JP6024906B2 - 画像形成装置、ヘッド駆動制御装置、ヘッド駆動制御方法 - Google Patents

Description

本発明は画像形成装置、画像形成装置、ヘッド駆動制御装置、液体吐出ヘッドの駆動制御方法に関する。

プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、これらの複合機等の画像形成装置として、例えば液滴を吐出する液体吐出ヘッドを記録ヘッドに用いた液体吐出記録方式の画像形成装置としてインクジェット記録装置などが知られている。

このような画像形成装置において、例えば１駆動周期内でそれぞれ液滴を吐出させる複数の駆動パルス（吐出パルス）を時系列的に生成して共通駆動波形として出力し、例えば相対的に大きなドットを形成するときには２以上の駆動パルスを選択して複数の液滴を吐出させることで、複数の液滴を飛翔中に合体させて着弾させることによって、複数のサイズのドットを形成することが知られている。

従来、ヘッド駆動制御装置ないし方法としては、例えば、吐出パルスは、基準電位から動作電位まで一定勾配で電位が変化して圧力室内を減圧すべく圧力発生部を動作させる第１波形部と、動作電位を一定時間維持する第２波形部と、動作電位から基準電位まで一定勾配で電位が変化して圧力室内を加圧すべく圧力発生部を動作させる第３波形部とを有し、単位周期内の先の吐出パルスと、当該先の吐出パルスに続いて発生される次の吐出パルスとの間隔が、圧力室内の液体に生じる固有振動周期Ｔｃに基づき設定されているものが知られている（特許文献１）。

特開２０１１−０８４０２８号公報

ところで、ノズルから吐出されたインク滴は尾を引く形で飛翔し、この飛翔するインク滴の先頭部分（主滴）と後尾部分に時間差や速度差が生じる。このため、先行する主滴に付随して、不要な微小液滴（サテライト）が発生することがある。特に、サテライトは、滴速度が速くなればなるほど、顕著に発生する。

一方、２つの駆動パルスによって吐出させてインク滴を飛翔中に１滴にマージさせる構成を採用した場合、後行滴の滴速度を先行滴の滴速度よりも速くなるようにしなければならない。

そのため、後行滴はサテライトが出やすい状態になってしまい、結果的にマージしてもサテライトを抑制することができないという課題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、２つの駆動パルスで１滴を形成する場合に簡単な構成でサテライトの発生を抑制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、
液滴を吐出するノズルが通じる個別液室の液体を加圧する圧力を発生する圧力発生手段を有する記録ヘッドと、
１駆動周期内で、前記記録ヘッドの圧力発生手段に与える、少なくとも第１駆動パルスと第２駆動パルスを時系列で含む駆動波形を生成出力する駆動波形生成手段と、を備え、
前記第１駆動パルスは、少なくとも、前記個別液室を膨張させる引き込み波形要素と、前記膨張された前記個別液室を収縮させる押し込み波形要素とを含み、
前記第２駆動パルスは、少なくとも、前記個別液室を膨張させる引き込み波形要素と、前記膨張された前記個別液室を収縮させる押し込み波形要素とを含み、
前記第１駆動パルスの前記押し込み波形要素の終点から前記第２駆動パルスの前記引き込み波形要素の始点までの時間が、前記個別液室の固有振動周期の整数倍である
構成とした。

本発明によれば、２つの駆動パルスで１滴を形成する場合に簡単な構成でサテライトの発生を抑制できる。

本発明に係る画像形成装置の一例の機構部を説明する側面説明図である。 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。 同じく滴吐出動作の説明に供する断面説明図である。 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ドライバの一例を示す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の説明図である。 単パルスの波形形状を示す説明図である。 同単パルスのホールド期間（パルス幅Ｐｗ）を変化させたときの滴速度の変化の一例を説明する説明図である。 ２つの滴を飛翔中にマージさせて１滴とする駆動波形の基本構成の説明に供する説明図である。 パルス間隔（時間）Ｔｄに対するサテライトＴｊ及び第１駆動パルスＰ１の電圧の変化の一例を説明する説明図である。 サテライトＴｊの説明に供する模式的説明図である。 本発明の第２実施形態における駆動波形の説明図である。 滴吐出からマージまでの様子を説明する説明図である。 本発明の第３実施形態における駆動波形の説明図である。 本発明の第４実施形態における駆動波形の説明図である。

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。図１は同画像形成装置の機構部の側面説明図、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る。装置本体１の左右の側板２１Ａ、２１Ｂに架け渡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ている。キャリッジ３３は、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、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。）を搭載している。２つの記録ヘッド３４で、例えば、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。また、記録ヘッド３４は、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ている。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）の液滴を吐出する。また、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ヘッドタンク３５ａ、３５ｂ（区別しないときは「ヘッドタンク３５」という。）を搭載している。このヘッドタンク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）１０からインクが供給される。供給ポンプユニット２４は、インクカートリッジ１０の各色のインクを、供給チューブ３６を介してヘッドタンク３５に送液する。

一方、給紙トレイ２の用紙積載部（圧板）４１上に用紙４２が積載される。用紙４２は、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によって、１枚ずつ分離されて給紙される。分離パッド４４は給紙コロ４３側に付勢されている。

そして、給紙された用紙４２は、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とを介して、搬送手段である搬送ベルト５１と加圧コロ４９との間に送り込まれる。搬送ベルト５１は、用紙４２を静電吸着して記録ヘッド３４に対向する位置に搬送する。

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。

また、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。

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。）を備えている。

また、維持回復機構８１は、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を備えている。さらに、維持回復機構８１は、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９９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を配置している。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はガイド部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る。そして、用紙４２は、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で帯電される。この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。

また、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する。そして、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。図３及び図４は同ヘッドの液室長手方向（ノズル配列方向と直交する方向）に沿う断面説明図である。

この液体吐出ヘッドは、流路板１０１と、振動板部材１０２と、ノズル板１０３とを接合している。これにより、液滴を吐出するノズル１０４が貫通孔１０５を介して通じる個別液室１０６、液室１０６に液体を供給する流体抵抗部１０７、液体導入部１０８がそれぞれ形成される。そして、フレーム部材１１７に形成した共通液室１１０から振動板部材１０２に形成されたフィルタ部１０９を介して液体（インク）が液体導入部１０８に導入され、液体導入部１０８から流体抵抗部１０７を介して液室１０６にインクが供給される。

流路板１０１は、ＳＵＳなどの金属板を積層して、貫通孔１０５、液室１０６、流体抵抗部１０７、液体導入部１０８などの開口部や溝部をそれぞれ形成している。振動板部材１０２は各液室１０６、流体抵抗部１０７、液体導入部１０８などの壁面を形成する壁面部材であるとともに、フィルタ部１０９を形成する部材である。なお、流路板１０１は、ＳＵＳなどの金属板に限らず、シリコン基板を異方性エッチングして形成することもできる。

そして、振動板部材１０２の液室１０６と反対側に、柱状の積層型圧電部材１１２が接合されている。この圧電部材１１２の一端部はベース部材１１３に接合され、また、圧電部材１１２には駆動波形を伝達するＦＰＣ１１５が接続されている。これらによって、液室１０６のインクを加圧してノズル１０４から液滴を吐出させる圧力を発生する圧力発生手段としての圧電アクチュエータ１１１を構成している。

なお、この例では、圧電部材１１２は積層方向に伸縮させるｄ３３モードで使用しているが、積層方向と直交する方向に伸縮させるｄ３１モードでもよい。

このように構成した液体吐出ヘッドにおいては、例えば、図３に示すように、圧電部材１１２に印加する電圧を基準電位Ｖｅから下げる。これによって、圧電部材１１２が収縮し、振動板部材１０２が変形して液室１０６の容積が膨張することで、液室１０６内にインクが流入する。その後、図４に示すように、圧電部材１１２に印加する電圧を上げる。これにより、圧電部材１１２が積層方向に伸長して、振動板部材１０２をノズル１０４方向に変形させて液室１０６の容積を収縮させる。液室１０６の容積が収縮することで、液室１０６内のインクが加圧され、ノズル１０４から液滴３０１が吐出される。

そして、圧電部材１１２に印加する電圧を基準電位Ｖｅに戻すことによって振動板部材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。このとき、共通液室１１０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。

次に、この画像形成装置の制御部の概要について図５を参照して説明する。図５は同制御部の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ＣＰＵ５０１と、ＣＰＵ５０１が実行するプログラムを含む各種プログラムなど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を備えている。また、制御部５００は、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を備えている。さらに、制御部５００は、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を備えている。

また、制御部５００は、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を備えている。また、制御部５００は、キャリッジ３３を移動走査する主走査モータ５５４と、搬送ベルト５１を周回移動させる副走査モータ５５５とを備えている。また、制御部５００は、維持回復機構８１のキャップ８２やワイパ部材８３の移動、吸引ポンプ８１２などを行なう維持回復モータ５５６を駆動するためのモータ駆動部５１０を備えている。また、制御部５００は、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と、送液ポンプ２４１を駆動する供給系駆動部５１２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を持っている。そして、制御部５００は、Ｉ／Ｆ５０６を介して、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などのホスト９００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。

ここで、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、画像を出力するためドットパターンデータの生成はホスト９００側のプリンタドライバ９０１で行なうことも、制御部５００で行なうこともできる。

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。また、印刷制御部５０８は、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。さらに、印刷制御部５０８は、ＲＯＭ５０２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む。そして、印刷制御部５０８は、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波形をヘッドドライバ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波形を構成する駆動パルスを選択して記録ヘッド３４の圧力発生手段に与えて記録ヘッド３４を駆動する。このとき、駆動波形を構成するパルスの一部又は全部或いはパルスを形成する波形用要素の全部又は一部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やモータ駆動部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、機内の温度を監視するためのサーミスタ、帯電ベルトの電圧を監視するセンサ、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、ヘッド駆動制御装置を構成する印刷制御部５０８及びヘッドドライバ５０９の一例について図６のブロック説明図を参照して説明する。

印刷制御部５０８は、画像形成時に１印刷周期（１駆動周期）内に複数のパルス（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７０１を備えている。また、印刷制御部５０８は、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を備えている。

なお、滴制御信号は、ヘッドドライバ５０９の後述する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ビットの信号である。この滴制御信号は、共通駆動波形の印刷周期に合わせて選択すべきパルス又は波形要素で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を備えている。また、ヘッドドライバ５０９は、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、階調データと滴制御信号Ｍ０〜Ｍ３をデコードして結果を出力するデコーダ７１３を備えている。また、ヘッドドライバ５０９は、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を備えている。また、ヘッドドライバ５０９は、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７１５を備えている。

このアナログスイッチ７１５は、各圧電部材１１２の選択電極（個別電極）に接続され、駆動波形生成部７０１からの共通駆動波形Ｐｖ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）と滴制御信号Ｍ０〜Ｍ３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。これにより、共通駆動波形Ｐｖを構成する所要のパルス（あるいは波形要素）が通過して（選択されて）、記録ヘッド３４の圧電部材１１２に印加される。

次に、本発明の第１実施形態について図７を参照して説明する。図７は同実施形態における駆動波形の説明図である。

この駆動波形Ｐｖ１は、１駆動周期内で、記録ヘッド３４の圧力発生手段（圧電部材１１２）に与える、少なくとも第１駆動パルスＰ１と、第２駆動パルスＰ２を時系列で含む波形である。

ここで、第１駆動パルスＰ１は、引き込み波形要素である第１波形要素ａ１と、第１波形要素ａ１に続く保持波形要素である第２波形要素ｂ１と、第２波形要素ｂ１に続く押し込み波形要素である第３波形要素ｃ１とを含む。

第１波形要素ａ１は、基準電位（ここでは、中間電位）Ｖｅから電位Ｖ１分立ち下がることで圧電部材１１２を収縮させて個別液室１０６を膨張させる立下り波形要素である。第２波形要素ｂ１は、第１波形要素ａ１で立ち下がった電位を所定時間（パルス幅Ｐｗ１）保持するホールド波形要素である。第３波形要素ｃ１は、第２波形要素ｂ１で保持された電位から基準電位（中間電位）Ｖｅまで電位Ｖ１分立ち上がることで圧電部材１１２を伸長させて個別液室１０６を収縮させる立ち上がり波形要素である。

第２駆動パルスＰ２は、引き込み波形要素である第１波形要素ａ２と、第１波形要素ａ２に続く保持波形要素である第２波形要素ｂ２と、第２波形要素ｂ２に続く押し込み波形要素である第３波形要素ｃ２とを含む。

第１波形要素ａ２は、基準電位（ここでは、中間電位）Ｖｅから電位Ｖ２分立ち下がることで圧電部材１１２を収縮させて個別液室１０６を膨張させる立下り波形要素である。第２波形要素ｂ２は、第１波形要素ａ２で立ち下がった電位を所定時間（パルス幅Ｐｗ２）保持するホールド波形要素である。第３波形要素ｃ２は、第２波形要素ｂ２で保持された電位から基準電位（中間電位）Ｖｅまで電位Ｖ２分立ち上がることで圧電部材１１２を伸長させて個別液室１０６を収縮させる立ち上がり波形要素である。

本実施形態では、第１駆動パルスＰ１と第２駆動パルスＰ２とは同じ波形としているので、電位Ｖ１＝Ｖ２の関係にある。この電位Ｖ１、Ｖ２は、目的とする滴速度に応じて調整することができる。

この場合、第１駆動パルスＰ１で吐出される液滴の滴速度Ｖｊ１と、第２駆動パルスＰ２で吐出される液滴の滴速度Ｖｊ２とが、Ｖｊ１＜Ｖｊ２、の関係になるように、第１駆動パルスＰ１及び第２駆動パルスＰ２の波形に関する電位Ｖ、立ち下がり時間Ｔｆ、立ち上がり時間Ｔｒ、パルス幅（保持時間）Ｐｗを設定している。

さらに、ここでは、第１駆動パルスＰ１で吐出される液滴と第２駆動パルスＰ２で吐出される液滴とが、飛翔中に１滴にマージするように、第１駆動パルスＰ１及び第２駆動パルスＰ２の波形に関する電位Ｖ、立ち下がり時間Ｔｆ、立ち上がり時間Ｔｒ、パルス幅（保持時間）Ｐｗを設定している。

そして、本実施形態の駆動波形Ｐｖは、第１駆動パルスＰ１の押し込み波形要素である第３波形要素ｃ１の終点Ｔ１から第２駆動パルスＰ２の引き込み波形要素である第１波形要素ａ２の始点Ｔ２までの時間（パルス間隔）Ｔｄが、個別液室１０６の固有振動周期Ｔｃの整数倍（ここでは、Ｔｄ＝１×Ｔｃ）である波形としている。

このように、第１駆動パルスＰ１と第２駆動パルスＰ２のパルス間隔Ｔｄ、即ち、第１駆動パルスＰ１の第３波形要素ｃ１の終点から第２駆動パルスＰ２の第１波形要素ａ２の始点までの時間を、個別液室１０６の固有振動周期Ｔｃの整数倍である波形とすることで、２つの駆動パルスで１滴を形成する場合に簡単な構成でサテライトの発生を抑制できる。

この点について具体的に説明する。まず、１つのパルス（単パルス）の構成について図８及び図９を参照して説明する。図８は単パルスの波形形状を示す説明図、図９は同単パルスのホールド期間（パルス幅Ｐｗ）を変化させたときの滴速度の変化の一例を説明する説明図である。

滴吐出を行う単パルスは、引き込み波形要素ａ、ホールド波形要素ｂ、押し込み波形要素ｃとで構成される。

ここで、引き込み波形要素（立ち下がり波形要素）ａは、基準電位Ｖｅから立ち下がって圧電部材１１２を収縮させて、個別液室１０６を膨張させる。立ち下がり波形要素ａの始点から終点までを立ち下がり時間Ｔｆとする。

ホールド波形要素ｂは、立ち下り波形要素ａの立ち下がり電位を所定時間保持する。ホールド波形要素ｂによる保持時間（ホールド時間）をパルス幅Ｐｗという。

押し込み波形要素（立ち上がり波形要素）ｃは、ホールド波形要素ｂで保持された電位から立ち上がって圧電部材１１２を伸張させることによって個別液室１０６を収縮させる。立ち上がり波形要素ｃの始点から終点までの時間を立ち上がり時間Ｔｒとする。

そして、この単パルスのパルス幅Ｐｗを変化させることで滴吐出速度が変化する。この場合、図９に示すように、個別液室１０６の固有振動周期Ｔｃは、パルス幅ＰｗａとＰｗｂとの差から算出することができる。

次に、２つの滴を飛翔中にマージさせて１滴とする駆動波形の基本構成について図１０を参照して説明する。

この駆動波形は、前記図７で説明した駆動波形と同様な構成であり、第１駆動パルスＰ１で吐出させた液滴と、第２駆動パルスＰ２で吐出させた液滴とを、飛翔中にマージさせて１滴として、被記録媒体に着弾させる。

ここで、第１駆動パルスＰ１の第３波形要素ｃ１の終点から第２駆動パルスＰ２の第１波形要素ａ２の始点までの時間をパルス間隔Ｔｄとする。このパルス間隔Ｔｄが変化することは、即ち第２駆動パルスＰ２を加えるタイミングが変わることを意味し、第２駆動パルスＰ２によって吐出される液滴の滴速度が大きく影響される。

この第１駆動パルスＰ１の第３波形要素ｃ１の終点から第２駆動パルスＰ２の第１波形要素ａ２の始点までのパルス間隔（時間）Ｔｄに対するサテライトＴｊ及び第１駆動パルスＰ１の電圧の変化の一例を図１１に示している。

ここで、サテライトＴｊについて図１２の模式的説明図を参照して説明する。なお、図１２では理解しやすいように吐出滴が１滴の場合で示している。サテライトＴｊは、吐出開始から着弾までの時間である。

まず、単パルスが印加されて、ノズル面１０３ａからインク滴６００が吐出し始める。この時間をｔ１とする。次に、時間ｔ２、ｔ３と時間が経過するにつれ、段々とインク滴６００が仮想の被記録媒体４２ａに向かって近づいていく。ここで、ノズル面１０３ａから被記録媒体４２ａまでの距離Ｇが実際に使用されるノズル面−被記録媒体間の距離と同じになるようにしている。

そして、示すように時間ｔ４で、インク滴６００は被記録媒体４２ａのラインに到達する。

さらに、時間ｔ５でインク滴６００（主滴）に追従したサテライト６０１が被記録媒体４２ａのラインに到達する。

ここで、インク滴６００の時間Ｔｊとは、インク滴６００が吐出されてから被記録媒体４２ａのラインに到達するまでの時間、即ち時間（ｔ４−ｔ１）である。

また、サテライトＴｊとは、インク滴６００が吐出されてからインク滴６００に追従するサテライトが被記録媒体４２ａのラインに到達するまでの時間、すなわち時間（ｔ５−ｔ１）である。

この時間（ｔ５−ｔ１）は、長くなるほど、サテライトの速度は遅く、主滴との速度差が大きくなるのである。これは、実際、被記録媒体に着弾する際の画像が悪化する方向に働いてしまうため、高品質な画像を形成するにはサテライトＴｊを短くする必要がある。

ここで、図１１に戻って、図１１の測定条件として、まず、第２駆動パルスＰ２単独で与えたときのインク滴のサテライトＴｊが２００μｓになるように、電圧Ｖ２を固定している。

次に、第１駆動パルスＰ１、第２駆動パルスＰ２を連続で加えたとき、それぞれの駆動パルスによって吐出されたインク滴が飛翔中にマージし、そのインク滴のサテライトＴｊが２００μｓとなるように電圧を調整している。つまり、第２駆動パルスＰ２はパルス間隔Ｔｄによらず固定された波形であり、第１駆動パルスＰ１の電圧Ｖ１はパルス間隔Ｔｄを変えるのと同時に調整している。

ここで、図１１の破線７００の箇所は、ある周期で第１駆動パルスＰ１の電圧Ｖ１が小さくなっていることを表している。電圧が小さいということは、効率良くインク滴を吐出させることができると言い換えられるので、この箇所が共振ポイントである。

これに着目すると、サテライトＴｊは共振ポイントで小さくなる傾向であることが分かる。さらに、二番目、三番目というように時間Ｔｄが長くなる方向の共振ポイントのほうが、サテライトＴｊを小さくすることが可能であるという結果も読み取ることができる。

以上より、本実施形態のように、第１駆動パルスＰ１の第３波形要素ｃ１の終点Ｔ１から第２駆動パルスＰ２の第１波形要素ａ２の始点Ｔ２までの時間であるパルス間隔Ｔｄが、個別液室１０６の固有振動周期Ｔｃと同じ（Ｔｄ＝１・Ｔｃ）である波形とすることで、２つの駆動パルスで１滴を形成する場合に簡単な構成でサテライトの発生を抑制できる。つまり、時間（パルス間隔）Ｔｄが固有振動周期Ｔｃの長さよりも短い波形である場合よりもサテライトを抑制することが可能となる。

次に、本発明の第２実施形態について図１３を参照して説明する。図１３は同実施形態における駆動波形の説明図である。

本実施形態では、第１駆動パルスＰ１の第３波形要素ｃ１の終点Ｔ１から第２駆動パルスＰ２の第１波形要素ａ２の始点Ｔ２までの時間（パルス間隔）Ｔｄが、個別液室１０６の固有振動周期Ｔｃの２倍（Ｔｄ＝２・Ｔｃ）である波形としている。

このように構成することで、図１１で説明したように、パルス間隔Ｔｄを固有振動周期Ｔｃとした場合よりもサテライトを抑制できる。

この点について、図１４も参照して説明する。図１４（ａ）は第１実施形態における滴吐出からマージまでの様子を、図１４（ｂ）は第２実施形態における滴吐出からマージまでの様子をそれぞれ示している。

ここで、図１４（ａ）に示すように、第１実施形態における第１駆動パルスＰ１によって吐出される滴６１１の滴速度をＶｊ１、第２駆動パルスＰ２によって吐出される滴６１２の滴速度をＶｊ２とする。また、図１４（ｂ）に示すように、第２実施形態における第１駆動パルスＰ１によって吐出される滴６１１の滴速度をＶｊ１２、第２駆動パルスＰ２によって吐出される滴６１２の滴速度をＶｊ２２とする。また、時間Ｔａ１、Ｔａ２は、滴６１１、６１２が吐出される時間間隔を示している。

第２駆動パルスＰ２の電圧は、第２駆動パルスＰ２が単独で加えられたとき、サテライトＴｊが２００μｓとなるような電圧に設定されるため、二滴目の滴速度に関してはパルス間隔Ｔｄに依存することになる。

そして、当然、固有振動周期Ｔｃの方が２倍の固有振動周期Ｔｃの時点よりもメニスカス振動が大きくなっているため、二滴目の滴速度を比較すると、Ｖｊ２＞Ｖｊ２２、の関係が成り立つ。

つまり、パルス間隔Ｔｄ＝２×Ｔｃにした方が、Ｔｄ＝Ｔｃにした場合よりも、二滴目の滴速度が遅くなる。

さらに、パルス間隔Ｔｄを２×Ｔｃにする方が、二滴目が吐出するまでに要する時間が当然長くなる。

したがって、飛翔中に２つの滴をマージさせなければならないことを考えると、一滴目の滴速度は固有振動周期Ｔｃの間隔での滴速度よりも、遅く設定する必要がある。つまり、Ｖｊ１＞Ｖｊ１２、という関係が成り立つ。

ここで、滴速度Ｖｊ１２が遅すぎると、マージしたとしても所望のサテライトＴｊを得ることができないため、ある程度の滴速度は必要である。

そのため、ちょうど良いバランスで第１駆動パルスＰ１の電圧を調整する必要がある。その結果、図１４に示すように、第１実施形態のように固有振動周期Ｔｃの間隔でのマージ位置Ｌ１よりも、第２実施形態のように２倍の固有振動周期Ｔｃ（２Ｔｃ）の間隔〔時間ｔｄ〕でのマージ位置Ｌ２の方が着弾位置面に近い状態となる。すなわち、Ｌ１＜Ｌ２、の関係が成り立つ。

これらのことから、第２実施形態の滴速度Ｖｊ１２と滴速度Ｖｊ２２の速度差は必然的に小さくなっていることが分かる。

また、図１４（ａ）、（ｂ）の２パターンに関しては、圧力振動の観点からサテライトとの関係を推測することもできる。

時間Ｔｄが固有振動周期Ｔｃの間隔の場合、２×Ｔｃの間隔より圧力振動は大きいため、二滴目のサテライトが出やすい状態にある。これは、二滴目の滴速度が速くなることと同義である。これに対して、パルス間隔Ｔｄが固有振動周期Ｔｃの２倍（＝２×Ｔｃ）の間隔では圧力振動は小さくなるため、二滴目のサテライトが出にくい状態となっている。

したがって、第２実施形態では第１実施形態よりもさらなるサテライトを抑制できるという効果が得られる。

次に、本発明の第３実施形態について図１５を参照して説明する。図１５は同実施形態における駆動波形の説明図である。

本実施形態では、第２駆動パルスＰ２は、引き込み波形要素である第１波形要素ａ２と、第１波形要素ａ２に続く保持波形要素である第２波形要素ｂ２と、第２波形要素ｂ２に続く押し込み波形要素である第３波形要素ｃ２と、第３波形要素ｃ２に続く第４波形要素ｄ２と、第４波形要素ｄ２に続く押し込み波形要素である第５波形要素ｅ２と、第５波形要素ｅ２に続く第６波形要素ｆ２と、第６波形要素ｆ２に続く第７波形要素ｇ２とを含む。

第１波形要素ａ２は、基準電位（ここでは、中間電位）Ｖｅから電位Ｖ２分立ち下がることで圧電部材１１２を収縮させて個別液室１０６を膨張させる立下り波形要素である。第２波形要素ｂ２は、第１波形要素ａ２で立ち下がった電位を所定時間（パルス幅Ｐｗ２）保持するホールド波形要素である。第３波形要素ｃ２は、第２波形要素ｂ２で保持された電位から基準電位（中間電位）Ｖｅよりも高い電位Ｖｅ２まで電位Ｖ３分立ち上がることで圧電部材１１２を伸長させて個別液室１０６を収縮させる立ち上がり波形要素である。

第４波形要素ｄ２は、第３波形要素ｃ２で立ち上がった電位を所定時間Ｔｗ２の間保持するホールド波形要素である。第５波形要素ｅ２は、第４波形要素ｄ２で保持された電位から更に電位Ｖｅ２よりも高い電位Ｖｅ３まで電位Ｖ４分立ち上がることで圧電部材１１２を伸長させて個別液室１０６を更に収縮させる立ち上がり波形要素である。

第６波形要素ｆ２は、第５波形要素ｅ２で立ち上がった電位を所定時間保持するホールド波形要素である。第７波形要素ｇ２は、第６波形要素ｆ２で保持された電位から基準電位Ｖｅまで立ち下がる立ち下がり波形要素である。

このように、第２駆動パルスＰ２を二段押し形状にすることで、サテライトの速度を速めることができ、被記録媒体に着弾するまでにサテライトが主滴に追い付き、吸収されるのである。

ここで、波形のホールド時間Ｔｗ２の長さ、電位Ｖｅ２から電位Ｖｅ３の間の電位Ｖ２２の大きさによってサテライトの抑制度合いが変わってくるので、最適化する必要がある。

このような第３実施形態の駆動波形を使用することで、二滴目のサテライト発生を更に抑制することができるため、より高品質な画像を作ることが可能となる。

また、第２駆動パルスＰ２のみを使用することで、２パルス１ドットの滴径よりも小さいドットを形成することができる。第２駆動パルスＰ２が元々サテライト発生を抑制するような二段押し形状となっているため、綺麗な小ドットの形成が可能となる。

次に、本発明の第４実施形態について図１６を参照して説明する。図１６は同実施形態における駆動波形の説明図である。

本実施形態の駆動波形は、駆動パルスＰ１１〜Ｐ１５の５パルスで構成されている。この５つの駆動パルスＰ１１〜Ｐ１５を、前述した画像データと滴制御信号によって選択することで、大滴、中滴、小滴のような３種類の滴種を打ち分けることができる。なお、５パルスに限らず、３パルスでもよいし、あるいは、６パルス以上のパルスを生成してもよい。

ここでは、例えば、大滴は駆動パルスＰ１１〜Ｐ１５のすべての駆動パルスを使用して、中滴は駆動パルスＰ１３、Ｐ１５の２つの駆動パルスを使用して、小滴は駆動パルスＰ１５の１つのパルスを使用して形成する。

この駆動波形においては、駆動パルスＰ１３が本発明の第１駆動パルスに、駆動パルスＰ１５が同じく第２駆動パルスに相当し、駆動パルスＰ１３と駆動パルスＰ１５の間隔を、固有振動周期Ｔｃの２倍（２×Ｔｃ）に設定している。

そして、駆動パルスＰ１３と駆動パルスＰ１５との間に第３駆動パルスとしての駆動パルスＰ１４を介在させている。

前述したように、中滴は、駆動パルスＰ１３と駆動パルスＰ１５とで形成し、そのパルス間隔は２×Ｔｃであるので、サテライト発生を抑制して、綺麗な中ドットを形成することが可能になる。

そして、駆動パルスＰ１３と駆動パルスＰ１５との間に、駆動パルスＰ１４を挿入することにより、全体の波形長を長くすることなく、効率的な多種類の波形を得ることができる。

すなわち、大滴は、上述したように、駆動パルスＰ１１〜Ｐ１５の５パルス全てを使用する。ここで、駆動パルスＰ１３と駆動パルスＰ１５との間に別の駆動パルスを挿入しない場合、１パルス分駆動波形の全体の波形長が長くなってしまうことになる。

このように１周期で様々な滴種を打ち分ける方式では、全体の波形長によって最大で駆動可能な周波数が決まるため、波形長は重要なファクターである。この全体の波形長を短くすることで、より高い周波数で駆動させることができるため、印刷速度を高めることができるようになる。

なお、本願において、「用紙」とは材質を紙に限定するものではなく、ＯＨＰ、布、ガラス、基板などを含み、インク滴、その他の液体などが付着可能なものの意味であり、被記録媒体、記録媒体、記録紙、記録用紙などと称されるものを含む。また、画像形成、記録、印字、印写、印刷はいずれも同義語とする。

また、「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する。また、「画像形成」とは、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こと（単に液滴を媒体に着弾させること）をも意味する。

また、「インク」とは、特に限定しない限り、インクと称されるものに限らず、記録液、定着処理液、液体などと称されるものなど、画像形成を行うことができるすべての液体の総称として用いる。例えば、ＤＮＡ試料、レジスト、パターン材料、樹脂なども含まれる。

また、「画像」とは平面的なものに限らず、立体的に形成されたものに付与された画像、また立体自体を三次元的に造形して形成された像も含まれる。

また、画像形成装置には、特に限定しない限り、シリアル型画像形成装置及びライン型画像形成装置のいずれも含まれる。

３３ キャリッジ
３４、３４ａ、３４ｂ 記録ヘッド（液体吐出ヘッド）
５００ 制御部
５０８ 印刷制御部
７０１ 駆動波形生成部
７０２ データ転送部

Claims (8)

1. 液滴を吐出するノズルが通じる個別液室の液体を加圧する圧力を発生する圧力発生手段を有する記録ヘッドと、
   １駆動周期内で、前記記録ヘッドの圧力発生手段に与える、少なくとも第１駆動パルスと第２駆動パルスを時系列で含む駆動波形を生成出力する駆動波形生成手段と、を備え、
   前記第１駆動パルスは、少なくとも、前記個別液室を膨張させる引き込み波形要素と、前記膨張された前記個別液室を収縮させる押し込み波形要素とを含み、
   前記第２駆動パルスは、少なくとも、前記個別液室を膨張させる引き込み波形要素と、前記膨張された前記個別液室を収縮させる押し込み波形要素とを含み、
   前記第１駆動パルスの前記押し込み波形要素の終点から前記第２駆動パルスの前記引き込み波形要素の始点までの時間が、前記個別液室の固有振動周期の整数倍である
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記第１駆動パルスで吐出される液滴の滴速度Ｖｊ１と、前記第２駆動パルスで吐出される液滴の滴速度Ｖｊ２とは、Ｖｊ１＜Ｖｊ２、の関係にある
   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駆動パルスで吐出される液滴と、前記第２駆動パルスで吐出される液滴とは、飛翔中に１滴にマージされる
   ことを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記第１駆動パルスと前記第２駆動パルスとの間には、前記第１駆動パルス及び前記第２駆動パルスで吐出する液滴で形成する大きさのドットと異なる大きさのドットを形成する液滴を吐出させるときに使用する第３駆動パルスを含む
   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３駆動パルスで吐出させる液滴で形成されるドットは、前記第１駆動パルス及び前記第２駆動パルスで吐出させる液滴で形成されるドットよりも小さいことを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記第１駆動パルスの前記押し込み波形要素の終点から前記第２駆動パルスの前記引き込み波形要素の始点までの時間が、前記個別液室の固有振動周期の２倍以上である
   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. 液滴を吐出するノズルが通じる個別液室の液体を加圧する圧力を発生する圧力発生手段を有する記録ヘッドを駆動制御するヘッド駆動制御装置であって、
   １駆動周期内で、前記記録ヘッドの圧力発生手段に与える、少なくとも第１駆動パルスと第２駆動パルスを時系列で含む駆動波形を生成出力する駆動波形生成手段を備え、
   前記第１駆動パルスは、少なくとも、前記個別液室を膨張させる引き込み波形要素と、前記膨張された前記個別液室を収縮させる押し込み波形要素とを含み、
   前記第２駆動パルスは、少なくとも、前記個別液室を膨張させる引き込み波形要素と、前記膨張された前記個別液室を収縮させる押し込み波形要素とを含み、
   前記第１駆動パルスの前記押し込み波形要素の終点から前記第２駆動パルスの前記引き込み波形要素の始点までの時間が、前記個別液室の固有振動周期の整数倍である
   ことを特徴とするヘッド駆動制御装置。
8. 液滴を吐出するノズルが通じる個別液室の液体を加圧する圧力を発生する圧力発生手段を有する記録ヘッドを駆動制御するヘッド駆動制御方法であって、
   １駆動周期内で、前記記録ヘッドの圧力発生手段に与える、少なくとも第１駆動パルスと第２駆動パルスを時系列で含む駆動波形を生成出力し、
   前記第１駆動パルスは、少なくとも、前記個別液室を膨張させる引き込み波形要素と、前記膨張された前記個別液室を収縮させる押し込み波形要素とを含み、
   前記第２駆動パルスは、少なくとも、前記個別液室を膨張させる引き込み波形要素と、前記膨張された前記個別液室を収縮させる押し込み波形要素とを含み、
   前記第１駆動パルスの前記押し込み波形要素の終点から前記第２駆動パルスの前記引き込み波形要素の始点までの時間が、前記個別液室の固有振動周期の整数倍である
   ことを特徴とするヘッド駆動制御方法。

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