JP5954566B2

JP5954566B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP5954566B2
Application number: JP2012061283A
Authority: JP
Inventors: 青木　右顕; 右顕青木; 幸太秋山
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2012-03-17
Filing date: 2012-03-17
Publication date: 2016-07-20
Anticipated expiration: 2032-03-17
Also published as: US8944560B2; JP2013193283A; US20130241986A1

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ける液体吐出ヘッドに駆動方法として、液滴を吐出させないノズル（非吐出ノズルという。）のヘッドの圧力発生手段に対して液滴を吐出させずにノズルのメニスカスを振動させる所謂微駆動パルスを与えることで、ノズルのメンテナンスを行うことが知られている。

この微駆動パルスを与える方法としては、共通の駆動波形を吐出パルスと微駆動パルスで構成し、画像データ（吐出データ）にもとづいて適宜選択する方法はよく知られているが、吐出パルスと微駆動パルスが同居するため駆動波形長が長くなり高速化には向かないという問題がある。

そこで、高中低の３つ電圧レベルの電圧源と、それら電圧出力を選択的に圧電素子に接続することにより、３値のデジタル駆動波形を圧電素子に加え、３つの電圧レベルは、高−中、中−低の電圧レベル差が異なるように設定されて、記録素子から液滴を吐出しない微駆動を実施するときには、環境温度に応じて中レベルの電圧から高レベルの電圧、もしくは中レベルの電圧から低レベルの電圧のどちらかのパルスが加えられるように接続を切り替えるものが知られている（特許文献１）。

また、１回の駆動周期内でインク滴を吐出させる第１駆動波形とインク滴を吐出させずにメニスカスを振動させる第２駆動波形とを時系列で生成する回路と、印字信号に応じて第１駆動波形を選択し、印字信号とは関係なく、ｎ回（ｎは２以上の整数）の駆動周期毎に発生されるメニスカス振動選択信号に応じて第２駆動波形を選択して複数の電極に同時に加えるものが知られている（特許文献２）。

特開２００７−２７６２８７号公報特許第４２５９７４１号公報

しかしながら、特許文献１に開示されているように、複数の電圧源の電圧レベルを選択的に記録素子へ加える構成にあっては、複数の記録ヘッドを用いる装置に場合、記録ヘッドのばらつきにより最適な微駆動波形が異なると、記録ヘッドの個数分だけ電圧源が複数必要になって装置が大型化するという課題がある。

また、特許文献２に開示されているように、共通の駆動波形から吐出用と微駆動用に独立に分けて、いずれも選択可能とする構成にあっては、駆動源を専用に２系統もつことになり装置のコストが高くなり、また専用の配線が必要になって小型化を図ることが難し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、装置を大型化することなく、簡単な構成で微駆動を行え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、
液体の滴を吐出する複数のノズルと、前記ノズルから液体の滴を吐出させる圧力を発生する複数の圧電素子とを有する記録ヘッドと、
前記記録ヘッドの圧電素子に与える駆動波形を生成する駆動波形生成手段と、
前記駆動波形生成手段と前記圧電素子との間に設けられた第１スイッチ手段と、
所定電位と前記圧電素子との間に設けられた第２スイッチ手段と、
前記ノズルから液滴を吐出させないで前記ノズルの液体表面を振動させる程度に前記圧電素子を駆動する微駆動を制御する手段と、を備え、
前記微駆動を制御する手段は、
液滴を吐出させないノズルについて、前記第２スイッチ手段を導通状態として前記圧電素子の電位状態を変化させ、前記第２スイッチ手段を導通状態とした後所定時間経過したときに、前記第２スイッチ手段を非導通状態にし、前記第１スイッチ手段を導通状態にして前記圧電素子の電位状態を再度変化させる制御をする
構成とした。

本発明によれば、装置を大型化することなく、簡単な構成で微駆動を行うことができる。

本発明に係る画像形成装置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実施形態におけるヘッド駆動に係わる部分のブロック説明図である。同実施形態における共通駆動波形の説明図である。同じく共通駆動波形から切り出した各滴サイズの駆動波形の説明図である。同じく微駆動する圧電素子の電位変化の一例を示す説明図である。本発明の第２実施形態におけるヘッド駆動に係わる部分のブロック説明図である。同実施形態における微駆動する圧電素子の電位変化の一例を示す説明図である。本発明の第３実施形態における微駆動する圧電素子の電位変化の一例を示す説明図である。本発明の第４実施形態における微駆動する圧電素子の電位変化の一例を示す説明図である。

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。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）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、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電圧が加えられ、搬送ベルト５１が交番する帯電電圧パターンで帯電され、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。

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、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（加圧室、加圧液室、圧力室、個別流路、圧力発生室などと称されるものを含む意味である。以下、単に「液室」という。）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、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と反対側の面に液室１０６のインクを加圧してノズル１０４から液滴を吐出させるエネルギーを発生する駆動素子（アクチュエータ手段、圧力発生手段）としての柱状の電気機械変換素子である積層型圧電部材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、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に加える電圧を基準電位Ｖｅから下げることによって圧電部材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内にインクが流入し、その後、図４に示すように、圧電部材１１２に加える電圧を上げて圧電部材１１２を積層方向に伸長させ、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ことにより、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に加える電圧を基準電位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ので、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６を参照して説明する。なお、図６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ＣＰＵ５１１と、ＣＰＵ５１１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、画像を出力するため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波形を構成する駆動パルスを選択して記録ヘッド３４の液滴を吐出させるエネルギーを発生する圧力発生手段としての圧電部材１１２に対して加えることで記録ヘッド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、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空駆動周期内に複数の空吐出用駆動パルス（駆動信号）で構成される空吐出用駆動波形（空吐出用共通駆動波形）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を備えている。

なお、滴制御信号は、ヘッドドライバ２０９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ビットの信号であり、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、階調データと滴制御信号ＭＮ０〜ＭＮ３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、後述するスイッチ７３２を備えている。

このアナログスイッチ７１５は、圧電部材１１２の各選択電極（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ＶｃｏｍＰｖ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Ｖｃｏｍ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）圧電部材１１２に加えられる。

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ヘッド駆動に係わる部分の説明図である。

駆動波形生成部７０１は、ＲＯＭ５０２から読み出された駆動波形データをＤＡＣ７２１でアナログ信号に変換し、増幅回路７２２で電圧増幅し、電流増幅回路７２３で電流増幅して、共通駆動波形Ｖｃｏｍを生成出力する。

ヘッドドライバ（ドライバＩＣ）１０９は、前述したように、吐出用のデータ及び滴制御信号を受信するシフトレジスタ７１１、ラッチ回路７１２、デコーダ７１３を含む制御制御ロジック７３０、制御ロジック７３０のデコーダ７１３の出力に基づいて２つのスイッチ素子をＯＮ−ＯＦＦ可能なレベルの信号に変換するレベルシフタ７３１と、第１スイッチ手段であるアナログスイッチ７１５と、第２スイッチ手段であるスイッチ７３２を備えている。

アナログスイッチ７１５は、例えばｐＭＯＳ及びｎＭＯＳトランジスタで構成され、一方が駆動波形生成部７０１に接続されて共通駆動波形Ｖｃｏｍが入力され、他方は圧電素子１１２Ａに接続されている（以下、１つの圧電素子１１２ＡＡに対応するアナログスイッチ７１５を「スイッチＳＷ１」という。）。スイッチ７３２は、例えばｎＭＯＳスイッチから構成され、一方を接地レベルに、他方は圧電素子１１２ＡＡに接続されている（以下、１つの圧電素子に対応するスイッチ７３２を「スイッチＳＷ２」という。）。

次に、共通駆動波形及び各滴サイズの駆動波形について図８及び図９を参照して説明する。図８は共通駆動波形の説明図、図９は同共通駆動波形から生成した各滴サイズ毎の駆動波形の説明図である。

共通駆動波形Ｖｃｏｍは、図８に示すように、中間電位Ｖｍを基準電位とする５個の駆動パルスである第１パルスＰ１ないし第５パルスＰ５が時系列で生成された波形である。本実施形態では、１印刷周期（駆動周期、駆動周期）を４０ＫＨｚとし、共通駆動波形Ｖｃｏｍの周期は外的な駆動周期の変動を考慮して周期は１／４０ｋＨｚよりも短い３７μｓｅｃに設定されている。また、共通駆動波形Ｖｃｏｍの中間電位Ｖｍは１５Ｖとしている。

本実施形態では、１駆動周期（印刷周期ともいう。）を４０ＫＨｚとし、共通駆動波形Ｖｃｏｍの周期は、外的な駆動周期の変動を考慮して、１／４０ｋＨｚよりも短い３７μｓｅｃに設定されている。また、共通駆動波形Ｖｃｏｍの中間電位Ｖｍは１５Ｖとしている。

そして、この共通駆動波形Ｖｃｏｍから滴制御信号ＭＮ０〜ＭＮ３によって所要の駆動パルスを切り出す（選択する）ことによって、図９（ａ）に示すような大滴用駆動波形、同図（ｂ）に示すような中滴用駆動波形、同図（ｃ）に示すような小滴用駆動波形を生成し、スイッチＳＷ１を吐出データ（画像データ）に従ってオン状態にすることで、所要の滴サイズの駆動波形を対応する圧電素子１１２Ａに加えることができる。

次に、本実施形態における微駆動について図１０を参照して説明する。図１０は微駆動する圧電素子の電位変化の一例を示す説明図である。

液滴を吐出させない非吐出ノズルについては、液滴を吐出しない程度にノズルメニスカスを振動させる微駆動を行う。

本実施形態の記録ヘッドの圧電素子１１２Ａにおいては、例えば５Ｖ〜７Ｖの電位変化を急激に圧電素子１１２Ａに加えることによって効果的な微駆動が得られるものとしている。したがって、共通駆動波形Ｖｃｏｍの中間電位（基準電位）Ｖｍを基準にして、微駆動を与えるために必要な電位Ｖｂは、（Ｖｍ＋５Ｖ）以上、又は、（Ｖｍ−５Ｖ）以下となる。また、本実施形態では、１つの圧電素子１１２Ａの容量を１０００ｐＦとしている。

また、スイッチＳＷ２は、ＯＮ（導通）状態のときの抵抗値が、駆動周期に対応する時間（吐出周期）Ｔよりも短い時間ＯＮしたときに中間電位Ｖｍで充電された圧電素子１１２Ａの電位が（Ｖｍ−５Ｖ）以下となる値に設定される。本実施形態では、５０ｋΩとしている。また、スイッチＳＷ１は、ＯＮ（導通）状態のときの抵抗値が共通駆動波形Ｖｃｏｍのうちの入力される駆動波形を劣化させない値に設定されている。本実施形態では、５０ｋΩとしている。

図１０を参照して、微駆動を行うノズルの圧電素子１１２Ａに対しては、共通駆動波形Ｖｃｏｍの第１パルスＰ１が生成出力された直後の時点ｔ１、図１０の例では４μｓｅｃの時点で、スイッチＳＷ２を導通状態（ＯＮ状態）にする。そして、このスイッチＳＷ２のＯＮ状態を、第４パルスＰ４が終了する時点ｔ２まで、図１０の例では共通駆動波形Ｖｃｏｍの開始時点から２７μｓｅｃまで継続する。

このスイッチＳＷ２がＯＮ状態とのときには、スイッチＳＷ２と圧電素子１１２Ａによる閉回路が構成されるため、圧電素子１１２Ａに蓄えられた電荷は、スイッチＳＷ２を介して自然放電され、圧電素子１１２Ａの電位レベルは、スイッチＳＷ２のＯＮ抵抗と圧電素子１１２Ａの容量値による時定数に従って低下し、この例では、９．５Ｖまで低下している。

そして、第４パルスＰ４の波形終了後、スイッチＳＷ２を非導通状態（ＯＦＦ状態）、スイッチＳＷ１をＯＮ状態へと切り替える。

このときは駆動波形生成部７０１とスイッチＳＷ１及び圧電素子１１２Ａによる閉回路が形成される。駆動波形生成部７０１の出力インピーダンスは小さいため、スイッチＳＷ１のＯＮ抵抗と圧電素子１１２Ａの容量値による時定数に従って、圧電素子１１２Ａの電位が変化する。

ここで、スイッチＳＷ１のＯＮ抵抗はスイッチＳＷ２のＯＮ抵抗と比較してかなり小さいため、圧電素子１１２Ａの電位は、時点ｔ２から中間電位Ｖｍに向けて急峻に立ち上がる。

これによって、圧電素子１１２Ａが伸張してインク近傍のメニスカスが動かされて微駆動が行われる。

このように、専用の駆動波形生成装置を用いなくても高速化を図ることができる。

また、スイッチＳＷ２のＯＮ抵抗はスイッチＳｗ１のＯＮ抵抗に比べて高抵抗となっており、ドライバＩＣのサイズアップは専用に２つのアナログスイッチを持つ場合と比較すれば僅かですむことになる。

次に、本発明の第２実施形態について図１１の説明図を参照して説明する。図１１は同実施形態におけるヘッド駆動に係わる部分の説明図である。

本実施形態では、第２スイッチ手段であるスイッチ７３２は、一方がヘッドドライバ２０９の高電位Ｖｈの電源に接続され、他方が圧電素子１１２Ａに接続されているｐＭＯＳスイッチで構成されている（１つの圧電素子１１２Ａに対応するスイッチ７３２を「スイッチＳＷ３」という。）。つまり、第２スイッチ手段の一方は共通駆動波形Ｖｃｏｍの基準となる中間電位Ｖｍより高い電位に接続されている。本実施形態では、高電位Ｖｈは４０Ｖとし、スイッチＳＷ３のＯＮ時の平均的な抵抗は１００ｋΩとしている。

また、スイッチＳＷ３は、ＯＮ（導通）状態のときの抵抗値が、駆動周期に対応する時間Ｔよりも短い時間ＯＮしたときに中間電位Ｖｍで充電された圧電素子１１２Ａの電位が（Ｖｍ＋Ｖｂ（この例ではＶｂ＝５Ｖ）以上となる値に設定される。

次に、本実施形態における微駆動について図１２を参照して説明する。図１２は微駆動する圧電素子の電位変化の一例を示す説明図である。

微駆動を行うノズルの圧電素子１１２Ａに対しては、共通駆動波形Ｖｃｏｍの第１パルスＰ１が生成出力された直後の時点ｔ１、図１２の例では４μｓｅｃの時点で、スイッチＳＷ３を導通状態（ＯＮ状態）にする。そして、このスイッチＳＷ３のＯＮ状態を、第４パルスＰ４が終了する時点ｔ２まで、図１２の例では共通駆動波形Ｖｃｏｍの開始時点から２７μｓｅｃまで継続する。

このスイッチＳＷ３がＯＮ状態のときには、スイッチＳＷ３と高電位Ｖｈの電源と圧電素子１１２Ａによる閉回路が構成される。高電位Ｖｈの電源は低インピーダンスため、圧電素子１１２ＡはスイッチＳＷ３を介して高電位Ｖｈの電源から充電が行われる、圧電素子１１２Ａの電位レベルは、スイッチＳＷ３のＯＮ抵抗と圧電素子１１２Ａの容量値による時定数に従って上昇し、この例では２０．５Ｖまで上昇する。

そして、第４パルスＰ４の波形終了後、スイッチＳＷ３を非導通状態（ＯＦＦ状態）、スイッチＳＷ１をＯＮ状態へと切り替える。

ここで、スイッチＳＷ１のＯＮ抵抗はスイッチＳＷ３のＯＮ抵抗と比較してかなり小さいため、圧電素子１１２Ａの電位は、時点ｔ２から中間電位Ｖｍに向けて急峻に立ち上がる。

これによって、圧電素子１１２Ａが収縮してインク近傍のメニスカスが動かされて微駆動が行われる。

次に、本発明の第３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微駆動する圧電素子の電位変化の一例を示す説明図である。

本実施形態の回路構成は前記第１実施形態と同様である。記録ヘッド３４から大滴を吐出させる場合、本実施形態では共通駆動波形Ｖｃｏｍの第１パルスＰ１〜第５パルスＰ５のすべてを圧電素子に加えている。そのため、大滴吐出によるメニスカスの振動は大きなものとなる。

ここで、第５パルスＰ５の後端部の波形要素は制振パルスであり、滴吐出後の残留振動を抑制してメニスカスを元の状態に戻し、次の滴吐出を安定化させる作用を有している。

そこで、大滴を吐出した駆動周期の直後の次の駆動周期が非吐出、すなわち微駆動を実施するときには、制振波形の効果はあるものの、微駆動による効果の低減を招かないために、微駆動を駆動周期内で第５パルスＰ５のよりも遅いタイミングを行うようにしている。

つまり、図１３に示すように、第２パルスＰ２の終了直後からスイッチＳＷ２をＯＮ状態とし、第５パルスＰ５が中間電位に復帰した直後にスイッチＳＷ２をＯＮ状態からＯＦＦ状態とし、スイッチＳＷ１をＯＮ状態にしている。

これに対して、前の駆動周期が中滴、小滴の吐出で、今回の駆動周期が非吐出（微駆動）の場合には、より乾燥に対してマージンの高くなる前記第１実施形態と同様な微駆動を行っている。

つまり、本実施形態では、圧電素子を微駆動させる今回の駆動周期より前の前回の駆動周期でノズルから吐出した液滴のサイズで、今回の駆動周期における第１スイッチ手段及び第２スイッチ手段の状態遷移タイミングを異ならせている。

なお、本実施形態は前記第２実施形態の構成にも適用することができる。

次に、本発明の第４実施形態について図１４を参照して説明する。図１４は同実施形態における微駆動する圧電素子の電位変化の一例を示す説明図である。

本実施形態の回路構成は前記第１実施形態と同様である。前述したように、記録ヘッド３４から大滴を吐出させる場合、本実施形態では共通駆動波形Ｖｃｏｍの第１パルスＰ１〜第５パルスＰ５のすべてを圧電素子に加えている。そのため、大滴吐出を開始するときのメニスカス（初期メニスカス）の状態によって吐出滴の特性が大きく変化する。この変化は実用上好ましくない。

そこで、微駆動を行う駆動周期の次の駆動周期で大滴を吐出させるときには、駆動周期内で微駆動を早いタイミングで行うようにしている。

具体的には、図１４に示すように、第１パルスＰ１開始直後にスイッチＳW２をＯＮ状態とし、第３パルスＰ３が中間電位に復帰した直後にスイッチＳW２をＯＮ状態からＯＦＦ状態とし、スイッチＳＷ１をＯＮ状態にして、微駆動を行っている。

これに対し、次回の駆動周期で吐出する液滴が中滴、小滴の場合には、より乾燥に対してマージンの高い前記第１実施形態と同様なタイミングで微駆動を実施する。

つまり、本実施形態では、圧電素子を微駆動させる今回の駆動周期より後の次回の駆動周期でノズルから吐出させる液滴のサイズで、今回の駆動周期における第１スイッチ手段及び第２スイッチ手段の状態遷移タイミングを異ならせている。

なお、前記第３、第４実施形態は、例えば、記録ヘッドの特性によって使い分けることができる。例えば、初期メニスカス状態と大滴吐出特性の感度が高い場合には、第４実施形態を適用し、逆に大滴の制振波形の効果を優先する場合には第３実施形態を適用することができる。

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し、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、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
７１５アナログスイッチ（第１スイッチ手段）
７３２スイッチ（第２スイッチ手段）

Claims

液体の滴を吐出する複数のノズルと、前記ノズルから液体の滴を吐出させる圧力を発生する複数の圧電素子とを有する記録ヘッドと、
前記記録ヘッドの圧電素子に与える駆動波形を生成する駆動波形生成手段と、
前記駆動波形生成手段と前記圧電素子との間に設けられた第１スイッチ手段と、
所定電位と前記圧電素子との間に設けられた第２スイッチ手段と、
前記ノズルから液滴を吐出させないで前記ノズルの液体表面を振動させる程度に前記圧電素子を駆動する微駆動を制御する手段と、を備え、
前記微駆動を制御する手段は、
液滴を吐出させないノズルについて、前記第２スイッチ手段を導通状態として前記圧電素子の電位状態を変化させ、前記第２スイッチ手段を導通状態とした後所定時間経過したときに、前記第２スイッチ手段を非導通状態にし、前記第１スイッチ手段を導通状態にして前記圧電素子の電位状態を再度変化させる制御をする
ことを特徴とする画像形成装置。
前記所定電位は接地電位であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記所定電位は前記駆動波形の基準となる中間電位より高い電位であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記圧電素子を微駆動させる今回の駆動周期より前の前回の駆動周期で前記ノズルから吐出した液滴のサイズで、前記今回の駆動周期における前記第１スイッチ手段及び第２スイッチ手段の状態遷移タイミングを異ならせる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。
前記圧電素子を微駆動させる今回の駆動周期より後の次回の駆動周期で前記ノズルから吐出させる液滴のサイズで、前記今回の駆動周期における前記第１スイッチ手段及び第２スイッチ手段の状態遷移タイミングを異ならせることを特徴とする請求項１ないし４いずれかに記載の画像形成装置。