JP5504599B2

JP5504599B2 - 液滴吐出ヘッド及び画像形成装置

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Publication number: JP5504599B2
Application number: JP2008246820A
Authority: JP
Inventors: 敏規石山; 聡信浜崎; 信二瀬戸; 直己森田
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2008-04-28
Filing date: 2008-09-25
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2028-09-25
Also published as: JP2009286108A

Description

本発明は、液滴を吐出する液滴吐出ヘッドと、これを備えた画像形成装置に関する。

特許文献１に記載には、駆動素子に駆動波形を印加することで、圧力室を収縮させてノズルから液滴を吐出させる第１の収縮工程と、この第１の収縮工程の反動によるメニスカスの後退を低減するために圧力室を収縮させる第２の収縮工程と、を備えた液滴吐出ヘッドが記載されている。

そして、この液滴吐出ヘッドでは、第１の収縮工程の開始時刻と第２の収縮工程の開始時刻の時間差をイジェクタの固有振動周期の１／４〜３／４にすることで液滴を吐出した後のメニスカスの残留振動を抑制するようになっている。
特開２０００−９４６７１号公報

本発明は、ノズルから液滴を吐出させる際に、サテライトやミストといった意図しない吐出を抑制することが課題である。

本発明の請求項１に係る液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出するノズルと、連通路を介して前記ノズルに通じる圧力室と、前記圧力室内の液体へ圧力を付与する駆動素子と、を有するイジェクタと、画像情報に基づいた駆動波形を前記駆動素子に印加する制御部と、を備え、前記ノズルからメニスカスを前記圧力室側に引き込む第１負方向変動工程と、前記第１負方向変動工程で引き込まれたメニスカスを前記圧力室側とは反対側へ押し出し、液柱の先端部を前記ノズルから吐出させる第１正方向変動工程と、前記第１正方向変動工程によって前記ノズルから吐出された液柱の後端部を前記圧力室側に引き込む第２負方向変動工程と、前記第２負方向変動工程によって、引き込まれた液柱の後端部を前記圧力室側とは反対側へ押し出す第２正方向変動工程と、を含む工程を実行するために、前記制御部が、前記駆動素子に印加する駆動波形は、電圧を降下させて前記圧力室を膨張させる第１電圧変化プロセスと、前記第１電圧変化プロセスで降下した電圧を維持する第１電圧維持プロセスと、前記第１電圧維持プロセスで維持された電圧を上昇させて前記圧力室を収縮する第２電圧変化プロセスと、前記第２電圧変化プロセスで上昇した電圧を維持する第２電圧維持プロセスと、前記第２電圧維持プロセスで維持された電圧をさらに上昇させて前記圧力室を収縮する第３電圧変化プロセスと、を有し、前記第２電圧変化プロセスの開始時と前記第３電圧変化プロセスの開始時の間隔を前記イジェクタの固有振動周期の０．６倍〜０．８倍とする、ことを特徴とする。

本発明の請求項２に係る液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出するノズルと、連通路を介して前記ノズルに通じる圧力室と、前記圧力室内の液体へ圧力を付与する駆動素子と、を有するイジェクタと、画像情報に基づいて駆動波形を前記駆動素子に印加する制御部と、を備え、前記ノズルからメニスカスを前記圧力室側に引き込む第１負方向変動工程と、前記第１負方向変動工程で引き込まれたメニスカスを前記圧力室側とは反対側へ押し出し、液柱の先端部を前記ノズルから吐出させる第１正方向変動工程と、前記第１正方向変動工程によって前記ノズルから吐出された液柱の後端部を前記圧力室側に引き込む第２負方向変動工程と、前記第２負方向変動工程によって、引き込まれた液柱の後端部を前記圧力室側とは反対側へ押し出す第２正方向変動工程と、を含む工程を実行するために、前記制御部が、前記駆動素子に印加する駆動波形は、電圧を降下させて前記圧力室を膨張させる第１の電圧変化プロセスと、前記第１の電圧変化プロセスで降下した電圧を維持する第１の電圧維持プロセスと、前記第１の電圧維持プロセスで維持された電圧をさらに降下させて前記圧力室をさらに膨張させる第２の電圧変化プロセスと、前記第２の電圧変化プロセスで降下させた電圧を維持する第２の電圧維持プロセスと、前記第２の電圧維持プロセスで維持した電圧を上昇させて前記圧力室を収縮させる第３の電圧変化プロセスと、前記第３の電圧変化プロセスで上昇させた電圧を上昇させ前記第１の電圧変化プロセスの開始時の電圧に戻す第４の電圧変化プロセスと、を有し、前記第１の電圧変化プロセスの開始時と前記第２の電圧変化プロセスの開始時の間隔を前記イジェクタの固有振動周期の０．９倍〜１．１倍とする、ことを特徴とする。

本発明の請求項３に係る画像形成装置は、記録媒体を搬送する搬送手段と、前記搬送手段によって搬送される記録媒体に液滴を吐出する請求項１又は２に記載された液滴吐出ヘッドと、を備えることを特徴とする。

本発明の請求項１の構成によれば、この構成を有さない場合と比して、ノズルから吐出する液柱の後端部の速度が先端部の速度より速くなり、液柱の後端部と先端部が合体することで、サテライトやミストといった意図しない吐出を抑制することができる。

本発明の請求項１の構成によれば、第１電圧変化プロセスで降下した電圧を第２電圧変化プロセスと第３電圧変化プロセスの２段階で上昇させ圧力室を２段階で圧縮させることで、この構成を有さない場合と比して、ノズルから吐出する液柱の後端部の速度を先端部の速度より速くすることができる。

本発明の請求項１の構成によれば、第２電圧変化プロセスの開始時と第３電圧変化プロセスの開始時の間隔をイジェクタの固有振動周期の０．６倍〜０．８倍とすることで、この構成を有さない場合と比して、確実にノズルから吐出する液柱の後端部の速度を先端部の速度より速くすることができる。

本発明の請求項２の構成によれば、第１の電圧変化プロセスと、第２の電圧変化プロセスによって２段階で電圧を降下させ、圧力室を２段階で膨張させることで、この構成を有さない場合と比して、ノズルから吐出する液柱の後端部の速度を先端部の速度より速くすることができる。

本発明の請求項２の構成によれば、さらに、第１の電圧変化プロセスの開始時と第２の電圧変化プロセスの開始時との間隔をイジェクタの固有振動周期の０．９倍〜１．１倍とすることで、この構成を有さない場合と比して、確実にノズルから吐出する液滴の後端部の速度を先端部の速度より速くすることができる。

本発明の請求項３の構成によれば、この構成を有さない場合と比して、サテライトやミストといった意図しない吐出が抑制され、記録媒体上に狙い通りの画像を形成することができる。

本発明の第１実施形態に係る液滴吐出ヘッドが採用された画像形成装置の一例を図１〜図９に従って説明する。

（全体構成）
図９には、本実施形態に係る画像形成装置であるＦＷＡ（ＦｕｌｌＷｉｄｔｈＡｒｒａｙ）型インクジェットプリンタ（以下、単に「プリンタ」という）１０の構成が概略的に示されている。

プリンタ１０には、搬送ベルト１２が設けられており、搬送ベルト１２は、複数のローラ１４に巻き掛けられ、図中矢印Ａで示される方向に周回する。複数のローラ１４の一部は、駆動手段（図示省略）の駆動力を受けて回転する駆動ローラとされており、他のローラは駆動ローラの回転に従動して回転する。

また、プリンタ１０には、用紙トレイ２０が配設されており、用紙トレイ２０には、画像を記録するためのシート部材Ｐが積み重ねられて収容されている。用紙トレイ２０に収容されたシート部材Ｐは、ピックアップ機構（図示省略）により最上層から１枚ずつ持ち出され、搬送ロール１１によって給紙搬送路２２に沿って案内され、搬送ベルト１２上の所定位置に送り出される。なお、搬送ベルト１２には、シート部材Ｐを密着保持する機能が備えられている。これにより、給紙搬送路２２から送り込まれたシート部材Ｐは、密着保持された状態で矢印Ａ方向に搬送される。

さらに、搬送ベルト１２上にシート部材Ｐが送り込まれる所定位置の搬送方向下流側に、シート部材Ｐの搬送経路に沿ってヘッドアレイ３７が配設されている。このヘッドアレイ３７には、搬送ベルト１２によるシート部材Ｐの搬送方向上流側から、シアン（Ｃ）色インク吐出用、マゼンタ（Ｍ）色インク吐出用、イエロー（Ｙ）色インク吐出用、ブラック（Ｋ）色吐出用の４つの液滴吐出ヘッドとしての記録ヘッド３６が設けられており、搬送されるシート部材Ｐは、各記録ヘッド３６に順次対向される。

そして、制御部としての記録ヘッドコントローラ９０（図９参照）の制御に基づいて各色のインク滴（液滴）が各記録ヘッド３６のインクヘッドユニット６０（図８参照）に設けられたノズル４０（図７参照）から吐出される。これにより、搬送ベルト１２に密着されたシート部材Ｐには、順次対向する各記録ヘッド３６によりインク滴が吐出されてフルカラー画像が記録されるようになっている。

また、搬送ベルト１２によるシート部材Ｐの搬送経路上であってヘッドアレイ３７の下流側には、搬送経路が屈曲される位置に設けられたローラ１４の配設位置に対応するようにスクレーパ２６が設けられており、画像記録が終了したシート部材Ｐを搬送ベルト１２から分離させると共に、排出路２８を介して排紙トレイ３０に送り出すようになっている。

次に記録ヘッド３６について説明する。

図８に示されるように、記録ヘッド３６は、シート部材Ｐの最大幅よりも幅広の長尺ヘッドからなる。さらに、記録ヘッド３６は、複数の長方形状の液滴吐出ヘッドユニットとしてのインクヘッドユニット６０で構成されており、各インクヘッドユニット６０は、搬送されるシート部材Ｐの上流側と下流側とで半ピッチずらして、千鳥状に２列配置されている。

さらに、インクヘッドユニット６０には、複数のイジェクタが配列された長方形状のイジェクタ領域（イジェクタ群の配列部）４３が形成されている。イジェクタ領域４３には、インクカートリッジ（図示省略）からインクを供給する共通流路４１が複数設けられている。この共通流路４１は、複数のノズル４０（図７参照）と連通している。

図７に示されるように、インクヘッドユニット６０に設けられたイジェクタ３４は、インクを吐出するノズル４０と、ノズル４０に連通する圧力室４６と、圧力室４６にインクカートリッジ（図示省略）からインクを供給する共通流路４１とを備えている。

圧力室４６には、ノズル連通路６４が設けられ、ノズル連通路６４によってノズル４０と圧力室４６とが連通されている。また、圧力室４６と共通流路４１とは、連通路７０とインク供給路４４とによって連通されている。

これらはプレートを積層することで形成されており、ノズル４０が形成されたノズルプレート６２と、ノズル連通路６４と共通流路４１とが形成されたインクプールプレート６６及びインクプールプレート６８と、共通流路４１の連通路７０とノズル連通路６４とが形成されたスループレート７２と、インク供給路４４が形成されたインク供給路プレート７４と、圧力室４６が形成された圧力室プレート７６がこの順に積層されることで流路プレートユニット７８を形成している。

また、圧力室４６の天井は、振動板４７により構成されており、振動板４７には駆動素子４２が取り付けられている。さらに、駆動素子４２の上方には、基板４５が設けられ、半田バンプ３９を介して駆動素子４２と接合されている。

この構成により、記録ヘッドコントローラ９０によって決められた駆動波形が印加された駆動素子４２は、振動板４７に対する押圧力を変化させることにより、圧力室４６内の容積を収縮又は膨張させる。つまり、圧力室４６内の容積の変化により圧力室４６に蓄えられたインク（液体）が、ノズル連通路６４を通ってインク滴となってノズル４０から吐出されるようになっている。

（要部）
次に、記録ヘッドコントローラ９０が駆動素子４２へ印加する駆動波形等について説明する。

図１（Ａ）に示されるように、駆動素子４２へ印加する駆動波形はアナログ波形であって、電圧を降下させて圧力室４６を膨張させるプロセス（第１電圧変化プロセス）と、降下した電圧を維持するプロセス（第１電圧維持プロセス）と、降下した電圧を上昇させて圧力室４６を収縮するプロセス（第２電圧変化プロセス）と、第２電圧変化プロセスで上昇させた電圧を維持するプロセス（第２電圧維持プロセス）と、第２電圧変化プロセスで上昇した電圧をさらに上昇させて圧力室４６を収縮するプロセス（第３電圧変化プロセス）と、を備えている。

つまり、圧力室４６を収縮させて、ノズル４０から液滴を押し出そうとするプロセスが２回設けられている。所謂２段押しである。

図１（Ｂ）には、図１（Ａ）の駆動波形を駆動素子４２に印加した場合におけるノズル４０近傍でのノズル４０から吐出されるインクのインク流速と時間との関係が示されている。図１（Ｂ）のグラブの縦軸は、ノズル４０近傍でのノズル４０から吐出されるインクのインク流速を示し、プラス方向がインクをノズル４０から吐出させる方向の速度で、マイナス方向がインクをノズル４０の内部に引き込む方向の速度である。また、グラブの横軸は時間を示す。

この図から分るように、ノズル４０から吐出されるインクの流速を変化させる工程は、ノズル４０からメニスカス３２（図２参照）を圧力室４６側に引き込む第１負方向変動工程（図２（Ｂ）参照）と、第１負方向変動工程で引き込まれたメニスカス３２を圧力室４６側とは反対側へ押し出し、液柱の先端部をノズル４０から吐出させる第１正方向変動工程（図２（Ｃ）参照）と、第１正方向変動工程によってノズル４０から吐出された液柱の後端部を圧力室４６側に引き込む第２負方向変動工程（図２（Ｄ）参照）と、第２負方向変動工程によって、引き込まれた液柱の後端部を圧力室４６側とは反対側へ押し出す第２正方向変動工程（図２（Ｅ）参照）と、を備えている。

なお、記録ヘッドコントローラ９０が駆動素子４２に駆動波形を印加する前は、図２（Ａ）に示されるように、ノズル４０のメニスカス３２は、毛管力とインク背圧（負圧）の釣り合った状態でノズル４０端部に保持されている。一方、第２正方向変動工程後は、図２（Ｆ）に示されるように、第２正方向変動工程によって加速された液柱の後端部は、ノズル４０内部のインクと切断され、柱状のインク滴（液滴）がシート部材Ｐに向けて吐出される。つまり、メニスカス３２を一度ノズル４０内部に引いてインク滴を吐出させる所謂引き打ちにてインク滴を吐出させる構成となっている。

また、本第１実施形態では、図１（Ｂ）に示されるように、ヘッドコントローラ９０が駆動素子４２に決められた駆動波形を印加することで、第１正方向変動工程と第２正方向変動工程の間隔（図中に示すＢ）をイジェクタ３４の固有振動周期（Ｔｃ）の０．８倍〜０．９倍とし、さらに、第１正方向変動工程でのインクの流速と第２正方向変動工程でのインクの流速の流速比（図中に示すＣ２／Ｃ１）を０．２５〜０．５５とするようになっている。

（作用）
このように、第１正方向変動工程と第２正方向変動工程の間隔（図中に示すＢ）をイジェクタ３４の固有振動周期（Ｔｃ）の０．８倍〜０．９倍し、さらに、第１正方向変動工程でのインクの流速と第２正方向変動工程でのインクの流速の流速比（図中に示すＣ２／Ｃ１）を０．２５〜０．５５とすることで、ノズル４０から吐出される柱状のインク滴のサテライト滴の速度（インク滴の後端速度）が、主滴の速度（インク滴の先端速度）より速くなり、サテライト滴が主滴に追いついて合体して飛翔する。

ここで、本出願の発明者は、駆動素子４２に印加される駆動波形の第２電圧変化プロセスの開始時と第３電圧変化プロセスの開始時の間隔（図１（Ａ）に示すＤ）を何水準かに振って、ノズル４０から吐出されるインク滴について実際に評価した。

詳細には、ノズル４０から吐出されたインク滴は、柱状にノズル４０から吐出される。そして、柱状のインク滴は、先端部に位置する比較的大きな主滴と、主滴に付随して形成され、後端部に位置するサテライト滴とを備える。この主滴とサテライト滴が合体するか否か、また、インク滴（主滴及びサテライト滴）を吐出した後に不要滴がノズル４０から吐出されるかについて評価した。

評価の方法は、ノズル４０から吐出されたインク滴の形状を側方から時間毎に確認し、ノズル面から７００μｍ離れた位置でサテライト滴が主滴に追いついて合体（一体化）して飛翔するか否かを評価した。さらに、インク滴（主滴及びサテライト滴）を吐出させた後、ノズル４０から不要なインク滴（不要滴）が吐出されるか否かを評価した。

なお、通常、画像形成装置の場合、ノズル４０から１ｍｍ〜１．５ｍｍ離間した位置に記録媒体としてのシート部材Ｐが位置するのが一般的である。今回の評価としては、シート部材Ｐに到達する前に主滴及びサテライト滴が合体するか否かを確認することを目的としており、一例としてノズル面から７００μｍ離れた位置で評価したが、シート部材Ｐに達するまで主滴とサテライト滴が合体していればよく、７００μｍに限定されるものではない。

図４（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）、図５（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）、図６（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示されるように、第２電圧変化プロセスの開始時と第３電圧変化プロセスの開始時の間隔（図中に示すＤ）を、０．２Ｔｃ（Ｔｃ：イジェクタ３４の固有振動周期）、０．３Ｔｃ、０．４Ｔｃ、０．５Ｔｃ、０．６Ｔｃ、０．７Ｔｃ、０．８Ｔｃ、０．９Ｔｃ、１．０Ｔｃの９水準に振って評価した。さらに、各駆動波形に対応するノズル４０近傍のインクの流速を確認した。

第２電圧変化プロセスの開始時と第３電圧変化プロセスの開始時の間隔（図中に示すＤ）別に、第１正方向変動工程と第２正方向変動工程の間隔（図中に示すＢ）、及び第１正方向変動工程でのインクの流速と第２正方向変動工程でのインクの流速比（図中に示すＣ２／Ｃ１）を確認し、さらに、インク滴を評価した。

図３の評価結果に示されるように、第２電圧変化プロセスの開始時と第３電圧変化プロセスの開始時の間隔（Ｄ）が、０．６Ｔｃ〜１．０Ｔｃの場合に、第１正方向変動工程と第２正方向変動工程の間隔（Ｂ）は、０．８Ｔｃ〜１．０１Ｔｃとなり、さらに、第１正方向変動工程でのインクの流速と第２正方向変動工程でのインクの流速の流速比（Ｃ２／Ｃ１）は、０．２８〜０．７となり、主滴とサテライト滴が合体する。

また、第２電圧変化プロセスの開始時と第３電圧変化プロセスの開始時の間隔（Ｄ）が、０．２Ｔｃ〜０．８Ｔｃの場合に、第１正方向変動工程と第２正方向変動工程の間隔（Ｂ）は、０．８Ｔｃ〜１．１０Ｔｃとなり、さらに、第１正方向変動工程でのインクの流速と第２正方向変動工程でのインクの流速の流速比（Ｃ２／Ｃ１）は、０．０８〜０．５３となり、不要滴は吐出しない。

つまり、第２電圧変化プロセスの開始時と第３電圧変化プロセスの開始時の間隔（Ｄ）を、０．６Ｔｃ〜０．８Ｔｃとすると、第１正方向変動工程と第２正方向変動工程の間隔（Ｂ）が、０．８Ｔｃ〜０．９Ｔｃとなり、さらに、第１正方向変動工程でのインクの流速と第２正方向変動工程でのインクの流速の流速比（Ｃ２／Ｃ１）は、０．２８〜０．５３となり、主滴とサテライト滴が合体し、さらに、不要滴が吐出しない。

そうすると、前述したように本第１実施形態では、ヘッドコントローラ９０が駆動素子４２に決められた駆動波形を印加することで、第１正方向変動工程と第２正方向変動工程の間隔をイジェクタ３４の固有振動周期（Ｔｃ）の０．８倍〜０．９倍とし、さらに、第１正方向変動工程でのインクの流速と第２正方向変動工程でのインクの流速の流速比（図中に示すＣ２／Ｃ１）を０．２５〜０．５５とするようになっている。以上の評価結果より、本第１実施形態では、主滴とサテライト滴が合体し、さらに、不要滴が吐出しないことが分かる。

なお、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかである。例えば、上記実施形態では、記録ヘッド３６から吐出される液滴をインク滴に限定して説明したがインク滴に限定されるわけではない。例えば、溶融状態の半田を基板上に吐出して行う部品実装用のバンプの形成、有機ＥＬ溶液を基板上に吐出させて行うＥＬディスプレイパネルの形成など、様々な工業的用途を対象とした液滴吐出ヘッドに対して本発明を適用することが可能である。

また、上記実施形態では、長尺状の記録ヘッド３６を使用して記録ヘッド３６が固定された状態でインク滴を吐出する画像形成装置を例にとって説明したが、記録ヘッドがシート部材Ｐの幅方向に走査して、走査しながらインク滴を吐出する画像形成装置等であってもよい。

次ぎに、本発明の第２実施形態に係る液滴吐出ヘッドが採用された画像形成装置の一例を図１０〜図１４に従って説明する。

なお、第１実施形態と同一部材については、同一符号を付してその説明を省略する。

本実施形態では、第１実施形態と違い、記録ヘッドコントローラ９０が駆動素子４２へ印加する駆動波には、圧力室４６を膨張させる工程が２回に設けられている。

図１０（Ａ）に示されるように、駆動素子４２へ印加する駆動波形はアナログ波形であって、電圧を降下させて圧力室４６を膨張させるプロセス（第１の電圧変化プロセス）と、降下した電圧を維持するプロセス（第１の電圧維持プロセス）と、電圧をさらに降下させて圧力室４６を膨張させるプロセス（第２の電圧変化プロセス）と、降下した電圧を維持するプロセス（第２の電圧維持プロセス）と、電圧を上昇させて圧力室４６を収縮させるプロセス（第３の電圧変化プロセス）と、電圧を上昇させ初期電圧に戻すプロセス（第４の電圧変化プロセス）と、を備えている。

つまり、圧力室４６を膨張させて、ノズル４０から液滴を引き込もうとするプロセスが２回設けられている。所謂２段引きである。

また、本第２実施形態では、図１０（Ｂ）に示されるように、ヘッドコントローラ９０が駆動素子４２に決められた駆動波形を印加することで、第１正方向変動工程と第２正方向変動工程の間隔（図中に示すＦ）をイジェクタ３４の固有振動周期（Ｔｃ）の０．８倍〜０．９倍とし、さらに、第１正方向変動工程でのインクの流速と第２正方向変動工程でのインクの流速の流速比（図中に示すＧ２／Ｇ１）を０．２５〜０．５５とするようになっている。

ここで、本出願の発明者は、駆動素子４２に印加される駆動波形の第１の電圧変化プロセスの開始時と第２の電圧変化プロセスの開始時の間隔（図１０（Ａ）に示すＨ）を何水準かに振って、ノズル４０から吐出されるインク滴について実際に評価した。

評価の方法は、第１実施形態と同様である。

図１２（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）、図１３（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）、図１４（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示されるように、第１の電圧変化プロセスの開始時と第２の電圧変化プロセスの開始時の間隔（図中に示すＨ）を、０．５Ｔｃ（Ｔｃ：イジェクタ３４の固有振動周期）、０．６Ｔｃ、０．７Ｔｃ、０．８Ｔｃ、０．９Ｔｃ、１．０Ｔｃ、１．１Ｔｃ、１．２Ｔｃ、１．３Ｔｃ、の９水準に振って評価した。さらに、各駆動波形に対応するノズル４０近傍のインクの流速を確認した。

第１の電圧変化プロセスの開始時と第２の電圧変化プロセスの開始時の間隔（図中に示すＨ）別に、第１正方向変動工程と第２正方向変動工程の間隔（図中に示すＦ）、及び第１正方向変動工程でのインクの流速と第２正方向変動工程でのインクの流速の流速比（図中に示すＧ２／Ｇ１）を確認し、さらに、インク滴を評価した。

図１１の評価結果に示されるように、第１の電圧変化プロセスの開始時と第２電圧変化プロセスの開始時の間隔（Ｈ）が、０．９Ｔｃ〜１．３Ｔｃの場合に、第１正方向変動工程と第２正方向変動工程の間隔（Ｆ）は、０．７５Ｔｃ〜１．００Ｔｃとなり、さらに、第１正方向変動工程でのインクの流速と第２正方向変動工程でのインクの流速の流速比（Ｇ２／Ｇ１）は、０．２５〜０．９４となり、主滴とサテライト滴が合体する。

また、第１の電圧変化プロセスの開始時と第２の電圧変化プロセスの開始時の間隔（Ｈ）が、０．５Ｔｃ〜１．１Ｔｃの場合に、第１正方向変動工程と第２正方向変動工程の間隔（Ｆ）は、０．４０Ｔｃ〜１．２５Ｔｃとなり、さらに、第１正方向変動工程でのインクの流速と第２正方向変動工程でのインクの流速の流速比（Ｇ２／Ｇ１）は、０．１９〜０．５５となり、不要滴は吐出しない。

つまり、第１の電圧変化プロセスの開始時と第２の電圧変化プロセスの開始時の間隔（Ｈ）を、０．９Ｔｃ〜１．１Ｔｃとすると、第１正方向変動工程と第２正方向変動工程の間隔（Ｆ）が、０．７５Ｔｃ〜０．８５Ｔｃとなり、第１正方向変動工程でのインクの流速と第２正方向変動工程でのインクの流速の流速比（Ｇ２／Ｇ１）は、０．２５〜０．５５となり、主滴とサテライト滴が合体し、さらに、不要滴が吐出しない。

次ぎに、本発明の第３実施形態に係る液滴吐出ヘッドが採用された画像形成装置の一例を図１５〜図１７に従って説明する。

図１５（Ａ）に示されるように、駆動素子４２へ印加する駆動波形は電圧を降下させて圧力室４６を膨張させるプロセス（第１電圧変移プロセス）と、降下した電圧を保持するプロセス（第１電圧保持プロセス）と、第１電圧変移プロセスで降下した電圧を上昇させ初期電圧に戻すプロセス（第２電圧変移プロセス）と、降下した電圧を保持するプロセス（第２電圧保持プロセス）と、再度電圧を降下させて圧力室４６を膨張させるプロセス（第３電圧変移プロセス）と、降下した電圧を保持するプロセス（第３電圧保持プロセス）と、第３電圧変移プロセスで降下した電圧を上昇させ初期電圧に戻すプロセス（第４電圧変移プロセス）と、を備えている。

つまり、圧力室４６を膨張させて、ノズル４０から液滴を引き込もうとするプロセスが２回設けられている。

また、本第３実施形態では、図１５（Ｂ）に示されるように、ヘッドコントローラ９０が駆動素子４２に決められた駆動波形を印加することで、第１正方向変動工程と第２正方向変動工程の間隔（図中に示すＫ）をイジェクタ３４の固有振動周期（Ｔｃ）の０．４５倍から０．９５倍とし、さらに、第１正方向変動工程でのインクの流速と第２正方向変動工程でのインクの流速の流速比（図中に示すＬ２／Ｌ１）を０．１〜０．７とするようになっている。

ここで、本出願の発明者は、駆動素子４２に印加される駆動波形の第１電圧変移プロセスの開始時と第２電圧変移プロセスの開始時の間隔（図１５（Ａ）に示すＴ１）、第２電圧変移プロセスの開始時と第３電圧変移プロセスの開始時の間隔（図１５（Ａ）に示すＴ２）、第３電圧変移プロセスの開始時と第４電圧変移プロセスの開始時の間隔（図１５（Ａ）に示すＴ３）を振って、ノズル４０から吐出されるインク滴について実際に評価した。

詳細には、ノズル４０から吐出されたインク滴は、柱状にノズル４０から吐出される。そして、柱状のインク滴は、先端部に位置する比較的大きな主滴と、主滴に付随して形成され、後端部に位置するサテライト滴とを備える。この主滴とサテライト滴が合体するか否か、また、インク滴（主滴及びサテライト滴）を吐出した後に不要滴がノズル４０から吐出されるか否かについて評価した。

評価の方法は、ノズル４０から吐出されたインク滴の形状を側方から時間毎に確認し、ノズル面から５００μｍ及び７００μｍ離れた位置でサテライト滴が主滴に追いついて合体（一体化）して飛翔するか否かを評価した。さらに、インク滴（主滴及びサテライト滴）を吐出させた後、ノズル４０から不要なインク滴（不要滴）が吐出されるか否かを評価した。

なお、通常、画像形成装置の場合、ノズル４０から１ｍｍ〜１．５ｍｍ離間した位置に記録媒体としてのシート部材Ｐが位置するのが一般的である。今回の評価としては、シート部材Ｐに到達する前に主滴及びサテライト滴が合体するか否かを確認することを目的としており、一例としてノズル面から５００μｍ及び７００μｍ離れた位置で評価したが、シート部材Ｐに達するまで主滴とサテライト滴が合体してノズル４０から不要滴が吐出されていなければよく、５００μｍ及び７００μｍに限定されるものではない。

図１６に示されるように、前述したＴ１、Ｔ２、Ｔ３を変えることで、第１正方向変動工程と第２正方向変動工程の間隔（Ｋ）と、第１正方向変動工程でのインクの流速と第２正方向変動工程でのインクの流速の流速比（Ｌ２／Ｌ１）を振って、主滴とサテライト滴の合体、及び不要滴の吐出について評価した。

なお、本第３実施形態では、Ｔ１については０．２５Ｔｃ〜０．８Ｔｃの範囲で、Ｔ２については０．２Ｔｃ〜０．７５Ｔｃの範囲で、Ｔ３については０．１Ｔｃ〜０．２Ｔｃの範囲で変えて評価を行った。

図１６の横軸は第１正方向変動工程と第２正方向変動工程の間隔（Ｋ）を示し、図１６の縦軸は第１正方向変動工程でのインクの流速と第２正方向変動工程でのインクの流速の流速比（Ｌ２／Ｌ１）を示す。

また、×はノズル面から７００μｍ離れた位置で評価し、主滴とサテライト滴が合体しなかったか、若しくは不要滴が吐出してしまったこと示す。○はノズル面から７００μｍ離れた位置で評価し、主滴とサテライト滴が合体し、さらに不要滴が吐出しなかったこと（サテライトフリー吐出）を示す。◎はノズル面から５００μｍ離れた位置で評価し、主滴とサテライト滴が合体し、さらに不要滴が吐出しなかったこと（サテライトフリー吐出）を示す。

図１７に示されるように、第１正方向変動工程と第２正方向変動工程の間隔（Ｋ）がイジェクタの固有振動周期の０．４５倍〜０．９５倍であり、第１正方向変動工程でのインクの流速と第２正方向変動工程でのインクの流速の流速比（Ｌ２／Ｌ１）が０．１〜０．７になる範囲（図１７に示す範囲Ｄ）では、評価が○となる場合があり、サテライトやミストといった意図しない吐出を抑制することができることが分かる。

さらに、第１正方向変動工程と第２正方向変動工程の間隔（Ｋ）がイジェクタの固有振動周期の０．６倍〜０．９倍であり、第１正方向変動工程でのインクの流速と第２正方向変動工程でのインクの流速の流速比（Ｌ２／Ｌ１）が０．１〜０．６になる範囲（図１７に示す範囲Ｑ）では、評価が×となる場合が無く、サテライトやミストといった意図しない吐出を効果的に抑制することができることが分かる。

また、第１正方向変動工程と第２正方向変動工程の間隔（Ｋ）がイジェクタの固有振動周期の０．７倍〜０．９倍であり、第１正方向変動工程でのインクの流速と第２正方向変動工程でのインクの流速の流速比（Ｌ２／Ｌ１）が０．１５〜０．５５になる範囲（図１７に示す範囲Ｒ）では、評価が全て◎となり、サテライトやミストといった意図しない吐出を確実に抑制することができることが分かる。

（Ａ）（Ｂ）本発明の第１実施形態に係る画像形成装置に採用された液滴吐出ヘッドに印加される駆動波形とノズル近傍のインク流速を示した図面である。（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）（Ｆ）本発明の第１実施形態に係る画像形成装置に採用された液滴吐出ヘッドのノズルからインク滴が吐出されるまでのメニスカスの形状の変化を示した断面図である。本発明の第１実施形態に係る画像形成装置に採用された液滴吐出ヘッド及び比較例のとしての液滴吐出ヘッドを評価したときの評価結果を示した図面である。（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）本発明の第１実施形態に係る画像形成装置に採用された液滴吐出ヘッド及び比較例のとしての液滴吐出ヘッドを評価したときの駆動波形とノズル近傍のインク流速を示した図面である。（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）本発明の第１実施形態に係る画像形成装置に採用された液滴吐出ヘッド及び比較例のとしての液滴吐出ヘッドを評価したときの駆動波形とノズル近傍のインク流速を示した図面である。（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）本発明の第１実施形態に係る画像形成装置に採用された液滴吐出ヘッド及び比較例のとしての液滴吐出ヘッドを評価したときの駆動波形とノズル近傍のインク流速を示した図面である。本発明の第１実施形態に係る画像形成装置に採用された液滴吐出ヘッドの断面図である。本発明の第１実施形態に係る画像形成装置に採用された液滴吐出ヘッドの平面図である。本発明の第１実施形態に係る画像形成装置を示した模式図である。（Ａ）（Ｂ）本発明の第２実施形態に係る画像形成装置に採用された液滴吐出ヘッドに印加される駆動波形とノズル近傍のインク流速を示した図面である。本発明の第２実施形態に係る画像形成装置に採用された液滴吐出ヘッド及び比較例のとしての液滴吐出ヘッドを評価したときの評価結果を示した図面である。（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）本発明の第２実施形態に係る画像形成装置に採用された液滴吐出ヘッド及び比較例のとしての液滴吐出ヘッドを評価したときの駆動波形とノズル近傍のインク流速を示した図面である。（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）本発明の第２実施形態に係る画像形成装置に採用された液滴吐出ヘッド及び比較例のとしての液滴吐出ヘッドを評価したときの駆動波形とノズル近傍のインク流速を示した図面である。（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）本発明の第２実施形態に係る画像形成装置に採用された液滴吐出ヘッド及び比較例のとしての液滴吐出ヘッドを評価したときの駆動波形とノズル近傍のインク流速を示した図面である。（Ａ）（Ｂ）本発明の第３実施形態に係る画像形成装置に採用された液滴吐出ヘッドに印加される駆動波形とノズル近傍のインク流速を示した図面である。本発明の第３実施形態に係る画像形成装置に採用された液滴吐出ヘッド及び比較例のとしての液滴吐出ヘッドを評価したときの評価結果を示した図面である。本発明の第３実施形態に係る画像形成装置に採用された液滴吐出ヘッド及び比較例のとしての液滴吐出ヘッドを評価したときの評価結果を示した図面である。

符号の説明

１０プリンタ（画像形成装置）
１１搬送ロール（搬送手段）
１２搬送ベルト（搬送手段）
３２メニスカス
３４イジェクタ
３６記録ヘッド（液滴吐出ヘッド）
４０ノズル
４２駆動素子
４６圧力室
６４ノズル連通路（連通路）
９０記録ヘッドコントローラ（制御部）

Claims

液滴を吐出するノズルと、連通路を介して前記ノズルに通じる圧力室と、前記圧力室内の液体へ圧力を付与する駆動素子と、を有するイジェクタと、
画像情報に基づいて駆動波形を前記駆動素子に印加する制御部と、
を備え、
前記ノズルからメニスカスを前記圧力室側に引き込む第１負方向変動工程と、前記第１負方向変動工程で引き込まれたメニスカスを前記圧力室側とは反対側へ押し出し、液柱の先端部を前記ノズルから吐出させる第１正方向変動工程と、前記第１正方向変動工程によって前記ノズルから吐出された液柱の後端部を前記圧力室側に引き込む第２負方向変動工程と、前記第２負方向変動工程によって、引き込まれた液柱の後端部を前記圧力室側とは反対側へ押し出す第２正方向変動工程と、を含む工程を実行するために、前記制御部が、前記駆動素子に印加する駆動波形は、
電圧を降下させて前記圧力室を膨張させる第１電圧変化プロセスと、
前記第１電圧変化プロセスで降下した電圧を維持する第１電圧維持プロセスと、
前記第１電圧維持プロセスで維持された電圧を上昇させて前記圧力室を収縮する第２電圧変化プロセスと、
前記第２電圧変化プロセスで上昇した電圧を維持する第２電圧維持プロセスと、
前記第２電圧維持プロセスで維持された電圧をさらに上昇させて前記圧力室を収縮する第３電圧変化プロセスと、
を有し、
前記第２電圧変化プロセスの開始時と前記第３電圧変化プロセスの開始時の間隔を前記イジェクタの固有振動周期の０．６倍〜０．８倍とする、
液滴吐出ヘッド。
液滴を吐出するノズルと、連通路を介して前記ノズルに通じる圧力室と、前記圧力室内の液体へ圧力を付与する駆動素子と、を有するイジェクタと、
画像情報に基づいて駆動波形を前記駆動素子に印加する制御部と、
を備え、
前記ノズルからメニスカスを前記圧力室側に引き込む第１負方向変動工程と、前記第１負方向変動工程で引き込まれたメニスカスを前記圧力室側とは反対側へ押し出し、液柱の先端部を前記ノズルから吐出させる第１正方向変動工程と、前記第１正方向変動工程によって前記ノズルから吐出された液柱の後端部を前記圧力室側に引き込む第２負方向変動工程と、前記第２負方向変動工程によって、引き込まれた液柱の後端部を前記圧力室側とは反対側へ押し出す第２正方向変動工程と、を含む工程を実行するために、前記制御部が、前記駆動素子に印加する駆動波形は、
電圧を降下させて前記圧力室を膨張させる第１の電圧変化プロセスと、
前記第１の電圧変化プロセスで降下した電圧を維持する第１の電圧維持プロセスと、
前記第１の電圧維持プロセスで維持された電圧をさらに降下させて前記圧力室をさらに膨張させる第２の電圧変化プロセスと、
前記第２の電圧変化プロセスで降下させた電圧を維持する第２の電圧維持プロセスと、
前記第２の電圧維持プロセスで維持した電圧を上昇させて前記圧力室を収縮させる第３の電圧変化プロセスと、
前記第３の電圧変化プロセスで上昇させた電圧を上昇させ前記第１の電圧変化プロセスの開始時の電圧に戻す第４の電圧変化プロセスと、
を有し、
前記第１の電圧変化プロセスの開始時と前記第２の電圧変化プロセスの開始時の間隔を前記イジェクタの固有振動周期の０．９倍〜１．１倍とする、
液滴吐出ヘッド。
記録媒体を搬送する搬送手段と、
前記搬送手段によって搬送される記録媒体に液滴を吐出する請求項１又は２に記載された液滴吐出ヘッドと、
を備えることを特徴とする画像形成装置。