JP6106874B2 - 液体吐出ヘッドの駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、記録媒体に画像を形成するため記録媒体にインク等の液体を吐出する液体吐出ヘッドを駆動する駆動方法に関する。

一般に、液体吐出ヘッドは、液滴を吐出するノズルが複数形成された複数の圧力室と、圧力室内の液体を加圧する圧力（エネルギー）を発生する圧力発生手段（エネルギー発生手段）と、各圧力室に液体を供給する比較的容積の大きな共通液室とを備えており、圧力発生手段で発生させる圧力で圧力室内の液体を加圧することによってノズルから液滴を吐出させて記録媒体に画像を形成する構造となっている。

液体吐出ヘッドはノズルから液滴を吐出させて記録を行うことから、液滴を吐出しない状態が継続すると、ノズルの開口部や透気透湿性の低い共通液室の圧力振動減衰部等の薄膜部の近傍のインク（液体）は、水分蒸発のために徐々に粘度が増加する。このような増粘現象が発生した場合、ノズル内部の増粘インクを排出して正常に吐出できる状態に回復させる必要がある。

この吐出回復の方法として通常、ノズルからキャップ吸引等の手段でインクを排出するが、このキャップ吸引回復動作を伴う回復方法では、多量のインク消費が必要となる。このため、放置時間が短く、粘度の増加の程度が低い状態のときに、画像形成に寄与しない液滴（空吐出滴）を吐出する空吐出動作のみで回復させることがなされている。

この空吐出による回復動作は、粘度増加インクの吐出効率（空吐出の吐出効率）をいかに確保できるかによって、吸引動作なしで回復させることのできる放置時間領域が決まるが、空吐出による回復動作は、あまり強い回復力はなく、粘度増加インクの吐出を回復させるためには、吸引が必要になり、インクが大量に消費されるものとなっている。

特許文献１には、ノズルに形成されたメニスカスが破れにくくなることを目的にして全てのノズルから一度にインクを吐出せず、インク供給側から順に吐出する制御方法が開示されている。また、インク粘度によってパルス幅が変化することを前提に、パルス幅を粘度に合わせて変化させることが開示されている。

特許文献２には、不吐出ノズルの回復性を高めることを目的にして、圧力室内の共振周期を測定することでインク増粘や気泡混入を発見し、それに合わせたメンテナンスを行う制御方法が開示されている。

しかしながら、特許文献１記載の制御方法においては、粘度の増粘、回復カーブが分からないと、最適なパルス幅を選定できない問題がある。また、特許文献２記載の制御方法は、共振周期を空吐出パルスの形状に応用するものではなく、仮に、この制御方法を用いて空吐出パルスのパルス幅等を調整しても、液体吐出ヘッドにおける各ノズルのインクの乾燥速度、増粘速度が均一ではないため、基本的に全ノズルの共振周期を測定し、ノズルごとに合わせた共振周期の空吐出パルスを印加する必要があり、制御が複雑になる問題がある。

そこで、本発明は、液体の粘度に合わせた最適パルス幅を選定する必要がなく、全てのノズルの測定を不要とすることにより制御が容易であり、しかも不吐出ノズルに対して吸引を行わずに吐出を回復できることが可能な液体吐出ヘッドの駆動方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の液体吐出ヘッドの駆動方法は、記録媒体に画像を形成するための液体を吐出するノズルが複数形成され内部に液体が収容される圧力室と、該圧力室の容積を変化させて前記液体を前記ノズルから吐出させる駆動波形が印加される圧力発生手段とによって液体吐出ヘッドが形成され、前記駆動波形のパルスがメニスカスを引き込む要素と、引き込んだメニスカスを保持するため所定のパルス幅からなる要素と、メニスカスを押し出す要素とからなり、前記駆動波形を前記液体吐出ヘッドに印加する液体吐出ヘッドの駆動方法であって、前記複数のノズルの中から前記液体の液滴が吐出されない不吐出ノズルの有無を検知し、不吐出ノズルに対し前記駆動波形を印加して画像形成に寄与しない液滴を吐出する空吐出を行う段階と、前記空吐出を行った後に液滴の吐出がない場合、前記パルス幅を長くした駆動波形を印加して前記空吐出を行う段階とを備えていることを特徴とする。

増粘により不吐出になっているノズルでは、インクが大きく増粘し、共振周期が長くなっており、しかもその増粘はノズルによりばらつきがあるため、共振周期の長周期化の度合いも、ノズルごとにばらついている。本発明においては、不吐出ノズルを検知し、不吐出ノズルだけに対して画像形成に寄与しない液滴を吐出する空吐出を行い、その空吐出の後、さらにそのノズルから液滴が吐出しない場合、パルス幅を長くした駆動波形を印加して空吐出を行うこととなっているため、それぞれのノズルに合わせた共振周期の空吐出波形を使用することになる。これにより、不吐出ノズルに対して吸引を行うことなく、液体の粘度に合わせた最適パルス幅を選定する必要がなく、全てのノズルの測定を不要とすることができ、制御を容易とすることができる。

（ａ）は本実施形態に適用される液体吐出ヘッドを示す平面図、（ｂ）は側面図である。 図１におけるＡ−Ａ線断面図である。 本実施形態に用いる駆動波形のパターンを示すグラフである。 液体吐出ヘッドを制御する制御部のブロック図である。 ホルムヘルツの共振周期と吐出液の速度の関係を示すグラフである。 ホルムヘルツの共振周期の変化を示すグラフである。 本実施形態の駆動方法を示すフローチャートである。 他の実施形態の駆動方法を示すフローチャートである。 本実施形態の駆動方法が適用される画像形成装置を示す側面図である。 図９における液体吐出ヘッド部分を示す平面図である。 本実施形態の駆動方法が適用される別の画像装置を示す側面図である。

図１は本実施形態の液体吐出ヘッド、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。液体吐出ヘッドは、流路部材（液室基板）１と、この流路部材１の下面に接合した振動板２と、流路部材１の上面に接合したノズル板３とを有している。そして、これらによって液滴を吐出するノズル４が連通する個別の流路となる圧力室（以下「加圧液室」ともいう。）６を形成し、各加圧液室６に振動板２に設けた連通部９及び流路部材１に形成した連通路１０、流体抵抗部７を介して液体としてのインク（記録液）が共通液室８から供給される。共通液室８フレーム部材１７に形成されている。

流路部材１は、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各加圧液室６や流体抵抗部７、連通路１０などの開口、溝を形成している。

なお、流路部材１は、ＳＵＳ基板を、酸性エッチング液を用いてエッチング、あるいは打ち抜きなどの機械加工することで、各加圧液室６などを形成してもよく、また、流路部材１とノズル板３或いは振動板２とを電鋳で一体形成してもよい。その他感光性樹脂などを用いることもできる。

振動板２は、加圧液室６側から第１層２ａ、第２層２ｂ、第３層２ｃの３層構造のニッケルプレートで形成されており、例えば、電鋳によって作製している。この振動板２は、例えば、ポリイミドなどの樹脂部材とＳＵＳ基板などの金属プレートとの積層部材、或いは、樹脂部材から形成したものなどによって形成してもよい。

ノズル板３は、各加圧液室６に対応して多数のノズル４を形成し、流路部材１に接着剤によって接合している。ノズル４は記録媒体に液体を吐出するものであり、ノズル板３に列状となって複数が形成されている。ノズル板３としては、ステンレス、ニッケルなどの金属、ポリイミド樹脂フィルムなどの樹脂、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。ノズル４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４の穴径は液滴の出口側の直径で約１４〜３５μｍとしている。

ノズル４が形成されたノズル板３のノズル面（吐出方向の表面）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、記録液物性に応じて選定した撥水処理膜を設けて、液体であるインクの滴形状、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。

振動板２には、各加圧液室６に対応して第１層２ａで形成した変形可能な領域であるダイアフラム部（振動領域）２Ａの中央部に第２層２ｂ及び第３層２ｃの積層構造からなる凸部２Ｂを形成し、この凸部２Ｂに圧力発生手段（アクチュエータ手段）を構成する積層型の圧電素子部材１２Ａをそれぞれ接合している。複数の圧電素子部材１２Ａは、１つの圧電素子にハーフカットの溝加工（スリット加工）によって分断することなくことなく圧電素子１２を櫛歯状に形成したものであり、圧電素子１２は複数個の圧電素子部材１２Ａの並び方向に沿ってベース部材１３上に固定されて配置される。

圧電素子１２は、例えば、厚さ１０〜５０μｍ／１層のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の圧電層と、厚さ数μｍ／１層の銀・パラジューム（ＡｇＰｄ）からなる内部電極層とを交互に積層したものであり、内部電極を交互に端面の端面電極（外部電極）である個別電極及び共通電極にそれぞれ電気的に接続したものである。この圧電定数がｄ３３（ｄ３３は内部電極面に垂直（厚み方向）の伸び縮みを指す。）である圧電素子の伸縮により振動領域２Ａを変位させて加圧液室６を収縮、膨張させる。圧電素子１２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１２に充電された電荷が放電すると反対方向に収縮する。

なお、圧電素子部材１２の圧電方向としてｄ３３方向の変位を用いて加圧液室６内のインク（液体）を加圧する構成とすることも、圧電素子１２の圧電方向としてｄ３１方向の変位を用いて加圧液室６内のインクを加圧する構成とすることもできる。本実施形態ではｄ３３方向の変位を用いた構成をとっている。

本実施形態では、圧電素子１２をインクの圧力発生手段に用いているが、圧力発生手段としては発熱抵抗体、静電力を発生する振動板及び電極の組み合わせ、その他の手段であっても良い。

ベース部材１３は金属材料で形成することが好ましい。ベース部材１３の材質が金属であれば、圧電素子部材１２の自己発熱による蓄熱を防止することができる。振動板２の周囲にはフレーム部材１７を接着剤で接合している。フレーム部材１７には、各加圧液室６に液体を供給する共通液室８を形成している。この共通液室８から振動板２に形成した連通部９を介して加圧液室６に液体（インク）が供給される。

このフレーム部材１７には、共通液室８に外部から記録液を供給するための記録液供給口も形成される。共通液室８は、加圧液室６の並び方向（ノズル並び方向）に平面形状で長方形状に形成している。そして、この共通液室８を形成する壁面の中で、少なくとも一つの壁面は、振動板２の第１層２ａで形成することにより、フレーム部材１７で形成される他の壁面よりも剛性が低いダンパ部材２０としている。

ダンパ部材２０は１層ではなく２層としても良いし、ダンパ部材２０のみを振動板２と異なる材料で構成しても良い。また、ダンパ部材２０は、例えば、金属Niのような気体の透過性が低い素材で構成されていることが望ましいが、樹脂膜等で形成されていても良い。

このように構成した液体吐出ヘッドに於いては、圧電素子１２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１２が収縮し、振動板２が下降して加圧液室６の容積が膨張することで、加圧液室６内に液体（インク）が流入し、その後、圧電素子１２に印加する電圧を基準電位まで上げて圧電素子１２を積層方向に伸長させることで、振動板２をノズル４方向に変位させて加圧液室６の容積／体積を元の容積まで収縮させることにより、加圧液室６内の液体が加圧され、ノズル４から液体の滴が吐出される。このヘッドの駆動方法は引き打ちであり、その際に用いられる波形を引き打ち波形という。

図３は引き打ち波形を示す。ここで、Tfは圧電素子１２を収縮させる際の電位変化時間であり、メニスカスを引き込む要素、Pwは圧電素子が収縮した状態での電位保持時間であり、メニスカスを保持する要素、Trは圧電素子を基準電位に戻す際の電位変化時間であり、メニスカスを押し出す要素となる。本実施形態においては、継続して液体が吐出されない不吐出ノズルに対し、メニスカスを保持する要素Pwのパルス幅を順に長くするように制御するものである。

なお、本実施形態に関わる空吐出を行う際の液体吐出ヘッドの駆動方法については、上記吐出時の引き打ちで実施することができるが、それに限るものではなく、駆動波形の与えた方によって押し打ちや、引き打ちと押し打ちの組み合わせなどなど異なる打ち方を行うこともできる。押し打ちとは、基準電位から電位を上げて振動板を加圧液室側に押し込むことにより液滴を吐出させる打ち方である。

図４は、圧電素子１２を制御する印刷制御部５０８を示す。印刷制御部５０８は、本実施形態に関わる空吐出実施時に１印刷周期内に複数の駆動パルス（駆動信号）で構成される駆動波形（共通駆動波形）を生成して出力し、駆動時には１空吐出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７０１と、空吐出パターンに応じた２ビットの吐出選択用データ（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。滴制御信号は、ヘッドドライバ５０９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）及びシリアル吐出選択用データ（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、階調データと液制御信号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７１５とを備えている。

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）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。従って、シリアル転送された吐出選択用データ（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。

図５はヘルムホルツ周期と液滴の吐出速度との関係を示すグラフである。液体吐出ヘッドには、ヘルムホルツ周期と呼ばれる共振周期が用いられる。ヘルムホルツの共振周期は、加圧液室６に満たされたインクの音響振動の共振周期である。そのため、引き打ちにおいて、ヘルムホルツ共振となる周期を最大限利用したパルス幅の吐出波形を圧電素子１２に印加すると、滴に大きな吐出エネルギーを与えることができる。

図５における３箇所の極大値がそれにあたり、例えば、極大値から1/4×Tc分だけずれた場合と比較して、極大値では倍以上の滴の飛翔速度を得ることができる。極大値同士の間隔は略一定であり、その間隔がヘルムホルツ共振周期Tcとなっている。空吐出においては、乾燥によりノズル付近に大きな増粘が発生してもインク滴を吐出できることが望ましいため、滴に大きなエネルギーを与えることができるヘルムホルツ共振を利用したパルスを用いることが望ましい。

空吐出のための駆動としては、ヘルムホルツ共振を最大限利用したパルスを用いることが望ましいが、ヘルムホルツ共振周期は、同一ヘッド、インクを用いた一定の環境において、時間が経つにつれて変化する。

図６は、あるヘッド、インク、一定の環境の組み合わせにおいて、経過時間に伴うヘルムホルツ共振周期Tcの変化を示している。Tcは時間の経過とともに変化する。例えば、経過時間０秒のヘルムホルツ共振周期Tcは約８μｓであり、経過時間１００００秒では約９．６μｓであるため、経過時間１００００秒ではインクの増粘によってヘルムホルツ共振周期が約２０％長くなる。

これは、以下のように説明することができる。加圧液室６で発生する振動は主にインクの粘度で減衰する減衰振動であるので、図５のヘルムホルツ共振周期Tcは、下記式（１）で表すことができる。

式（１）において、ωは非減衰振動における角速度、μは振動の減衰速度を表す減衰係数であり、減衰係数はインクの粘度が増すにつれて増加する。減衰振動の共振周期は、その減衰係数が大きくなるとともに長くなる。したがって、図６に示すように、インクの増粘が進むにつれて、ヘルムホルツの共振周期も長くなるということが理論的に説明できる。そのため、空吐出波形を考える際、滴に大きなエネルギーを与えるためには、増粘時には、非増粘時より長いヘルムホルツ共振を前提にした波形を使用することが望ましい。

図７は、以上に基づいて液体吐出ヘッドを駆動するフローチャートを示す。このフローチャートにおいては、インクの液滴が吐出されない不吐出ノズルの有無を検知し、この不吐出ノズルに対し駆動波形を印加して画像形成に寄与しない液滴を吐出する空吐出を行う段階と、この段階の後、依然として液滴の吐出がない場合、パルス幅を長くした駆動波形を印加して空吐出を行う段階とを備えている。また、液滴が吐出されない状態がさらに継続するときには、パルス幅を順に長くした駆動波形を印加して空吐出を繰り返すものである。

図７のフローチャートにおいて、空吐出を実施するタイミングについては、印刷動作を実施する際にある時間ごとに実施しても良く、印刷動作の何らかの動作をトリガーにしても良く、外部から何らかの信号を与えた際に行っても良い。

ステップＳ１では、吐出検知動作を行い、不吐出ノズルの有無を確認する。不吐出ノズルの検知はレーザーを液滴に照射して散乱光や反射光を検知することで行っても良く、液滴に電荷を与えて、それを検知することで行っても良く、その他の方法でも良い。また、吐出検知は１ノズル単位で吐出の有無を検知しても良く、複数ノズル単位で検知をしても良い。インクや駆動電力の無駄を省くためには、１ノズル単位で検知を行うことが望ましい。

ステップＳ１の吐出検知で不吐出ノズルが検知されると、不吐出ノズルだけに対して、まず非増粘時用のパルス幅（Pw0）で空吐出を実施する（ステップＳ２）。次に、再度吐出検知を行い（ステップＳ３）、ここで不吐出ノズルが検知されると、パルス幅を広げた空吐出を実施する。具体的には、図示はしていないが印刷制御部５０８中のデータ転送部７０２に含まれているメモリに、初期値０の変数、吐出カウントＸを保持しており、その変数に１を加える（ステップＳ４）。

次に、不吐出ノズルに対して、Pw_x = Pw0+0.1XとなるPw_x（μs）の空吐出波形による空吐出を実施する（ステップＳ５）。すなわち、Pw0に0.1μsだけ加えたパルス幅を用いて空吐出を実施する。ここでは係数0.1を用いたが、この値は他の数値でもよい。ただし、小さければ小さいほどパルス幅を精密に変化させることができ、それによってヘルムホルツ共振を最大限に利用することができる。そのため、液体吐出ヘッドの駆動装置が実現できる限り、小さな値であることが望ましい。また、この空吐出の滴吐出回数についても特に限定はしないが、乾燥したノズルが空吐出によって回復することができる回数のうち、できるだけ少ない回数であることが、インク消費量の観点から望ましい。

前記Pw_x（μs）の空吐出波形による空吐出を実施した後は、再度吐出検知を行い、不吐出ノズルの有無を確認する。ここで不吐出ノズルが確認された場合は、再度、吐出カウントＸに１を加えた後、パルス幅にさらに0.1μsを加えて空吐出を行う。これを、不吐出ノズルが検出されなくなるまで繰り返す。吐出カウントＸが３０を超えても不吐出ノズルが検出される場合は、それ以上パルス幅を広げた空吐出を行うことを中止する。

このときは、他の手段での吐出回復を試みる（ステップＳ７）。他の手段とは、例えば、液体吐出ヘッドのインク供給口からのインクの加圧や、ノズル側からの吸引、ノズル面のワイパーによる払拭動作などである。この実施形態では、Ｘが３０を超えると他の手段での吐出回復を行うが、この数は３０に限定せず、液体吐出ヘッドとインクの組み合わせによるヘルムホルツ周期等によって変えることができる。

このフローチャート中で実施する吐出検知のいずれかにおける１箇所でも不吐出ノズルが検知されなくなったとき、最後に全ノズルに対してその温度環境での非増粘時用のヘルムホルツ共振周期に合わせたパルス幅を用いた吐出波形によって空吐出を実施し（ステップＳ８）、メンテナンス動作を終了する。このように、最後の非増粘時用の空吐出を行うことで、ノズル周囲に発生したインク溢れ等をある程度除去することが可能となり、その後の吐出をより安定して行うことができる。

以上の駆動において、インクの不吐出が継続している不吐出ノズルに対し、空吐出を繰り返す段階は、駆動波形の２パルス以上を印加すると共に、この空吐出の繰り返しの印加間隔を順に長くなるパルス幅に合わせることが良好である。これにより、不吐出の状況を効率的に解消することができる。

このような駆動を行うことにより、液滴が吐出されない不吐出ノズルについて、増粘時においてもヘルムホルツ共振を最大限利用した強い空吐出駆動を実施することができる。そして、ノズル内増粘による不吐出ノズルの発生時に、空吐出だけで吐出を回復できる確率を高めることができるので、大きなインク消費を必要とするインク吸引の頻度を減らし、インク消費を低減することができる。

また、このような駆動では、液体吐出ヘッド内に振動を検知するための機構を設ける必要がないため、単純で安価な構成で吐出を回復することができる。また、ヘッド内の複数のノズルの乾燥速度は通常一定ではなく、ばらつきがあることが知られており、仮に液体吐出ヘッド内に振動を検知するための機構を設ける場合、全ての加圧液室の振動を個別に検知、処理し、全ての加圧液室ごとに加える波形を選択しなくてはいけないが、この実施形態の駆動方法では、不吐出ノズル全てに対して短い周期から順にパルス幅を変化させた空吐出を行うため、どのような乾燥状態のノズルに対しても、ヘルムホルツ共振周期を最大限に利用した空吐出を実施することができる。

短い周期から順にパルス幅を変化させた空吐出を行う制御自体は、パルス幅がヘルムホルツ共振周期から大きくずれた際に、ノズル内に気泡を巻き込むなど、メニスカスの乱れによる意図しない不具合が発生する原因になる可能性があるため、これまで一般には行われなかった。しかし、本実施形態においては、基本的にノズル付近のインク増粘によって吐出しないノズルについてのみパルス幅を変化させた空吐出を実施することからメニスカスの乱れに起因する不具合の発生を大幅に抑制することが可能となる。

図８は、他の実施形態における駆動方法を示すフローチャートである。図７のフローチャートと異なる第１の点は、不吐出ノズルの検知に先立って全ノズルに対して非増粘時用のパルス幅によって空吐出を決まった液滴だけ行う点である（ステップＳ２１）。

空吐出を実施する前のヘッドの吐出状況によっては、パルス幅等を変えた繰り返しの空吐出を複数回実施する中で、大きな温度上昇が発生し、吐出に影響を及ぼすことがある。これに対し、ステップＳ２１では、事前に決まった数の空吐出を行うものであり、これにより温度上昇の影響を抑えることができる。

なお、吐出滴数は１００滴かそれ以上で、ヘッドの温度上昇が飽和する数が望ましいが、温度やヘッド、インクの種類ごとに異なる値が定められていても良く、その滴数に限定するものではない。

図８のフローチャートにおいて、図７のフローチャートと異なる第２の点は、不吐出ノズルに対して複数回行う空吐出の駆動波形において、２パルス以上をヘルムホルツ周期Tcのパルス幅で始めに実施し、このパルス幅と前記複数の空吐出のパルス間隔との両方を同じ時間ずつ順に長くする点である（ステップＳ２３、ステップＳ２６）。

この場合、パルス幅とパルス間隔を液体吐出ヘッドを駆動する駆動システムが有する最小時間単位に基づいて長くする。これにより、１つのパルス内だけでなく、前後の複数パルスについてもヘルムホルツ共振を最大限利用した空吐出を行うことができるので、空吐出による吐出回復の効果を高めることができる。

図９及び図１０は、以上の駆動制御が行われる液体吐出ヘッドが組み込まれた画像形成装置を示し、図９は画像形成装置の機構部の全体構成を説明する側面図、図１０は機構部の要部平面図である。

図示する画像形成装置はシリアル型画像形成装置であり、左右の側板２２１Ａ、２２１Ｂに横架したガイド部材である主従のガイドロッド２３１、２３２でキャリッジ２３３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矢印で示す方向（キャリッジ主走査方向）に移動走査する。

キャリッジ２３３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上述した液体吐出ヘッドからなる記録ヘッド２３４ａ、２３４ｂ（区別しないときは「記録ヘッド２３４」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２３４は、それぞれ２つのノズル列を有し、記録ヘッド２３４ａ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２３４ｂ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。

キャリッジ２３３には、記録ヘッド２３４のノズル列に対応して各色のインクを供給するためのヘッドタンク２３５ａ、２３５ｂ（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。このサブタンク２３５には各色の供給チューブを介して、各色のインクカートリッジ２１０（２１０ｙ、２１０ｃ、２１０ｍ、２１０ｋ）から各色のインクが補充供給される。

図９に示すように、給紙トレイ２０２の用紙積載部（圧板）２４１上に積載した記録媒体である用紙２４２を給紙するための給紙部として、用紙積載部２４１から用紙２４２を１枚ずつ分離給送する半月コロ（給紙コロ）２４３及び給紙コロ２４３に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド２４４を備えている。

分離パッド２４４は給紙コロ２４３側に付勢されている。給紙部から給紙された用紙２４２を記録ヘッド２３４の下方側に送り込むために、用紙２４２を案内するガイド部材２４５と、カウンタローラ２４６と、搬送ガイド部材２４７と、先端加圧コロ２４９を有する押さえ部材２４８とを備えるとともに、給送された用紙２４２を静電吸着して記録ヘッド２３４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２５１を備えている。

搬送ベルト２５１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ２５２とテンションローラ２５３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。搬送ベルト２５１の表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ２５６を備えている。帯電ローラ２５６は、搬送ベルト２５１の表層に接触し、搬送ベルト２５１の周回に従動して回転するように配置されている。搬送ベルト２５１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２５２が回転駆動されることによってベルト搬送方向に周回移動する。

さらに、記録ヘッド２３４で記録された用紙２４２を排紙するための排紙部として、搬送ベルト２５１から用紙２４２を分離するための分離爪２６１と、排紙ローラ２６２及び排紙コロ２６３とを備え、排紙ローラ２６２の下方に排紙トレイ２０３を備えている。装置本体の背面部には両面ユニット２７１が着脱自在に装着されている。

この両面ユニット２７１は、搬送ベルト２５１の逆方向回転で戻される用紙２４２を取り込んで反転させて再度カウンタローラ２４６と搬送ベルト２５１との間に給紙する。また、この両面ユニット２７１の上面は手差しトレイ２７２としている。

図１０に示すように、キャリッジ２３３の走査方向一方側の非印字領域には、記録ヘッド２３４のノズルの状態を維持し、回復するための回復手段を含む維持回復機構２８１を配置している。この維持回復機構２８１には、記録ヘッド２３４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。）２８２ａ、２８２ｂ（区別しないときは「キャップ２８２」という。）と、ノズル面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２８３と、増粘した記録液（液体）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２８４などを備えている。

キャリッジ２３３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液体回収容器であるインク回収ユニット（空吐出受け）２８８を配置している。インク回収ユニット２８８は、記録ヘッド２３４のノズル列方向に沿った開口部２８９などを備えている。

このように構成した画像形成装置においては、給紙トレイ２０２から用紙２４２が１枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙２４２はガイド２４５で案内され、搬送ベルト２５１とカウンタローラ２４６との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド２３７で案内されて先端加圧コロ２４９で搬送ベルト２５１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２５６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交番する電圧が印加され、搬送ベルト２５１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２５１上に用紙２４２が給送されると、用紙２４２が搬送ベルト２５１に吸着され、搬送ベルト２５１の周回移動によって用紙２４２が副走査方向に搬送される。

そこで、キャリッジ２３３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド２３４を駆動することにより、停止している用紙２４２にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙２４２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２４２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２４２を排紙トレイ２０３に排紙する。

このようなシリアル型画像形成装置に対し、上述した液体吐出ヘッドの駆動方法を用いた空吐出を行うことによって、より低いインクコストで、不吐出ノズルの吐出回復を実現することができる。

図１１は、上述した駆動制御が行われる液体吐出ヘッドが組み込まれた他の画像形成装置を示す。

図１１の画像形成装置はフルライン型ヘッドを備えたライン型画像形成装置である。装置本体４０１の内部に画像形成部４０２及び記録媒体である用紙４０３を搬送する搬送機構４０７等を有し、装置本体４０１の一方側に多数枚の用紙４０３を積載可能な給紙トレイ４０４を備え、この給紙トレイ４０４から給紙される用紙４０３を取り込み、副走査搬送機構によって用紙４０３を搬送しながら画像形成部４０２によって所要の画像を記録した後、装置本体４０１の他方側に装着された排紙トレイ４０６に用紙４０３を排紙する。

画像形成部４０２は、記録液となる液体を収容した液体タンクを一体にし、用紙の幅方向（搬送方向と直交する方向）の長さ相当分のノズル列を有する上述した液体吐出ヘッドで構成したライン型ヘッド４１１ｙ、４１１ｍ、４１１ｃ、４１１ｋを備えたものである。これらのライン型ヘッド４１１ｙ、４１１ｍ、４１１ｃ、４１１ｋは図示しないヘッドホルダに取り付けている。ライン型ヘッド４１０ｙ、４１０ｍ、４１０ｃ、４１０ｋは、用紙搬送方向上流側からそれぞれ、例えば、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順に各色の液滴を吐出する。

なお、ライン型ヘッドとしては、各色の液滴を吐出する複数のノズル列を所定間隔で配置した１つのヘッドを用いることもできるし、ヘッドと液体カートリッジを別体としたものを用いることもできる。

給紙トレイ４０４の用紙４０３は、給紙コロ４２１によって１枚ずつ分離され装置本体４０１内に給紙され、搬送機構４０５に送り込まれる。搬送機構４０５は、駆動ローラ４３１と従動ローラ４３２との間に掛け渡した搬送ベルト４３３と、搬送ベルト４３３を帯電させるための帯電ローラ４３１と、搬送ベルト４３３を画像形成部４０２に対向する部分で案内するガイド部材（プラテンプレート）４２３と、搬送ベルト４３３に付着した記録液（インク）を除去するためのクリーニング手段である多孔質体などからなる記録液拭き取り部材（ここでは、クリーニングローラ）４３４と、用紙４０３を除電するための導電ゴムを主体とした除電ローラ４２５と、用紙４０３を搬送ベルト４３３側へ押える用紙押さえローラ４３６とを備えている。

搬送機構４０５の下流側には、画像が記録された用紙４０３を排紙トレイ４０６に送り出すための排紙ローラ４３８、４３９が配置されている。

このようなライン型画像形成装置においては、搬送ベルト４３３を帯電させて用紙４０３を送り込むことによって、静電力で用紙４０３が搬送ベルト４３３に吸着されて、搬送ベルト４３３の周回移動によって搬送され、画像形成部４０２によって画像が形成されて、排紙トレイ４０６に排紙される。

このようなライン型画像形成装置に対し、上述した液体吐出ヘッドの駆動方法を用いた空吐出を行うことによって、より低いインクコストで、不吐出ノズルの吐出回復を実現することができる。

以上の図９〜図１１の構造は、例えば、プリンタ／ファックス／コピーの単機能機やこれらの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、その他の前述したような各種の液体を吐出する液体吐出装置にも適用することができる。

４ ノズル
６ 加圧室（加圧液室）
１２ 圧力発生手段（圧電素子）

特開２０１１−５６７２９号公報 特開２００４−２９９１４０号公報

Claims (6)

1. 記録媒体に画像を形成するための液体を吐出するノズルが複数形成され内部に液体が収容される圧力室と、該圧力室の容積を変化させて前記液体を前記ノズルから吐出させる駆動波形が印加される圧力発生手段とによって液体吐出ヘッドが形成され、前記駆動波形のパルスがメニスカスを引き込む要素と、引き込んだメニスカスを保持するため所定のパルス幅からなる要素と、メニスカスを押し出す要素とからなり、前記駆動波形を前記液体吐出ヘッドに印加する液体吐出ヘッドの駆動方法であって、
   前記複数のノズルの中から前記液体の液滴が吐出されない不吐出ノズルの有無を検知し、不吐出ノズルに対し前記駆動波形を印加して画像形成に寄与しない液滴を吐出する空吐出を行う段階と、
   前記空吐出を行った後に液滴の吐出がない場合、前記パルス幅を長くした駆動波形を印加して前記空吐出を行う段階とを備えていることを特徴とする液体吐出ヘッドの駆動方法。
2. 前記パルス幅を長くした駆動波形を印加して前記空吐出を行う段階の後に液滴の吐出がないとき、液滴が吐出されるまで前記空吐出を複数回繰り返す段階をさらに備え、前記空吐出を繰り返す段階では、前回の空吐出で用いたパルス幅よりも長いパルス幅の駆動波形を印加することを特徴とする請求項１記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
3. 前記不吐出ノズルに対して空吐出を行う段階に先立って、全てのノズルに対し前記駆動波形のパルスによって空吐出を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
4. 前記空吐出を繰り返す段階は、前記駆動波形の２パルス以上を印加し、該空吐出の繰り返しの印加間隔を前記印加するパルス幅に合わせることを特徴とする請求項２記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
5. 前記パルス幅を、前記液体吐出ヘッドを駆動する駆動システムが有する最小時間単位ずつ長くすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
6. 前記パルス幅及び前記空吐出の繰り返しの印加間隔を、前記液体吐出ヘッドを駆動する駆動システムが有する最小時間単位ずつ長くすることを特徴とする請求項２又は４記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。

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