JP6531370B2 - 液滴吐出装置、液滴吐出方法、及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、液滴吐出装置、液滴吐出方法、及びプログラムに関する。

プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像記録装置或いは画像形成装置として、例えば、インクジェット記録装置が知られている。インクジェット記録装置は、インク液滴を吐出するノズルと、ノズルに連通する圧力室と、圧力室内のインクを加圧する圧電素子、等を有するインクジェット記録ヘッドにより、記録媒体（紙、金属、木材、セラミックス、等）に、所望の文字、図形、等を形成する。

残留振動波形に基づいて、ノズル毎又はノズル群毎に、可撓性電極を振動させる駆動電圧の初期値を設定することで、最適な吐出条件で記録ヘッドからインク滴を吐出させる液体噴射装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、従来のインクジェット記録装置では、印刷中に、検知された残留振動波形に基づいて、ノズル毎に駆動電圧を補正することができなかった。このため、該装置において画質が低下するという問題があった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、インクジェット記録装置の画質向上を図ることを目的とする。

本実施の形態の液滴吐出装置は、複数のノズルに連通してインクを蓄える複数の圧力室と、各圧力室の弾性壁を形成するように各圧力室にわたって配置された振動板と、振動板を介して、複数の圧力室とそれぞれ対向するように配置された圧力発生素子と、前記複数の圧力室の間に存在する隔壁と対向するように配置される支柱用圧力発生素子と、圧力発生素子を駆動する駆動波形の形状を示す駆動波形データを入力として、ノズル毎に駆動波形を生成する駆動波形生成部と、圧力発生素子を駆動後に、前記支柱用圧力発生素子によって各圧力室内に発生する残留振動を検知する残留振動検知部と、残留振動検知部の検知結果に基づいて、印刷中にノズル毎の駆動波形データを補正する制御部と、を有し、前記駆動波形生成部は、ノズル毎に補正された駆動波形データに基づいて、ノズル毎に駆動波形を生成することを要件とする。

本実施の形態によれば、インクジェット記録装置の画質向上を図ることができる。

実施の形態１に係るインクジェット記録装置を例示する図である。 実施の形態１に係る液滴吐出装置を例示する側面図である。 実施の形態１に係る記録手段を例示する平面図である。 実施の形態１に係るインクジェット記録ヘッドを例示する底面図である。 実施の形態１に係るインクジェット記録ヘッドを例示する斜視図である。 実施の形態１に係る残留振動を示す動作概念図である。 実施の形態１に係る駆動波形印加期間及び残留振動波形発生期間を例示する図である。 実施の形態１に係る減衰振動を例示する図である。 実施の形態１に係る残留振動実測波形とインク粘度との関係を示す図である。 実施の形態１に係る液滴吐出装置を例示するブロック図である。 実施の形態１に係る液滴吐出装置を例示する回路図である。 実施の形態１に係る残留振動波形を例示する図である。 実施の形態１に係る減衰比ζとインク粘度μとの関係を示す図である。 実施の形態１に係る駆動波形を例示する図である。 実施の形態１に係る補正タイミングを例示する図である。 実施の形態１に係る補正タイミングを例示する図である。 実施の形態１に係るインク粘度μと温度Ｔとの関係を示す図である。 実施の形態２に係るインクジェット記録ヘッドを例示する断面図である。 実施の形態２に係る液滴吐出装置を例示するブロック図である。 実施の形態２に係る液滴吐出装置を例示するブロック図である。 実施の形態２に係る液滴吐出装置を例示する回路図である。 実施の形態２に係る制御フローチャートである。 実施の形態３に係る制御フローチャートである。

以下、図面及び表を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

本明細書において、圧力室内のインクを加圧する圧力発生素子として、圧電素子を用いる場合について説明する。

〈第１の実施の形態〉
＜インクジェット記録装置＞
図１は、本実施の形態に係るオンデマンド方式におけるライン走査型のインクジェット記録装置の一例を示す概略構成図である。

図１に示すように、インクジェット記録装置１００は、記録媒体供給部１１１と記録媒体回収部１１２との間に配置され、記録手段１０１、記録手段１０１に対向して設けられるプラテン１０２、乾燥手段１０３、記録媒体搬送装置、等を含む。

連続する記録媒体（ロール紙、連続紙、等とも称される）１１３は、記録媒体供給部１１１から高速で繰り出され、記録媒体回収部１１２により巻き取り回収される。

記録手段１０１は、ノズル（印字ノズル）が印刷幅全域に配置されるライン状のインクジェット記録ヘッドを有する。カラー印刷は、クロ、シアン、マゼンダ、イエローの各色のインクジェット記録ヘッドにより行われる。各インクジェット記録ヘッドのノズル面は、プラテン１０２上に、所定の隙間を保って支持されている。記録手段１０１は、記録媒体搬送装置の搬送速度に同期してインク液滴の吐出を行うことで、記録媒体１１３の印刷面に、カラー画像を形成する。乾燥手段１０３は、記録媒体１１３に印刷されたインクが、他の部分へ付着することを防止するために、インクの乾燥・定着を行う。乾燥手段１０３としては、非接触式の乾燥装置を用いても良いし、接触式の乾燥装置を用いても良い。

記録媒体搬送装置は、記録媒体供給部１１１から供給される記録媒体１１３の幅方向の位置決めを行う規制ガイド１０４、従動ローラ及び駆動ローラで構成され、記録媒体１１３の張力を一定に保つインフィード部１０５、記録媒体１１３の張力に応じて上下し、位置信号を出力するダンサローラ１０６、記録媒体１１３の蛇行を制御するＥＰＣ（Ｅｄｇｅ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）１０７、蛇行量のフィードバックに使用される蛇行量検出器１０８、従動ローラ及び駆動ローラで構成され、記録媒体１１３を設定速度で搬送するために一定速度で回転するアウトフィード部１０９、従動ローラ及び駆動ローラで構成され、記録媒体１１３を装置外に排紙するプラー１１０、等を含む。記録媒体搬送装置は、ダンサローラ１０６の位置検出を行い、インフィード部１０５の回転を制御することで、搬送中の記録媒体１１３の張力を一定に保つ、張力制御型の搬送装置である。

ライン走査型のインクジェット記録装置１００は、スターフラッシング動作、ラインフラッシング動作（例えば、Ａ４用紙境界での空吐出動作）を行うことで、増粘インクを排出する。スターフラッシング動作は、低湿環境、印字デューティの小さい画像では、捨て打ち効果が十分に得られ難いというデメリットがある一方、損紙が発生しないというメリットがある。ラインフラッシング動作は、インク液滴を吐出させた領域を、後に切断する必要があるため、損紙が発生するというデメリットがある一方、強力な捨て打ちができるというメリットがある。

ここで、ヘッドの吐出性能を回復させる制御方法について説明する。印刷中において、圧力室内のインクは、ノズルの開口部を介して外気に触れているため、周囲温湿度の変化、連続駆動による自己発熱、等の影響で、溶媒が蒸発し、粘度が増大してしまう。又、印刷中以外の間において、圧力室内のインクは、ノズルが専用キャップ（保温キャップ）等により覆われることにより保湿されているが、ノズルが覆われている状態が長く続くと、粘度は増大してしまう。この結果、インクの吐出速度がノズル毎に変動し、濃度ムラやスジ、色変化といった異常画像を引き起こす問題がある。更には、インクの増粘が進むと、増粘インクがノズルに詰まり（吐出不良）、画像形成領域にドット抜け（画素の欠損）が生じてしまうという問題がある。従って、ヘッドの吐出性能を回復させるためには、制御部が、印刷中に、フィードバックされた残留振動の検知結果に基づいて、ノズル毎に駆動波形データを補正できることが好ましい。

詳細は後述するが、本実施の形態に係る液滴吐出装置は、印刷中の経時的な液体粘度（インク粘度）の変化を、ノズル毎に検知し、駆動波形データをリアルタイムで補正することができる。その結果、ページ内における異常画像の発生を抑制し、インクジェット記録装置の画質向上を図ることができる。

＜インクジェット記録ヘッドモジュール＞
図２は、インクジェット記録装置１００に搭載されるインクジェット記録ヘッドモジュールの一例を示す概略側面図である。

図２に示すように、インクジェット記録ヘッドモジュール（液滴吐出装置）２００は、駆動制御基板２１０、インクジェット記録ヘッド２２０、ケーブル２３０、等を含む。

駆動制御基板２１０には、制御部２１１、記憶手段２１３、等が搭載される。インクジェット記録ヘッド２２０は、残留振動検知基板２２２、ヘッド駆動ＩＣ基板２２３、インクタンク２２４、剛性プレート２２５、圧電素子接続基板、等を含む。ケーブル２３０は、駆動制御基板側コネクタ２３１及びヘッド側コネクタ２３２と接続され、駆動制御基板２１０と圧電素子接続基板との間のアナログ信号通信、デジタル信号通信を担う。

ライン走査型のインクジェット記録装置１００において、１又は複数のインクジェット記録ヘッド２２０は、記録媒体１１３の搬送方向に対して垂直な方向に並べて配置される。ライン走査型のインクジェット記録ヘッド２２０から記録媒体１１３へとインク液滴を吐出させることで、高速な画像形成が可能となる。なお、本実施の形態に係る液滴吐出装置は、１又は複数のインクジェット記録ヘッドを、記録媒体１１３の搬送方向に対して垂直な方向へ移動させて画像を形成するシリアル走査型のインクジェット記録装置、等にも適用可能である。

図３は、インクジェット記録装置１００に搭載される記録手段１０１におけるヘッド部の一例を示す拡大平面図である。

記録手段１０１は、クロ用ヘッドアレー１０１Ｋ、シアン用ヘッドアレー１０１Ｃ、マゼンダ用ヘッドアレー１０１Ｍ、イエロー用ヘッドアレー１０１Ｙを含み、各色のヘッドアレーは、複数のインクジェット記録ヘッド２２０を含む。クロ用ヘッドアレー１０１Ｋは、クロのインク液滴を吐出し、シアン用ヘッドアレー１０１Ｃは、シアンのインク液滴を吐出し、マゼンダ用ヘッドアレー１０１Ｍは、マゼンダのインク液滴を吐出し、イエロー用ヘッドアレー１０１Ｙは、イエローのインク液滴を吐出する。

各色のヘッドアレー（１０１Ｋ、１０１Ｃ、１０１Ｍ、１０１Ｙ）は、記録媒体１１３の搬送方向に対して平行な方向に配置される。複数のインクジェット記録ヘッド２２０は、記録媒体１１３の搬送方向に対して垂直な方向に、千鳥状に配置される。複数のインクジェット記録ヘッドを千鳥状に配置することにより、印刷領域の幅を広域化できる。

図４は、ヘッド部におけるインクジェット記録ヘッド２２０の拡大底面図である。

インクジェット記録ヘッド２２０は、複数のノズル２０を含み、複数のノズル２０は、記録媒体１１３の搬送方向に対して垂直な方向に、千鳥状に配置される。複数のノズルを千鳥状に配置することにより、印刷領域を高解像度化できる。

なお、本実施の形態では、インクジェット記録ヘッド２２０を、１列につき３個、且つ２列の千鳥状に配置し、ノズル２０を、１列につき３２個、且つ２列の千鳥状に配置する構成を一例として示すが、列の数、各列に配置される個数は、特に限定されるものではない。

＜インクジェット記録ヘッド＞
図５は、インクジェット記録装置１００に搭載されるインクジェット記録ヘッド２２０の一例を示す斜視図である。

図５に示すように、インクジェット記録ヘッド２２０は、ノズルプレート２１、圧力室プレート２２、リストリクタプレート２３、ダイアフラムプレート２４、剛性プレート２２５、圧電素子群２６、等を含む。圧電素子群２６は、支持部材３４、複数の圧電素子３５、圧電素子接続基板３６、圧電素子駆動ＩＣ３７、等を含む。

ノズルプレート２１には、複数のノズル２０が形成され、圧力室プレート２２には、各ノズル２０に対応する圧力室２７が形成される。リストリクタプレート２３には、圧力室２７と共通インク流路２８とを連通し、圧力室２７へのインク流量を制御するリストリクタ２９が形成され、ダイアフラムプレート２４には、振動板（弾性壁）３０及びフィルタ３１が形成される。これらのプレートが、順次重ねられ、位置決めされて接合されることにより流路板が形成される。流路板は、剛性プレート２２５と接合され、フィルタ３１と共通インク流路２８の開口部３２とが対向し、圧電素子群２６は、開口部３２に挿入される。インク導入パイプ３３の上側開口端は、共通インク流路２８に接続され、インク導入パイプ３３の下側開口端は、インクを充填したヘッドタンクに接続される。

支持部材３４の表面には、複数の圧電素子３５が形成され、圧電素子３５の自由端は、振動板３０に接着固定される。圧電素子接続基板３６の表面には、圧電素子駆動ＩＣ３７が形成され、圧電素子３５と圧電素子接続基板３６とは電気的に接続される。圧電素子３５は、駆動波形生成部により生成される駆動波形（例えば、駆動電圧波形）に基づいて、圧電素子駆動ＩＣ３７により制御される。圧電素子駆動ＩＣ３７は、上位コントローラから伝送される画像データ、制御部２１１から出力されるタイミング信号、等に基づいて、制御される。

なお、図５では、図面の簡略化のため、ノズル２０、圧力室２７、リストリクタ２９、圧電素子３５、等を実際より少ない個数で図示している。

＜残留振動の検知＞
図６乃至図１３を用いて、本実施の形態に係る液滴吐出装置における残留振動検知の一例について説明する。

図６は、インクジェット記録ヘッド２２０における圧力室内のインクに発生する残留振動を示す動作概念図である。図６（Ａ）はインク液滴吐出中、図６（Ｂ）はインク液滴吐出後であり、両図により圧力室内に発生する圧力変化が模式的に示されている。

図７は、駆動波形印加期間及び残留振動波形発生期間の一例を示す概略図である。横軸は時間［ｓ］、縦軸は電圧［Ｖ］を示す。駆動波形印加期間は、図６（Ａ）に対応し、残留振動波形発生期間は、図６（Ｂ）に対応する。

図６（Ａ）に示すように、圧電素子３５（具体的には、圧電素子接続基板３６の電極）に、駆動波形生成部２１２より生成される駆動波形が印加されると、圧電素子３５は、伸縮する。圧電素子３５から、振動板３０を介して、圧力室２７内のインクへと伸縮力が働き、圧力室２７内に圧力変化が生じることで、ノズル２０からインク液滴が吐出する。例えば、駆動波形の立ち下げ動作により、圧力室２７内の圧力は低くなり、駆動波形の立ち上げ動作により、圧力室２７内の圧力は高くなる（図７に示す駆動波形印加期間参照）。

図６（Ｂ）に示すように、圧電素子３５に、駆動波形が印加された後（インク液滴吐出後）、圧力室２７内のインクには、残留圧力振動が発生し、圧力室２７内のインクから、振動板３０を介して、圧電素子３５へと残留圧力波が伝播する。残留圧力波の残留振動波形は、減衰振動波形となる（図７に示す残留振動波形発生期間参照）。この結果、圧電素子３５（具体的には、圧電素子接続基板３６の電極）に、残留振動電圧が誘起される。残留振動検知部は、残留振動電圧を検知し、検知結果（例えば、ピーク値で固定された残留振動波形の振幅値をＡＤ変換したデジタル信号）を残留振動検知部の出力として、制御部２１１へと出力する。

このように、本実施の形態に係る液滴吐出装置において、残留振動検知部は、圧電素子の伸縮に基づいて残留振動を検知し、制御部は、残留振動検知部の出力に基づいて、インク粘度を判断する。ここで、残留振動波形は減衰振動であることから、残留振動検知部の出力に基づいてインク粘度を判断するための一手段として、減衰振動の減衰比に着目する。減衰振動の減衰比に着目することで、簡単な回路構成でありながら、制御部が正確にインク粘度を判断することが可能になる。

次に、図８及び図９を用いて、残留振動波形の振幅値から減衰振動の減衰比を算出する過程と、残留振動波形の振幅値とインク粘度との関係について、説明する。

減衰振動の理論式は、ｘを時刻に対する減衰振動変位、ｘ_０を初期変位、ζを減衰比、ω_０を固有振動周波数、ω_ｄを減衰系の固有振動周波数、ｖ_０を初期変化量、ｔを時刻として、［数１］で表せる。

減衰系の固有振動周波数ω_ｄは、［数２］で表せる。

対数減衰率δは、ａ_ｎをｎ番目の振幅値、ａ_ｎ＋ｍをｎ＋ｍ番目の振幅値として、［数３］で表せる。対数減衰率δは、減衰比ζを算出する為に必要なパラメータである。

図８において、Ｔは１周期、ｍＴはｍ周期、ａ_ｎはｎ番目の振幅値、ａ_ｎ＋１はｎ＋１番目の振幅値、ａ_ｎ＋２はｎ＋２番目の振幅値、ａ_ｎ＋ｍはｎ＋ｍ番目の振幅値である（但し、ｎ、ｍは自然数）。

対数減衰率δは、振幅変化の割合を対数化し、ｍで除することにより、１周期分あたりで平均化した値であるため、減衰比ζは、対数減衰率δを用いて、［数４］で表せる。

減衰比ζは、複数周期分の振幅値の減衰率を、１周期分で平均化した情報を有する。

従って、［数１］〜［数４］より、減衰振動の減衰比ζを算出する為には、対数減衰率δを求めれば良く、対数減衰率δを求める為には、少なくとも２箇所の残留振動波形の振幅値を認識すれば足りることがわかる。

ここで、図９に、残留振動実測波形とインク粘度との関係を示す。縦軸は電圧［Ｖ］、横軸は時間［ｓ］、時間軸の０点は駆動波形印加期間から残留振動波形発生期間への切替タイミングを示す。各インク粘度の大小関係は、粘度Ａ＝１とした場合、粘度Ｂ＝１．７、粘度Ｃ＝３と表せる。

図９より、粘度Ａ＝１の残留振動実測波形における振幅値が最も大きく、粘度Ｃ＝３の残留振動実測波形における振幅値が最も小さいことがわかる。

即ち、インク粘度が低い程、減衰振動の振幅は大きく、又減衰振動の減衰比は小さくなり、残留振動実測波形とインク粘度とは相関関係にあることがわかる。

図１０は、本実施の形態に係るインクジェット記録装置に搭載されるインクジェット記録ヘッドモジュールの一例を示すブロック図である。

インクジェット記録ヘッドモジュール２００は、駆動制御基板２１０、インクジェット記録ヘッド２２０、等を含む。駆動制御基板２１０には、制御部２１１、記憶手段２１３、等が搭載される。インクジェット記録ヘッド２２０は、残留振動検知部２４０が搭載される残留振動検知基板２２２、圧電素子駆動ＩＣ３７が搭載される圧電素子接続基板３６、圧電素子３５（圧電素子３５ａ〜３５ｘ）、等を含む。残留振動検知基板２２２には、波形処理回路２５０、切替手段２４１、Ａ／Ｄ変換器２４２、等が搭載される。圧電素子駆動ＩＣ３７には、駆動波形生成部２１２、シリ／パラ変換部３７１、制御部３７２、等が搭載される。波形処理回路２５０は、フィルタ回路２５１、増幅回路２５２、ピークホールド回路２５３、等を含む。

なお、駆動制御基板２１０に搭載される制御部２１１と圧電素子駆動ＩＣ３７に搭載される制御部３７２とは、一部の機能、若しくは全ての機能を、いずれか一方に統一しても良い。又、残留振動検知基板２２２に搭載される一部の機能、若しくは全ての機能を、駆動制御基板２１０に統一しても良い。

制御部２１１は、上位コントローラ（図示せず）から受信した画像データに基づいて、駆動波形データを生成し、圧電素子駆動ＩＣ３７へと出力する。制御部２１１は、シリアル通信により、タイミング制御信号（デジタル信号）を圧電素子駆動ＩＣ３７及び切替手段２４１へと送信し、タイミング制御信号と同期させた切替信号を切替手段２４１へと送信する。制御部２１１は、タイミング制御信号と切替信号とを同期させることで、圧電素子接続基板３６の電極に誘起される残留振動電圧を、残留振動検知基板２２２へ取り込むタイミングを、制御することができる。

又、制御部２１１は、残留振動検知部２４０よりノズル毎にフィードバックされた残留振動検知部２４０の出力（例えば、ピーク値で固定された残留振動波形の振幅値をＡＤ変換したデジタル信号）から、少なくとも２つ以上のデジタル信号を選択し、［数１］〜［数４］を用いて減衰振動の減衰比を算出する。選択される振幅値の数が多い程、減衰比の算出精度は高まる。

更に、制御部２１１は、算出した減衰比と記憶手段２１３に記憶される減衰比データとを比較することで、圧力室内におけるインク粘度を正確に検知する。そして、制御部２１１は、インク粘度に基づいて、ノズル２０毎に、駆動波形データを補正する。これにより、駆動波形生成部２１２が、ノズル２０毎に最適な駆動波形を適用して、圧電素子３５（圧電素子３５ａ〜３５ｘ）を駆動させることが可能になる。

記憶手段２１３は、減衰比データを予め記憶する。

シリ／パラ変換部３７１は、制御部２１１により補正された駆動波形データ（シリアルデータ）を、パラレル信号に変換して、駆動波形生成部２１２及び制御部３７２へと出力する。

制御部３７２は、タイミング制御信号をデシリアライズし、タイミング制御信号に応じた信号を、駆動波形生成部２１２へと出力する。

駆動波形生成部２１２は、駆動波形データ（パラレル信号）をＤ／Ａ変換し、電圧増幅、電流増幅を行って、駆動波形を生成し、圧電素子駆動ＩＣ３７へと出力する。

圧電素子駆動ＩＣ３７は、タイミング制御信号に基づいて、ＯＮ／ＯＦＦ制御され、例えば、ＯＮ（ＯＦＦ）の場合、駆動波形生成部２１２により、ノズル毎に生成される駆動波形を圧電素子３５へ印加（非印加）する（図７に示す駆動波形印加期間参照）。駆動波形の立ち下げ動作、立ち上げ動作に基づいて、圧電素子３５は伸縮し、圧電素子３５の駆動に応じて各ノズルからインク液滴が吐出する。

波形処理回路２５０は、フィルタ回路２５１及び増幅回路２５２により、残留振動波形にフィルタ処理を施して増幅し、ピークホールド回路２５３により、残留振動波形の振幅値のピーク値（例えば、最大値）を認識・抽出してピーク値で固定する。

切替手段２４１は、圧電素子３５と波形処理回路２５０との接続／非接続を切り替える。例えば、圧電素子３５と波形処理回路２５０とが、切替手段２４１により接続されると、圧電素子接続基板３６の電極に誘起される残留振動電圧は、波形処理回路２５０に取り込まれる。

Ａ／Ｄ変換器２４２は、波形処理回路２５０により固定された振幅値（アナログ信号）を、デジタル信号に変換し、制御部２１１へと出力する（フィードバック）。制御部２１１（又は、制御部２２６でも良い）は、フィードバックされた残留振動検知部２４０の出力（検知結果）に基づいて、減衰振動の減衰比を算出することができる。

なお、図１０では、圧電素子３５ａ〜３５ｘの残留振動電圧を、１組の残留振動検知部（切替手段２４１、波形処理回路２５０、Ａ／Ｄ変換器２４２）を用いて順次切り替えて検知する構成としているが、残留振動検知部の構成は、特に限定されるものではない。例えば、全ての圧電素子に対応して、それぞれ、残留振動検知部を形成し、全ての圧力室内のインク粘度を、同時に検知する構成としても良い。又、例えば、圧電素子を、いくつかのグループに分け、グループ毎に残留振動検知部を形成し、グループ毎に順次切り替えて、圧力室内のインク粘度を、検知する構成としても良い。グループ化することにより、回路規模の増大を抑えつつ、同時に検知できるノズルの個数を増やすことができる。

図１１は、本実施の形態に係る残留振動検知部の一例を示す回路図である。

圧電素子駆動ＩＣ３７は、複数のスイッチング素子を含み、圧電素子駆動ＩＣ３７のＯＮ／ＯＦＦは、各圧電素子に対応して形成されるスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦにより制御される。インク液滴吐出後（圧電素子駆動ＩＣ３７がＯＦＦ）、切替手段２４１を介して、圧電素子３５と波形処理回路２５０とが接続されることで、残留振動検知部２４０は、圧電素子３５に誘起される残留振動電圧を検知し、残留振動波形の振幅値を認識できる。

波形処理回路２５０は、微小な残留振動波形を、高インピーダンスのバッファ部で受けることにより、検知回路が残留振動波形に及ぼす悪影響を抑制する。波形処理回路２５０に搭載される抵抗Ｒ１〜Ｒ５、コンデンサＣ１〜Ｃ３、等の受動素子定数は、インクジェット記録ヘッド２２０の特性に起因する固有振動周波数の違いに応じて、制御部２１１により可変制御されることが好ましい。

フィルタ回路２５１は、残留振動波形にフィルタ処理を施す。フィルタ回路２５１は、固有振動周波数を中心周波数として、所定の通過帯域幅を有し、例えば、通過帯域幅の両端から、それぞれ−３ｄＢとなる帯域幅が、通過帯域幅の３倍程度に設定されることが好ましい。これにより、インクジェット記録ヘッド２２０の製造バラツキが原因で生じる固有振動周波数のバラツキを吸収できると共に、高周波ノイズと低周波のノイズとを、効率良く除去することが可能になる。

増幅回路２５２は、フィルタ処理が施された残留振動波形を増幅する（図１２に示す点線参照）。増幅回路２５２において、増幅率は、Ａ／Ｄ変換器２４２の入力可能範囲内で波形が増幅されるように、設定されることが好ましい。

なお、フィルタ回路２５１及び増幅回路２５２は、バンドパスフィルタ増幅型（サレンキ型）で構成されることにより、効率的なノイズ成分の除去及び信号成分の抽出が可能になるが、該構成は、特に限定されるものではない。少なくとも、ハイパス特性及びローパス特性を有するフィルタと、非反転増幅部又は反転増幅部とを組み合わせた回路で構成されていれば良い。

ピークホールド回路２５３は、残留振動波形の振幅値のピーク値を認識・抽出し、該ピーク値で固定する（図１２に示す実線参照）。ピークホールド回路２５３において、抵抗Ｒ６及びコンデンサＣ３の放電時間は、残留振動周期の１／２以下となるように、設定されることが好ましい。ピークホールド回路２５３のリセットは、減衰振動波形の立ち上がりが基準電圧Ｖｒｅｆとクロスするタイミングで、制御部２１１がリセット信号を、スイッチング素子ＳＷ１へと出力することにより行われる。リセットタイミングは、ピークホールド回路２５３が、減衰振動波形の振幅値を認識できるタイミングであれば良く、リセットタイミングを、比較部（図示せず）により検出することも可能である。なお、ピークホールド回路２５３の構成は、図１１に示す構成に限定されるものではなく、少なくとも、残留振動波形の振幅値のピーク値を固定可能な回路で構成されていれば良い。

図１２に、図１１に示す回路を用いて、フィルタ処理が施され、増幅された波形（点線で示す）と、振幅値のピーク値で固定された波形（実線で示す）の一例を示す。

振幅値は、５箇所のピーク値で固定され、それぞれ、第１半波の振幅値を振幅値１、第２半波の振幅値を振幅値２、第３半波の振幅値を振幅値３、第４半波の振幅値を振幅値４、第５半波の振幅値を振幅値５とする。基準電圧Ｖｒｅｆより下側に見られる急峻な波形は、コンデンサＣ３を瞬時に放電したことによるアンダーシュートである。

減衰比ζは、振幅値１〜５の中で、少なくとも２つの振幅値を制御部２１１により選択し、［数３］及び［数４］を用いて、算出することができる。図１２では、上下振幅の上側の振幅値１から振幅値５までを検知した場合の波形を示しているため、４周期分を平均化した減衰比ζを算出することができるが、上下振幅の下側の振幅値を検知して、減衰比ζを算出することも可能である。減衰比ζの算出に、上下振幅の上側の振幅値を利用する場合、波形処理回路２５０には、増幅回路を適用すれば良く、減衰比ζの算出に、上下振幅の上側の振幅値を利用する場合、波形処理回路２５０には、反転増幅回路を適用すれば良い。

なお、制御部２１１は、振幅値の選択を適切に行うことで、減衰比ζの算出精度を高めることが可能である。例えば、制御部２１１は、切替手段のバラつきの影響を受けやすい振幅値１を除いて、振幅値２、振幅値３、振幅値４、振幅値５の中から算出に用いる振幅値を選択しても良い。又、例えば、制御部２１１は、検知誤差が大きくなり易い最も小さな振幅値（例えば、振幅値５）を除いて、振幅値１、振幅値２、振幅値３、振幅値４の中から算出に用いる振幅値を選択しても良い。又、例えば、制御部２１１は、振幅値１及び振幅値５の両方を除いて、振幅値２、振幅値３、振幅値４の中から算出に用いる振幅値を選択しても良い。又、外乱影響やノイズが大きい半波を除いた周期分を平均化した減衰比ζを算出しても良い。

図１３は、図１２に示す振幅値（振幅値１、振幅値２、振幅値３、振幅値４、振幅値５の何れか）を用いて算出した減衰比ζとインク粘度μとの関係を示す図である。

図１３より、インク粘度μが増加する程、減衰振動の減衰比ζは大きくなり、減衰振動の減衰比ζは、インク粘度と相関関係にあることがわかる。

図１４は、駆動波形の一例を示す図である。横軸は時間［ｓ］、縦軸は電圧［Ｖ］を示す。

図１４に示す台形状駆動波形の電圧振幅Ｖｐｐは、液滴吐出速度及び吐出量と比例関係にある。例えば、制御部２１１が、算出した減衰比に基づいて、インク粘度が増加したと判断する場合、液滴吐出速度及び吐出量は、小さくなる。従って、この場合、駆動波形の電圧利得を大きくし、電圧振幅Ｖｐｐを高くすることで、液滴吐出速度及び吐出量を補正できる。

つまり、制御部２１１が判断したインク粘度に対応させて、駆動波形生成部２１２が、インク粘度毎（図１３参照）に、電圧振幅Ｖｐｐの異なる駆動波形を生成し、各圧電素子に駆動波形を印加する。これにより、駆動波形生成部２１２は、最適な駆動波形を、各圧電素子に印加することができる。

なお、制御部２１１は、残留振動検知部２４０の出力を、インク粘度に換算せずに、検知した減衰比が、所定範囲を満たすように、検出と補正とを、随時繰り返しても良い。所定範囲は、特に限定されるものではないが、液滴吐出速度及び吐出量が一定に保たれるような範囲であれば良い。

図１５は、制御部が、駆動波形データを補正するタイミングの一例を説明する図である。

搬送方向（図中矢印参照）に、記録媒体１１３を搬送しながら、記録媒体１１３に画像を形成していく過程で、残留振動検知部２４０が、インク粘度変化を検知した場合について説明する。

この場合、制御部２１１は、インク粘度変化が検知された液滴の次滴から、駆動波形データを補正する。これにより、液滴吐出装置は、ページ内の異常画像の発生を抑制することができる。

図１６は、制御部が、駆動波形データを補正するタイミングの一例を説明する図である。

搬送方向（図中矢印参照）に、記録媒体１１３を搬送しながら、記録媒体１１３に画像を形成していく過程で、あるページ（例えば、ページ１）を印刷中に、残留振動検知部２４０が、インク粘度変化を検知した場合について説明する。

この場合、制御部２１１は、ページ１内では、駆動波形データを補正せずに、ページ１と次ページ（例えば、ページ２）との間の余白部（例えば、ページ間）から、駆動波形データを補正する。これにより、液滴吐出装置は、次ページ以降の異常画像の発生を抑制できる。

図１７は、温度Ｔとインク粘度μとの関係を示す図である。

制御部２１１は、図１３に基づいて、算出した減衰比ζからインク粘度μを算出し、図１７に基づいて、インク粘度μからインク温度Ｔを算出することができる。つまり、制御部２１１は、算出した減衰比ζに基づいて、インク温度を算出することができる。これにより、サーミスタ等を設置しなくても、インク温度を監視することができる。

本実施の形態に係る液滴吐出装置によれば、インク液滴吐出後の、圧力室内のインクに発生する残留振動を有効活用し、制御部が、フィードバックされた残留振動検知部の検知結果に基づいて、インク粘度を判断し、ノズル毎に駆動波形データを補正する。これにより、インクの状態に応じて、最適な駆動波形を各圧電素子に印加することができるため、インクジェット記録装置の画質向上を図ることができる。

〈第２の実施の形態〉
本実施の形態では、インクジェット記録ヘッド２２０に搭載される圧電素子が、第１の実施の形態に係る圧電素子とは異なる場合について、説明する。第２の実施の形態に係る圧電素子は、第１の実施の形態に係る圧電素子と異なり、駆動用圧電素子と支柱用圧電素子とを含む（特許第３９３３５０６号参照）。

図１８は、本実施の形態に係るインクジェット記録ヘッド２２０の一例を示す概略断面図である。

図１８に示すように、圧電素子は、駆動用圧電素子３１１と支柱用圧電素子３１２とを含み、駆動用圧電素子３１１と支柱用圧電素子３１２とは、交互に配置される。駆動用圧電素子３１１は、圧力室２７の開口部に相当する位置に、振動板３０を介して形成される。支柱用圧電素子３１２は、圧力室２７の隔壁に相当する位置に、振動板３０を介して形成される。

図１８に示す構成とすることで、駆動用圧電素子３１１だけでなく、支柱用圧電素子３１２も、残留振動検知に利用することができる。即ち、常時、支柱用圧電素子３１２を、残留振動検知に利用し、吐出に悪影響を及ぼさない場合（圧電素子を駆動させていない場合）は、駆動用圧電素子３１１を、残留振動検知に利用することができる。従って、ライン走査型のインクジェット記録装置１００において、印刷中に、残留振動検知を行うタイミングの自由度を増やし、全てのノズル２０のインク粘度を検知するために要する時間（残留振動検知時間）を、短縮することができる。又、新たにセンサを設ける必要がないため、インクジェット記録ヘッド２２０を比較的簡易な構成とすることができる。

更に、図１８に示す構成とすることで、振動板３０と圧電素子とを接続する際に位置ずれが生じても、圧電素子に生じる特性変動を抑制することができるため、インクジェット記録ヘッド２２０における噴射特性を安定化させることができる。

なお、圧電素子の構成は、図１８に示す構成に、特に限定されるものではなく、少なくとも、支柱用圧電素子３１２が、駆動用圧電素子３１１とは独立して、残留振動検知を行うことができる構成であれば良い。常時、全ての圧電素子を残留振動検知に利用できるように、別のセンサを設ける構成とすることも可能である。別なセンサとしては、例えば、圧力室２７の圧力を検知する圧力センサ、メニスカスの変動を検知する光学式センサ（変位センサ、速度センサ、カメラ）、等が挙げられる。

図１９は、本実施の形態に係るインクジェット記録装置に搭載されるインクジェット記録ヘッドモジュールの一例を示すブロック図である。

図１９に示すように、駆動用圧電素子３１１（駆動用圧電素子３１１ａ〜３１１ｘ）は、圧電素子駆動ＩＣ３７及び切替手段２４１と接続され、圧電素子駆動ＩＣ３７から出力される駆動波形に基づいて制御される。駆動用圧電素子３１１は、駆動している場合は、残留振動検知を行わないように、又、駆動していない場合は、残留振動検知を行うように、圧電素子駆動ＩＣ３７により制御される。

図１９に示すように、支柱用圧電素子３１２（支柱用圧電素子３１２ａ〜３１２ｘ）は、切替手段２４１と接続され、制御部２１１から出力される切替信号に基づいて制御される。従って、支柱用圧電素子３１２は、常時、残留振動検知を行うように、圧電素子駆動ＩＣ３７により制御される。

なお、図１９では、支柱用圧電素子３１２のみならず、駆動用圧電素子３１１によっても残留振動検知を行う構成を示しているが、例えば、図２０に示すように、支柱用圧電素子３１２のみを、残留振動検知に使用する構成とすることも可能である。

図２１は、本実施の形態に係る残留振動検知部の一例を示す回路図である。支柱用圧電素子３１２のみを残留振動検知に使用する構成を採用した場合における（図２０参照）、残留振動検知部の回路図を示している。

図１０と図２１とでは、切替手段２４１を介して、波形処理回路２５０と接続される圧電素子が異なる。図１０では、波形処理回路２５０と駆動用圧電素子とが接続されるが、図２１では、波形処理回路２５０と支柱用圧電素子とが接続される。その他の構成は全て等しいため、詳細な説明は省略する。

図２１において、圧電素子３１２と波形処理回路２５０とは、圧電素子駆動ＩＣ３７から圧電素子３１１へと、駆動波形を印加するタイミングに合わせて、切替手段２４１を介して、接続される。これにより、残留振動検知部２４０は、圧電素子３１２に誘起される残留振動電圧を検知し、残留振動波形の振幅値を認識できる。

＜制御フローチャート＞
図２２は、本実施の形態に係るオンデマンド方式におけるライン走査型のインクジェット記録装置の制御フローチャートの一例を示す図である。図２２に示す制御フローチャートは、制御プログラムに従って、例えば、制御部２１１によって実行される。

ステップＳ１において、制御部２１１は、ノズル毎に対して補正を行うため、ｎ＝１とする。

ステップＳ２において、制御部２１１は、駆動波形生成部２１２を介して、圧電素子３１１（圧電素子３１１ａ〜３１１ｘ）に、印刷用（標準粘度用）の駆動波形を印加する。

ステップＳ３において、制御部２１１は、圧電素子駆動ＩＣ３７を監視し、圧電素子駆動ＩＣ３７がＯＦＦしたか否かを判定する。圧電素子駆動ＩＣ３７がＯＦＦしたと判定される場合（ＹＥＳ）、制御部２１１は、ステップＳ４の処理を行う。圧電素子駆動ＩＣ３７がＯＦＦしていないと判定される場合（ＮＯ）、制御部２１１は、圧電素子駆動ＩＣ３７の監視を継続する（再びステップＳ３の処理を行う）。

ステップＳ４において、制御部２１１は、切替手段２４１を用いて、検出する圧電素子３１２（圧電素子３１２ａ〜３１２ｘ）と波形処理回路２５０とを接続する。

ステップＳ５において、制御部２１１は、残留振動検知による検知結果（振幅値）から減衰比ζｄｅｔを算出する。

ステップＳ６において、制御部２１１は、テーブルを用いて（図１３参照）、減衰比ζｄｅｔとインク粘度μとを、比較する。

ステップＳ７において、制御部２１１は、比較の結果、インク粘度が変化しているか否かを判定する。インク粘度が変化していると判定される場合（ＹＥＳ）、制御部２１１は、ステップＳ８の処理を行う。インク粘度が変化していないと判定される場合（ＮＯ）、制御部２１１は、ステップＳ９の処理を行う。

ステップＳ８において、制御部２１１は、駆動波形データを補正し、駆動波形生成部２１２を介して、圧電素子３１１（圧電素子３１１ａ〜３１１ｘ）に、検知したインク粘度に対応した駆動波形を印加する。

ステップＳ９において、制御部２１１は、駆動波形データを補正せずに、駆動波形生成部２１２を介して、圧電素子３１１（圧電素子３１１ａ〜３１１ｘ）に、標準粘度用の駆動波形を印加する。

ステップＳ１０において、制御部２１１は、ノズルが最終ノズルまで到達したか否かを判定する。ノズルが最終ノズルまで到達したと判定される場合（ＹＥＳ）、制御部２１１は、処理を終了する。ノズルが最終ノズルまで到達していないと判定される場合（ＮＯ）、制御部２１１は、ステップＳ１１の処理を行う。

ステップＳ１０において、制御部２１１は、ｎを＋１して、駆動波形生成部２１２を介して、圧電素子３１１（圧電素子３１１ａ〜３１１ｘ）に、印刷用の駆動波形を印加する（再びステップＳ２の処理を行う）。

〈第３の実施の形態〉
本実施の形態では、支柱用圧電素子３１２を残留振動検知に使用する構成を採用した場合の、第２の実施の形態とは異なる制御フローチャートについて、説明する。図２３は、本実施の形態に係るオンデマンド方式におけるライン走査型のインクジェット記録装置の制御フローチャートの一例を示す図である。図２３に示す制御フローチャートは、制御プログラムに従って、例えば、制御部２１１によって実行される。

ステップＳ１において、制御部２１１は、ノズル毎に対して補正を行うため、ｎ＝１とする。

ステップＳ２において、制御部２１１は、駆動波形生成部２１２を介して、圧電素子３１１（圧電素子３１１ａ〜３１１ｘ）に、印刷用（標準粘度用）の駆動波形を印加する。

ステップＳ３において、制御部２１１は、圧電素子駆動ＩＣ３７を監視し、圧電素子駆動ＩＣ３７がＯＦＦしたか否かを判定する。圧電素子駆動ＩＣ３７がＯＦＦしたと判定される場合（ＹＥＳ）、制御部２１１は、ステップＳ４の処理を行う。圧電素子駆動ＩＣ３７がＯＦＦしていないと判定される場合（ＮＯ）、制御部２１１は、圧電素子駆動ＩＣ３７の監視を継続する（再びステップＳ３の処理を行う）。

ステップＳ４において、制御部２１１は、切替手段２４１を用いて、検出する圧電素子３１２（圧電素子３１２ａ〜３１２ｘ）と波形処理回路２５０とを接続する。

ステップＳ５において、制御部２１１は、残留振動検知による検知結果（振幅値）から減衰比ζｄｅｔを算出する。

ステップＳ６において、制御部２１１は、テーブルを用いて（図１３参照）、減衰比ζｄｅｔとインク粘度μとを、比較する。

ステップＳ７において、制御部２１１は、比較の結果、インク粘度が変化しているか否かを判定する。インク粘度が変化していると判定される場合（ＹＥＳ）、制御部２１１は、ステップＳ８の処理を行う。インク粘度が変化していないと判定される場合（ＮＯ）、制御部２１１は、ステップＳ１１の処理を行う。

ステップＳ８において、制御部２１１は、減衰比ζｄｅｔが、標準粘度の減衰比より大きいか否かを判定する。減衰比ζｄｅｔが、標準粘度の減衰比より大きいと判定される場合（ＹＥＳ）、制御部２１１は、ステップＳ９の処理を行う。
減衰比ζｄｅｔが、標準粘度の減衰比以下であると判定される場合（ＮＯ）、制御部２１１は、ステップＳ１０の処理を行う。

ステップＳ９において、制御部２１１は、駆動波形データを補正し、駆動波形生成部２１２を介して、圧電素子３１１（圧電素子３１１ａ〜３１１ｘ）に、テーブルにおいて高粘度側に、１つずらした駆動波形を印加する。これにより、圧電素子に急激な電圧変化を与えることなく、インク吐出速度及び吐出量を補正することができるため、圧電素子の劣化を防止できる。

ステップＳ１０において、制御部２１１は、駆動波形データを補正し、駆動波形生成部２１２を介して、圧電素子３１１（圧電素子３１１ａ〜３１１ｘ）に、テーブルにおいて低粘度側に、１つずらした駆動波形を印加する。これにより、圧電素子に急激な電圧変化を与えることなく、インク吐出速度及び吐出量を補正することができるため、圧電素子の劣化を防止できる。

ステップＳ１１において、制御部２１１は、駆動波形データを補正せずに、駆動波形生成部２１２を介して、圧電素子３１１（圧電素子３１１ａ〜３１１ｘ）に、標準粘度用の駆動波形を印加する。

ステップＳ１２において、制御部２１１は、ノズルが最終ノズルまで到達したか否かを判定する。ノズルが最終ノズルまで到達したと判定される場合（ＹＥＳ）、制御部２１１は、処理を終了する。ノズルが最終ノズルまで到達していないと判定される場合（ＮＯ）、制御部２１１は、ステップＳ１３の処理を行う。

ステップＳ１３において、制御部２１１は、ｎを＋１して、駆動波形生成部２１２を介して、圧電素子３１１（圧電素子３１１ａ〜３１１ｘ）に、印刷用の駆動波形を印加する（再びステップＳ２の処理を行う）。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の実施形態の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

２０ ノズル
２７ 圧力室
３０ 振動板
３５ 圧電素子（圧力発生素子）
１１３ 記録媒体
２００ インクジェット記録ヘッドモジュール（液滴吐出装置）
２１１ 制御部
２１２ 駆動波形生成部
２４０ 残留振動検知部
３１１ 駆動用圧電素子
３１２ 支柱用圧電素子

特開２００７−９８６９１号公報

Claims (9)

1. 複数のノズルに連通してインクを蓄える複数の圧力室と、
   各圧力室の弾性壁を形成するように各圧力室にわたって配置された振動板と、
   前記振動板を介して、前記複数の圧力室とそれぞれ対向するように配置された圧力発生素子と、
   前記複数の圧力室の間に存在する隔壁と対向するように配置される支柱用圧力発生素子と、
   前記圧力発生素子を駆動する駆動波形の形状を示す駆動波形データを入力として、ノズル毎に駆動波形を生成する駆動波形生成部と、
   前記圧力発生素子を駆動後に、前記支柱用圧力発生素子によって各圧力室内に発生する残留振動を検知する残留振動検知部と、
   前記残留振動検知部の検知結果に基づいて、印刷中にノズル毎の前記駆動波形データを補正する制御部と、
   前記駆動波形生成部は、ノズル毎に補正された駆動波形データに基づいて、ノズル毎に駆動波形を生成する、
   液滴吐出装置。
2. 前記駆動波形データはシリアルデータであって、
   前記駆動波形は、前記シリアルデータから変換されたパラレル信号を、Ｄ／Ａ変換されることで生成される
   請求項１に記載の液滴吐出装置。
3. 前記複数のノズル、前記複数の圧力室、前記振動板、前記複数の圧力発生素子と、前記駆動波形生成部を備える液滴吐出ヘッドを有し、
   前記制御部は、前記液滴吐出ヘッドの前記駆動波形生成部とケーブルを介して接続されている
   請求項１又は２に記載の液滴吐出装置。
4. 前記制御部は、
   液体粘度の変化が検知された液滴の次滴から、前記駆動波形データを補正する、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の液滴吐出装置。
5. 前記制御部は、
   記録媒体の余白部から、前記駆動波形データを補正する、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の液滴吐出装置。
6. 前記残留振動検知部の出力は、残留振動波形の減衰比である、
   請求項１乃至５の何れか一項に記載の液滴吐出装置。
7. 前記制御部は、
   前記減衰比が所定範囲を満たすように、前記駆動波形データを補正する、
   請求項６に記載の液滴吐出装置。
8. 複数のノズルに連通してインクを蓄える複数の圧力室と、各圧力室の弾性壁を形成するように各圧力室にわたって配置された振動板と、前記振動板を介して、前記複数の圧力室とそれぞれ対向するように配置された圧力発生素子と、前記複数の圧力室の間に存在する隔壁と対向するように配置される支柱用圧力発生素子と、前記圧力発生素子を駆動する駆動波形の形状を示す駆動波形データを入力として、ノズル毎に駆動波形を生成する駆動波形生成部と、前記圧力発生素子を駆動後に、前記支柱用圧力発生素子によって各圧力室内に発生する残留振動を検出する残留振動検知部と、を備える液滴吐出装置の液滴吐出方法であって、
   前記残留振動検知部の検知結果に基づいて、印刷中にノズル毎の前記駆動波形データを補正するステップと、
   前記駆動波形生成部において、ノズル毎に補正された駆動波形データに基づいて、ノズル毎に駆動波形を生成するステップと、を有することを特徴とする液滴吐出方法。
9. 複数のノズルに連通してインクを蓄える複数の圧力室と、各圧力室の弾性壁を形成するように各圧力室にわたって配置された振動板と、前記振動板を介して、前記複数の圧力室とそれぞれ対向するように配置された圧力発生素子と、前記複数の圧力室の間に存在する隔壁と対向するように配置される支柱用圧力発生素子と、前記圧力発生素子を駆動する駆動波形の形状を示す駆動波形データを入力として、ノズル毎に駆動波形を生成する駆動波形生成部と、前記圧力発生素子を駆動後に、前記支柱用圧力発生素子によって各圧力室内に発生する残留振動を検出する残留振動検知部と、を備える液滴吐出装置に実行させるプログラムであって、
   前記残留振動検知部の検知結果に基づいて、印刷中にノズル毎の前記駆動波形データを補正する処理と、
   前記駆動波形生成部において、ノズル毎に補正された駆動波形データに基づいて、ノズル毎に駆動波形を生成する処理と、を有することを特徴とする、プログラム。