液体吐出装置及び液体吐出制御方法
【課題】 階調表示の要否に応じて一滴吐出状態及びミスト吐出状態を設定可能にすること。
【解決手段】 液滴を吐出するノズル５１と、ノズル５１の近傍に配置されたヒータ８０と、超音波を発生してノズル５１の近傍の液体に与え得る超音波発生素子５８と、ヒータ８０を用いてノズル５１の近傍の液体の温度を切り換えることにより、ノズル５１から霧状の複数の微液滴を吐出させるかノズル５１から一滴の液体を吐出させるかを切り換える切換制御手段を備えた。なお、切換制御手段は、超音波発生素子５８に与える駆動信号を切り換えることにより、ノズル５１から霧状の複数の微液滴を吐出させるかノズル５１から一滴の液体を吐出させるかを切り換える手段であってもよい。
【解決手段】 液滴を吐出するノズル５１と、ノズル５１の近傍に配置されたヒータ８０と、超音波を発生してノズル５１の近傍の液体に与え得る超音波発生素子５８と、ヒータ８０を用いてノズル５１の近傍の液体の温度を切り換えることにより、ノズル５１から霧状の複数の微液滴を吐出させるかノズル５１から一滴の液体を吐出させるかを切り換える切換制御手段を備えた。なお、切換制御手段は、超音波発生素子５８に与える駆動信号を切り換えることにより、ノズル５１から霧状の複数の微液滴を吐出させるかノズル５１から一滴の液体を吐出させるかを切り換える手段であってもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液体吐出装置及び液体吐出制御方法に係り、特に霧状の微液滴（ミスト）を吐出可能な液体吐出装置及び液体吐出制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
霧状の微液滴、すなわちミストを吐出する液体吐出装置が知られている（例えば特許文献１、２、３、４を参照）。
【０００３】
ミストの吐出は、簡単に言うと、超音波を用いて液体の表面張力を減少させて霧化することにより行う。具体的には、一般に、キャビテーション（空洞現象）によるキャビテーション霧化、あるいは、キャピラリ波（毛細表面波）によるキャピラリ霧化が用いられる。後者を用いた方が、粒径の揃ったミストを生成でき、かつエネルギー効率も良い。
【０００４】
キャピラリ霧化では、自由液面に向って平面波を印加する際、超音波（平面波）の振動数とメニスカスの振幅（オンセット振幅）が、液体の物性に対してある条件を満たすと、メニスカスにおける表面張力波は時系列に発振し、その結果、ある時点でメニスカスにおける表面張力波の波頭から微小な液滴（ミスト）が分裂することになる。
【特許文献１】特開昭６２−８６９４８号公報
【特許文献２】特開昭６２−１１１７５７号公報
【特許文献３】特開平１０−２７８２５３号公報
【特許文献４】特開２００２−１６６５４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、超音波を用いてミストを吐出する従来の液体吐出装置は、ミストのみしか吐出できなかった。
【０００６】
具体的には、微細に階調が異なる階調表示の必要がある画像（例えば絵のような高級感のある画像）を形成する場合にはミスト吐出が適しているが、階調表示が不要な画像（例えば文字列）を形成する場合には、ミスト吐出では品質の低下は免れ得なかった。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、階調表示の要否に応じてミスト吐出状態及び一滴吐出状態を設定可能な液体吐出装置及び液体吐出制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、液滴を吐出する吐出口と、前記吐出口の近傍に配置された加熱手段と、超音波を発生して前記吐出口の近傍の液体に与え得る超音波発生素子と、前記加熱手段を用いて前記吐出口の近傍の液体の温度を切り換えることにより、前記吐出口から霧状の複数の微液滴を吐出させるか前記吐出口から一滴の液体を吐出させるかを切り換える切換制御手段を備えたことを特徴とする液体吐出装置を提供する。
【０００９】
この発明によれば、加熱手段を用いて吐出口の近傍の液体の温度を制御し、吐出口の近傍の液体の粘度を切り換えることにより、階調表示の要否に応じてミスト吐出状態及び一滴吐出状態を設定可能となる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、液滴を吐出する吐出口と、超音波を発生して前記吐出口の近傍の液体に与え得る超音波発生素子と、前記超音波発生素子に与える駆動信号を切り換えることにより、前記吐出口から霧状の複数の微液滴を吐出させるか前記吐出口から一滴の液体を吐出させるかを切り換える切換制御手段を備えたことを特徴とする液体吐出装置を提供する。
【００１１】
この発明によれば、超音波を発生し得る超音波発生素子に与える駆動信号を制御することにより、階調表示の要否に応じて一滴吐出状態及びミスト吐出状態を設定可能となる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、液体を吐出する吐出口から霧状の複数の微液滴を吐出させるか、前記吐出口から一滴の液体を吐出させるかを判定し、前記判定の結果に基づいて、前記吐出口の近傍の液体の温度を切り換えることにより、前記吐出口から霧状の複数の微液滴を吐出させるか前記吐出口から一滴の液体を吐出させるかを切り換えることを特徴とする液体吐出制御方法を提供する。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、液体を吐出する吐出口から霧状の複数の微液滴を吐出させるか、前記吐出口から一滴の液体を吐出させるかを判定し、前記判定の結果に基づいて、前記吐出口の近傍の液体に超音波を与え得る超音波発生素子に与える駆動信号を切り換えることにより、前記吐出口から霧状の複数の微液滴を吐出させるか前記吐出口から一滴の液体を吐出させるかを切り換えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、階調表示の要否に応じてミスト吐出状態及び一滴吐出状態を設定可能となり、高画質の画像を形成し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を用いて、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１６】
［液体吐出ヘッドの基本構成］
図１は、本発明に係る液体吐出装置を適用した画像形成装置の液体吐出ヘッドについて基本構成例を示す断面図である。
【００１７】
図１において、液体吐出ヘッド１５０は、主として、液体を吐出する開口部としてのノズル５１（吐出口）と、ノズル５１に連通する液室５２と、液室５２に液体が供給される開口部としての液体供給口５３と、液室５２の底面に配置された振動板５６に固着され、超音波を発生して、液室５２内の液体に超音波を与え得るアクチュエータとしての超音波発生素子５８と、ノズル５１の近傍に配置され、ノズル５１の近傍の液体の温度を加熱して切り換えることによりノズル５１の近傍の液体の粘度を切り換えるヒータ８０を含んで構成されている。
【００１８】
超音波発生素子５８は、圧電体層５８ａ、及び、液体吐出ヘッド１５０の外部（具体的には後に説明する図７のヘッドドライバ１８４）から駆動信号が与えられる電極層５８ｂ、５８ｃ（単に「電極」ということもある）によって構成されている。
【００１９】
ヒータ８０は、電気エネルギーを熱エネルギーに変換する発熱層８０ａ、及び、液体吐出ヘッド１５０の外部（具体的には後に説明する図７のヘッドドライバ１８４）から駆動信号が与えられる電極層８０ｂ（単に「電極」ということもある）によって構成されている。
【００２０】
また、液体吐出ヘッド１５０は、ノズル５１及びヒータ８０が形成されているノズルプレート５１０と、液室５２が形成されている液室プレート５２０と、超音波発生素子５８が形成されているアクチュエータプレート５３０とが積層された、積層構造になっている。
【００２１】
液室５２は、天面板としてのノズルプレート５１０と、底面板としてのアクチュエータプレート５３０と、側面板としての隔壁５２２とによって構成されている。
【００２２】
ノズルプレート５１０は、詳細には、基板５１０ａの一方の面（下面）に、断熱層５１０ｂが形成され、この断熱層５１０ｂを基板５１０ａと挟むようにしてヒータ８０の電極層８０ｂ及び発熱層８０ａが形成されて、構成されている。
【００２３】
ノズルプレート５１０で発熱層８０ａが形成されない領域にも、断熱層５１０ｃを形成する。また、図示していないが、必要に応じて、発熱層８０ａの表面に、インクによる腐食を防止する保護膜を形成してもよい。
【００２４】
例えば、基板５１０ａはＳｉ、断熱層５１０ｂはＳｉＯ２、ヒータ８０の電極層８０ｂはＮｉ、ヒータ８０の発熱層８０ａはＴａＳｉＯによって、それぞれ形成されている。
【００２５】
また、超音波発生素子５８の圧電体層５８ａはＰＺＴ、超音波発生素子５８の電極層５８ｂ、５８ｃはＮｉ、振動板５６はポリイミドによって、それぞれ形成されている。
【００２６】
振動板５６に固着されている超音波発生素子５８によって発生された波動は、振動板５６を介して液室５２内の液体に導入され、ノズルプレート５１０の方向に向かって平行に平面波として進む。このような平面波により、ノズル５１のメニスカスに表面張力波が発生する。このような表面張力波は、液体の表面張力に依存する。
【００２７】
前述のようにノズル５１の近傍にヒータ８０を配置してあり、ノズル５１から液体が吐出される態様（吐出態様）は、ヒータ８０によってノズル５１の近傍の液体が加熱されているか否かによって異なる。すなわち、ヒータ８０によってノズル５１の近傍の液体の温度が切り換えられ、これによりノズル５１の近傍の液体の粘度が切り換えられ、これにより表面張力波の状態が切り換えられて、液体の吐出態様が切り換わる。
【００２８】
ノズル５１内のメニスカスの振幅と時間との対応関係（すなわち表面張力波の振幅パターン）の代表例を、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。なお、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、横軸は時間ｔ、縦軸は振幅倍率ηである。
【００２９】
図２（ａ）に示す第１の振幅パターン２１０は、ノズル５１内の液面が、超音波発生素子５８に印加された駆動波形における所定の１周期内に、一旦励起された後、液体の粘性によって過減衰する振幅パターンである。この第１の振幅パターン２１０では、ｔ０〜ｔ１（例えば０．０μｓ〜０．５μｓ）で所定の初期値のｎ倍（例えば１０倍）に発振している。
【００３０】
図２（ｂ）に示す第２の振幅パターン２２０は、励起状態が時系列において定常的に連続して発振している状態（定常発振）の振幅パターンである。
【００３１】
図２（ｃ）に示す第３の振幅パターン２３０は、液面の振幅が時系列において増大し続ける発振状態（時系列発振）の振幅パターンである。この第３の振幅パターン２３０では、ｔ１〜ｔ２（例えば０．５μｓ〜１．０μｓ）で所定の初期値のｎ倍（例えば１０倍）に発振している。
【００３２】
時間暫時的な見方からすれば、第１の振幅パターン２１０は安定状態、第２の振幅パターン２２０は中立安定状態、第３の振幅状態２３０は不安定状態ということもできる。
【００３３】
第１の振幅パターン２１０及び第２の振幅パターン２２０において、自由表面としての液面に励起される液柱（リガメント）の表面エネルギーが一定以上増大すると、液柱は分断されて粒子化する。ここで、第１の振幅パターン２１０は、短時間の励起の後に減衰する振幅パターンであるため、自由表面としての液面に励起される液柱（リガメント）は１本であり、したがってノズル５１から液滴を一滴吐出する吐出態様（一滴吐出）に適している。
【００３４】
一方で、第３の振幅パターン２３０は、ノズル５１から霧状の複数の微液体を吐出するミスト吐出に適している。
【００３５】
そこで、本実施形態では、第１の振幅パターン２１０を一滴吐出に用いるとともに、第３の振幅パターン２３０をミスト吐出に用いる。
【００３６】
粘性により減衰する表面張力波の振幅の時間依存性は、数１で表される。
【００３７】
【数１】
ここで、ｋはメニスカスにおける表面張力波の空間波数、ｈはオンセット振幅（メニスカスにおける表面張力波の振幅）の平均、ρは液体の密度、γは液体の表面張力係数、ωＡはメニスカスの角振動数、μは液体の粘性係数である。
【００３８】
図３は、液体の粘度μとオンセット振幅ｈとの対応関係を示す。なお、２０ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、６０ＭＨｚ時の実線はミスト吐出時の対応関係を示し、２０ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、６０ＭＨｚ時の点線は一滴吐出時の対応関係を示している。
【００３９】
図３において、例えば粘度が２０ｃＰであるとき、経路Ａ又は経路Ａ’によって、一滴吐出状態からミスト吐出状態に遷移させることができる。
【００４０】
ここで、経路Ａでは、超音波発生素子５８に与える駆動信号の印加電圧を上げることによってオンセット振幅を３０μｍ程度増大させることになるが、誘電損失によるエネルギー損失が大きい。
【００４１】
一方で、経路Ａ’では、ノズル５１のメニスカス（液面）の近傍のインクを加熱することによって粘度を下げる（例えば１０ｃＰ下げる）。このような経路Ａ’の方が、前述の経路Ａよりも、エネルギー効率がよい。
【００４２】
なお、粘度が１０ｃＰであるときも同様であり、超音波発生素子５８への印加電圧を上げる経路Ｂよりも、インクの加熱によりインクの粘度を下げる経路Ｂ’の方がエネルギー効率がよい。その他の１ｃＰ以上の粘度についても同様である。
【００４３】
以上説明したように、ノズル５１からミスト吐出させるか一滴吐出させるかを切り換えるように本実施形態の液体吐出ヘッド１５０を制御する代表的な態様には、第１に、ヒータ８０によりノズル５１の近傍の液体の温度を切り換えることによりノズル５１の近傍の液体の粘度を切り換える態様、第２に、超音波発生素子５８に与える駆動信号の印加電圧（振幅）を切り換える態様があり、エネルギー効率の観点からヒータ８０を用いる第１の態様がより好ましい。
【００４４】
なお、ヒータ８０を用いる液体の粘度切換と、超音波発生素子５８の印加電圧（振幅）の切換とを、併せて行う態様もある。
【００４５】
〔液体吐出ヘッドの全体構造〕
次に、液体吐出ヘッドの具体例の全体構造について説明する。
【００４６】
紙などの記録媒体上に形成されるドットのピッチを高密度化するためには、液体を吐出するノズルのピッチを高密度化する必要がある。
【００４７】
図４は液体吐出ヘッド１５０の一例の平面透視図である。本例の液体吐出ヘッド１５０は、図４に示すように、インクの吐出口であるノズル１５１と、各ノズル１５１に対応するインク室１５２等からなる複数のインク室ユニット（液体吐出素子）１５３を２次元マトリクス状に配置させた構造を有し、これにより、液体吐出ヘッド１５０の長手方向（紙送り方向と直交する方向）に沿って並ぶように投影される実質的なノズル間隔（投影ノズルピッチ）の高密度化を達成している。なお、図４では、作図便宜上、一部のインク室ユニット１５３は省略して描いてある。
【００４８】
各インク室１５２は個別供給路１５４を介して共通流路１５５に連通している。共通流路１５５は、接続口１５５Ａ，１５５Ｂを介してインク供給源たるインクタンク（図４中不図示、後に説明する図９のインク貯蔵／装填部１１４と等価なもの）と連通しており、インクタンクから供給されるインクは、図４の共通流路１５５を介して各チャンネルのインク室１５２に分配供給される。なお、図４中の符号１５５Ｃは共通流路１５５の本流、１５５Ｄは本流１５５Ｃから分岐された支流である。
【００４９】
図４に示した液体吐出ヘッド１５０の構成と、図１で説明した液体吐出ヘッド１５０の構成との対応関係を簡単に説明すると、図４におけるノズル１５１、インク室１５２及び個別供給路１５４が、図１で説明したノズル５１、液室５２及び液体供給口５３にそれぞれ相当している。
【００５０】
図４における各インク室ユニット１５３の詳細な構造については、図１で説明したとおりである。
【００５１】
図５は、図４に示した液体吐出ヘッド１５０の一部を拡大して示す拡大図である。図５に示されるように、多数のインク室ユニット１５３は、主走査方向と主走査方向に対して所定の角度θをなす斜め方向との２方向に沿って格子状に配列されている。すなわち多数のノズル１５１は２次元マトリクス状に配列されている。このような２次元マトリクス状の配列により、ノズル密度の実質的な高密度化が実現されている。
【００５２】
具体的には、主走査方向に対して一定の角度θをなす斜め方向に沿ってインク室ユニット１５３が一定のピッチｄで複数配列されていることにより、各ノズル１５１が主走査方向に沿った一直線上にピッチＰ（＝ｄ×cosθ）で配列されたものと等価的に取り扱うことができる。これにより、主走査方向に沿って１インチ当たり2400個（2400ノズル／インチ）におよぶ高密度のノズル配列と実質的に同等の構成を実現することが可能になる。
【００５３】
本発明の実施に際してノズルの配置構造は図４及び図５に示した例に限定されない。記録紙１１６の送り方向と略直交する方向に記録媒体の全幅に対応する長さにわたるノズル列を備えるフルライン型ヘッドの形態として、図５に例示した構成に代えて、例えば、図６に示すように、複数のノズル１５１が２次元に配列された短尺のヘッドブロック１５０’を千鳥状に配列して繋ぎ合わせることで記録媒体の全幅に対応する長さのノズル列を有するラインヘッドを構成してもよい。
【００５４】
〔画像形成装置の全体構成〕
図７は、画像形成装置１１０のシステム構成例を示すブロック図である。図７に示すように、画像形成装置１１０は、通信インターフェース１７０、システムコントローラ１７２、画像メモリ１７４、ＲＯＭ１７５、モータドライバ１７６、プリント制御部１８０、画像バッファメモリ１８２、ヘッドドライバ１８４等を備えている。
【００５５】
通信インターフェース１７０は、ホストコンピュータ１８６から送られてくる画像データを受信する画像入力手段である。通信インターフェース１７０にはＵＳＢ（Universal Serial Bus）、ＩＥＥＥ１３９４、無線ネットワークなどの有線又は無線のインターフェースを適用することができる。
【００５６】
ホストコンピュータ１８６から送出された画像データは通信インターフェース１７０を介して画像形成装置１１０に取り込まれ、一旦画像メモリ１７４に記憶される。
【００５７】
システムコントローラ１７２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びその周辺回路等から構成され、所定のプログラムに従って画像形成装置１１０の全体を制御する。すなわち、システムコントローラ１７２は、通信インターフェース１７０、画像メモリ１７４、モータドライバ１７６等の各部を制御し、ホストコンピュータ１８６との間の通信制御、画像メモリ１７４及びＲＯＭ１７５の読み書き制御等を行うとともに、搬送系のモータ１８８を制御する制御信号を生成する。搬送系のモータ１８８とは、例えば、図５で説明した搬送用ローラ対１３１、１３３の駆動ローラに動力を与えるモータである。
【００５８】
ＲＯＭ１７５には、システムコントローラ１７２のＣＰＵが実行するプログラム及び制御に必要な各種データなどが格納されている。ＲＯＭ１７５は、書換不能な記憶手段であってもよいし、ＥＥＰＲＯＭのような書換可能な記憶手段であってもよい。画像メモリ１７４は、画像データの一時記憶領域として利用されるとともに、プログラムの展開領域及びＣＰＵの演算作業領域としても利用される。
【００５９】
モータドライバ１７６は、システムコントローラ１７２からの指示に従って搬送系のモータ１８８を駆動するドライバ（駆動回路）である。
【００６０】
プリント制御部１８０は、入力画像に基づいて各色インクのドットデータを生成する信号処理手段として機能する。すなわち、プリント制御部１８０は、システムコントローラ１７２の制御に従い、画像メモリ１７４内の画像データからインク吐出制御用の信号を生成するための各種加工、補正などの処理を行い、生成したデータ（ドットデータ）をヘッドドライバ１８４に供給する制御部である。
【００６１】
吐出検出部１２４は、液体吐出ヘッド１５０の吐出結果を撮像するためのイメージセンサ（ラインセンサ又はエリアセンサ）を含み、該イメージセンサによって読み取った画像からノズルの目詰まりや着弾位置ずれなどの吐出不良をチェックする手段として機能する。
【００６２】
プリント制御部１８０には画像バッファメモリ１８２が備えられており、プリント制御部１８０における画像処理時に画像データやパラメータなどのデータが画像バッファメモリ１８２に一時的に格納される。なお、図７において画像バッファメモリ１８２はプリント制御部１８０に付随する態様で示されているが、画像メモリ１７４と兼用することも可能である。また、プリント制御部１８０とシステムコントローラ１７２とを統合して１つのプロセッサで構成する態様も可能である。
【００６３】
画像入力から画像形成までの処理の流れを概説すると、形成すべき画像のデータは、通信インターフェース１７０を介して外部から入力され、画像メモリ１７４に蓄えられる。この段階では、例えば、ＲＧＢの画像データが画像メモリ１７４に記憶される。
【００６４】
画像形成装置１１０では、インク（色材) による微細なドットの密度やドットサイズを変えることによって、人の目に疑似的な連続階調の画像を形成するため、入力されたデジタル画像の階調（画像の濃淡）をできるだけ忠実に再現するようなドットパターンに変換する必要がある。そのため、画像メモリ１７４に蓄えられた元画像（ＲＧＢ）のデータは、システムコントローラ１７２を介してプリント制御部１８０に送られ、該プリント制御部１８０においてディザ法や誤差拡散法などを用いたハーフトーン化処理によってインク色ごとのドットデータに変換される。
【００６５】
すなわち、プリント制御部１８０は、入力されたＲＧＢ画像データをＫ，Ｃ，Ｍ，Ｙの４色のドットデータに変換する処理を行う。こうして、プリント制御部１８０で生成されたドットデータは、画像バッファメモリ１８２に蓄えられる。
【００６６】
ヘッドドライバ１８４は、プリント制御部１８０から与えられるドットデータ（すなわち、画像バッファメモリ１８２に記憶されたドットデータ）に基づき、液体吐出ヘッド１５０の各ノズル１５１に対応する超音波発生素子５８を駆動するための駆動信号を出力する。なお、ヘッドドライバ１８４には液体吐出ヘッドの駆動条件を一定に保つためのフィードバック制御系を含んでいてもよい。
【００６７】
ヘッドドライバ１８４から出力された駆動信号が液体吐出ヘッド１５０に加えられることによって、該当するノズル１５１から液体が吐出される。記録媒体の搬送速度に同期して液体吐出ヘッド１５０からのインク吐出を制御することにより、記録媒体上に画像が形成される。
【００６８】
図８は、本発明に係る液体吐出制御方法を適用した画像形成処理の一例の流れを示すフローチャートである。このような画像形成処理は、主としてシステムコントローラ１７２及びプリント制御部１８０によって、所定のプログラムに従って実行される。
【００６９】
まず、通信インターフェース１７０に入力された画像データが、絵や写真などの階調データのみからなるか、文字などの非階調データのみからなるか、あるいは、階調データ及び非階調データの混在データであるかを判定する（Ｓ１、Ｓ２）。
【００７０】
階調データのみである場合には、ミスト吐出のみによって記録媒体に画像を形成すると判定して、ミスト吐出モードを設定する（Ｓ１１）。
【００７１】
非階調データのみである場合には、一滴吐出のみによって記録媒体に画像を形成すると判定し、一滴吐出モードを設定する（Ｓ１２）。
【００７２】
混在データである場合には、ミスト吐出及び一滴吐出によって記録媒体に画像を形成すると判定し、ミスト吐出及び一滴吐出の混合モードを設定する（Ｓ１３）。
【００７３】
そして、設定されたモードとなるように、ヘッドドライバ１８４により液体吐出ヘッド１５０のヒータ８０に必要に応じて駆動信号を与えて温度切換を行うとともに、ヘッドドライバ１８４により液体吐出ヘッド１５０の超音波発生素子５８に必要に応じて駆動信号を与えて吐出駆動を行う（Ｓ３０）。
【００７４】
なお、液体吐出ヘッド１５０は、複数のノズル５１を備えており、また、各ノズル５１ごとにミスト吐出及び一滴吐出の何れにするかを制御することができる。
【００７５】
例えば、ヒータ８０を用いてノズル５１の近傍の液体の粘度を切り換えることにより吐出態様を切り換える場合には、ミスト吐出に設定すべきノズル５１の近傍のヒータ８０のみをヘッドドライバ１８４により加熱駆動する一方で、一液吐出に設定すべきノズル５１及び吐出させないノズル５１の近傍のヒータ８０はヘッドドライバ１８４による加熱駆動を行わない。
【００７６】
また、例えば、超音波発生素子８０に与える駆動信号の印加電圧（振幅）を切り換えることにより吐出態様を切り換える場合には、ミスト吐出に設定すべきノズル５１に対応する超音波発生素子８０に与える駆動信号の印加電圧を、一液吐出に設定すべきノズル５１に対応する超音波発生素子８０に与える駆動信号の印加電圧よりも高くする。
【００７７】
図９は、画像形成装置１１０の機構的な構成例の概略を示す全体構成図である。図９に示す画像形成装置１１０は、黒（Ｋ），シアン（Ｃ），マゼンタ（Ｍ），イエロー（Ｙ）の各インクに対応して設けられた複数の液体吐出ヘッド１１２Ｋ，１１２Ｃ，１１２Ｍ，１１２Ｙを有する液体吐出部１１２と、各ヘッド１１２Ｋ，１１２Ｃ，１１２Ｍ，１１２Ｙに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部１１４と、記録媒体たる記録紙１１６を供給する給紙部１１８と、記録紙１１６のカールを除去するデカール処理部１２０と、液体吐出部１１２のノズル面（インク吐出面）に対向して配置され、記録紙１１６の平面性を保持しながら記録紙１１６を搬送するベルト搬送部１２２と、液体吐出部１１２による吐出結果を読み取る吐出検出部１２４と、記録済みの記録紙（プリント物）を外部に排紙する排紙部１２６とを備えている。
【００７８】
インク貯蔵／装填部１１４は、各ヘッド１１２Ｋ，１１２Ｃ，１１２Ｍ，１１２Ｙに対応する色のインクを貯蔵するインクタンクを有し、各タンクは所要の管路を介してヘッド１１２Ｋ，１１２Ｃ，１１２Ｍ，１１２Ｙと連通されている。
【００７９】
図９では、給紙部１１８の一例としてロール紙（連続用紙）のマガジンが示されているが、紙幅や紙質等が異なる複数のマガジンを併設してもよい。また、ロール紙のマガジンに代えて、又はこれと併用して、カット紙が積層装填されたカセットによって用紙を供給してもよい。
【００８０】
給紙部１１８から送り出される記録紙１１６はマガジンに装填されていたことによる巻きクセが残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部１２０においてマガジンの巻きクセ方向と逆方向に加熱ドラム１３０で記録紙１１６に熱を与える。
【００８１】
ロール紙を使用する装置構成の場合、図９のように、裁断用のカッター（第１のカッター）１２８が設けられており、該カッター１２８によってロール紙は所望のサイズにカットされる。なお、カット紙を使用する場合には、カッター１２８は不要である。
【００８２】
デカール処理後、カットされた記録紙１１６は、搬送用ローラ対１３１によってニップ搬送され、プラテン１３２上へと送られる。プラテン１３２の後段（液体吐出部１１２の下流側）にも搬送用ローラ対１３３が配置されており、前段の搬送用ローラ対１３１と後段の搬送用ローラ対１３３とが連動して記録紙１１６を所定の速度で搬送する。
【００８３】
プラテン１３２は記録紙１１６の平面性を保ちつつ記録紙１１６を保持（支持）する部材（記録媒体の保持手段）として機能するとともに、背面電極として機能する部材である。図９におけるプラテン１３２は記録紙１１６の幅よりも広い幅寸法を有し、少なくとも液体吐出部１１２のノズル面及び吐出検出部１２４のセンサ面に対向する部分が水平面（フラット面）をなすように構成されている。
【００８４】
記録紙１１６の搬送経路において、液体吐出部１１２の上流側には、加熱ファン１４０が設けられている。加熱ファン１４０は、インクが吐出される前の記録紙１１６に加熱空気を吹き付け、記録紙１１６を加熱する。インク吐出直前に記録紙１１６を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。
【００８５】
液体吐出部１１２の各ヘッド１１２Ｋ，１１２Ｃ，１１２Ｍ，１１２Ｙは、当該画像形成装置１１０が対象とする記録紙１１６の最大紙幅に対応する長さを有し、そのノズル面には最大サイズの記録紙の少なくとも一辺を超える長さ（描画可能範囲の全幅）にわたりインク吐出用のノズルが複数配列されたフルライン型のヘッドとなっている（図４参照）。
【００８６】
液体吐出ヘッド１１２Ｋ，１１２Ｃ，１１２Ｍ，１１２Ｙは、記録紙１１６の送り方向に沿って上流側から黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の色順に配置され、それぞれの液体吐出ヘッド１１２Ｋ，１１２Ｃ，１１２Ｍ，１１２Ｙが記録紙１１６の搬送方向と略直交する方向に沿って延在するように固定設置される。
【００８７】
ベルト搬送部１２２により記録紙１１６を搬送しつつ各液体吐出ヘッド１１２Ｋ，１１２Ｃ，１１２Ｍ，１１２Ｙからそれぞれ異色のインクを吐出することにより記録紙１１６上にカラー画像を形成し得る。
【００８８】
このように、紙幅の全域をカバーするノズル列を有するフルライン型のヘッド１１２Ｋ，１１２Ｃ，１１２Ｍ，１１２Ｙを色別に設ける構成によれば、紙送り方向（副走査方向）について記録紙１１６と液体吐出部１１２を相対的に移動させる動作を１回行うだけで（すなわち１回の副走査で）、記録紙１１６の全面に画像を記録することができる。これにより、液体吐出ヘッドが紙搬送方向と直交する方向に往復動作するシャトル型ヘッドに比べて高速プリントが可能であり、生産性を向上させることができる。
【００８９】
本例では、ＫＣＭＹの標準色（４色）の構成を例示したが、インク色や色数の組合せについては本実施形態に限定されず、必要に応じて淡インク、濃インク、特別色インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタなどのライト系インクを吐出する液体吐出ヘッドを追加する構成も可能である。また、各色の液体吐出ヘッドの配置順序も特に限定はない。
【００９０】
各色の液体吐出ヘッド１１２Ｋ，１１２Ｃ，１１２Ｍ，１１２Ｙにより形成されたテストパターン又は実画像が吐出検出部１２４により読み取られ、吐出結果が検査される。
【００９１】
吐出検出部１２４の後段には後乾燥部１４２が設けられている。後乾燥部１４２は、形成された画像面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。
【００９２】
後乾燥部１４２の後段には、加熱・加圧部１４４が設けられている。加熱・加圧部１４４は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラ１４５で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。
【００９３】
こうして生成されたプリント物は排紙部１２６から排出される。本来プリントすべき本画像（目的の画像を印刷したもの）とテスト画像とは分けて排出することが好ましい。この画像形成装置１１０では、本画像のプリント物と、テスト画像のプリント物とを選別してそれぞれの排出部１２６Ａ、１２６Ｂへと送るために排紙経路を切り換える不図示の選別手段が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト画像とを同時に並列に形成する場合は、カッター（第２のカッター）１４８によってテスト画像の部分を切り離す。また、図９には示さないが、本画像の排出部１２６Ａには、オーダー別に画像を集積するソーターが設けられる。
【００９４】
なお、本発明は、実施形態において説明した例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の設計変更や改良を行ってもよいのはもちろんである。
【００９５】
例えば、図１に示すように液体吐出ヘッド１５０の超音波発生素子５８から液室５２内の液体に与えられた波動が直進波としてノズル５１の近傍に進むようにした場合に特に限定されず、反射板を設けて一旦反射させることにより反射波としての波動がノズル５１の近傍に集束するように構成してもよい。
【００９６】
また、例えば、液体吐出ヘッド１５０の超音波発生素子５８は、図１に示すように液室５２の底面壁にノズル５１と対向するように配置した場合に特に限定されず、液室５２の側壁に配置して反射により波動をノズル５１の近傍の液体に与えるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】液体吐出ヘッドの基本構成例を示す断面図である。
【図２】メニスカスの振幅パターンの代表例を示す説明図である。
【図３】液体の粘度とオンセット振幅との対応関係を示すグラフである。
【図４】液体吐出ヘッドの具体例の全体構造を示す平面透視図である。
【図５】図４の一部を拡大して示す拡大図である。
【図６】液体吐出ヘッドの他の具体例の全体構造を示す平面透視図である。
【図７】本発明に係る液体吐出装置の一例としての画像形成装置の全体構成の概略を示す要部ブロック図である。
【図８】本発明に係る液体吐出制御方法を適用した画像形成処理の一例の流れを示すフローチャートである。
【図９】画像形成装置の機構的な構成を示す全体構成図である。
【図１０】図９に示した画像形成装置の液体吐出部周辺の要部平面図である。
【符号の説明】
【００９８】
５１…ノズル（吐出口）、５２…液室、５１…振動板、５８…超音波発生素子、５８ａ…圧電体、５８ｂ、５８ｃ…超音波発生素子の電極、８０…ヒータ、８０ｂ…発熱層、８０ｂ…ヒータの電極（電極層）、１５０…液体吐出ヘッド、１８０…プリント制御部（切換制御手段）、１８４…ヘッドドライバ（駆動部）、５１０…ノズルプレート、５１０ａ…基板、５１０ｂ…断熱層
【技術分野】
【０００１】
本発明は液体吐出装置及び液体吐出制御方法に係り、特に霧状の微液滴（ミスト）を吐出可能な液体吐出装置及び液体吐出制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
霧状の微液滴、すなわちミストを吐出する液体吐出装置が知られている（例えば特許文献１、２、３、４を参照）。
【０００３】
ミストの吐出は、簡単に言うと、超音波を用いて液体の表面張力を減少させて霧化することにより行う。具体的には、一般に、キャビテーション（空洞現象）によるキャビテーション霧化、あるいは、キャピラリ波（毛細表面波）によるキャピラリ霧化が用いられる。後者を用いた方が、粒径の揃ったミストを生成でき、かつエネルギー効率も良い。
【０００４】
キャピラリ霧化では、自由液面に向って平面波を印加する際、超音波（平面波）の振動数とメニスカスの振幅（オンセット振幅）が、液体の物性に対してある条件を満たすと、メニスカスにおける表面張力波は時系列に発振し、その結果、ある時点でメニスカスにおける表面張力波の波頭から微小な液滴（ミスト）が分裂することになる。
【特許文献１】特開昭６２−８６９４８号公報
【特許文献２】特開昭６２−１１１７５７号公報
【特許文献３】特開平１０−２７８２５３号公報
【特許文献４】特開２００２−１６６５４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、超音波を用いてミストを吐出する従来の液体吐出装置は、ミストのみしか吐出できなかった。
【０００６】
具体的には、微細に階調が異なる階調表示の必要がある画像（例えば絵のような高級感のある画像）を形成する場合にはミスト吐出が適しているが、階調表示が不要な画像（例えば文字列）を形成する場合には、ミスト吐出では品質の低下は免れ得なかった。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、階調表示の要否に応じてミスト吐出状態及び一滴吐出状態を設定可能な液体吐出装置及び液体吐出制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、液滴を吐出する吐出口と、前記吐出口の近傍に配置された加熱手段と、超音波を発生して前記吐出口の近傍の液体に与え得る超音波発生素子と、前記加熱手段を用いて前記吐出口の近傍の液体の温度を切り換えることにより、前記吐出口から霧状の複数の微液滴を吐出させるか前記吐出口から一滴の液体を吐出させるかを切り換える切換制御手段を備えたことを特徴とする液体吐出装置を提供する。
【０００９】
この発明によれば、加熱手段を用いて吐出口の近傍の液体の温度を制御し、吐出口の近傍の液体の粘度を切り換えることにより、階調表示の要否に応じてミスト吐出状態及び一滴吐出状態を設定可能となる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、液滴を吐出する吐出口と、超音波を発生して前記吐出口の近傍の液体に与え得る超音波発生素子と、前記超音波発生素子に与える駆動信号を切り換えることにより、前記吐出口から霧状の複数の微液滴を吐出させるか前記吐出口から一滴の液体を吐出させるかを切り換える切換制御手段を備えたことを特徴とする液体吐出装置を提供する。
【００１１】
この発明によれば、超音波を発生し得る超音波発生素子に与える駆動信号を制御することにより、階調表示の要否に応じて一滴吐出状態及びミスト吐出状態を設定可能となる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、液体を吐出する吐出口から霧状の複数の微液滴を吐出させるか、前記吐出口から一滴の液体を吐出させるかを判定し、前記判定の結果に基づいて、前記吐出口の近傍の液体の温度を切り換えることにより、前記吐出口から霧状の複数の微液滴を吐出させるか前記吐出口から一滴の液体を吐出させるかを切り換えることを特徴とする液体吐出制御方法を提供する。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、液体を吐出する吐出口から霧状の複数の微液滴を吐出させるか、前記吐出口から一滴の液体を吐出させるかを判定し、前記判定の結果に基づいて、前記吐出口の近傍の液体に超音波を与え得る超音波発生素子に与える駆動信号を切り換えることにより、前記吐出口から霧状の複数の微液滴を吐出させるか前記吐出口から一滴の液体を吐出させるかを切り換えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、階調表示の要否に応じてミスト吐出状態及び一滴吐出状態を設定可能となり、高画質の画像を形成し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を用いて、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１６】
［液体吐出ヘッドの基本構成］
図１は、本発明に係る液体吐出装置を適用した画像形成装置の液体吐出ヘッドについて基本構成例を示す断面図である。
【００１７】
図１において、液体吐出ヘッド１５０は、主として、液体を吐出する開口部としてのノズル５１（吐出口）と、ノズル５１に連通する液室５２と、液室５２に液体が供給される開口部としての液体供給口５３と、液室５２の底面に配置された振動板５６に固着され、超音波を発生して、液室５２内の液体に超音波を与え得るアクチュエータとしての超音波発生素子５８と、ノズル５１の近傍に配置され、ノズル５１の近傍の液体の温度を加熱して切り換えることによりノズル５１の近傍の液体の粘度を切り換えるヒータ８０を含んで構成されている。
【００１８】
超音波発生素子５８は、圧電体層５８ａ、及び、液体吐出ヘッド１５０の外部（具体的には後に説明する図７のヘッドドライバ１８４）から駆動信号が与えられる電極層５８ｂ、５８ｃ（単に「電極」ということもある）によって構成されている。
【００１９】
ヒータ８０は、電気エネルギーを熱エネルギーに変換する発熱層８０ａ、及び、液体吐出ヘッド１５０の外部（具体的には後に説明する図７のヘッドドライバ１８４）から駆動信号が与えられる電極層８０ｂ（単に「電極」ということもある）によって構成されている。
【００２０】
また、液体吐出ヘッド１５０は、ノズル５１及びヒータ８０が形成されているノズルプレート５１０と、液室５２が形成されている液室プレート５２０と、超音波発生素子５８が形成されているアクチュエータプレート５３０とが積層された、積層構造になっている。
【００２１】
液室５２は、天面板としてのノズルプレート５１０と、底面板としてのアクチュエータプレート５３０と、側面板としての隔壁５２２とによって構成されている。
【００２２】
ノズルプレート５１０は、詳細には、基板５１０ａの一方の面（下面）に、断熱層５１０ｂが形成され、この断熱層５１０ｂを基板５１０ａと挟むようにしてヒータ８０の電極層８０ｂ及び発熱層８０ａが形成されて、構成されている。
【００２３】
ノズルプレート５１０で発熱層８０ａが形成されない領域にも、断熱層５１０ｃを形成する。また、図示していないが、必要に応じて、発熱層８０ａの表面に、インクによる腐食を防止する保護膜を形成してもよい。
【００２４】
例えば、基板５１０ａはＳｉ、断熱層５１０ｂはＳｉＯ２、ヒータ８０の電極層８０ｂはＮｉ、ヒータ８０の発熱層８０ａはＴａＳｉＯによって、それぞれ形成されている。
【００２５】
また、超音波発生素子５８の圧電体層５８ａはＰＺＴ、超音波発生素子５８の電極層５８ｂ、５８ｃはＮｉ、振動板５６はポリイミドによって、それぞれ形成されている。
【００２６】
振動板５６に固着されている超音波発生素子５８によって発生された波動は、振動板５６を介して液室５２内の液体に導入され、ノズルプレート５１０の方向に向かって平行に平面波として進む。このような平面波により、ノズル５１のメニスカスに表面張力波が発生する。このような表面張力波は、液体の表面張力に依存する。
【００２７】
前述のようにノズル５１の近傍にヒータ８０を配置してあり、ノズル５１から液体が吐出される態様（吐出態様）は、ヒータ８０によってノズル５１の近傍の液体が加熱されているか否かによって異なる。すなわち、ヒータ８０によってノズル５１の近傍の液体の温度が切り換えられ、これによりノズル５１の近傍の液体の粘度が切り換えられ、これにより表面張力波の状態が切り換えられて、液体の吐出態様が切り換わる。
【００２８】
ノズル５１内のメニスカスの振幅と時間との対応関係（すなわち表面張力波の振幅パターン）の代表例を、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。なお、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、横軸は時間ｔ、縦軸は振幅倍率ηである。
【００２９】
図２（ａ）に示す第１の振幅パターン２１０は、ノズル５１内の液面が、超音波発生素子５８に印加された駆動波形における所定の１周期内に、一旦励起された後、液体の粘性によって過減衰する振幅パターンである。この第１の振幅パターン２１０では、ｔ０〜ｔ１（例えば０．０μｓ〜０．５μｓ）で所定の初期値のｎ倍（例えば１０倍）に発振している。
【００３０】
図２（ｂ）に示す第２の振幅パターン２２０は、励起状態が時系列において定常的に連続して発振している状態（定常発振）の振幅パターンである。
【００３１】
図２（ｃ）に示す第３の振幅パターン２３０は、液面の振幅が時系列において増大し続ける発振状態（時系列発振）の振幅パターンである。この第３の振幅パターン２３０では、ｔ１〜ｔ２（例えば０．５μｓ〜１．０μｓ）で所定の初期値のｎ倍（例えば１０倍）に発振している。
【００３２】
時間暫時的な見方からすれば、第１の振幅パターン２１０は安定状態、第２の振幅パターン２２０は中立安定状態、第３の振幅状態２３０は不安定状態ということもできる。
【００３３】
第１の振幅パターン２１０及び第２の振幅パターン２２０において、自由表面としての液面に励起される液柱（リガメント）の表面エネルギーが一定以上増大すると、液柱は分断されて粒子化する。ここで、第１の振幅パターン２１０は、短時間の励起の後に減衰する振幅パターンであるため、自由表面としての液面に励起される液柱（リガメント）は１本であり、したがってノズル５１から液滴を一滴吐出する吐出態様（一滴吐出）に適している。
【００３４】
一方で、第３の振幅パターン２３０は、ノズル５１から霧状の複数の微液体を吐出するミスト吐出に適している。
【００３５】
そこで、本実施形態では、第１の振幅パターン２１０を一滴吐出に用いるとともに、第３の振幅パターン２３０をミスト吐出に用いる。
【００３６】
粘性により減衰する表面張力波の振幅の時間依存性は、数１で表される。
【００３７】
【数１】
ここで、ｋはメニスカスにおける表面張力波の空間波数、ｈはオンセット振幅（メニスカスにおける表面張力波の振幅）の平均、ρは液体の密度、γは液体の表面張力係数、ωＡはメニスカスの角振動数、μは液体の粘性係数である。
【００３８】
図３は、液体の粘度μとオンセット振幅ｈとの対応関係を示す。なお、２０ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、６０ＭＨｚ時の実線はミスト吐出時の対応関係を示し、２０ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、６０ＭＨｚ時の点線は一滴吐出時の対応関係を示している。
【００３９】
図３において、例えば粘度が２０ｃＰであるとき、経路Ａ又は経路Ａ’によって、一滴吐出状態からミスト吐出状態に遷移させることができる。
【００４０】
ここで、経路Ａでは、超音波発生素子５８に与える駆動信号の印加電圧を上げることによってオンセット振幅を３０μｍ程度増大させることになるが、誘電損失によるエネルギー損失が大きい。
【００４１】
一方で、経路Ａ’では、ノズル５１のメニスカス（液面）の近傍のインクを加熱することによって粘度を下げる（例えば１０ｃＰ下げる）。このような経路Ａ’の方が、前述の経路Ａよりも、エネルギー効率がよい。
【００４２】
なお、粘度が１０ｃＰであるときも同様であり、超音波発生素子５８への印加電圧を上げる経路Ｂよりも、インクの加熱によりインクの粘度を下げる経路Ｂ’の方がエネルギー効率がよい。その他の１ｃＰ以上の粘度についても同様である。
【００４３】
以上説明したように、ノズル５１からミスト吐出させるか一滴吐出させるかを切り換えるように本実施形態の液体吐出ヘッド１５０を制御する代表的な態様には、第１に、ヒータ８０によりノズル５１の近傍の液体の温度を切り換えることによりノズル５１の近傍の液体の粘度を切り換える態様、第２に、超音波発生素子５８に与える駆動信号の印加電圧（振幅）を切り換える態様があり、エネルギー効率の観点からヒータ８０を用いる第１の態様がより好ましい。
【００４４】
なお、ヒータ８０を用いる液体の粘度切換と、超音波発生素子５８の印加電圧（振幅）の切換とを、併せて行う態様もある。
【００４５】
〔液体吐出ヘッドの全体構造〕
次に、液体吐出ヘッドの具体例の全体構造について説明する。
【００４６】
紙などの記録媒体上に形成されるドットのピッチを高密度化するためには、液体を吐出するノズルのピッチを高密度化する必要がある。
【００４７】
図４は液体吐出ヘッド１５０の一例の平面透視図である。本例の液体吐出ヘッド１５０は、図４に示すように、インクの吐出口であるノズル１５１と、各ノズル１５１に対応するインク室１５２等からなる複数のインク室ユニット（液体吐出素子）１５３を２次元マトリクス状に配置させた構造を有し、これにより、液体吐出ヘッド１５０の長手方向（紙送り方向と直交する方向）に沿って並ぶように投影される実質的なノズル間隔（投影ノズルピッチ）の高密度化を達成している。なお、図４では、作図便宜上、一部のインク室ユニット１５３は省略して描いてある。
【００４８】
各インク室１５２は個別供給路１５４を介して共通流路１５５に連通している。共通流路１５５は、接続口１５５Ａ，１５５Ｂを介してインク供給源たるインクタンク（図４中不図示、後に説明する図９のインク貯蔵／装填部１１４と等価なもの）と連通しており、インクタンクから供給されるインクは、図４の共通流路１５５を介して各チャンネルのインク室１５２に分配供給される。なお、図４中の符号１５５Ｃは共通流路１５５の本流、１５５Ｄは本流１５５Ｃから分岐された支流である。
【００４９】
図４に示した液体吐出ヘッド１５０の構成と、図１で説明した液体吐出ヘッド１５０の構成との対応関係を簡単に説明すると、図４におけるノズル１５１、インク室１５２及び個別供給路１５４が、図１で説明したノズル５１、液室５２及び液体供給口５３にそれぞれ相当している。
【００５０】
図４における各インク室ユニット１５３の詳細な構造については、図１で説明したとおりである。
【００５１】
図５は、図４に示した液体吐出ヘッド１５０の一部を拡大して示す拡大図である。図５に示されるように、多数のインク室ユニット１５３は、主走査方向と主走査方向に対して所定の角度θをなす斜め方向との２方向に沿って格子状に配列されている。すなわち多数のノズル１５１は２次元マトリクス状に配列されている。このような２次元マトリクス状の配列により、ノズル密度の実質的な高密度化が実現されている。
【００５２】
具体的には、主走査方向に対して一定の角度θをなす斜め方向に沿ってインク室ユニット１５３が一定のピッチｄで複数配列されていることにより、各ノズル１５１が主走査方向に沿った一直線上にピッチＰ（＝ｄ×cosθ）で配列されたものと等価的に取り扱うことができる。これにより、主走査方向に沿って１インチ当たり2400個（2400ノズル／インチ）におよぶ高密度のノズル配列と実質的に同等の構成を実現することが可能になる。
【００５３】
本発明の実施に際してノズルの配置構造は図４及び図５に示した例に限定されない。記録紙１１６の送り方向と略直交する方向に記録媒体の全幅に対応する長さにわたるノズル列を備えるフルライン型ヘッドの形態として、図５に例示した構成に代えて、例えば、図６に示すように、複数のノズル１５１が２次元に配列された短尺のヘッドブロック１５０’を千鳥状に配列して繋ぎ合わせることで記録媒体の全幅に対応する長さのノズル列を有するラインヘッドを構成してもよい。
【００５４】
〔画像形成装置の全体構成〕
図７は、画像形成装置１１０のシステム構成例を示すブロック図である。図７に示すように、画像形成装置１１０は、通信インターフェース１７０、システムコントローラ１７２、画像メモリ１７４、ＲＯＭ１７５、モータドライバ１７６、プリント制御部１８０、画像バッファメモリ１８２、ヘッドドライバ１８４等を備えている。
【００５５】
通信インターフェース１７０は、ホストコンピュータ１８６から送られてくる画像データを受信する画像入力手段である。通信インターフェース１７０にはＵＳＢ（Universal Serial Bus）、ＩＥＥＥ１３９４、無線ネットワークなどの有線又は無線のインターフェースを適用することができる。
【００５６】
ホストコンピュータ１８６から送出された画像データは通信インターフェース１７０を介して画像形成装置１１０に取り込まれ、一旦画像メモリ１７４に記憶される。
【００５７】
システムコントローラ１７２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びその周辺回路等から構成され、所定のプログラムに従って画像形成装置１１０の全体を制御する。すなわち、システムコントローラ１７２は、通信インターフェース１７０、画像メモリ１７４、モータドライバ１７６等の各部を制御し、ホストコンピュータ１８６との間の通信制御、画像メモリ１７４及びＲＯＭ１７５の読み書き制御等を行うとともに、搬送系のモータ１８８を制御する制御信号を生成する。搬送系のモータ１８８とは、例えば、図５で説明した搬送用ローラ対１３１、１３３の駆動ローラに動力を与えるモータである。
【００５８】
ＲＯＭ１７５には、システムコントローラ１７２のＣＰＵが実行するプログラム及び制御に必要な各種データなどが格納されている。ＲＯＭ１７５は、書換不能な記憶手段であってもよいし、ＥＥＰＲＯＭのような書換可能な記憶手段であってもよい。画像メモリ１７４は、画像データの一時記憶領域として利用されるとともに、プログラムの展開領域及びＣＰＵの演算作業領域としても利用される。
【００５９】
モータドライバ１７６は、システムコントローラ１７２からの指示に従って搬送系のモータ１８８を駆動するドライバ（駆動回路）である。
【００６０】
プリント制御部１８０は、入力画像に基づいて各色インクのドットデータを生成する信号処理手段として機能する。すなわち、プリント制御部１８０は、システムコントローラ１７２の制御に従い、画像メモリ１７４内の画像データからインク吐出制御用の信号を生成するための各種加工、補正などの処理を行い、生成したデータ（ドットデータ）をヘッドドライバ１８４に供給する制御部である。
【００６１】
吐出検出部１２４は、液体吐出ヘッド１５０の吐出結果を撮像するためのイメージセンサ（ラインセンサ又はエリアセンサ）を含み、該イメージセンサによって読み取った画像からノズルの目詰まりや着弾位置ずれなどの吐出不良をチェックする手段として機能する。
【００６２】
プリント制御部１８０には画像バッファメモリ１８２が備えられており、プリント制御部１８０における画像処理時に画像データやパラメータなどのデータが画像バッファメモリ１８２に一時的に格納される。なお、図７において画像バッファメモリ１８２はプリント制御部１８０に付随する態様で示されているが、画像メモリ１７４と兼用することも可能である。また、プリント制御部１８０とシステムコントローラ１７２とを統合して１つのプロセッサで構成する態様も可能である。
【００６３】
画像入力から画像形成までの処理の流れを概説すると、形成すべき画像のデータは、通信インターフェース１７０を介して外部から入力され、画像メモリ１７４に蓄えられる。この段階では、例えば、ＲＧＢの画像データが画像メモリ１７４に記憶される。
【００６４】
画像形成装置１１０では、インク（色材) による微細なドットの密度やドットサイズを変えることによって、人の目に疑似的な連続階調の画像を形成するため、入力されたデジタル画像の階調（画像の濃淡）をできるだけ忠実に再現するようなドットパターンに変換する必要がある。そのため、画像メモリ１７４に蓄えられた元画像（ＲＧＢ）のデータは、システムコントローラ１７２を介してプリント制御部１８０に送られ、該プリント制御部１８０においてディザ法や誤差拡散法などを用いたハーフトーン化処理によってインク色ごとのドットデータに変換される。
【００６５】
すなわち、プリント制御部１８０は、入力されたＲＧＢ画像データをＫ，Ｃ，Ｍ，Ｙの４色のドットデータに変換する処理を行う。こうして、プリント制御部１８０で生成されたドットデータは、画像バッファメモリ１８２に蓄えられる。
【００６６】
ヘッドドライバ１８４は、プリント制御部１８０から与えられるドットデータ（すなわち、画像バッファメモリ１８２に記憶されたドットデータ）に基づき、液体吐出ヘッド１５０の各ノズル１５１に対応する超音波発生素子５８を駆動するための駆動信号を出力する。なお、ヘッドドライバ１８４には液体吐出ヘッドの駆動条件を一定に保つためのフィードバック制御系を含んでいてもよい。
【００６７】
ヘッドドライバ１８４から出力された駆動信号が液体吐出ヘッド１５０に加えられることによって、該当するノズル１５１から液体が吐出される。記録媒体の搬送速度に同期して液体吐出ヘッド１５０からのインク吐出を制御することにより、記録媒体上に画像が形成される。
【００６８】
図８は、本発明に係る液体吐出制御方法を適用した画像形成処理の一例の流れを示すフローチャートである。このような画像形成処理は、主としてシステムコントローラ１７２及びプリント制御部１８０によって、所定のプログラムに従って実行される。
【００６９】
まず、通信インターフェース１７０に入力された画像データが、絵や写真などの階調データのみからなるか、文字などの非階調データのみからなるか、あるいは、階調データ及び非階調データの混在データであるかを判定する（Ｓ１、Ｓ２）。
【００７０】
階調データのみである場合には、ミスト吐出のみによって記録媒体に画像を形成すると判定して、ミスト吐出モードを設定する（Ｓ１１）。
【００７１】
非階調データのみである場合には、一滴吐出のみによって記録媒体に画像を形成すると判定し、一滴吐出モードを設定する（Ｓ１２）。
【００７２】
混在データである場合には、ミスト吐出及び一滴吐出によって記録媒体に画像を形成すると判定し、ミスト吐出及び一滴吐出の混合モードを設定する（Ｓ１３）。
【００７３】
そして、設定されたモードとなるように、ヘッドドライバ１８４により液体吐出ヘッド１５０のヒータ８０に必要に応じて駆動信号を与えて温度切換を行うとともに、ヘッドドライバ１８４により液体吐出ヘッド１５０の超音波発生素子５８に必要に応じて駆動信号を与えて吐出駆動を行う（Ｓ３０）。
【００７４】
なお、液体吐出ヘッド１５０は、複数のノズル５１を備えており、また、各ノズル５１ごとにミスト吐出及び一滴吐出の何れにするかを制御することができる。
【００７５】
例えば、ヒータ８０を用いてノズル５１の近傍の液体の粘度を切り換えることにより吐出態様を切り換える場合には、ミスト吐出に設定すべきノズル５１の近傍のヒータ８０のみをヘッドドライバ１８４により加熱駆動する一方で、一液吐出に設定すべきノズル５１及び吐出させないノズル５１の近傍のヒータ８０はヘッドドライバ１８４による加熱駆動を行わない。
【００７６】
また、例えば、超音波発生素子８０に与える駆動信号の印加電圧（振幅）を切り換えることにより吐出態様を切り換える場合には、ミスト吐出に設定すべきノズル５１に対応する超音波発生素子８０に与える駆動信号の印加電圧を、一液吐出に設定すべきノズル５１に対応する超音波発生素子８０に与える駆動信号の印加電圧よりも高くする。
【００７７】
図９は、画像形成装置１１０の機構的な構成例の概略を示す全体構成図である。図９に示す画像形成装置１１０は、黒（Ｋ），シアン（Ｃ），マゼンタ（Ｍ），イエロー（Ｙ）の各インクに対応して設けられた複数の液体吐出ヘッド１１２Ｋ，１１２Ｃ，１１２Ｍ，１１２Ｙを有する液体吐出部１１２と、各ヘッド１１２Ｋ，１１２Ｃ，１１２Ｍ，１１２Ｙに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部１１４と、記録媒体たる記録紙１１６を供給する給紙部１１８と、記録紙１１６のカールを除去するデカール処理部１２０と、液体吐出部１１２のノズル面（インク吐出面）に対向して配置され、記録紙１１６の平面性を保持しながら記録紙１１６を搬送するベルト搬送部１２２と、液体吐出部１１２による吐出結果を読み取る吐出検出部１２４と、記録済みの記録紙（プリント物）を外部に排紙する排紙部１２６とを備えている。
【００７８】
インク貯蔵／装填部１１４は、各ヘッド１１２Ｋ，１１２Ｃ，１１２Ｍ，１１２Ｙに対応する色のインクを貯蔵するインクタンクを有し、各タンクは所要の管路を介してヘッド１１２Ｋ，１１２Ｃ，１１２Ｍ，１１２Ｙと連通されている。
【００７９】
図９では、給紙部１１８の一例としてロール紙（連続用紙）のマガジンが示されているが、紙幅や紙質等が異なる複数のマガジンを併設してもよい。また、ロール紙のマガジンに代えて、又はこれと併用して、カット紙が積層装填されたカセットによって用紙を供給してもよい。
【００８０】
給紙部１１８から送り出される記録紙１１６はマガジンに装填されていたことによる巻きクセが残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部１２０においてマガジンの巻きクセ方向と逆方向に加熱ドラム１３０で記録紙１１６に熱を与える。
【００８１】
ロール紙を使用する装置構成の場合、図９のように、裁断用のカッター（第１のカッター）１２８が設けられており、該カッター１２８によってロール紙は所望のサイズにカットされる。なお、カット紙を使用する場合には、カッター１２８は不要である。
【００８２】
デカール処理後、カットされた記録紙１１６は、搬送用ローラ対１３１によってニップ搬送され、プラテン１３２上へと送られる。プラテン１３２の後段（液体吐出部１１２の下流側）にも搬送用ローラ対１３３が配置されており、前段の搬送用ローラ対１３１と後段の搬送用ローラ対１３３とが連動して記録紙１１６を所定の速度で搬送する。
【００８３】
プラテン１３２は記録紙１１６の平面性を保ちつつ記録紙１１６を保持（支持）する部材（記録媒体の保持手段）として機能するとともに、背面電極として機能する部材である。図９におけるプラテン１３２は記録紙１１６の幅よりも広い幅寸法を有し、少なくとも液体吐出部１１２のノズル面及び吐出検出部１２４のセンサ面に対向する部分が水平面（フラット面）をなすように構成されている。
【００８４】
記録紙１１６の搬送経路において、液体吐出部１１２の上流側には、加熱ファン１４０が設けられている。加熱ファン１４０は、インクが吐出される前の記録紙１１６に加熱空気を吹き付け、記録紙１１６を加熱する。インク吐出直前に記録紙１１６を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。
【００８５】
液体吐出部１１２の各ヘッド１１２Ｋ，１１２Ｃ，１１２Ｍ，１１２Ｙは、当該画像形成装置１１０が対象とする記録紙１１６の最大紙幅に対応する長さを有し、そのノズル面には最大サイズの記録紙の少なくとも一辺を超える長さ（描画可能範囲の全幅）にわたりインク吐出用のノズルが複数配列されたフルライン型のヘッドとなっている（図４参照）。
【００８６】
液体吐出ヘッド１１２Ｋ，１１２Ｃ，１１２Ｍ，１１２Ｙは、記録紙１１６の送り方向に沿って上流側から黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の色順に配置され、それぞれの液体吐出ヘッド１１２Ｋ，１１２Ｃ，１１２Ｍ，１１２Ｙが記録紙１１６の搬送方向と略直交する方向に沿って延在するように固定設置される。
【００８７】
ベルト搬送部１２２により記録紙１１６を搬送しつつ各液体吐出ヘッド１１２Ｋ，１１２Ｃ，１１２Ｍ，１１２Ｙからそれぞれ異色のインクを吐出することにより記録紙１１６上にカラー画像を形成し得る。
【００８８】
このように、紙幅の全域をカバーするノズル列を有するフルライン型のヘッド１１２Ｋ，１１２Ｃ，１１２Ｍ，１１２Ｙを色別に設ける構成によれば、紙送り方向（副走査方向）について記録紙１１６と液体吐出部１１２を相対的に移動させる動作を１回行うだけで（すなわち１回の副走査で）、記録紙１１６の全面に画像を記録することができる。これにより、液体吐出ヘッドが紙搬送方向と直交する方向に往復動作するシャトル型ヘッドに比べて高速プリントが可能であり、生産性を向上させることができる。
【００８９】
本例では、ＫＣＭＹの標準色（４色）の構成を例示したが、インク色や色数の組合せについては本実施形態に限定されず、必要に応じて淡インク、濃インク、特別色インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタなどのライト系インクを吐出する液体吐出ヘッドを追加する構成も可能である。また、各色の液体吐出ヘッドの配置順序も特に限定はない。
【００９０】
各色の液体吐出ヘッド１１２Ｋ，１１２Ｃ，１１２Ｍ，１１２Ｙにより形成されたテストパターン又は実画像が吐出検出部１２４により読み取られ、吐出結果が検査される。
【００９１】
吐出検出部１２４の後段には後乾燥部１４２が設けられている。後乾燥部１４２は、形成された画像面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。
【００９２】
後乾燥部１４２の後段には、加熱・加圧部１４４が設けられている。加熱・加圧部１４４は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラ１４５で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。
【００９３】
こうして生成されたプリント物は排紙部１２６から排出される。本来プリントすべき本画像（目的の画像を印刷したもの）とテスト画像とは分けて排出することが好ましい。この画像形成装置１１０では、本画像のプリント物と、テスト画像のプリント物とを選別してそれぞれの排出部１２６Ａ、１２６Ｂへと送るために排紙経路を切り換える不図示の選別手段が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト画像とを同時に並列に形成する場合は、カッター（第２のカッター）１４８によってテスト画像の部分を切り離す。また、図９には示さないが、本画像の排出部１２６Ａには、オーダー別に画像を集積するソーターが設けられる。
【００９４】
なお、本発明は、実施形態において説明した例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の設計変更や改良を行ってもよいのはもちろんである。
【００９５】
例えば、図１に示すように液体吐出ヘッド１５０の超音波発生素子５８から液室５２内の液体に与えられた波動が直進波としてノズル５１の近傍に進むようにした場合に特に限定されず、反射板を設けて一旦反射させることにより反射波としての波動がノズル５１の近傍に集束するように構成してもよい。
【００９６】
また、例えば、液体吐出ヘッド１５０の超音波発生素子５８は、図１に示すように液室５２の底面壁にノズル５１と対向するように配置した場合に特に限定されず、液室５２の側壁に配置して反射により波動をノズル５１の近傍の液体に与えるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】液体吐出ヘッドの基本構成例を示す断面図である。
【図２】メニスカスの振幅パターンの代表例を示す説明図である。
【図３】液体の粘度とオンセット振幅との対応関係を示すグラフである。
【図４】液体吐出ヘッドの具体例の全体構造を示す平面透視図である。
【図５】図４の一部を拡大して示す拡大図である。
【図６】液体吐出ヘッドの他の具体例の全体構造を示す平面透視図である。
【図７】本発明に係る液体吐出装置の一例としての画像形成装置の全体構成の概略を示す要部ブロック図である。
【図８】本発明に係る液体吐出制御方法を適用した画像形成処理の一例の流れを示すフローチャートである。
【図９】画像形成装置の機構的な構成を示す全体構成図である。
【図１０】図９に示した画像形成装置の液体吐出部周辺の要部平面図である。
【符号の説明】
【００９８】
５１…ノズル（吐出口）、５２…液室、５１…振動板、５８…超音波発生素子、５８ａ…圧電体、５８ｂ、５８ｃ…超音波発生素子の電極、８０…ヒータ、８０ｂ…発熱層、８０ｂ…ヒータの電極（電極層）、１５０…液体吐出ヘッド、１８０…プリント制御部（切換制御手段）、１８４…ヘッドドライバ（駆動部）、５１０…ノズルプレート、５１０ａ…基板、５１０ｂ…断熱層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出する吐出口と、
前記吐出口の近傍に配置された加熱手段と、
超音波を発生して前記吐出口の近傍の液体に与え得る超音波発生素子と、
前記加熱手段を用いて前記吐出口の近傍の液体の温度を切り換えることにより、前記吐出口から霧状の複数の微液滴を吐出させるか前記吐出口から一滴の液体を吐出させるかを切り換える切換制御手段と、
を備えたことを特徴とする液体吐出装置。
【請求項２】
液滴を吐出する吐出口と、
超音波を発生して前記吐出口の近傍の液体に与え得る超音波発生素子と、
前記超音波発生素子に与える駆動信号を切り換えることにより、前記吐出口から霧状の複数の微液滴を吐出させるか前記吐出口から一滴の液体を吐出させるかを切り換える切換制御手段と、
を備えたことを特徴とする液体吐出装置。
【請求項３】
液体を吐出する吐出口から霧状の複数の微液滴を吐出させるか、前記吐出口から一滴の液体を吐出させるかを判定し、
前記判定の結果に基づいて、前記吐出口の近傍の液体の温度を切り換えることにより、前記吐出口から霧状の複数の微液滴を吐出させるか前記吐出口から一滴の液体を吐出させるかを切り換えることを特徴とする液体吐出制御方法。
【請求項４】
液体を吐出する吐出口から霧状の複数の微液滴を吐出させるか、前記吐出口から一滴の液体を吐出させるかを判定し、
前記判定の結果に基づいて、前記吐出口の近傍の液体に超音波を与え得る超音波発生素子に与える駆動信号を切り換えることにより、前記吐出口から霧状の複数の微液滴を吐出させるか前記吐出口から一滴の液体を吐出させるかを切り換えることを特徴とする液体吐出制御方法。
【請求項１】
液滴を吐出する吐出口と、
前記吐出口の近傍に配置された加熱手段と、
超音波を発生して前記吐出口の近傍の液体に与え得る超音波発生素子と、
前記加熱手段を用いて前記吐出口の近傍の液体の温度を切り換えることにより、前記吐出口から霧状の複数の微液滴を吐出させるか前記吐出口から一滴の液体を吐出させるかを切り換える切換制御手段と、
を備えたことを特徴とする液体吐出装置。
【請求項２】
液滴を吐出する吐出口と、
超音波を発生して前記吐出口の近傍の液体に与え得る超音波発生素子と、
前記超音波発生素子に与える駆動信号を切り換えることにより、前記吐出口から霧状の複数の微液滴を吐出させるか前記吐出口から一滴の液体を吐出させるかを切り換える切換制御手段と、
を備えたことを特徴とする液体吐出装置。
【請求項３】
液体を吐出する吐出口から霧状の複数の微液滴を吐出させるか、前記吐出口から一滴の液体を吐出させるかを判定し、
前記判定の結果に基づいて、前記吐出口の近傍の液体の温度を切り換えることにより、前記吐出口から霧状の複数の微液滴を吐出させるか前記吐出口から一滴の液体を吐出させるかを切り換えることを特徴とする液体吐出制御方法。
【請求項４】
液体を吐出する吐出口から霧状の複数の微液滴を吐出させるか、前記吐出口から一滴の液体を吐出させるかを判定し、
前記判定の結果に基づいて、前記吐出口の近傍の液体に超音波を与え得る超音波発生素子に与える駆動信号を切り換えることにより、前記吐出口から霧状の複数の微液滴を吐出させるか前記吐出口から一滴の液体を吐出させるかを切り換えることを特徴とする液体吐出制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００７−６２１８７（Ｐ２００７−６２１８７Ａ）
【公開日】平成１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２５２０５３（Ｐ２００５−２５２０５３）
【出願日】平成１７年８月３１日（２００５．８．３１）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月３１日（２００５．８．３１）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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