WO2022085108A1 - 画像形成装置および画像形成ヘッド - Google Patents

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WO2022085108A1
WO2022085108A1 PCT/JP2020/039535 JP2020039535W WO2022085108A1 WO 2022085108 A1 WO2022085108 A1 WO 2022085108A1 JP 2020039535 W JP2020039535 W JP 2020039535W WO 2022085108 A1 WO2022085108 A1 WO 2022085108A1
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piezoelectric element
capacitance
unit
change
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昌宏 仲
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コニカミノルタ株式会社
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    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables

Definitions

  • the present invention relates to an image forming apparatus and an image forming head.
  • an image is formed (recorded) on a recording medium by ejecting ink droplets (image forming material) from a plurality of nozzles provided in an image forming material head, for example, an inkjet head, on a recording medium conveyed by a conveying device.
  • Inkjet image forming apparatus hereinafter referred to as an image forming apparatus
  • the inkjet head is a piezoelectric method that pressurizes the ink in the pressure chamber by changing the volume of the pressure chamber corresponding to the piezoelectric element by driving the piezoelectric element (actor), and ejects ink droplets from a nozzle that communicates with the pressure chamber.
  • the state of the ink droplets largely depends on the capacitance (state) of the piezoelectric element. If the capacitance of the piezoelectric element changes due to the usage state of the inkjet head or changes over time, the amount of ink droplets ejected will change according to the change in capacitance when forming a certain image. As a result, image defects will occur.
  • the capacitance of the piezoelectric element is correlated with the operating time of the image forming apparatus. Therefore, conventionally, the change in the capacitance of the piezoelectric element is indirectly estimated from the operating time. ..
  • other parameters that affect the change in the capacitance of the piezoelectric element for example, the usage environment of the image forming apparatus, the ink type to be applied, the temperature setting, etc.) ) Is not used in the measurement process, so there is a problem that it is difficult to accurately measure the change in the capacitance of the piezoelectric element.
  • conventional methods include a method in which a sensor is provided inside the piezoelectric element to detect changes in impedance inside the piezoelectric element and directly measure changes in the capacitance of the piezoelectric element, or a resonance frequency when ink droplets are ejected from a nozzle.
  • a method of directly measuring a change in the capacitance of a piezoelectric element by detecting a change in the piezoelectric element is known.
  • these measuring methods since it is necessary to provide a sensor in the inkjet head, there is a problem that the configuration of the inkjet head becomes complicated and costly.
  • the inkjet head is switched to a measurement-dedicated system for measurement, that is, the image forming apparatus is stopped for maintenance or the like. After that, it is necessary to take out the inkjet head and measure it. Therefore, the change in the capacitance of the piezoelectric element cannot be measured unless the image forming apparatus is stopped, which leads to a decrease in the operating rate of the image forming apparatus and an increase in the image forming cost (printing cost).
  • An object of the present invention is to provide an image forming apparatus and an image forming head capable of accurately and easily measuring a change in the capacitance of a piezoelectric element.
  • the image forming apparatus is An image forming head having a piezoelectric element provided on the wall surface of a pressure chamber for storing an image forming material, and an image forming head.
  • a charge holding unit that has a predetermined capacitance and can hold a charge
  • Capacitance measurement for supplying a charge held in the charge holding unit to the piezoelectric element and measuring a change in the capacitance of the piezoelectric element based on an embodiment in which the charge is held in the piezoelectric element after the supply. Department and To prepare for.
  • the image forming head according to the present invention is Piezoelectric elements provided on the wall of the pressure chamber that stores the image forming material, A charge holding unit that has a predetermined capacitance and can hold a charge, Capacitance measurement for supplying a charge held in the charge holding unit to the piezoelectric element and measuring a change in the capacitance of the piezoelectric element based on an embodiment in which the charge is held in the piezoelectric element after the supply. Department and To prepare for.
  • the change in the capacitance of the piezoelectric element can be measured accurately and easily.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the schematic structure of the inkjet image forming apparatus. It is a schematic diagram which shows the structure of a head unit. It is a block diagram which shows the main functional composition of an inkjet image forming apparatus. It is a figure explaining the structure of a capacitance measuring part and a piezoelectric element as an equivalent circuit. It is a flowchart which shows the capacitance measurement operation of the inkjet image forming apparatus.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an inkjet image forming apparatus 1.
  • the inkjet image forming apparatus 1 includes a feeding unit 10, an image forming unit 20, a paper ejection unit 30, and a control unit 40 (see FIG. 3).
  • the control unit 40 functions as the "drive signal adjustment unit" of the present invention.
  • the inkjet image forming apparatus 1 (functioning as the "image forming apparatus" of the present invention) conveys the recording medium P stored in the paper feeding unit 10 to the image forming unit 20 under the control of the control unit 40, and conveys the recording medium P to the image forming unit 20. An image is formed on the recording medium P at 20 and the recording medium P on which the image is formed is conveyed to the paper ejection unit 30.
  • the recording medium P in addition to paper such as plain paper and coated paper, various inks landed on the surface such as cloth or sheet-shaped resin (corresponding to the "image forming material" of the present invention) can be fixed. Medium can be used.
  • the paper feed unit 10 has a paper feed tray 11 for storing the recording medium P, and a medium supply unit 12 for transporting and supplying the recording medium P from the paper feed tray 11 to the image forming unit 20.
  • the medium supply unit 12 includes a ring-shaped belt whose inside is supported by two rollers, and the recording medium P is transferred from the paper feed tray 11 by rotating the rollers with the recording medium P placed on the belt. It is conveyed to the image forming unit 20.
  • the image forming unit 20 includes a transport unit 21, a delivery unit 22, a heating unit 23, a head unit 24, a fixing unit 25, a delivery unit 28, and the like.
  • the transport unit 21 holds the recording medium P mounted on the transport surface 211a (mounting surface) of the cylindrical transport drum 211, and the transport drum 211 extends in the X direction (the direction perpendicular to the paper surface in FIG. 1). By rotating around the rotating shaft (cylindrical shaft) and moving around, the recording medium P on the transport drum 211 is transported in the transport direction (Y direction).
  • the transport drum 211 includes a claw portion and an intake portion (not shown) for holding the recording medium P on the transport surface 211a.
  • the recording medium P is held on the transport surface 211a by being attracted to the transport surface 211a by the suction portion while the end portion is pressed by the claw portion.
  • the transport unit 21 is connected to a transport drum motor (not shown) for rotating the transport drum 211.
  • the transfer drum 211 rotates by an angle proportional to the amount of rotation of the transfer drum motor.
  • the delivery unit 22 delivers the recording medium P conveyed by the medium supply unit 12 of the paper feed unit 10 to the transfer unit 21.
  • the delivery unit 22 is provided at a position between the medium supply unit 12 and the transfer unit 21 of the paper feed unit 10, and one end of the recording medium P conveyed from the medium supply unit 12 is held by the swing arm unit 221 and picked up. , Handed over to the transport unit 21 via the delivery drum 222.
  • the heating unit 23 is provided between the arrangement position of the transfer drum 222 and the arrangement position of the head unit 24, and the recording medium P conveyed by the transfer unit 21 has a temperature within a predetermined temperature range. Heat P.
  • the heating unit 23 has, for example, an infrared heater or the like, and energizes the infrared heater based on a control signal supplied from the control unit 40 (see FIG. 3) to generate heat of the infrared heater.
  • the head unit 24 connects the recording medium P to the recording medium P from the nozzle opening provided on the ink ejection surface facing the transport surface 211a of the transport drum 211 at an appropriate timing according to the rotation of the transport drum 211 holding the recording medium P.
  • ink is ejected to form an image.
  • the head unit 24 is arranged so that the ink ejection surface and the transport surface 211a are separated by a predetermined distance.
  • the four head units 24 corresponding to the four color inks of white (W), yellow (Y), magenta (M), cyan (C), and black (K), respectively. are arranged so as to be arranged at predetermined intervals in the order of W, Y, M, C, and K colors from the upstream side of the recording medium P in the transport direction.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the head unit 24. Here, the surface of the head unit 24 facing the transport surface 211a of the transport drum 211 is shown.
  • the head unit 24 includes four inkjet heads 242 (functioning as the "image forming head” of the present invention) attached to the attachment member 244.
  • Each of the inkjet heads 242 is provided with a plurality of image forming elements (recording elements) having a pressure chamber for storing ink, a piezoelectric element provided on the wall surface of the pressure chamber, and a nozzle 243.
  • image forming elements recording elements
  • the pressure chamber is deformed due to the deformation of the piezoelectric element, the pressure in the pressure chamber changes, and ink is ejected from a nozzle communicating with the pressure chamber. ..
  • two nozzle rows consisting of nozzles 243 arranged at equal intervals in a direction intersecting the transport direction of the recording medium P (in the present embodiment, a direction orthogonal to the transport direction, that is, the X direction) are formed.
  • These two nozzle rows are provided so that the arrangement positions of the nozzles 243 are displaced from each other in the X direction by half of the arrangement interval of the nozzles 243 in each nozzle row.
  • the four inkjet heads 242 are arranged in a houndstooth pattern so that the arrangement range of the nozzle rows in the X direction is seamlessly connected.
  • the arrangement range of the nozzle 243 included in the head unit 24 in the X direction covers the width of the region of the recording medium P conveyed by the transfer unit 21 in the X direction where an image is formed, and the head unit 24 has an arrangement range in the X direction.
  • the position is fixed and used with respect to the rotation axis of the transport drum 211 when the image is formed.
  • the head unit 24 has a line head capable of ejecting ink over the image forming width in the X direction with respect to the recording medium P, and the inkjet image forming apparatus 1 is a single-pass type inkjet image forming apparatus. Is.
  • the number of nozzle rows included in the inkjet head 242 may be one or three or more instead of two. Further, the number of inkjet heads 242 included in the head unit 24 may be 3 or less or 5 or more instead of four.
  • the ink ejected from the nozzle 243 of the image forming element contains, for example, a gelling agent, has a property of changing its phase into a gel or sol depending on the temperature, and being cured by irradiating with energy rays such as ultraviolet rays. Gel ink is used.
  • the head unit 24 includes an ink heating unit (not shown) that heats the ink stored in the head unit 24.
  • the ink heating unit operates under the control of the control unit 40 and heats the ink to a sol-like temperature.
  • the inkjet head 242 ejects the heated and sol-like ink.
  • this sol-shaped ink is ejected to the recording medium P, the ink droplets land on the recording medium P and then are naturally cooled so that the ink quickly becomes a gel and solidifies on the recording medium P.
  • the fixing unit 25 has a light emitting unit arranged over the width of the transport unit 21 in the X direction, and irradiates the recording medium P mounted on the transport unit 21 with energy rays such as ultraviolet rays from the light emitting unit. Then, the ink (gel ink) ejected on the recording medium P is cured and fixed.
  • the light emitting portion of the fixing portion 25 is arranged to face the transport surface 211a from the arrangement position of the head unit 24 to the arrangement position of the delivery drum 281 of the delivery unit 28 in the transfer direction.
  • the delivery unit 28 has a cylindrical transfer drum 281 that transfers the recording medium P from the transfer unit 21 to the belt loop 282, and a belt loop 282 having a ring-shaped belt whose inside is supported by two rollers.
  • the recording medium P delivered from the transfer unit 21 onto the belt loop 282 by the transfer drum 281 is conveyed by the belt loop 282 and sent to the paper ejection unit 30.
  • the paper ejection unit 30 has a plate-shaped paper ejection tray 31 on which the recording medium P sent out from the image forming unit 20 by the delivery unit 28 is placed.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a main functional configuration of the inkjet image forming apparatus 1.
  • the inkjet image forming apparatus 1 includes a heating unit 23, a head drive unit 241 and an inkjet head 242, a fixing unit 25, a control unit 40, a transport drive unit 51, an operation display unit 52, an input / output interface 53, and the like. Be prepared.
  • the head drive unit 241 supplies a drive signal for deforming the piezoelectric element according to the image data to the image forming element of the inkjet head 242 at an appropriate timing, so that the pixels of the image data are input from the nozzle 243 of the inkjet head 242.
  • the amount of ink corresponding to the value is ejected.
  • the control unit 40 has a CPU 41 (Central Processing Unit), a RAM 42 (Random Access Memory), a ROM 43 (Read Only Memory), and a storage unit 44.
  • CPU 41 Central Processing Unit
  • RAM 42 Random Access Memory
  • ROM 43 Read Only Memory
  • the CPU 41 reads various control programs and setting data stored in the ROM 43 and stores them in the RAM 42, executes the program, and performs various arithmetic processes. Further, the CPU 41 comprehensively controls the overall operation of the inkjet image forming apparatus 1.
  • the RAM 42 provides a working memory space to the CPU 41 and stores temporary data.
  • the RAM 42 may include a non-volatile memory.
  • the ROM 43 stores various control programs, setting data, etc. executed by the CPU 41.
  • a rewritable non-volatile memory such as an EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) or a flash memory may be used.
  • the storage unit 44 stores a print job (image formation command) input from the external device 2 via the input / output interface 53, image data related to the print job, and the like.
  • the print job includes information related to the type of the recording medium P forming the image (for example, the size and thickness of the recording medium P) in addition to the information specifying the image data related to the image to be formed.
  • an HDD Hard Disk Drive
  • a DRAM Dynamic Random Access Memory
  • the transfer drive unit 51 supplies a drive signal to the transfer drum motor of the transfer drum 211 based on the control signal supplied from the control unit 40, and rotates the transfer drum 211 at a predetermined speed and timing.
  • the transport drive unit 51 supplies a drive signal to the motor for operating the medium supply unit 12, the delivery unit 22 and the delivery unit 28 based on the control signal supplied from the control unit 40, and supplies the drive signal to the recording medium P. Supply to the transport unit 21 and discharge from the transport unit 21.
  • the operation display unit 52 includes a display device such as a liquid crystal display or an organic EL display, and an input device such as an operation key and a touch panel arranged on the screen of the display device.
  • the operation display unit 52 displays various information on the display device, converts the user's input operation to the input device into an operation signal, and outputs it to the control unit 40.
  • the input / output interface 53 mediates the transmission / reception of data between the external device 2 and the control unit 40.
  • the input / output interface 53 is composed of, for example, various serial interfaces, various parallel interfaces, or a combination thereof.
  • the external device 2 is, for example, a personal computer, and supplies print jobs, image data, and the like to the control unit 40 via the input / output interface 53.
  • the state of the ink droplets largely depends on the capacitance (state) of the piezoelectric element.
  • the capacitance of the piezoelectric element changes due to the usage state of the inkjet head 242 or a change over time, the amount of ink droplets ejected changes according to the change in capacitance when forming a certain image. As a result, image defects occur.
  • the capacitance of the piezoelectric element is correlated with the operating time of the inkjet image forming apparatus 1, conventionally, the change in the capacitance of the piezoelectric element is indirectly estimated from the operating time. ing.
  • other parameters that affect the change in the capacitance of the piezoelectric element for example, the usage environment of the inkjet image forming apparatus 1 and the applied ink type). , Temperature setting, etc. is not used in the measurement process, so there is a problem that it is difficult to accurately measure the change in the capacitance of the piezoelectric element.
  • conventional methods include a method in which a sensor is provided inside the piezoelectric element to detect changes in impedance inside the piezoelectric element and directly measure changes in the capacitance of the piezoelectric element, or a resonance frequency when ink droplets are ejected from a nozzle.
  • a method of directly measuring a change in the capacitance of a piezoelectric element by detecting a change in the piezoelectric element is known.
  • these measuring methods since it is necessary to provide a sensor in the inkjet head 242, there is a problem that the configuration of the inkjet head 242 becomes complicated and costly.
  • the inkjet head 242 is switched to a measurement-dedicated system for measurement, that is, an inkjet image forming apparatus for maintenance or the like. It is necessary to take out the inkjet head 242 and measure after stopping 1. Therefore, the change in the capacitance of the piezoelectric element cannot be measured unless the inkjet image forming apparatus 1 is stopped, which leads to a decrease in the operating rate of the inkjet image forming apparatus 1 and an increase in image forming cost (printing cost). It will be.
  • the inkjet image forming apparatus 1 (specifically, the head unit 24) is the electrostatic of the piezoelectric element.
  • a capacitance measuring unit 60 for measuring a change in capacitance is provided.
  • the inkjet head 242 may include a capacitance measuring unit 60.
  • the capacitance measuring unit 60 and the piezoelectric element included in the inkjet head 242 can be considered as an equivalent circuit in which the piezoelectric element is similar to a capacitor.
  • FIG. 4A shows the capacitance measuring unit 60 as an equivalent circuit (basic configuration) at the timing when the image forming process (in other words, the print job execution process) is not executed by the inkjet head 242.
  • the capacitance measuring unit 60 includes a capacitor Cr, a capacitor Cm, a switch SW1, and a switch SW2.
  • the capacitor Cr is a reference capacitor (functioning as a charge holding unit of the present invention) having a predetermined capacitance C1 and capable of holding a charge.
  • the capacitor Cm is connected in parallel with the capacitor Cr and approximates the piezoelectric element as a capacitor.
  • the capacitance C2 of the capacitor Cm has the same value as the capacitance C1 of the capacitor Cr in the initial state, and changes depending on the usage state of the inkjet head 242, changes over time, and the like.
  • the switch SW1 is a switch for switching the connection or non-connection between the capacitor Cr and the capacitor Cm. As shown in FIG. 4A, the switch SW1 is switched off, and the capacitor Cr and the capacitor Cm are not connected.
  • the switch SW2 is a switch for discharging the electric charge held (charged) in the capacitor Cm. As shown in FIG. 4A, the switch SW2 is switched off, and the electric charge held (charged) in the capacitor Cm is not discharged.
  • FIG. 4B shows the capacitance measuring unit 60 and the piezoelectric element (inkjet head 242) at the timing when the image forming process is executed by the inkjet head 242 as an equivalent circuit.
  • the capacitance measuring unit 60 measures the change in the capacitance of the piezoelectric element.
  • the equivalent circuit shown in FIG. 4B differs from the equivalent circuit shown in FIG. 4A in that the power supply V is connected in parallel with the capacitors Cr and Cm.
  • the switch SW3 is a switch for switching the connection or non-connection between the power supply V and the capacitor Cr. As shown in FIG. 4B, the switch SW3 is switched on, and the power supply V and the capacitor Cr are connected. As a result, the reference voltage V1 is applied from the power supply V to the capacitor Cr, and as a result, the capacitor Cr is charged, that is, the electric charge is retained. At this time, the amount of charge Q held in the capacitor Cr can be described by the following equation (1). Then, when the equation (1) is modified, it becomes the equation (2).
  • Q C1 x V1 ... (1)
  • V1 Q / C1 ... (2)
  • the switch SW2 is switched on, and all the electric charges held (charged) in the capacitor Cm are discharged. That is, the potential difference between both ends of the capacitor Cm is 0V.
  • measurement preparation (calibration) is performed before measuring the change in the capacitance of the piezoelectric element.
  • FIG. 4C shows the capacitance measuring unit 60 at the timing when the image forming process is executed by the inkjet head 242 as an equivalent circuit.
  • the capacitance measuring unit 60 measures the change in the capacitance of the piezoelectric element.
  • the equivalent circuit shown in FIG. 4C differs from the equivalent circuit shown in FIG. 4B in that a voltage measuring unit (not shown) for measuring the voltage (potential difference) across the capacitor Cm is connected.
  • the switch SW3 is switched off, and the power supply V and the capacitor Cr are not connected. Further, as shown in FIG. 4C, the switch SW2 is switched off, and the electric charge held (charged) in the capacitor Cm is not discharged.
  • the capacitor Cr and the capacitor Cm are connected to form a closed circuit.
  • the electric charge held in the capacitor Cr is supplied to the capacitor Cm, and the electric charge is held in the capacitors Cr and Cm.
  • the amount of charge Q (total amount) held in the capacitors Cr and Cm can be described by the following equation (3).
  • the equation (3) is modified, it becomes the equation (4).
  • Q (C1 + C2) x V2 ... (3)
  • V2 Q / (C1 + C2) ... (4)
  • V2 is the voltage V2 (potential difference) across the capacitor Cm measured by the voltage measuring unit.
  • the voltage V2 across the capacitor Cm is not 1/2 of the voltage V1 across the charged capacitor Cr. ..
  • the factors that reduce the capacitance C2 of the capacitor Cm are that air is mixed in the ink stored in the pressure chamber in which the piezoelectric element is provided, and that the piezoelectric element reaches the end of its life due to deterioration over time. Conceivable.
  • the factors that increase the capacitance C2 of the capacitor Cm are the decrease in the volume of the pressure chamber in which the piezoelectric element is provided and the state of the ink stored in the pressure chamber (for example, the liquid property with respect to the temperature and the concentration). (Variation) may change.
  • the control unit 40 determines that the voltage V2 across the capacitor Cm decreases or increases by, for example, more than 5.0%, as compared with the case where the capacitance C2 of the capacitor Cm does not change. It is estimated that the inkjet head 242 has deteriorated. Then, the control unit 40 controls the operation display unit 52 to display that the inkjet head 242 has deteriorated.
  • the control unit 40 controls the operation display unit 52 to display that the inkjet head 242 is damaged.
  • the control unit 40 adjusts the drive signal (drive waveform) for deforming the piezoelectric element according to the amount of change in the voltage V2 of the capacitor Cm. Specifically, the control unit 40 receives a drive signal (drive waveform) according to the change amount of the voltage V2 of the capacitor Cm so that the ejection amount of the ink droplet does not change according to the change of the capacitance C2 of the capacitor Cm.
  • FIG. 5 is a flowchart showing an example of capacitance measurement operation of the inkjet image forming apparatus 1. Each process shown in FIG. 5 is executed at the timing when the image forming process is executed by the inkjet head 242 and the ink droplets are not ejected by driving the piezoelectric element.
  • the capacitance measuring unit 60 connects the power supply V and the capacitor Cr to charge the capacitor Cr, and the switch SW2 is switched on to discharge all the charges held (charged) in the capacitor Cm (charge). Step S100, see FIG. 4B).
  • the capacitance measuring unit 60 connects the capacitor Cr and the capacitor Cm to supply the electric charge held in the capacitor Cr to the capacitor Cm (see step S120 and FIG. 4C).
  • control unit 40 outputs a drive signal (drive waveform) that deforms the piezoelectric element according to the amount of change in the voltage V2 of the capacitor Cm as compared with the case where the capacitance C2 of the capacitor Cm does not change. Adjust (step S160). Specifically, the control unit 40 is a capacitor so that the ejection amount of the ink droplet does not change according to the change of the capacitance C2 of the capacitor Cm at the next timing when the ink droplet is ejected by driving the piezoelectric element. Feedback control is performed to increase or decrease the voltage of the drive signal (drive waveform) according to the amount of change in the voltage V2 of Cm.
  • step S160 the inkjet image forming apparatus 1 ends the capacitance measurement operation shown in FIG.
  • the inkjet image forming apparatus 1 (image forming apparatus) has an inkjet head 242 having a piezoelectric element provided on the wall surface of a pressure chamber for storing an ink, and a predetermined capacitance C1.
  • Piezoelectric based on a mode in which a charge holding portion (condenser Cr) capable of holding a charge and a charge held in the charge holding portion are supplied to a piezoelectric element (condenser Cm), and the charge is held in the piezoelectric element after the supply. It is provided with a capacitance measuring unit 60 for measuring a change in the capacitance of the element.
  • the present embodiment configured in this way, after the electric charge is supplied from the charge holding portion (condenser Cr) to the piezoelectric element (condenser Cm) without providing a sensor inside the piezoelectric element as in the prior art.
  • the change in the capacitance of the piezoelectric element is directly measured based on the mode in which the electric charge is held in the piezoelectric element (condenser Cm) (specifically, the amount of electric charge held in the piezoelectric element). Therefore, the change in the capacitance of the piezoelectric element can be measured accurately and easily.
  • the present embodiment it is possible to measure the change in the capacitance of the piezoelectric element by using a simple analog circuit having a capacitor Cr and a piezoelectric element (capacitor Cm). Therefore, it is possible to easily and accurately measure the change in the capacitance of the piezoelectric element without being affected by external influences because the error factor of the measurement system can be removed without installing an unnecessarily high-precision circuit. ..
  • the capacitance measuring unit 60 measures the change in the capacitance of the piezoelectric element at the timing when the image forming process is executed by the inkjet head 242. Then, the drive signal adjustment unit (control unit 40) adjusts the drive signal for deforming and operating the piezoelectric element according to the measured change in capacitance.
  • the amount of ink droplets ejected changes according to the change in the capacitance C2 of the piezoelectric element (capacitor Cm), and eventually the occurrence of image defects occurs in real time. Can be suppressed. Furthermore, it is possible to measure the change in the capacitance of the piezoelectric element without stopping the inkjet image forming apparatus 1, and it is possible to prevent a decrease in the operating rate of the inkjet image forming apparatus 1 and an increase in an image forming cost (printing cost). be able to.
  • the capacitance of the piezoelectric element is based on the amount of charge held in the piezoelectric element (capacitor Cm) after the charge is supplied from the charge holding portion (capacitor Cr) to the piezoelectric element (capacitor Cm).
  • the present invention is not limited to this. For example, based on the time required for a predetermined amount of charge to be held in the piezoelectric element (condenser Cm) after the charge is supplied from the charge holding portion (condenser Cr) to the piezoelectric element (condenser Cm). Changes in capacitance may be measured.
  • the capacitance measuring unit 60 measures the change in the capacitance of the piezoelectric element at the timing when the image forming process is executed by the inkjet head 242 , but the present invention has been described. Not limited to this.
  • the capacitance measuring unit 60 is piezoelectric at a timing when the image forming process is not executed by the inkjet head 242 (for example, when the inkjet image forming apparatus 1 is started, stopped or shut down, or when the image forming process is completed).
  • the change in the capacitance of the element may be measured.
  • the measurement result of the change in capacitance can be used for estimation of deterioration and detection of failure of the inkjet head 242, which can lead to grasping the replacement timing of the inkjet head 242 and improving maintainability.
  • the measurement result of the change in capacitance can be used for adjusting the amplitude of the control signal.
  • the capacitance measuring unit 60 may be provided for each piezoelectric element to be measured, or only one may be provided to measure the capacitance while sequentially switching the piezoelectric elements to be measured. May be.
  • the capacitance measured a plurality of times by the capacitance measuring unit 60 (for example, the average value of the capacitance) is used. Based on this, the change in the capacitance of the piezoelectric element may be measured.
  • AI machine learning learned about the relationship between various temperature conditions and pressure conditions in the pressure chamber and the amount of ink droplets ejected when the capacitance of the piezoelectric element does not change
  • the drive signal that deforms the piezoelectric element may be adjusted according to the measured change in capacitance.
  • the ink droplets respond to the change in capacitance in consideration of the actual temperature and pressure conditions in the pressure chamber.
  • the discharge amount of the ink can be suitably controlled.
  • the single-pass type inkjet image forming apparatus 1 has been described as an example, but the present invention may be applied to an inkjet image forming apparatus that records an image while scanning the head unit. ..
  • the capacitance measuring unit 60 measures the change in the capacitance of the piezoelectric element at the timing when the image forming process is not executed by the inkjet head 242 (for example, the timing when the head unit 24 returns to the scanning start position). May be.
  • the present invention may be applied to an inkjet image forming apparatus provided with a single nozzle in the head unit.
  • the present invention may be applied to an image forming head or an image forming apparatus other than the inkjet head method. In this case, in the image forming head or the image forming apparatus, an image forming material other than ink may be ejected.
  • Inkjet image forming device 2 External device 10 Paper feeding unit 11 Paper feeding tray 12 Media supply unit 20 Image forming unit 21 Transporting unit 211 Transporting drum 211a Transporting surface 22 Delivery unit 23 Heating unit 24 Head unit 241 Head drive unit 242 Inkjet head 243 Nozzle 244 Mounting member 25 Fixing part 28 Delivery part 30 Paper ejection part 31 Paper ejection tray 40 Control unit 41 CPU 42 RAM 43 ROM 44 Storage unit 51 Transport drive unit 52 Operation display unit 53 Input / output interface 60 Capacitance measurement unit Cr, Cm Capacitor P Recording medium

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Abstract

精度良くかつ簡易に圧電素子の静電容量の変化を測定することが可能な画像形成装置および画像形成ヘッドを提供する。画像形成装置は、画像形成材を貯留する圧力室の壁面に設けられた圧電素子を有する画像形成ヘッドと、所定の静電容量を有し、電荷を保持可能な電荷保持部と、電荷保持部に保持される電荷を圧電素子に供給し、その供給後に圧電素子に電荷が保持される態様に基づいて、圧電素子の静電容量の変化を測定する静電容量測定部とを備える。

Description

画像形成装置および画像形成ヘッド
　本発明は、画像形成装置および画像形成ヘッドに関する。
　従来、搬送装置により搬送される記録媒体に対し、画像形成材ヘッド、例えばインクジェットヘッドに設けられた複数のノズルからインク滴（画像形成材）を吐出することにより記録媒体に画像を形成（記録）するインクジェット画像形成装置（以下、画像形成装置という）が知られている。
　インクジェットヘッドには、圧電素子（アクチュエーター）の駆動によって当該圧電素子に対応する圧力室の容積を変化させることで圧力室内のインクを加圧し、圧力室に連通するノズルからインク滴を吐出する圧電方式のヘッドがある（例えば、特許文献１，２を参照）。
特開２００７－３０３６１号公報 特開２００６－２８１７７７号公報
　圧電素子の駆動によってインク滴を吐出するインクジェットヘッドにおいては、当該インク滴の状態は当該圧電素子の静電容量（状態）に大きく依存する。そして、インクジェットヘッドの使用状態や経時変化で圧電素子の静電容量が変化してしまうと、ある画像を形成する際に、静電容量の変化に応じてインク滴の吐出量が変化してしまい、ひいては画像不良が発生してしまう。
　一般的に、圧電素子の静電容量は画像形成装置の稼働時間と相関が認められるため、従来、当該稼働時間により圧電素子の静電容量の変化を間接的に推定することが行われている。しかしながら、画像形成装置の稼働時間による静電容量の推定では、圧電素子の静電容量の変化に影響を与える他のパラメーター（例えば、画像形成装置の使用環境、適用されるインク種、温度設定等）を測定処理に用いていないため、圧電素子の静電容量の変化を精度良く測定することが困難であるという問題があった。
　そこで従来、圧電素子の内部にセンサーを設け、当該内部におけるインピーダンスの変化を検出して圧電素子の静電容量の変化を直接的に測定する方法や、ノズルからインク滴を吐出する際の共振周波数の変化を検出して圧電素子の静電容量の変化を直接的に測定する方法が知られている。しかし、これらの測定方法では、インクジェットヘッドにセンサーを設ける必要があるため、インクジェットヘッドの構成が複雑になりコストがかかるという問題があった。
　さらに言えば、上述した従来の方法で圧電素子の静電容量の変化を直接的に測定するためには、インクジェットヘッドを測定専用のシステムに切り替えて測定する、つまりメンテナンス等で画像形成装置を停止した後にインクジェットヘッドを取り出して測定する必要がある。そのため、画像形成装置を停止させなければ圧電素子の静電容量の変化を測定できず、画像形成装置の稼働率の低下を招き、ひいては画像形成コスト（印刷コスト）の増大を招くこととなる。
　本発明の目的は、精度良くかつ簡易に圧電素子の静電容量の変化を測定することが可能な画像形成装置および画像形成ヘッドを提供することである。
　本発明に係る画像形成装置は、
　画像形成材を貯留する圧力室の壁面に設けられた圧電素子を有する画像形成ヘッドと、
　所定の静電容量を有し、電荷を保持可能な電荷保持部と、
　前記電荷保持部に保持される電荷を前記圧電素子に供給し、その供給後に前記圧電素子に電荷が保持される態様に基づいて、前記圧電素子の静電容量の変化を測定する静電容量測定部と、
　を備える。
　本発明に係る画像形成ヘッドは、
　画像形成材を貯留する圧力室の壁面に設けられた圧電素子と、
　所定の静電容量を有し、電荷を保持可能な電荷保持部と、
　前記電荷保持部に保持される電荷を前記圧電素子に供給し、その供給後に前記圧電素子に電荷が保持される態様に基づいて、前記圧電素子の静電容量の変化を測定する静電容量測定部と、
　を備える。
　本発明によれば、精度良くかつ簡易に圧電素子の静電容量の変化を測定することができる。
インクジェット画像形成装置の概略構成を示す図である。 ヘッドユニットの構成を示す模式図である。 インクジェット画像形成装置の主要な機能構成を示すブロック図である。 静電容量測定部および圧電素子の構成を等価回路として説明する図である。 インクジェット画像形成装置の静電容量測定動作を示すフローチャートである。
　図１は、インクジェット画像形成装置１の概略構成を示す図である。インクジェット画像形成装置１は、給紙部１０と、画像形成部２０と、排紙部３０と、制御部４０（図３を参照）とを備える。なお、制御部４０は、本発明の「駆動信号調整部」として機能する。
　インクジェット画像形成装置１（本発明の「画像形成装置」として機能）は、制御部４０による制御下で、給紙部１０に格納された記録媒体Ｐを画像形成部２０に搬送し、画像形成部２０で記録媒体Ｐに画像を形成し、画像が形成された記録媒体Ｐを排紙部３０に搬送する。記録媒体Ｐとしては、普通紙や塗工紙といった紙のほか、布帛またはシート状の樹脂等、表面に着弾したインク（本発明の「画像形成材」に対応）を定着させることが可能な種々の媒体を用いることができる。
　給紙部１０は、記録媒体Ｐを格納する給紙トレイ１１と、給紙トレイ１１から画像形成部２０に記録媒体Ｐを搬送して供給する媒体供給部１２とを有する。媒体供給部１２は、内側が２本のローラーにより支持された輪状のベルトを備え、このベルト上に記録媒体Ｐを載置した状態でローラーを回転させることで記録媒体Ｐを給紙トレイ１１から画像形成部２０へ搬送する。
　画像形成部２０は、搬送部２１と、受け渡しユニット２２と、加熱部２３と、ヘッドユニット２４と、定着部２５と、デリバリー部２８などを有する。
　搬送部２１は、円筒状の搬送ドラム２１１の搬送面２１１ａ（載置面）の上に載置された記録媒体Ｐを保持し、搬送ドラム２１１がＸ方向（図１の紙面垂直方向）に延びた回転軸（円筒軸）を中心に回転して周回移動することで当該搬送ドラム２１１上の記録媒体Ｐを搬送方向（Ｙ方向）に搬送する搬送動作を行う。
　搬送ドラム２１１は、その搬送面２１１ａ上で記録媒体Ｐを保持するための図示しない爪部および吸気部を備える。記録媒体Ｐは、爪部により端部が押さえられ、かつ吸気部により搬送面２１１ａに吸い寄せられることで搬送面２１１ａに保持される。搬送部２１は、搬送ドラム２１１を回転させるための搬送ドラムモーター（図示せず）に接続されている。搬送ドラム２１１は、搬送ドラムモーターの回転量に比例した角度だけ回転する。
　受け渡しユニット２２は、給紙部１０の媒体供給部１２により搬送された記録媒体Ｐを搬送部２１に引き渡す。受け渡しユニット２２は、給紙部１０の媒体供給部１２と搬送部２１との間の位置に設けられ、媒体供給部１２から搬送された記録媒体Ｐの一端をスイングアーム部２２１で保持して取り上げ、受け渡しドラム２２２を介して搬送部２１に引き渡す。
　加熱部２３は、受け渡しドラム２２２の配置位置とヘッドユニット２４の配置位置との間に設けられ、搬送部２１により搬送される記録媒体Ｐが所定の温度範囲内の温度となるように当該記録媒体Ｐを加熱する。加熱部２３は、例えば、赤外線ヒーター等を有し、制御部４０（図３を参照）から供給される制御信号に基づいて赤外線ヒーターに通電して当該赤外線ヒーターを発熱させる。
　ヘッドユニット２４は、記録媒体Ｐが保持された搬送ドラム２１１の回転に応じた適切なタイミングで、搬送ドラム２１１の搬送面２１１ａに対向するインク吐出面に設けられたノズル開口部から記録媒体Ｐに対してインクを吐出して画像を形成する。ヘッドユニット２４は、インク吐出面と搬送面２１１ａとが所定の距離だけ離隔されるように配置される。
　本実施の形態におけるインクジェット画像形成装置１では、ホワイト（Ｗ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色のインクにそれぞれ対応する４つのヘッドユニット２４が記録媒体Ｐの搬送方向上流側からＷ，Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの色の順に所定の間隔で並ぶように配列されている。
　図２は、ヘッドユニット２４の構成を示す模式図である。ここでは、ヘッドユニット２４のうち搬送ドラム２１１の搬送面２１１ａと対向する面が示されている。
　ヘッドユニット２４は、取り付け部材２４４に取り付けられた４つのインクジェットヘッド２４２（本発明の「画像形成ヘッド」として機能）を備える。インクジェットヘッド２４２の各々には、インクを貯留する圧力室と、圧力室の壁面に設けられた圧電素子と、ノズル２４３とを各々有する複数の画像形成素子（記録素子）が設けられている。この画像形成素子は、圧電素子を変形動作させる駆動信号が入力されると、圧電素子の変形により圧力室が変形して圧力室内の圧力が変化し、圧力室に連通するノズルからインクを吐出する。
　インクジェットヘッド２４２では、記録媒体Ｐの搬送方向と交差する方向（本実施の形態では、搬送方向と直交する方向、すなわちＸ方向）に等間隔に配列されたノズル２４３からなる２つのノズル列が形成されている。これら２つのノズル列は、ノズル２４３の配置位置が、各ノズル列におけるノズル２４３の配置間隔の２分の１だけＸ方向について互いにずれるように設けられている。
　４つのインクジェットヘッド２４２は、ノズル列のＸ方向についての配置範囲が切れ目なく繋がるように千鳥格子状に配置されている。ヘッドユニット２４に含まれるノズル２４３のＸ方向についての配置範囲は、搬送部２１により搬送される記録媒体Ｐのうち画像が形成される領域のＸ方向の幅をカバーしており、ヘッドユニット２４の位置は、画像の形成時には搬送ドラム２１１の回転軸に対して固定されて用いられる。すなわち、ヘッドユニット２４は、記録媒体Ｐに対するＸ方向についての画像形成可能幅に亘ってインクを吐出可能なラインヘッドを有しており、インクジェット画像形成装置１は、シングルパス形式のインクジェット画像形成装置である。
　なお、インクジェットヘッド２４２が有するノズル列の数は、２つではなく、１つまたは３つ以上であっても良い。また、ヘッドユニット２４が有するインクジェットヘッド２４２の数は、４つでなく、３つ以下または５つ以上であっても良い。
　画像形成素子のノズル２４３から吐出されるインクとしては例えば、ゲル化剤を含有して、温度によってゲル状またはゾル状に相変化し、紫外線等のエネルギー線を照射することにより硬化する性質を有するゲルインクが用いられる。
　ヘッドユニット２４は、ヘッドユニット２４内に貯留されるインクを加熱するインク加熱部（図示せず）を備える。インク加熱部は、制御部４０による制御下で動作し、ゾル状となる温度にインクを加熱する。
　インクジェットヘッド２４２は、加熱されてゾル状となったインクを吐出する。このゾル状のインクが記録媒体Ｐに吐出されると、インク滴が記録媒体Ｐに着弾した後、自然冷却されることで速やかにインクがゲル状となって記録媒体Ｐ上で凝固する。
　定着部２５は、搬送部２１のＸ方向の幅に亘って配置された発光部を有し、搬送部２１に載置された記録媒体Ｐに対して当該発光部から紫外線等のエネルギー線を照射して記録媒体Ｐ上に吐出されたインク（ゲルインク）を硬化させて定着させる。定着部２５の発光部は、搬送方向についてヘッドユニット２４の配置位置からデリバリー部２８の受け渡しドラム２８１の配置位置までの間において搬送面２１１ａと対向して配置される。
　デリバリー部２８は、記録媒体Ｐを搬送部２１からベルトループ２８２に受け渡す円筒状の受け渡しドラム２８１と、内側が２本のローラーにより支持された輪状のベルトを有するベルトループ２８２とを有し、受け渡しドラム２８１により搬送部２１からベルトループ２８２上に受け渡された記録媒体Ｐをベルトループ２８２により搬送して排紙部３０に送出する。
　排紙部３０は、デリバリー部２８により画像形成部２０から送り出された記録媒体Ｐが載置される板状の排紙トレイ３１を有する。
　図３は、インクジェット画像形成装置１の主要な機能構成を示すブロック図である。インクジェット画像形成装置１は、加熱部２３と、ヘッド駆動部２４１およびインクジェットヘッド２４２と、定着部２５と、制御部４０と、搬送駆動部５１と、操作表示部５２と、入出力インターフェース５３などを備える。
　ヘッド駆動部２４１は、インクジェットヘッド２４２の画像形成素子に対して適切なタイミングで画像データに応じて圧電素子を変形動作させる駆動信号を供給することにより、インクジェットヘッド２４２のノズル２４３から画像データの画素値に応じた量のインクを吐出させる。
　制御部４０は、ＣＰＵ４１（Central Processing Unit）、ＲＡＭ４２（Random Access Memory）、ＲＯＭ４３（Read Only Memory）および記憶部４４を有する。
　ＣＰＵ４１は、ＲＯＭ４３に記憶された各種制御用のプログラムや設定データを読み出してＲＡＭ４２に記憶させ、当該プログラムを実行して各種演算処理を行う。また、ＣＰＵ４１は、インクジェット画像形成装置１の全体動作を統括制御する。
　ＲＡＭ４２は、ＣＰＵ４１に作業用のメモリー空間を提供し、一時データを記憶する。ＲＡＭ４２は、不揮発性メモリーを含んでも良い。
　ＲＯＭ４３は、ＣＰＵ４１により実行される各種制御用のプログラムや設定データ等を格納する。なお、ＲＯＭ４３に代えてＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）やフラッシュメモリー等の書き換え可能な不揮発性メモリーが用いられても良い。
　記憶部４４には、入出力インターフェース５３を介して外部装置２から入力された印刷ジョブ（画像形成命令）および当該印刷ジョブに係る画像データなどが記憶される。このうち印刷ジョブには、形成する画像に係る画像データを指定する情報の他、画像を形成する記録媒体Ｐの種別に係る情報（例えば、記録媒体Ｐの大きさおよび厚さ）が含まれる。記憶部４４としては、例えばＨＤＤ（Hard Disk Drive）が用いられ、また、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などが併用されても良い。
　搬送駆動部５１は、制御部４０から供給される制御信号に基づいて搬送ドラム２１１の搬送ドラムモーターに駆動信号を供給して搬送ドラム２１１を所定の速度およびタイミングで回転させる。
　また、搬送駆動部５１は、制御部４０から供給される制御信号に基づいて媒体供給部１２、受け渡しユニット２２およびデリバリー部２８を動作させるためのモーターに駆動信号を供給して、記録媒体Ｐの搬送部２１への供給および搬送部２１からの排出を行わせる。
　操作表示部５２は、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイといった表示装置と、操作キーや、表示装置の画面に重ねられて配置されたタッチパネルといった入力装置とを備える。操作表示部５２は、表示装置において各種情報を表示させ、また入力装置に対するユーザーの入力操作を操作信号に変換して制御部４０に出力する。
　入出力インターフェース５３は、外部装置２と制御部４０との間のデータの送受信を媒介する。入出力インターフェース５３は、例えば各種シリアルインターフェース、各種パラレルインターフェースの何れかまたはこれらの組み合わせで構成される。
　外部装置２は、例えばパーソナルコンピューターであり、入出力インターフェース５３を介してプリントジョブおよび画像データ等を制御部４０に供給する。
　ところで、圧電素子の駆動によってインク滴を吐出するインクジェットヘッド２４２においては、当該インク滴の状態は当該圧電素子の静電容量（状態）に大きく依存する。そして、インクジェットヘッド２４２の使用状態や経時変化で圧電素子の静電容量が変化してしまうと、ある画像を形成する際に、静電容量の変化に応じてインク滴の吐出量が変化してしまい、ひいては画像不良が発生してしまう。
　一般的に、圧電素子の静電容量はインクジェット画像形成装置１の稼働時間と相関が認められるため、従来、当該稼働時間により圧電素子の静電容量の変化を間接的に推定することが行われている。しかしながら、インクジェット画像形成装置１の稼働時間による静電容量の推定では、圧電素子の静電容量の変化に影響を与える他のパラメーター（例えば、インクジェット画像形成装置１の使用環境、適用されるインク種、温度設定等）を測定処理に用いていないため、圧電素子の静電容量の変化を精度良く測定することが困難であるという問題があった。
　そこで従来、圧電素子の内部にセンサーを設け、当該内部におけるインピーダンスの変化を検出して圧電素子の静電容量の変化を直接的に測定する方法や、ノズルからインク滴を吐出する際の共振周波数の変化を検出して圧電素子の静電容量の変化を直接的に測定する方法が知られている。しかし、これらの測定方法では、インクジェットヘッド２４２にセンサーを設ける必要があるため、インクジェットヘッド２４２の構成が複雑になりコストがかかるという問題があった。
　さらに言えば、上述した従来の方法で圧電素子の静電容量の変化を直接的に測定するためには、インクジェットヘッド２４２を測定専用のシステムに切り替えて測定する、つまりメンテナンス等でインクジェット画像形成装置１を停止した後にインクジェットヘッド２４２を取り出して測定する必要がある。そのため、インクジェット画像形成装置１を停止させなければ圧電素子の静電容量の変化を測定できず、インクジェット画像形成装置１の稼働率の低下を招き、ひいては画像形成コスト（印刷コスト）の増大を招くこととなる。
　そこで本実施の形態では、精度良くかつ簡易に圧電素子の静電容量の変化を測定することを目的として、インクジェット画像形成装置１（具体的には、ヘッドユニット２４）は、圧電素子の静電容量の変化を測定する静電容量測定部６０を備える。なお、インクジェットヘッド２４２が静電容量測定部６０を備えても良い。
　次に、図４を参照し、静電容量測定部６０および圧電素子の構成について説明する。図４に示すように、静電容量測定部６０と、インクジェットヘッド２４２が有する圧電素子とは、当該圧電素子をコンデンサと近似した等価回路として考えることができる。
　図４Ａは、インクジェットヘッド２４２により画像形成処理（言い換えると、印刷ジョブの実行処理）が実行されないタイミングにおける静電容量測定部６０を等価回路（基本構成）として示している。
　静電容量測定部６０は、コンデンサＣｒと、コンデンサＣｍと、スイッチＳＷ１と、スイッチＳＷ２とを含む。
　コンデンサＣｒは、所定の静電容量Ｃ１を有し、電荷を保持可能な基準コンデンサ（本発明の電荷保持部として機能）である。
　コンデンサＣｍは、コンデンサＣｒと並列に接続され、圧電素子をコンデンサとして近似したものである。コンデンサＣｍの静電容量Ｃ２は、初期状態ではコンデンサＣｒの静電容量Ｃ１と同じ値を有し、インクジェットヘッド２４２の使用状態や経時変化等によって変化する。
　スイッチＳＷ１は、コンデンサＣｒとコンデンサＣｍとの接続または非接続を切り替えるためのスイッチである。図４Ａに示すように、スイッチＳＷ１はオフに切り替えられ、コンデンサＣｒとコンデンサＣｍとは非接続となっている。
　スイッチＳＷ２は、コンデンサＣｍに保持（充電）されている電荷を放電するためのスイッチである。図４Ａに示すように、スイッチＳＷ２はオフに切り替えられ、コンデンサＣｍに保持（充電）されている電荷は放電されない状態となっている。
　図４Ｂは、インクジェットヘッド２４２により画像形成処理が実行されるタイミングにおける静電容量測定部６０および圧電素子（インクジェットヘッド２４２）を等価回路として示している。画像形成処理が実行されるタイミングにおいて、静電容量測定部６０は、圧電素子の静電容量の変化を測定する。
　図４Ｂに示す等価回路は、図４Ａに示す等価回路と異なる点として、コンデンサＣｒ，Ｃｍと並列に電源Ｖが接続される。
　スイッチＳＷ３は、電源ＶとコンデンサＣｒとの接続または非接続を切り替えるためのスイッチである。図４Ｂに示すように、スイッチＳＷ３はオンに切り替えられ、電源ＶとコンデンサＣｒとは接続されている。これにより、電源ＶからコンデンサＣｒに基準電圧Ｖ１が印可される結果、コンデンサＣｒは充電される、すなわち電荷が保持される。このとき、コンデンサＣｒに保持される電荷量Ｑは、以下の式（１）で記述することができる。そして、式（１）を変形すると式（２）となる。
　Ｑ＝Ｃ１×Ｖ１・・・（１）
　Ｖ１＝Ｑ／Ｃ１・・・（２）
　図４Ｂに示すように、スイッチＳＷ２はオンに切り替えられ、コンデンサＣｍに保持（充電）されている電荷は全て放電される。すなわち、コンデンサＣｍの両端の電位差は０Ｖとなる。これにより、圧電素子の静電容量の変化を測定する前の測定準備（キャリブレーション）が行われる。
　図４Ｃは、インクジェットヘッド２４２により画像形成処理が実行されるタイミングにおける静電容量測定部６０を等価回路として示している。画像形成処理が実行されるタイミングにおいて、図４Ｂを参照して説明した測定準備（キャリブレーション）の後に、静電容量測定部６０は、圧電素子の静電容量の変化を測定する。
　図４Ｃに示す等価回路は、図４Ｂに示す等価回路と異なる点として、コンデンサＣｍの両端の電圧（電位差）を測定する電圧測定部（図示せず）が接続される。
　図４Ｃに示すように、スイッチＳＷ３はオフに切り替えられ、電源ＶとコンデンサＣｒとは接続されていない。また、図４Ｃに示すように、スイッチＳＷ２はオフに切り替えられ、コンデンサＣｍに保持（充電）されている電荷は放電されない状態となっている。
　これにより、コンデンサＣｒとコンデンサＣｍとが接続されて閉回路が形成される。その結果、コンデンサＣｒに保持されている電荷は、コンデンサＣｍに供給され、コンデンサＣｒ，Ｃｍに電荷が保持される状態となる。このとき、コンデンサＣｒ，Ｃｍに保持される電荷量Ｑ（合計量）は、以下の式（３）で記述することができる。そして、式（３）を変形すると式（４）となる。
　Ｑ＝（Ｃ１＋Ｃ２）×Ｖ２・・・（３）
　Ｖ２＝Ｑ／（Ｃ１＋Ｃ２）・・・（４）
　ここで、Ｖ２は、電圧測定部により測定されたコンデンサＣｍの両端の電圧Ｖ２（電位差）である。
　仮にコンデンサＣｒの静電容量Ｃ１と、コンデンサＣｍの静電容量Ｃ２とが等しい場合（すなわち、コンデンサＣｍの静電容量Ｃ２が変化していない場合）、コンデンサＣｍの両端の電圧Ｖ２（＝Ｑ／（Ｃ１＋Ｃ１））は、電源Ｖから基準電圧Ｖ１が印可されて充電されたコンデンサＣｒの両端の電圧Ｖ１（＝Ｑ／Ｃ１）の１／２となる。一方、コンデンサＣｒの静電容量Ｃ１と、コンデンサＣｍの静電容量Ｃ２とが等しくない場合、コンデンサＣｍの両端の電圧Ｖ２は、充電されたコンデンサＣｒの両端の電圧Ｖ１の１／２とはならない。
　例えば、コンデンサＣｍの静電容量Ｃ２が初期状態（＝コンデンサＣｒの静電容量Ｃ１）と比べて２０％減少した場合、コンデンサＣｍの両端の電圧Ｖ２は、Ｑ／（Ｃ１＋０．８×Ｃ１）＝Ｑ／（１．８×Ｃ１）となり、静電容量Ｃ２が変化していないときと比べて、５．５％（＝１／１．８－１／２）増加する。なお、コンデンサＣｍの静電容量Ｃ２が減少する要因としては、圧電素子が設けられる圧力室に貯留されるインクにエアが混入することや、経時的な劣化により圧電素子が寿命に達することなどが考えられる。
　また、コンデンサＣｍの静電容量Ｃ２が初期状態（＝コンデンサＣｒの静電容量Ｃ１）と比べて２０％増加した場合、コンデンサＣｍの両端の電圧Ｖ２は、Ｑ／（Ｃ１＋１．２×Ｃ１）＝Ｑ／（２．２×Ｃ１）となり、静電容量Ｃ２が変化していないときと比べて、５．５％（＝１／２－１／２．２）減少する。なお、コンデンサＣｍの静電容量Ｃ２が増大する要因としては、圧電素子が設けられる圧力室の体積が減少することや、圧力室に貯留されるインクの状態（例えば、温度に対する液性、濃度のばらつき）が変化することなどが考えられる。
　本実施の形態では、制御部４０は、コンデンサＣｍの静電容量Ｃ２が変化していないときと比べて、コンデンサＣｍの両端の電圧Ｖ２が例えば５．０％を超えて減少または増加した場合、インクジェットヘッド２４２が劣化していると推定する。そして、制御部４０は、操作表示部５２を制御し、インクジェットヘッド２４２が劣化している旨を表示させる。
　また、制御部４０は、コンデンサＣｍの両端の電圧Ｖ２が測定できない場合（例えば、圧電素子の電極板のショートによって電圧Ｖ２が０Ｖとなる場合や、圧電素子の電極板の断線によって電圧Ｖ２が電圧Ｖ１と同じになる場合）、インクジェットヘッド２４２が破損していると推定する。そして、制御部４０は、操作表示部５２を制御し、インクジェットヘッド２４２が破損している旨を表示させる。
　本実施の形態では、制御部４０は、コンデンサＣｍの静電容量Ｃ２が変化していないときと比べて、コンデンサＣｍの両端の電圧Ｖ２が例えば５．０％を超えて減少または増加していない場合、インクジェットヘッド２４２が劣化していないと推定する。そして、制御部４０は、コンデンサＣｍの電圧Ｖ２の変化量に応じて、圧電素子を変形動作させる駆動信号（駆動波形）を調整する。具体的には、制御部４０は、コンデンサＣｍの静電容量Ｃ２の変化に応じてインク滴の吐出量が変化しないように、コンデンサＣｍの電圧Ｖ２の変化量に応じて、駆動信号（駆動波形）の電圧を増減するフィードバック制御を行う。これにより、コンデンサＣｍの静電容量Ｃ２の変化に応じてインク滴の吐出量が変化することを抑制することができ、画像不良の発生を抑制することができる。
　次に、インクジェット画像形成装置１の静電容量測定動作について説明する。図５は、インクジェット画像形成装置１の静電容量測定動作例を示すフローチャートである。図５に示す各処理は、インクジェットヘッド２４２により画像形成処理が実行されるタイミングのうち、圧電素子の駆動によってインク滴が吐出されないタイミングにおいて実行される。
　まず、静電容量測定部６０は、電源ＶとコンデンサＣｒとを接続してコンデンサＣｒを充電するとともに、スイッチＳＷ２はオンに切り替えてコンデンサＣｍに保持（充電）されている電荷を全て放電させる（ステップＳ１００、図４Ｂを参照）。
　次に、静電容量測定部６０は、コンデンサＣｒとコンデンサＣｍとを接続してコンデンサＣｒに保持されている電荷をコンデンサＣｍに供給させる（ステップＳ１２０、図４Ｃを参照）。
　次に、制御部４０は、電圧測定部により測定されたコンデンサＣｍの両端の電圧Ｖ２を取得する（ステップＳ１４０）。制御部４０は、取得したコンデンサＣｍの両端の電圧Ｖ２を参照することにより、コンデンサＣｍの静電容量Ｃ２が初期状態（＝コンデンサＣｒの静電容量Ｃ１）と比べて減少または増加したか否かについて把握することができる。
　最後に、制御部４０は、コンデンサＣｍの静電容量Ｃ２が変化していないときと比べた、コンデンサＣｍの電圧Ｖ２の変化量に応じて、圧電素子を変形動作させる駆動信号（駆動波形）を調整する（ステップＳ１６０）。具体的には、制御部４０は、圧電素子の駆動によってインク滴が吐出される次のタイミングにおいて、コンデンサＣｍの静電容量Ｃ２の変化に応じてインク滴の吐出量が変化しないように、コンデンサＣｍの電圧Ｖ２の変化量に応じて、駆動信号（駆動波形）の電圧を増減するフィードバック制御を行う。これにより、コンデンサＣｍの静電容量Ｃ２の変化に応じてインク滴の吐出量が変化することが抑制することができ、画像不良の発生を抑制することができる。ステップＳ１６０の処理が完了することによって、インクジェット画像形成装置１は、図５に示す静電容量測定動作を終了する。
　以上詳しく説明したように、インクジェット画像形成装置１（画像形成装置）は、インクを貯留する圧力室の壁面に設けられた圧電素子を有するインクジェットヘッド２４２と、所定の静電容量Ｃ１を有し、電荷を保持可能な電荷保持部（コンデンサＣｒ）と、電荷保持部に保持される電荷を圧電素子（コンデンサＣｍ）に供給し、その供給後に圧電素子に電荷が保持される態様に基づいて、圧電素子の静電容量の変化を測定する静電容量測定部６０とを備える。
　このように構成した本実施の形態によれば、従来技術のように圧電素子の内部にセンサーを設けることなく、電荷保持部（コンデンサＣｒ）から圧電素子（コンデンサＣｍ）に電荷が供給された後に圧電素子（コンデンサＣｍ）に電荷が保持される態様（具体的には、圧電素子に保持される電荷量）に基づいて、圧電素子の静電容量の変化が直接的に測定される。そのため、精度良くかつ簡易に圧電素子の静電容量の変化を測定することができる。
　特に、本実施の形態では、コンデンサＣｒと圧電素子（コンデンサＣｍ）とを有する簡易なアナログ回路を用いて圧電素子の静電容量の変化を測定することができる。そのため、不必要に高精度な回路を装備することなく、測定系の誤差要因も取り除けることから外部の影響を受けにくく、簡易かつ高精度に圧電素子の静電容量の変化を測定することができる。

　また、本実施の形態では、静電容量測定部６０は、インクジェットヘッド２４２により画像形成処理が実行されるタイミングにおいて、圧電素子の静電容量の変化を測定する。そして、駆動信号調整部（制御部４０）は、測定された静電容量の変化に応じて、圧電素子を変形動作させる駆動信号を調整する。
　この構成により、インクジェットヘッド２４２により画像形成処理が実行される間、圧電素子（コンデンサＣｍ）の静電容量Ｃ２の変化に応じてインク滴の吐出量が変化すること、ひいては画像不良の発生をリアルタイムに抑制することができる。さらに言えば、インクジェット画像形成装置１を停止させることなく圧電素子の静電容量の変化を測定でき、インクジェット画像形成装置１の稼働率の低下、ひいては画像形成コスト（印刷コスト）の増大を防止することができる。
　なお、上記実施の形態では、電荷保持部（コンデンサＣｒ）から圧電素子（コンデンサＣｍ）に電荷が供給された後に圧電素子（コンデンサＣｍ）に保持される電荷量に基づいて、圧電素子の静電容量の変化が測定される例について説明したが、本発明はこれに限らない。例えば、電荷保持部（コンデンサＣｒ）から圧電素子（コンデンサＣｍ）に電荷が供給された後に圧電素子（コンデンサＣｍ）に所定量の電荷が保持されるまでに必要な時間に基づいて、圧電素子の静電容量の変化が測定されても良い。圧電素子（コンデンサＣｍ）に所定量の電荷が保持されるまでに必要な時間が長い場合、圧電素子の静電容量が減少方向に変化していることを測定できる一方、当該時間が短い場合、圧電素子の静電容量が増加方向に変化していることを測定できる。
　また、上記実施の形態では、静電容量測定部６０は、インクジェットヘッド２４２により画像形成処理が実行されるタイミングにおいて、圧電素子の静電容量の変化を測定する例について説明したが、本発明はこれに限らない。例えば、静電容量測定部６０は、インクジェットヘッド２４２により画像形成処理が実行されないタイミング（例えば、インクジェット画像形成装置１の起動時、停止またはシャットダウン時や、画像形成処理の終了時など）において、圧電素子の静電容量の変化を測定しても良い。この場合、静電容量の変化の測定結果を、インクジェットヘッド２４２の劣化推定や故障検出に用い、ひいては、インクジェットヘッド２４２の交換タイミングの把握やメンテナンス性の向上につなげることができる。インクジェットヘッド２４２の交換前であれば、静電容量の変化の測定結果を、制御信号の振幅調整に用いることもできる。
　また、上記実施の形態において、静電容量測定部６０は、測定対象の圧電素子毎に設けても良いし、１つだけ設けて測定対象の圧電素子を順次切り替えながら静電容量の測定を行っても良い。
　また、上記実施の形態において、圧電素子の静電容量の測定精度をより向上させる観点から、静電容量測定部６０により複数回測定された静電容量（例えば、静電容量の平均値）に基づいて、圧電素子の静電容量の変化を測定しても良い。
　また、上記実施の形態において、圧電素子の静電容量が変化していない場合における圧力室内の各種の温度条件や圧力条件とインク滴の吐出量との関係について学習したＡＩ（機械学習）を活用し、測定された静電容量の変化に応じて、圧電素子を変形動作させる駆動信号を調整しても良い。この構成により、測定された静電容量の変化だけを用いて駆動信号を調整する場合と比べ、圧力室内の実際の温度条件や圧力条件も考慮して、静電容量の変化に応じたインク滴の吐出量を好適に制御することができる。
　また、上記実施の形態では、シングルパス形式のインクジェット画像形成装置１を例に挙げて説明したが、ヘッドユニットを走査させながら画像の記録を行うインクジェット画像形成装置に本発明を適用しても良い。この場合、静電容量測定部６０は、インクジェットヘッド２４２により画像形成処理が実行されないタイミング（例えば、ヘッドユニット２４が走査開始位置に戻るタイミングなど）において、圧電素子の静電容量の変化を測定しても良い。また、ヘッドユニットに単一のノズルが設けられたインクジェット画像形成装置に本発明を適用しても良い。また、インクジェットヘッド方式以外の画像形成ヘッドや画像形成装置に本発明を適用しても良い。この場合、画像形成ヘッドや画像形成装置にておいては、インク以外の画像形成材を吐出しても良い。
　また、上記実施の形態では、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
　１　インクジェット画像形成装置
　２　外部装置
　１０　給紙部
　１１　給紙トレイ
　１２　媒体供給部
　２０　画像形成部
　２１　搬送部
　２１１　搬送ドラム
　２１１ａ　搬送面
　２２　受け渡しユニット
　２３　加熱部
　２４　ヘッドユニット
　２４１　ヘッド駆動部
　２４２　インクジェットヘッド
　２４３　ノズル
　２４４　取り付け部材
　２５　定着部
　２８　デリバリー部
　３０　排紙部
　３１　排紙トレイ
　４０　制御部
　４１　ＣＰＵ
　４２　ＲＡＭ
　４３　ＲＯＭ
　４４　記憶部
　５１　搬送駆動部
　５２　操作表示部
　５３　入出力インターフェース
　６０　静電容量測定部
　Ｃｒ，Ｃｍ　コンデンサ
　Ｐ　記録媒体

Claims (7)

  1. 　画像形成材を貯留する圧力室の壁面に設けられた圧電素子を有する画像形成ヘッドと、
    　所定の静電容量を有し、電荷を保持可能な電荷保持部と、
    　前記電荷保持部に保持される電荷を前記圧電素子に供給し、その供給後に前記圧電素子に電荷が保持される態様に基づいて、前記圧電素子の静電容量の変化を測定する静電容量測定部と、
    　を備える画像形成装置。
  2. 　測定された前記静電容量の変化に応じて、前記圧電素子を変形動作させる駆動信号を調整する駆動信号調整部を備える、
    　請求項１に記載の画像形成装置。
  3. 　前記静電容量測定部は、前記画像形成ヘッドにより画像形成処理が実行されるタイミングにおいて、前記圧電素子の静電容量の変化を測定する、
    　請求項１または２に記載の画像形成装置。
  4. 　前記静電容量測定部は、前記画像形成ヘッドにより画像形成処理が実行されないタイミングにおいて、前記圧電素子の静電容量の変化を測定する、
    　を備える請求項１または２に記載の画像形成装置。
  5. 　前記態様は、前記圧電素子に保持される電荷量である、
    　請求項１～４の何れか１項に記載の画像形成装置。
  6. 　前記態様は、前記圧電素子に所定量の電荷が保持されるまでに必要な時間である、
    　請求項１～４の何れか１項に記載の画像形成装置。
  7. 　画像形成材を貯留する圧力室の壁面に設けられた圧電素子と、
    　所定の静電容量を有し、電荷を保持可能な電荷保持部と、
    　前記電荷保持部に保持される電荷を前記圧電素子に供給し、その供給後に前記圧電素子に電荷が保持される態様に基づいて、前記圧電素子の静電容量の変化を測定する静電容量測定部と、
    　を備える画像形成ヘッド。
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