JP6079301B2 - 画像形成装置、ヘッド駆動制御方法 - Google Patents

Description

本発明は画像形成装置、ヘッド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、複数の駆動パルスを時系列で含む駆動波形を生成し、滴サイズに応じて、駆動波形から１又は２以上の駆動パルスを選択して圧力発生手段に与えるヘッド駆動制御装置を備えるものが知られている。

ところで、液体吐出ヘッドでは安定した滴吐出特性を得るために液滴を吐出するノズルを形成したノズル面には撥水膜を形成している。しかしながら、撥水膜の磨耗や剥離によって、ノズル近傍の濡れ性の分布にムラや偏りができたり、ノズル近傍にインク固着が発生したりすると、メニスカス振動時にノズルに形成されるメニスカスが不均一になり、ノズルから吐出されるインク滴は曲がりやすくなる。

特に、滴サイズが大きな大滴や中滴を吐出した直後には、メニスカスがノズル近傍に溢れ、次に吐出される１番目の液滴が特に曲がりやすい傾向がある。そして、滴曲がりが発生すると、画像品質が低下してしまうことになる。

そこで、従来、複数の滴サイズの滴形成に寄与する駆動パルスを含んだ吐出パルスを生成し、駆動波形の滴形成に寄与する複数の駆動パルスには、加圧液室を収縮して液滴を吐出させる直前に、少なくとも２段階で加圧液室を膨張させてメニスカスを引き込む波形要素を有する駆動パルスを含み、１段階目の加圧液室膨張開始点と２段階目の加圧液室膨張開始点との時間間隔Ｔｓが０．３Ｔｃ≦Ｔｓ≦０．７Ｔｃの関係を満たすパルスである構成としたものが知られている（特許文献１）。

また、サテライト滴を低減するために、主滴に対してサテライト滴の滴速度を速くする波形要素を有しているものも知られている（特許文献２）。

特開２０１１−０６２８２１号公報 特開２０１２−１９２７１０号公報

しかしながら、吐出曲がりを抑制する波形要素をすべてのパルスに含ませることは、全体的な駆動波形長が長くなって、高周波駆動が困難になるという課題がある。

そこで、所望の最高駆動周波数を得るために、一部のパルスは吐出曲がりを抑制する波形要素を含まないパルスとすることが考えられる。

ところが、連続して複数のパルスを与えて、複数の滴を順次吐出させ、大きな滴を形成する場合、吐出曲がりを抑制する波形要素を含まないパルスによって吐出される滴は、当該滴を吐出する前に与えられたパルスによる残留振動の影響を受けることになり、さらに曲がりやすい状態になるという課題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、吐出曲がりを抑制しながら、駆動波形の波形長の増大を抑えて高周波駆動を可能と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、
液滴を吐出する複数のノズルと、前記ノズルが通じる個別液室と、前記個別液室内の液体を加圧する圧力を発生する圧力発生手段と、を有する液体吐出ヘッドと、
複数のパルスを時系列で含む駆動波形を生成し、滴サイズに応じて、前記駆動波形から１又は２以上の前記パルスを選択して前記圧力発生手段に与えるヘッド駆動制御手段と、を備え、
前記駆動波形は、
少なくとも、吐出曲がりを抑制する波形要素を含まないで、滴を吐出させる第１パルスと、前記第１パルスに続き、前記吐出曲がりを抑制する波形要素を含み、滴を吐出させる第２パルスと、を含み、
前記第２パルスで吐出される滴の滴量及び滴速度は、前記第１パルスで吐出される滴の滴量より多く、かつ、滴速度よりも速く、
前記第１パルスで吐出される滴は、前記第１パルスで吐出される滴より前に吐出された滴と飛翔中に合体する前に、前記第２パルスで吐出された滴と飛翔中に合体する
構成とした。

本発明によれば、吐出曲がりを抑制しながら、駆動波形の波形長の増大を抑えて高周波駆動を可能とすることができる。

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を説明する説明図である。 同駆動波形から生成する各駆動波形の説明に供する説明図である。 撥水膜の劣化とメニスカスの溢れの説明に供するノズル部分の拡大説明図である。 吐出曲がりを抑制する波形要素を含まない駆動パルスにおける吐出曲がりの説明に供するノズル部分の説明図である。 吐出曲がりを抑制する波形要素を含む駆動パルスによる噴射曲がりの抑制の説明に供する説明図である。 同実施形態における大滴用吐出駆動波形で形成する大滴のマージの様子を説明する説明図である。 本発明の第２実施形態における大滴用吐出駆動波形で形成する大滴のマージの様子を説明する説明図である。 本発明の第３実施形態の説明に供す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。なお、図１は同画像形成装置の側面説明図、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ている。そして、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。他の部材も同様）が搭載されている。各記録ヘッド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。そして、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、それぞれ吐出する。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、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を搭載している。一方、カートリッジ装填部４には各色のインクカートリッジ（メインタンク）１０ｙ、１０ｍ、１０ｃ、１０ｋが着脱自在に装着される。そして、インクカートリッジ１０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を介して各ヘッドタンク３５に各色のインクが補充供給される。

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に対向する分離パッド４４を備えている。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。そして、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。）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を備えている。

また、維持回復機構８１は、キャリッジ３３をロックするキャリッジロック８７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。更に、用紙４２の先端は搬送ガイド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によって搬送ベルト５１が交番する帯電電圧パターンで帯電されている。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。

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、個別液室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を介して個別液室１０６にインクが供給される。なお、「個別液室」は、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。

流路板１０１は、ＳＵＳなどの金属板を積層して、貫通孔１０５、個別液室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と反対側の面に個別液室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アクチュエータ手段（圧力発生手段）としての柱状の積層型の圧電部材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に印加する電圧を基準電位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が変形して個別液室１０６の容積が膨張する。これにより、個別液室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方向に変形させて個別液室１０６の容積を収縮させる。これにより、個別液室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５を参照して説明する。なお、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とを備えている。また、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とを備えている。また、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を備えている。また、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、画像読み取り装置、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。また、ＲＯＭ５０２に格納されている駆動波形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、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生成してヘッドドライバ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の圧力発生手段としての圧電部材１１２に対して与える。これにより、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る。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、駆動波形生成部７０１と、データ転送部７０２とを備えている。駆動波形生成部７０１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。データ転送部７０２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。

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。そして、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とを有する。また、ヘッドドライバ５０９は、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とを有する。さらに、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。このアナログスイッチ７１５がオンすることにより、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）圧電部材１１２に印加される。

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

なお、「パルス」とは駆動波形を構成する要素としての駆動パルスを示す用語として使用する。「吐出パルス」とは圧力発生手段に印加されて液滴を吐出させる駆動パルスを示す用語として使用する。「非吐出パルス」とは圧力発生手段に印加されるが、滴を吐出させない（ノズル内のインクを流動させる）程度に圧力発生手段を駆動する駆動パルス（微駆動パルス）を示す用語として使用する。また、以下で説明する駆動波形及びその構成要素としてのパルスは一例であって、これに限るものではない。

本実施形態は、３種類のサイズの液滴（大滴、中滴、小滴）を吐出させる駆動波形の例である。駆動波形生成部７０１からは図７に示すような駆動波形（共通駆動波形）Ｐｖが出力される。この駆動波形Ｐｖは、１印刷周期（１駆動周期）内で、いずれも液滴を吐出させる吐出パルスとなる駆動パルスＰ１〜Ｐ５を時系列で生成し、駆動パルスＰ２と駆動パルスＰ３との間に微駆動パルスＰＡを挟んだ波形である。

各駆動パルスＰ１ないしＰ５の波形要素は、次のとおりである。

駆動パルスＰ１は、基準電位Ｖｅから所定のホールド電位まで立ち下がって個別液室１０６を膨張させる波形要素（膨張波形要素又は引き込み波形要素）ａと、立ち下がった電位（ホールド電位）を保持する波形要素（保持波形要素）ｂと、ホールド電位から基準電位Ｖｅより低い中間電位Ｖｆまで立ち上がって個別液室１０６を収縮させる波形要素（収縮波形要素又は押し込み波形要素）ｃとで構成される。なお、ホールド電位とは当該駆動パルスのうちで最も個別液室１０６を収縮させる状態の電位を意味する（各駆動パルスで同じ電位に限定されるものではない。）。

この駆動パルスＰ１の波形要素ａは立ち下がり時定数が大きく、ゆっくりホールド電位まで立ち下がる波形要素であって、吐出曲がりを抑制する波形要素である。

駆動パルスＰ２は、中間電位Ｖｆから所定のホールド電位まで立ち下がって個別液室１０６を膨張させる波形要素（膨張波形要素又は引き込み波形要素）ａと、立ち下がった電位（ホールド電位）を保持する波形要素（保持波形要素）ｂと、ホールド電位から基準電位Ｖｅまで立ち上がって個別液室１０６を収縮させる波形要素（収縮波形要素又は押し込み波形要素）ｃとで構成される。

駆動パルスＰ３は、基準電位Ｖｅから中間電位Ｖｆまで立ち下がって個別液室１０６を膨張させる波形要素（膨張波形要素又は引き込み波形要素）ａ１と、中間電位Ｖｆを保持する波形要素（保持波形要素）ｂ１と、中間電位Ｖｆからホールド電位まで立ち下がって個別液室１０６を膨張させる波形要素（膨張波形要素又は引き込み波形要素）ａ２と、ホールド電位から基準電位Ｖｅまで立ち上がって個別液室１０６を収縮させる波形要素（収縮波形要素又は押し込み波形要素）ｃとで構成される。

この駆動パルスＰ３の波形要素ａ１、ｂ１、ａ２は、２段階引き込み（２段階膨張）を行うもので、吐出曲がりを抑制する波形要素である。この点については後述する。

駆動パルスＰ４は、基準電位Ｖｅから所定のホールド電位まで立ち下がって個別液室１０６を膨張させる波形要素（膨張波形要素又は引き込み波形要素）ａと、立ち下がった電位（ホールド電位）を保持する波形要素（保持波形要素）ｂと、ホールド電位から基準電位Ｖｅまで立ち上がって個別液室１０６を収縮させる波形要素（収縮波形要素又は押し込み波形要素）ｃとで構成される。

この駆動パルスＰ４は、本発明における第１パルスであって、吐出曲がりを抑制する波形要素を含まないパルスである。

駆動パルスＰ５は、基準電位Ｖｅから中間電位Ｖｆまで立ち下がって個別液室１０６を膨張させる膨張波形要素ａ１と、中間電位Ｖｆを保持する保持要素ｂ１と、中間電位Ｖｆからホールド電位まで立ち下がって個別液室１０６を膨張させる膨張波形要素ａ２と、ホールド電位を保持する保持要素ｂ２と、ホールド電位から基準電位Ｖｅを超えて電位Ｖｇまで立ち上がって個別液室１０６を収縮させる収縮波形要素ｃと、波形要素ｃの立ち上がり電位を保持する保持要素ｄと、保持要素ｄで保持された電位から電位Ｖｈまで更に立ち上がって個別液室１０６を収縮させる収縮波形要素ｅと、収縮波形要素ｅの立ち上がり電位Ｖｈを保持する保持要素ｆと、保持要素ｆの保持電位Ｖｈから基準電位Ｖｅまで立ち下がる波形要素ｇとで構成される。

この駆動パルスＰ５は、本発明における第１パルスである吐出曲がりを抑制する波形要素を含まない駆動パルスＰ４に続き、本発明における吐出曲がりを抑制する波形要素を含む第２パルスである。

そして、データ転送部７０２から出力する滴制御信号Ｍ０〜Ｍ３によって駆動波形Ｐｖの波形要素や駆動パルスを選択することで、結果として圧力発生手段に与えられる波形は、図８（ａ）ないし（ｄ）に示すように、大滴用吐出駆動波形、中滴用吐出駆動波形、小滴用吐出駆動波形、微駆動波形になる。

つまり、大滴用吐出駆動波形は、図８（ａ）に示すように、駆動パルスＰ１ないしＰ５のすべてが選択された波形である。この大滴用吐出駆動波形の最初のパルスである駆動パルスＰ１は、前述したように立ち下がり時定数を大きくした吐出曲がりを抑制する波形要素を含むパルスである。

また、中滴用吐出駆動波形は、図８（ｂ）に示すように、駆動パルスＰ３、Ｐ５が選択された波形である。この中滴用吐出駆動波形の最初のパルスである駆動パルスＰ３は、前述したように２段階引き込みによる吐出曲がりを抑制する波形要素を含むパルスである。

また、小滴用吐出駆動波形は、図８（ｃ）に示すように、駆動パルスＰ５が選択された波形である。この小滴用吐出駆動波形の最初のパルスである駆動パルスＰ５は、前述したように２段階引き込みによる吐出曲がりを抑制する波形要素を含むパルスである。

つまり、滴サイズに応じて、駆動波形Ｐｖから１又は２以上のパルスを選択して圧力発生手段に与えることで、所望の滴サイズの液滴を形成する。

ここで、２段階引き込みよる吐出曲がり抑制作用を説明するため、まず、撥水膜の劣化とメニスカスの溢れについて図９を参照して説明する。図９は同説明に供するノズル部分の拡大説明図である。

まず、図９（ａ）に示すように、ノズル板１０３はノズル基材１３１の表面に撥水膜１３２が形成されている。この撥水膜１３２は維持回復動作におけるワイピングなどによる経時的な磨耗などで劣化して、ノズル１０４の周囲に劣化部分（劣化した撥水膜）１３２ａが生じる。

この場合、通常の静止状態においては、図９（ａ）に示すように、ノズル１０４には本来インク３００のメニスカスが形成されており、メニスカスはノズルエッジを基点として、液室側にブリッジを形成しており、撥水膜の劣化の影響は少ない状態にある。

しかしながら、図９（ｂ）に示すように、滴吐出後或いは高周波駆動直後のメニスカス溢れなど、インクがノズル１０４の外側にせり出すような状態が発生したとき、劣化した撥水膜１３２ａによって、メニスカスがノズル中心に対して非対称な形状を形成する。

なお、滴吐出後のメニスカス溢れとは、液滴を吐出すると、ノズル１０４からの流出に対して発生した共通液室１１０からのインク流入速度がすぐには静止しないため、勢いあまってノズル１０４のメニスカス溢れを発生させる現象をいう。

特に、１印字周期内にサイズの大きな滴を吐出する波形（単位時間の射出量が大きい波形）ほど、メニスカス溢れは大きくなる。また、高周波駆動直後のメニスカス溢れとは、高周波駆動によって多量のインクがノズルから流出するのに伴って発生した共通液室１１０からのインク流入速度が、すぐには静止せず、勢いあまってノズル１０４のメニスカス溢れを発生させる現象をいう。これは、個別液室の固有振動周期Ｔｃとは異なるリフィル周期Ｒｆを有する現象である。

次に、吐出曲がりを抑制する波形要素を有しない駆動パルス（前記駆動パルスＰ４）における噴射曲がりについて図１０を参照して説明する。図１０は同噴射曲がりの説明に供するノズル部分の説明図及び駆動パルスの説明図である。

駆動パルスＰ４は、前述したが、図１０の右側部分に示すように、引き込み波形要素ａでホールド電位まで１段階の引き込み（１段階の膨張）を行い、保持波形要素ｂを経て収縮波形要素ｃで液室の収縮を行うパルスとする。なお、図１０では左側部分のノズルメニスカスの状態に対する駆動パルスの波形部分を太線にして示している。

この駆動パルスを使用する場合、図１０（ａ）に示すように、メニスカス溢れが生じた状態で、図１０（ｂ）に示すように、駆動パルスの引き込み波形要素ａによって個別液室１０６を膨張させることで、メニスカスはノズル１０４内に引き込まれる。このとき、劣化した撥水膜１３２ａの部分に一部のインク３０３が残留してしまう。

この状態から、図１０（ｃ）に示すように、駆動パルスの収縮要素（押し込み波形要素）ｃによって個別液室１０６を収縮させることで、メニスカスが押し出される。このとき、上述したようにメニスカスがノズル中心に対して非対称な状態から液滴が形成されるために、噴射曲がりが発生する。

次に、吐出曲がりを抑制する波形要素を有する駆動パルス（駆動パルスＰ３、Ｐ５）による噴射曲がりの抑制について図１１を参照して説明する。図１１は同駆動パルスを与えたときのノズル部分の説明図及び同駆動パルスの説明図である。なお、図１１では左側部分のノズルメニスカスの状態に対する駆動パルスの波形部分を太線にして示している。

この場合には、図１１（ａ）に示すように、メニスカス溢れが生じた状態で、図１１（ｂ）に示すように、膨張波形要素ａ１によって個別液室１０６を膨張させることで、メニスカスはノズル１０４内に引き込まれる。このとき、劣化した撥水膜１３２ａの部分に一部のインク３０３が残留してしまう。

しかしながら、図１１（ｃ）に示すように、最初の引き込み波形要素ａ１から保持波形要素ｂ１の間に、メニスカスの揺り戻し（振幅）が発生し、ノズル１０４内のインクと残留したインク３０３が合体する。

そこで、図１１（ｄ）に示すように、膨張波形要素ａ２によって個別液室１０６を膨張させることで、残留したインク３０３もノズル１０４内に引き込まれて、メニスカスはノズル中心に対して対称形状となる。

この状態から、図１１（ｅ）に示すように、収縮波形要素ｃによって個別液室１０６を収縮させることにより、メニスカスが押し出されて液滴が吐出されるが、このとき、メニスカスはノズル中心に対して対称形状であるため、噴射曲がりを生じない。

このようにして、メニスカスの２段階の引き込み（個別液室の２段階膨張）を行うことによって噴射曲がりを抑制することができる。

そこで、上記第１実施形態における大滴用吐出駆動波形について図１２も参照して説明する。なお、図１２は同実施形態における大滴形成時における吐出滴のマージの様子を説明する説明図である。また、本実施形態では、最高駆動周波数を２４ｋＨｚとしているので、駆動波形の波形長は３７．１μｍ以下となっている。

まず、駆動パルスＰ１、Ｐ２を与えることで１−２滴目の滴Ｄ１，Ｄ２が吐出される。このとき、駆動パルスＰ１は、メニスカスを引き込む時間が、最初の滴である滴Ｄ１以降の滴を吐出させる他の駆動パルスＰ２ないしＰ５よりも長くなっている（膨張波形要素ａの立ち下がり時定数が大きくなっている）。

このように、メニスカスをゆっくり引き込むことで、メニスカスの過度な振動を抑制する効果があるため、吐出曲がりを防ぐことができ、前述した二段階のメニスカス引き込みと同様の作用効果が得られる。

ここでは、この１−２滴目の滴Ｄ１，Ｄ２が合体して滴Ｄ１２となった状態で、続いて、駆動パルスＰ３が与えられることで３滴目の滴Ｄ３が吐出される。駆動パルスＰ３は、前述したように二段階のメニスカス引き込みを行う波形要素を含むパルスである。これによって、１−２滴目の吐出によって生じたメニスカスの残留振動の影響を緩和することができ、直進性のある３滴目の液滴Ｄ３を吐出することが可能になる。

そして、この滴Ｄ３が先行する滴Ｄ１２と合体した滴Ｄ１３となる。

次に、駆動パルスＰ４が与えられることで４滴目の滴Ｄ４が吐出される。駆動パルスＰ４は、前述したように吐出曲がりを抑制する波形要素を有しないパルスであるため、先行する滴吐出に伴う残留振動の影響を受け易く、滴Ｄ４には吐出曲がりが生じる。

本来であれば、この駆動パルスＰ４にも吐出曲がりを抑制する波形要素を含めるのが好ましいが、駆動波形の波形長が長くなり、最高駆動周波数が低下することになるため、吐出曲がりを抑制する波形要素を有しないパルスとしている。

最後に、駆動パルスＰ５を与えることで５滴目の滴Ｄ５が吐出される。

この駆動パルスＰ５は、前述したように２段階引き込みを行うパルスであり、吐出曲がりが抑制されて、吐出滴Ｄ５の直進性が増している。

また、この駆動パルスＰ５は、メニスカスの押し出しが二段階になっており、収縮波形要素ｃによる一段階目の押し上げ電圧が中間電位Ｖｅよりも高い電位Ｖｇと、更に電位Ｖｇから収縮波形要素ｅで２段階目の押し上げを行っている。

ここで、メニスカスの押し出しを二段階にして、吐出滴（主滴）の尾に位置する余分な微小滴（サテライト滴）の滴速度を速くすることで、前述したようにサテライトの発生が抑制される。

そして、また、一段階目の押し上げ電圧を中間電位Ｖｅよりも高くすることで、最終吐出滴Ｄ５の滴体積（滴量）及び滴速度を、駆動パルスＰ４で吐出される滴Ｄ４の滴量より大きく、滴Ｄ４の滴速度よりも速くすることができる。

これによって、４滴目の滴Ｄ４で吐出曲がりが発生した場合でも、最終吐出滴Ｄ５の滴体積及び滴速度の大きさにより、曲がりの影響を相殺しながらマージすることで、トータル的には直進性のある、サテライトも少ない大滴Ｄ１５が形成される。

次に、中滴用吐出駆動波形は、駆動パルスＰ３，Ｐ５を使用している。いずれも、二段階引き込みの吐出曲がりを抑制する波形要素を含むので、吐出曲がりが生じにくく、大滴と同様に、直進性のある、サテライトも少ない中滴を形成することができる。

次に、小滴用吐出駆動波形は、駆動パルスＰ５を使用している。二段階引き込みの吐出曲がりを抑制する波形要素を含むので、吐出曲がりが生じにくく、大滴と同様に、直進性のある、サテライトも少ない小滴を形成することができる。

なお、上記のように、最高周波数２４ｋＨｚ、波形長３７．１μｓ以下、５パルス構成で説明しているが、これに限定されるものではない。

次に、上記駆動波形の具体例について説明する。なお、パルス間隔は、連続する２つのパルスのうちの先行パルスの電圧変化終了点から後行パルスの電圧変化開始点までの時間である。また、Ｔｃは、個別液室の固有振動周期（共振周期）である。また、１８℃波形、２４℃波形、３４℃波形は、温度に応じて駆動波形を補正ないし修正していることから、１８℃のときの駆動波形の場合、というような意味である。

駆動パルスＰ１の波形要素ａによる膨張過程の時間：３μｓ（Ｔｃと同じ）
駆動パルスＰ３、Ｐ５の波形要素ａ１による第一膨張過程の時間：０．５μｓ（１／６×Ｔｃ）
駆動パルスＰ４の波形要素ｂによる維持過程の時間：１μｓ（１／３×Ｔｃ）
駆動パルスＰ１、２の波形要素ｂ、駆動パルスＰ３、Ｐ５の波形要素ｂ２による第二維持過程の時間：０．８μｓ（４／１５×Ｔｃ）
駆動パルスＰ１とＰ２のパルス間隔：０．４μｓ（２／１５×Ｔｃ）
駆動パルスＰ２とＰ３のパルス間隔：３．２μｓ（１６／１５×Ｔｃ）
駆動パルスＰ３とＰ４のパルス間隔：１．１μｓ（１１／３０×Ｔｃ）
駆動パルスＰ４とＰ５のパルス間隔：２．８μｓ（１８℃波形)、２．９μｓ（２４℃、３４℃波形）
駆動パルスＰ３とＰ５の波形要素ａ１による第一膨張過程の時間：０．５μｓ（１／６×Ｔｃ）
駆動パルスＰ３とＰ５の波形要素ｂ１による第一維持過程の時間：２．２μｓ（１１／１５×Ｔｃ）
すべての駆動パルスの波形要素ｃによる収縮過程の時間：１μｓ（１/３×Ｔｃ）
駆動パルスＰ５の波形要素ｄによる第三維持過程の時間：１．６μｓ（１８℃波形）、１．４μｓ（２４℃波形)、１μｓ（３４℃波形）
駆動パルスＰ５の波形要素ｆによる第四維持過程の時間：２．５μｓ（５／６×Ｔｃ）
駆動パルスＰ５の波形要素ｇによる第三膨張過程の時間：１μｓ（１８℃、２４℃波形)、２μｓ（３４℃波形）

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大滴形成時における吐出滴のマージの様子を説明する説明図である。

本実施形態では、４滴目の滴Ｄ４が１ないし３滴目がマージした滴Ｄ１３にマージする前に、後に吐出された５滴目の滴Ｄ５とマージした後に、１ないし３滴目がマージした滴Ｄ１３にマージするように、３滴目ないし５滴目の滴速度を設定している。

つまり、５滴目の滴Ｄ５は滴体積が大きいため、４滴目の滴Ｄ４の曲がりを相殺することができるので、滴Ｄ４を滴Ｄ５に吸収した後に先行する滴にマージさせることで、滴Ｄ４の曲がりが先行する滴に及ばないようにすることができる。

これに対し、仮に４滴目の滴Ｄ４がそれ以前に吐出された先行する滴Ｄ１３とマージすると、マージ滴が４滴目の滴Ｄ４の吐出曲がりの影響を受けてしまい、曲がってしまうおそれがある。そうすると、５滴目の滴Ｄ５の滴体積と滴速度による直進性のみでは、比較的大きくなっているマージ滴の曲がりを相殺することができなくなるおそれがある。

このように、第１パルスで吐出される滴は、第１パルスで吐出される滴より前に吐出された滴と飛翔中に合体する前に、第２パルスで吐出された滴と飛翔中に合体することで、より確実に曲がりの影響を防止できる。

次に、本発明の第３実施形態について図１４を参照して説明する。図１４は同実施形態の説明に供する駆動波形の説明図である。

本実施形態では、予め環境温度に応じて複数の駆動波形を保持している。具体的には、低温環境として１８℃環境の波形、常温環境として２４℃環境の波形、高温環境として３４℃環境の波形を保持している。

すなわち、低温環境では常温環境に比べてインクの粘度が高くなるため、波形の波高値は大きくする必要がある。逆に、高温環境では常温環境に比べてインクの粘度は低くなるため、波形の波高値は小さくする必要がある。これにより、環境が変化しても滴体積・滴速度が同じになる。

したがって、環境に左右されることなく、吐出曲がりのない高品位な画像を形成することができる。

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る。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 (6)

1. 液滴を吐出する複数のノズルと、前記ノズルが通じる個別液室と、前記個別液室内の液体を加圧する圧力を発生する圧力発生手段と、を有する液体吐出ヘッドと、
   複数のパルスを時系列で含む駆動波形を生成し、滴サイズに応じて、前記駆動波形から１又は２以上の前記パルスを選択して前記圧力発生手段に与えるヘッド駆動制御手段と、を備え、
   前記駆動波形は、
   少なくとも、吐出曲がりを抑制する波形要素を含まないで、滴を吐出させる第１パルスと、前記第１パルスに続き、前記吐出曲がりを抑制する波形要素を含み、滴を吐出させる第２パルスと、を含み、
   前記第２パルスで吐出される滴の滴量及び滴速度は、前記第１パルスで吐出される滴の滴量より多く、かつ、滴速度よりも速く、
   前記第１パルスで吐出される滴は、前記第１パルスで吐出される滴より前に吐出された滴と飛翔中に合体する前に、前記第２パルスで吐出された滴と飛翔中に合体する
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記滴サイズの異なる液滴を構成する最初の滴を吐出させるパルスは、吐出曲がりを抑制する波形要素を含むことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記最初の滴を吐出させるパルスは、前記個別液室の容積を膨張させる引き込み波形要素の立ち下がり時間が、最初の滴以降の滴を吐出させるパルスの立ち下がり時間よりも長いことを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記最初の滴を吐出させるパルスは、前記個別液室の容積を膨張させる引き込み波形要素が、前記個別液室の容積を二段階で膨張させる波形要素であることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
5. 前記第２パルスは、主滴に対してサテライト滴の滴速度を速くする波形要素を有してい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. 液滴を吐出する複数のノズルと、前記ノズルが通じる個別液室と、前記個別液室内の液体を加圧する圧力を発生する圧力発生手段と、を有する液体吐出ヘッドの前記圧力発生手段に対し、
   複数のパルスを時系列で含む駆動波形を生成し、滴サイズに応じて、前記駆動波形から１又は２以上の前記パルスを選択して与えるヘッド駆動制御方法において、
   前記駆動波形は、
   少なくとも、吐出曲がりを抑制する波形要素を含まないで、滴を吐出させる第１パルスと、前記第１パルスに続き、前記吐出曲がりを抑制する波形要素を含み、滴を吐出させる第２パルスと、を含み、
   前記第２パルスで吐出される滴の滴量及び滴速度は、前記第１パルスで吐出される滴の滴量より多く、かつ、滴速度よりも速く、
   前記第１パルスで吐出される滴は、前記第１パルスで吐出される滴より前に吐出された滴と飛翔中に合体する前に、前記第２パルスで吐出された滴と飛翔中に合体する
   ことを特徴とするヘッド駆動制御方法。

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