分から選択して微駆動波形を生成し、該微駆動波形を前記圧力発生手段に入力する、ヘッドドライバと、
   を有し、
   前記ヘッドドライバは、前記液体吐出ヘッドから前記液体を吐出させない程度に液体を加圧するための微駆動波形の始期である第１の位相を前記共通駆動波形の波形成分から選択し、前記波形成分から前記微駆動波形の終期である第２の位相を選択し、
   前記第２の位相は、前記第１の位相を含む前記波形成分において、前記パルス波の立ち下り終了時点からｄＴを加算した時点であり、
   前記ｄＴは、Ｔｐ＋Ｔｃ×（１／４）×（４ｎ−７）＜ｄＴ＜Ｔｐ＋Ｔｃ×（１／４）×（４ｎ−５）の範囲内であり、
   ここで、Ｔｃは前記液体吐出ヘッドの吐出される液体に対するヘルムホルツ周期、Ｔｐは共通駆動波形のパルス幅の値を変化させた場合に、吐出される液体の速度が極大値を示すときの前記パルス幅の値のうちの最小値のものであり、ｎは１から始まる自然数であり、
   前記ヘッドドライバは、前記第１の位相及び前記第２の位相に基づいて、前記共通駆動波形の波形成分を選択的に圧力発生手段に入力する、
   ことを特徴とする画像形成装置。

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