JP2018008451A - 液体吐出ユニット、液体吐出装置、駆動電圧補正方法、駆動電圧補正プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 液体吐出ユニットにおける特性の経年劣化による液滴の位置ズレを補正すること。【解決手段】 圧電素子の変動により圧力室に連通するノズル開口から液体を吐出する液体吐出部と、圧力室に圧力を加える圧電素子に対し駆動電圧を印加する駆動電圧印加部と、液体の吐出先に配置され、液体の到達タイミングを検知する液体到達検知部と、ノズル開口から液体の吐出先までの距離を測定する測距部と、ノズル開口から吐出先に液体が到達するまでの時間を算出する時間算出部と、距離と時間に基づいて液体の速度を算出する速度算出部と、算出された速度に基づいて、駆動電圧の補正値を算出する補正値算出部と、補正値に基づいて駆動電圧を補正する駆動電圧補正部と、を備える液体吐出ユニットによる。【選択図】図８

Description

本発明は、液体吐出ユニット、液体吐出装置、駆動電圧補正方法、駆動電圧補正プログラムに関する。

プリンタやファクシミリ、複写機、これら複数の機能を備える複合機である画像形成装置において、液体を吐出して画像を形成する液体吐出装置が知られている。このような液体吐出装置は、インクジェット記録装置とも呼ばれる。インクジェット記録装置は、インクジェット記録ヘッドから液体を吐出して、用紙やＯＨＰなどの被記録媒体上に液滴による画像を形成する装置である。

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には、流路内の液体を加圧する圧力発生素子として圧電素子を用いる圧電型が知られている。圧電型は、圧電素子によって、流路の壁面を形成する振動板を振動させる構成を備えている。この圧電素子の振動により、流路内の容積を変化させて液体を液滴として吐出する。

インクジェット記録ヘッドの経年変化により特性が劣化すると、インクジェット記録ヘッドにおける本来の特性よりも性能が劣ることになり、正常時の動作が困難になる。例えば、液体の吐出速度が遅くなる、液体の粘度が増して液体の吐出速度が遅くなる、等の変化が起こる。インクジェット記録ヘッドにおいて液体の吐出速度が遅くなると、液滴の到達位置がずれる。

液滴の到達位置の位置ズレを解決する技術として、インクジェット記録ヘッドにおける液滴吐出開口と液滴到達位置との距離を検出可能な測距センサを設け、検出した距離に応じて液滴の吐出タイミングを調整するものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１には、位置補正情報と距離から取得した液滴の移動角度と、記録ヘッドを主走査方向に移動させるキャリッジの主走査速度に基づいて取得した液滴の移動速度情報から液滴の増粘防止制御をする技術も開示されている。

特許文献１に開示されている技術を用いると、インクジェット記録ヘッドの経年劣化により、液滴の吐出速度が低下した場合に生ずる印刷ズレを補正するためにテストパターンの画像を形成することになる。即ち、特許文献１に開示されている技術によれば、位置ズレ（印刷ズレ）や、液滴の増粘状態を検知した場合、その補正をするには、テストパターン画像を形成して被記録媒体（例えば、用紙）に出力しなければならない。したがって、従来は、被記録媒体や、多量の液体（インクなど）を消費しなければ、位置ズレや増粘状態に対する補正はできなかった。

本発明は上記の課題を鑑みてなされたものであって、液体吐出ユニットにおける液滴の位置ズレを補正することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、圧電素子の変動により圧力室に連通するノズル開口から液体を吐出する液体吐出部と、前記圧力室に圧力を加える前記圧電素子に対し駆動電圧を印加する駆動電圧印加部と、前記液体の吐出先に配置され、前記液体の到達タイミングを検知する液体到達検知部と、前記ノズル開口から前記液体の吐出先までの距離を測定する測距部と、前記ノズル開口から前記吐出先に前記液体が到達するまでの時間を算出する時間算出部と、前記距離と前記時間に基づいて前記液体の速度を算出する速度算出部と、算出された前記速度に基づいて、前記駆動電圧の補正値を算出する補正値算出部と、前記補正値に基づいて前記駆動電圧を補正する駆動電圧補正部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、液体吐出ユニットにおける特性の経年劣化による液滴の位置ズレを補正することができる。

本発明の一実施形態における液体吐出ユニットであって（ａ）シリアルヘッド型、（ｂ）ラインヘッド型、の構成を概略的に示す構成図である。 本実施形態における液体吐出ヘッドの構成を示す縦断面図である。 本実施形態における液体吐出ユニットの経年劣化の傾向を説明するグラフである。 本実施形態における液体吐出速度と液体飛行距離との関係を例示するグラフである。 本実施形態におけるプラテンギャップを説明する図である。 本実施形態におけるプラテンギャップの調整機構を示す縦断面図である。 本実施形態における静電容量センサの液滴検知原理を説明する図である。 本実施形態における液体吐出装置が備える制御部の機能構成を示す機能ブロック図である。 本実施形態における液体吐出ヘッドの構成を説明する構成図である。 本実施形態におけるプラテンギャップと液体吐出速度の関係を示すグラフである。 本実施形態における駆動電圧の補正の例を示す図である。 本発明の別の実施形態における液体吐出ヘッドの構成を示す縦断面図である。 本実施形態における液体の粘度と液体吐出速度の関係を示すグラフである。 本実施形態における駆動電圧補正処理の流れを示すフローチャートである。 本実施形態における駆動電圧補正処理の詳細な流れを示すフローチャートである。 本実施形態における駆動電圧補正処理の詳細な別の流れを示すフローチャートである。 本実施形態における増粘補正処理の詳細な流れを示すフローチャートである。

＜本発明の要旨＞
本発明は、液体吐出ユニットにおいて吐出された液体が液滴として到達対象物に到達した時の到達速度に基づいて液体の吐出速度を補正して、液滴の到達位置ズレを防止することを要旨の一つとする。より詳しくは、本発明における液体吐出ユニットが経年劣化したときに、吐出ヘッドから吐出された液体に係る液滴の到達対象位置に配置した電位変動検知センサを用いて、液滴の到達速度を算出する。そして、到達速度に基づいて液体吐出ユニットにおける液体吐出速度を、吐出ヘッドに対する駆動電圧の補正により制御する。

＜液体吐出装置の構成＞
まず、本発明に係る液体吐出装置及び液体吐出ユニットについて説明する。図１（ａ）は、本発明に係る液体吐出装置の一実施形態であるインクジェット記録装置１００の構成を概略的に示す平面図である。図１（ｂ）は、液体吐出ユニットの一実施形態であるインクジェット記録ユニット１０１の構成を概略的に示す斜視図である。

図１（ａ）に示すインクジェット記録装置１００は、シリアルヘッド型の液体吐出ユニットを備えるものである。図１（ａ）に示すインクジェット記録ユニット１０１は、キャリッジ部５と、主走査モーター８と、ギア９と、加圧コロ１０と、タイミングベルト１１と、ガイドロッド１２と、プラテン２２と、静電容量センサ１２６と、を備える。

キャリッジ部５には、インクなどの液体を吐出する液体吐出ヘッドである液体吐出機構１５が搭載されている。液体吐出機構１５は、インクの色別に分かれていて、黄色（Ｙ）インクを吐出する黄色液体吐出機構６ｙ、シアン（Ｃ）インクを吐出するシアン液体吐出機構６ｃ、マゼンダ（Ｍ）インクを吐出するマゼンダ液体吐出機構６ｍ、黒（Ｂｋ）を吐出するブラック液体吐出機構６ｋ、から構成されている。即ち、インクジェット記録ユニット１０１は、カラー画像の形成に適用可能なものである。液体吐出機構１５は、液体吐出部を構成する。

インクジェット記録ユニット１０１は、主走査モーター８の駆動力が、ギア９と加圧コロ１０とタイミングベルト１１によりキャリッジ部５に伝達するように構成されている。キャリッジ部５は、ガイドロッド１２に対して主走査方向において摺動できるように取り付けられている。したがって、主走査モーター８に駆動力よって、主走査方向において往復動作をすることができる。なお、主走査方向は、図１における矢印Ａにおいて示す方向をいう。

プラテン２２は、液体吐出機構１５から吐出された液滴における到達対象物である媒体１６を搬送するときに用いられる媒体搬送部の一部に相当する。ここで、媒体１６とは、シート状のものであって、一般的には、紙（普通紙）である。本実施形態に係る媒体１６は紙（普通紙）に限ることなく、コート紙、厚紙、ＯＨＰ、プラスチックフィルム、プリプレグ、銅箔等のシート状の部材も含むものである。なお、媒体１６の厚さ寸法は、液体吐出機構１５からプラテン２２までの距離に比べて非常に小さい。したがって、以下の説明では、液体吐出機構１５とプラテンまでの距離（プラテンギャップ）に基づいて、液体吐出速度の補正について説明する。

静電容量センサ１２６は、液体吐出機構１５から吐出された液体が到達すると電位が変化するセンサである。静電容量センサ１２６は、プラテン２２の主走査方向において、プラテン２２の外側に配置されている。この静電容量センサ１２６が配置されている位置は、インクジェット記録ユニット１０１が動作開始時や休止時に移動して停止する位置であって、キャリッジ部５のホームポジション５０１に相当する。ホームポジション５０１における液体吐出機構１５とプラテン２２の距離と、液体吐出機構１５と静電容量センサ１２６の距離は等しい。

キャリッジ部５には、エンコーダセンサ４１が設けられている。エンコーダセンサ４１は、キャリッジ部５の移動方向（主走査方向）に沿って設けられているエンコーダシート４０を読み取ることでキャリッジ部５の移動中の位置を検出できる。

キャリッジ部５が主走査方向において往復移動をしながら、液体吐出機構１５が適宜のタイミングにおいて、適宜の色のインク滴を媒体１６に向けて吐出することで媒体１６に画像が形成される。

媒体１６は、給紙モーターにより、給紙部より搬送部へ送られる。また、搬送部へ送られた媒体１６は搬送モーターにより搬送ローラを駆動し、主走査方向に直交する矢印Ｂ方向（副走査方向）に搬送され、プラテン２２まで搬送される。

インクジェット記録装置１００が動作を開始するとき、例えば、動作電源が投入されたとき、キャリッジ部５はホームポジション５０１に置かれている。

図１（ｂ）は、インクジェット記録装置１００が備える液体吐出ユニットの別の例である。図１（ｂ）に示すインクジェット記録ユニット１０１ａは、ラインヘッド型のものである。

図１（ｂ）に示すように、インクジェット記録ユニット１０１ａは、液体吐出機構１５ａと、駆動制御基板１８と、フラットケーブル１９と、アジャストタプレート２５と、を備え、これらを主要部品として構成される。

駆動制御基板１８は、液体吐出機構１５ａが備える圧電素子を駆動するための駆動波形を生成する回路と画像データ信号を生成するための回路を備えるリジッド基板である。フラットケーブル１９は、駆動制御基板１８と液体吐出機構１５ａとを電気的に接続するものである。アジャストタプレート２５は、複数の液体吐出機構１５ａを高精度に配置固定するものである。

液体吐出機構１５ａは、液体吐出機構１５と同様に、圧電素子を内蔵していて、駆動制御基板１８から送信される駆動波形と画像データ信号に基づいて圧電素子を駆動し、媒体１６に液滴を吐出するものである。

インクジェット記録ユニット１０１ａは、液体吐出機構１５ａを印刷幅全域に配置したラインヘッド型であって、カラー印刷はブラック、シアン、マゼンダ、イエローの各ラインヘッドにより行わる。各ラインヘッドのノズル面１２２（図７参照）は、媒体１６と所定の隙間を保って支持されている。

インクジェット記録ユニット１０１ａが、媒体１６の搬送速度に応じてインク滴の吐出を行うことで、媒体１６上にカラー画像を形成する。なお、ラインヘッド型の場合は、静電容量センサ１２６が液体吐出機構１５ａの直下に設けられている。

以下の説明では、図１（ａ）において示したシリアルヘッド型のインクジェット記録ユニット１０１を前提とする。なお、本発明に係る液体吐出ユニットの実施形態としてラインヘッド型のものも同様に適用可能である。

＜記録ヘッドの構成＞
次に、本実施形態における記録ヘッドである液体吐出機構１５の構成について図２の断面図を用いて説明する。液体吐出機構１５は、液体が保持される個別圧力室２０を構成する圧力室プレート２１と、圧力室プレート２１の一方の端部に配置されているノズル面１２２と、圧力室プレート２１の他方の端部に配置されている振動板２４と、駆動用圧電素子３１１と、支柱用圧電素子３１２と、を備えている。

液体吐出機構１５は、駆動用圧電素子３１１と支柱用圧電素子３１２が交互に配置されている。駆動用圧電素子３１１は、圧力室プレート２１により構成される個別圧力室２０にあたる位置に振動板２４を介して接続される。支柱用圧電素子３１２は、圧力室プレート２１の肉部で構成される個別圧力室２０の隔壁にあたる位置に振動板２４を介して接続されている。

駆動用圧電素子３１１に駆動電圧が印加されると、この駆動電圧に応じて駆動用圧電素子３１１が変形する。この変形による駆動力が振動板２４を介して個別圧力室２０に伝わる。これによって、個別圧力室２０に保持されている液体が、個別圧力室２０に連通しているノズル１２３（ノズル開口）から液滴として吐出される。したがって、駆動電圧に応じて駆動用圧電素子３１１が個別圧力室２０に与える圧力によって、液体の吐出速度が決まる。

なお、駆動用圧電素子３１１と支柱用圧電素子３１２が交互に配置される構成にすることで、振動板２４に圧電素子（駆動用圧電素子３１１と支柱用圧電素子３１２）を接続させる際に、位置ずれが生じても特性変動が起こりにくくなる。これによって液体吐出機構１５の噴射特性を安定させている

＜液体吐出機構１５の経年劣化＞
次に、液体吐出機構１５において生ずる経年変化の例について図３を用いて説明する。図３に示すグラフは、液体吐出機構１５における液体吐出速度Ｖｊの経年変化の例を示している。図３に示すように、液体吐出機構１５は、長年使用し続けると、例えば液体吐出機構１５の流路ユニットやアクチュエータの接合に使用されている接着剤が劣化する。このような劣化によって、アクチュエータ接合部の構造が変化し、圧電素子の静電容量が変化する。静電容量が変化すると液体吐出機構１５の負荷容量が変化するので、液滴吐出特性（液滴の吐出速度）に影響を及ぼす。

例えば、液体吐出機構１５の経年劣化によって静電容量が大きくなった場合、液体吐出機構１５を駆動する駆動波形がなまってしまう。駆動波形がなまると液体吐出機構１５における液体吐出速度Ｖｊが低下するので、図３に示すように時間の経過に応じて液体吐出速度Ｖｊは遅くなる。液体吐出速度Ｖｊは、記録シートである媒体１６に対する適正な位置に液滴を到達させるために重要な要素である。したがって、液体吐出速度Ｖｊが遅くなると、媒体１６に到達する液滴の位置がずれる。液滴の到達位置がずれると、媒体１６において形成される画像が乱れる原因になる。

＜液体吐出速度Ｖｊの説明＞
次に、液体吐出機構１５における液体吐出速度Ｖｊと、吐出された液体が到達位置に至るまでの飛行距離との関係について説明する。図４に示すように、液体吐出機構１５から吐出された液体は、空気抵抗を受けながら、到達位置に至る。この到達位置をプラテン２２とした場合、ノズル面１２２からプラテン２２までの距離であるプラテンギャップが長くなるほど、飛行距離が長くなる。したがって、プラテンギャップが長いほど、ノズル面１２２からの液体吐出速度Ｖｊが同じであっても、到達位置における到達速度Ｖａは遅くなる。

図４（ａ）のように、プラテンギャップがＬ１の位置にノズル面１２２があるとき、液体吐出機構１５から吐出された液体の到達速度Ｖａを到達速度Ｖａ１とする。また、図４（ｂ）に示すように、プラテンギャップがＬ２の位置にノズル面１２２があるとき、液体吐出機構１５から吐出された液体の到達速度Ｖａを到達速度Ｖａ２とする。ここで、Ｌ１＜Ｌ２（Ｌ１がＬ２よりも短い）であれば、到達速度Ｖａ１＞到達速度Ｖａ２が成り立つ。すなわち、空気抵抗の関係で到達速度Ｖａ２の方が到達速度Ｖａ１よりも遅くなる。

＜プラテンギャップ＞
ここで、プラテンギャップについて、さらに詳しく説明する。図５は、プラテン２２の主走査方向におけるプラテンギャップを説明するグラフである。図５に示すようにプラテンギャップは、プラテン２２の部品ばらつきや、プラテン２２の組み付けばらつきなどに起因して、主走査方向における値が一定にはならない。図４を用いて説明したとおり、プラテンギャップは液体に飛行距離に相当する。したがって、プラテンギャップが一定でなければ、空気抵抗の影響によって、プラテン２２における到達速度が主走査方向において一定にはならない。シリアルヘッド型の液体吐出機構１５の場合、キャリッジ部５の主走査方向における往復移動の速度は一定に保たれる。この往復移動時に液体が吐出されると、液体吐出機構１５の主走査方向における位置によって、プラテンギャップは異なるから液体の到達速度が変動する。これによって、液体がプラテン２２（又は媒体１６）に到達する位置がずれてしまう。

＜ギャップ調整機構＞
次に、プラテンギャップを調整できるギャップ調整機構について説明する。図６は、ギャップ調整機構の縦断面を右方向から見た図である。ギャップ調整機構は、基準軸部材７１と、従基準軸部材７５と、中間部材７４と、を備えている。中間部材７４は、基準軸部材７１と従基準軸部材７５との間には昇降のための部材である。上下方向（プラテン２２に対する距離が近接及び離間する方向）に移動可能に設けられており、基準軸部材７１と中間部材７４は当接している。中間部材７４の上部に２つの押上げ面を有しており、この押上げ面が基準軸部材７１に当接される。

従基準軸部材７５に固定配置された昇降用カム部材１１２を回転させると、これによって中間部材７４を持ち上げる。中間部材７４が持ち上がると、基準軸部材７１が中間部材７４によって持ち上げられるので、キャリッジ部５が上昇することによって、プラテンギャップが変化する。なお、昇降用カム部材１１２は偏芯カムであり、図６において楕円形としているが、他の断面形状でもよい。

キャリッジ部５においての従基準軸部材７５との接触面５４は高さ方向に幅をもった構成となっており、キャリッジ部５が上昇しても、基準軸部材７１と接触面５４は接触した状態を保つようになっている。

なお、従基準軸部材７５を回転させる駆動源および昇降用カム部材１１２を回転させる駆動源は、キャリッジ部５には搭載せず、本体側に配置し、所定の位置でキャリッジ部５に駆動を連結し、従基準軸部材７５を回転させる構成とする。

また、キャリッジ部５は、光学式の測距センサ１２１を備える。測距センサ１２１は、キャリッジ部５の主走査方向と平行であってプラテン２２に対向する位置に配置されている。キャリッジ部５を主走査方向に移動させながら、測距センサ１２１を用いてプラテンギャップを計測することができる。この測距センサ１２１における計測値とキャリッジ部５の主走査方向における位置とを関連付けてプラテンギャップ情報を生成し、予め制御部３００（図８参照）に記憶しておく。測距センサ１２１及び後述する駆動電圧補正プログラムは、本実施形態における「測距部」に相当する。

＜静電容量センサ＞
次に、静電容量センサ１２６における液滴検知原理について図７を用いて説明する。図７（ａ）に示すように、静電容量センサ１２６の電極板１２４は、液体吐出機構１５のノズル面１２２に設けられたノズル１２３と対向する位置に配置される。したがって、電極板１２４が、本実施形態における「吐出先」に相当する。なお、静電容量センサ１２６は、キャリッジ部５のホームポジション５０１に配置されている（図１参照）。

ここで、図７（ｂ）に示すように、電極板１２４に高圧電圧を印加すると、電極板１２４と液体吐出機構１５に電位差が生ずる。このときの液体吐出機構１５の電位よりも電極板１２４の電位ほうが高いので、電極板１２４にはプラスの電荷が発生し、液体吐出機構１５のノズル面１２２にはマイナスの電荷が発生する。

図７（ｃ）に示すように、電極板１２４に高圧電圧を印加した状態において、液滴１２７を吐出すると、液滴１２７は液体吐出機構１５のノズル面１２２の表面電荷（マイナス）に帯電して、電極板１２４に向かって移動する。マイナスに帯電している液滴１２７が電極板１２４に近づくと、液滴１２７のマイナス電荷と電極板１２４のプラス電荷が相殺される。

そうすると、図７（ｄ）に示すように、マイナス電荷を帯びた液滴１２７がプラスに帯電している電極板１２４に付着した分だけ、電極板１２４のプラス電荷が減る。そこで、図７（ｅ）に示すように、相殺されて減ったプラス電荷を補充しようとして電極板１２４に印加されている高圧電圧が微小に変化する。

インクジェット記録ユニット１０１が備える制御部３００（図８参照）において、電極板１２４の電位の微小変化が生じたときの時間（到達タイミング）と、液体吐出機構１５が液滴１２７を吐出した時間（吐出タイミング）との差分を算出する。これによって、液滴１２７の移動時間を算出することができる。液滴１２７の移動時間を算出できれば、液滴１２７の飛行距離であるプラテンギャップが予めわかっているので、飛行距離を移動時間で除算すれば、液滴１２７の電極板１２４への到達速度が算出される。液体吐出機構１５のノズル面１２２から電極板１２４までの距離と、液体吐出機構１５のノズル面１２２からプラテン２２までの距離は同じ距離であるから、電極板１２４への液滴１２７の到達速度は、プラテン２２に対する液滴１２７の到達速度と同じである。したがって、電極板１２４に対する液滴１２７に到達速度に基づいて、プラテン２２に対する液体吐出機構１５からの液滴１２７の吐出速度を補正することができる。

＜制御ブロック＞
次に、本実施形態に係るインクジェット記録装置１００の制御系について図を用いて説明する。図８に示すようにインクジェット記録装置１００は、制御部３００と、制御部３００によって動作を制御される各機能ブロックと、を備えている。

制御部３００は、ＣＰＵ３０１と、主制御部３１０と、外部Ｉ／Ｆ３１９と、ヘッド駆動制御部３２２と、主走査駆動部３１３と、副走査駆動部３１４と、給紙駆動部３１５と、排紙駆動部３１６と、スキャナ制御部３１７と、静電容量センサ制御部３１８と、を備えている。

主制御部３１０は、インクジェット記録装置１００の全体の動作を制御するとともに液滴到達速度に基づく液体吐出速度Ｖｊの算出、液体吐出機構１５を駆動する駆動電圧における波形の補正、吐出対象となる液体の増粘防止などに関わる制御をする。

主制御部３１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３０１と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）３０２と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）３０３と、ＮＶＲＡＭ（Ｎｏｎ−Ｖｏｌａｔｉｌｅ ＲＡＭ）３０４、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）３０５、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｆｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）３０６と、を備える。

ＲＯＭ３０２は、ＣＰＵ３０１において実行するプログラムとその他の固定データを格納する。ＲＡＭ３０３は、画像データ等を一時格納する。ＮＶＲＡＭ３０４は、不揮発性の記憶部であるから、インクジェット記録装置１００の動作電源が遮断されている間もプラテンギャップ情報や、プラテンギャップ毎の液体吐出速度データ等を保持する。ＡＳＩＣ３０５は、画像データに対する各種信号処理、並び替え等を行なう画像処理専用の処理部である。ＦＰＧＡ３０６は、その他装置全体を制御するための入出力信号を処理する処理部である。

外部Ｉ／Ｆ３１９は、ホスト側と主制御部３１０との間に介在して、データ、信号の送受を行なうためインターフェースである。ヘッド駆動制御部３２２は、液体吐出機構１５を駆動制御するためのヘッドデータ生成配列変換用ＡＳＩＣなどで構成されるヘッドドライバを含む。主走査駆動部３１３は、モータドライバであって、キャリッジ部５を移動走査する主走査モーター８の駆動を制御する。副走査駆動部３１４は、モータドライバであって、副走査モーター１３１の駆動を制御する。給紙駆動部３１５は、給紙モーター４９の駆動を制御する。排紙駆動部３１６は、排紙部７の各ローラの駆動を制御する。スキャナ制御部３１７は、画像読み取り部１３を制御する。

ヘッド駆動制御部３２２は、本実施形態における「駆動電圧印加部」に相当する。また、後述する駆動電圧補正プログラムとヘッド駆動制御部３２２は、本実施形態における「駆動電圧補正部」、「補正値算出部」および「増粘補正部」に相当する。また、ヘッド駆動制御部３２２と静電容量センサ制御部３１８と静電容量センサ１２６と後述する駆動電圧補正プログラムは、本実施形態における「速度算出部」に相当する。

主走査駆動部３１３と、主走査モーター８と、ギア９と、加圧コロ１０と、タイミングベルト１１と、が本実施形態における「キャリッジ駆動部」に相当する。

静電容量センサ制御部３１８は、静電容量センサ１２６に高圧電源を供給し、高圧電圧の微小変化を増幅等の制御をする。静電容量センサ制御部３１８と静電容量センサ１２６は、本実施形態における「液体到達検知部」に相当する。また、静電容量センサ制御部３１８と、後述する駆動電圧補正プログラムは、本実施形態における「時間算出部」に相当する。

その他、ノズルの詰まりをホームポジションにおいて解消する維持回復機構を駆動する維持回復モーターを駆動するための回復系駆動部と、各種のソレノイド類を駆動するソレノイド類駆動部と、電磁クラック類などを駆動するクラッチ駆動部と、を備える。

なお、主制御部３１０には、プラテンギャップを検出する測距センサ１２１の検出信号も入力される。

また、主制御部３１０は、インクジェット記録装置１００が備えるテンキー、プリントスタートキーなどの各種キー及び各種表示器を含む操作／表示部３２７との間で必要なキー入力の取り込み、表示情報の出力を行なう。また、この主制御部３１０には、前述したキャリッジ部５の位置を検出するエンコーダセンサ４１を構成するフォトセンサからの出力信号を受け付けて、主走査駆動部３１３を介して主走査モーター８を駆動制御し、キャリッジ部５を主走査方向に往復移動させる。

また、主制御部３１０には、副走査の移動量を検出するロータリエンコーダを構成するフォトセンサ（エンコーダセンサ）からの出力信号（パルス）が入力される。主制御部３１０は、この出力信号に基づいて副走査駆動部３１４を介して副走査モーター１３１の駆動を制御することで搬送ローラを介して記録媒体を移動させる。

また、主制御部３１０は、液体吐出機構１５から液体が吐出された時間と静電容量センサ制御部３１８において電圧変動を検知した時間の差分を算出し、測距センサ１２１で取得したプラテンギャップ情報を用いて、液体吐出速度Ｖｊを算出する。

＜ヘッド構成＞
次に、インクジェット記録装置１００における液体吐出機構１５の構成について図９を用いて説明する。図９は、液体吐出機構１５をノズル１２３の側から見た図である。図９に示すように、液体吐出機構１５はノズル１２３が複数の列状に配置されていて、１つの列において複数のノズル１２３が配置されている。例えば、１列に１９２個のノズル１２３が直線状に配列されている。即ち、ノズル１２３は複数個が配列されている。なお、図９に例示している液体吐出機構１５は、２列構成である。

本実施形態における液体吐出機構１５及びヘッド駆動制御部３２２により構成される液体吐出部と駆動電圧印加部、静電容量センサ１２６及び静電容量センサ制御部３１８により構成される液体到達検知部、測距センサ１２１及び主制御部３１０により構成される測距部、及び、駆動電圧補正プログラムにより構成される時間算出部と速度算出部と補正値算出部と駆動電圧補正部、により液体吐出ユニットが構成される。

本実施形態におけるキャリッジ部５、主走査駆動部３１３と主走査モーター８とギア９と加圧コロ１０とタイミングベルト１１とにより構成されるキャリッジ駆動部、プラテン２２を含んで構成される媒体搬送部、及びこれらと液体吐出ユニットにより液体吐出装置が構成される。

＜駆動電圧補正方法の実施形態＞
次に、液体吐出機構１５における駆動電圧の波形（駆動波形）の補正について説明する。図１０は、横軸をプラテンギャップとし、縦軸を液体吐出速度Ｖｊとして、プラテンギャップに対する液体吐出速度Ｖｊの関係を例示するグラフである。図１０において、プラテンギャップの距離がＬ１の場合、液滴１２７が到達した時の速度をＶｊＬ１とする。また、プラテンギャップの距離がＬ２の場合、液滴１２７が到達した時の速度をＶｊＬ２とする。図１０において、距離Ｌ１＜距離Ｌ２であるから、速度ＶｊＬ１＞速度ＶｊＬ２になる。なお、図１０に示すように、プラテンギャップに対して速度ＶｊＬ１と速度ＶｊＬ２の変化は線形である。

ここで、液体吐出機構１５の特性が経年劣化した場合の距離Ｌ１における液体吐出速度Ｖｊを速度ＶｊＬ１’とし、距離Ｌ２における液体吐出速度Ｖｊを速度ＶｊＬ２’とする。図１０に示すように、液体吐出機構１５の特性が経年劣化すると、経年劣化により速度ＶｊＬ１は速度ＶｊＬ１’へと低下し、速度ＶｊＬ２は速度ＶｊＬ２’へと低下する。以下、経年劣化による液体吐出速度Ｖｊの低下を是正するために、液体吐出機構１５に対する駆動電圧の波形の補正方法（駆動電圧補正方法）について説明する。

図１４は、本実施形態に係る駆動電圧補正方法の実施形態を説明するフローチャートである。以下において説明する駆動電圧補正方法は、主制御部３１０におけるＲＯＭ３０２に記憶されている駆動電圧補正プログラムにおいて実行されるものである。前提として、経年劣化によってインクジェット記録装置１００の特性が変化する前の正常状態における液体吐出機構１５の特性を予め測定し、ＮＶＲＡＭ３０４に記憶されているものとする。

まず、媒体１６への液滴１２７の到達位置において位置ズレが生じているか否かなどを検知することで、駆動波形の補正処理の要否を判定する判定処理を実行する（Ｓ１４０１）。位置ズレ等が生じていて、補正処理が必要な状態であると判定されたときは、次の処理に移行する（Ｓ１４０１：ＹＥＳ）。位置ズレが生じていない等、駆動波形の補正は不要であると判定されたときは、駆動電圧補正プログラムの処理を終了する（Ｓ１４０１：ＮＯ）。判定処理における補正要否の判定方法は、例えば、インクジェット記録装置１００の稼動時間を累積しておき、累積稼動時間が所定の基準値（閾値）を超えたとき、位置ズレが発生するものと推定し、動作タイミングとする。また、インクジェット記録装置１００における印刷回数が所定の基準値を超えたとき、位置ズレが発生するものと推定する。

なお、判定処理（Ｓ１４０１）に用いる判定条件は、上記のように累積稼動時間に基づくものに限られず、例えば、インクジェット記録装置１００の電源が投入されたことを検知したときに補正要として次の処理に移行してもよい（Ｓ１４０１：ＹＥＳ）。また、インクジェット記録装置１００における処理（印刷処理など）を開始した時や、処理（印刷処理など）の終了時を検知し、これによって次の処理に移行してもよい（Ｓ１４０１：ＹＥＳ）。

したがって、駆動電圧補正方法の実行タイミングは、ユーザーが補正を行いたい最適なタイミングから選択すればよい。

次に、駆動電圧補正処理（Ｓ１４０２）を実行する。駆動電圧補正処理（Ｓ１４０２）の詳細は、後述する。次に、粘度補正処理（Ｓ１４０３）を実行する。粘度補正処理（Ｓ１４０３）が終了すれば、駆動電圧補正プログラムの処理を終了する。粘度補正処理（Ｓ１４０３）の詳細は、後述する。

＜駆動電圧補正処理の詳細１＞
駆動電圧補正処理（Ｓ１４０２）の詳細について、図１５のフローチャートを用いてステップごとに説明する。まず、キャリッジ部５をホームポジション５０１に移動させる（Ｓ１５０１）。キャリッジ部５がホームポジション５０１に移動したことは、エンコーダセンサ４１がエンコーダシート４０を読み取ることで検知する。これによって、ノズル１２３が静電容量センサ１２６の上方に移動する（図１参照）。

ノズル１２３が静電容量センサ１２６に移動した後に、液体吐出機構１５に駆動波形（駆動電圧の波形）を印加して、ノズル１２３から液滴１２７を吐出させる。この液滴１２７は、静電容量センサ１２６の電極板１２４に到達する。電極板１２４における電位の変動が生じた時間と、液体吐出機構１５に駆動波形が印加された時間の差分を算出し、この差分の時間とＮＶＲＡＭ３０４に記憶されているプラテンギャップ情報に基づいて速度ＶｊＬ１’を算出する（Ｓ１５０２）。

次に、算出した速度ＶｊＬ１’と、ＮＶＲＡＭ３０４に記憶されている速度ＶｊＬ１とを用いて、速度変動率を算出する（Ｓ１５０３）。速度変動率は、速度ＶｊＬ１を基準とした場合の速度ＶｊＬ１’の減少割合をいう。この速度変動率が、本実施形態における「補正値」に相当する。

次に、速度変動率に基づいて、図１１に示すように、駆動波形の倍率補正を実行する（Ｓ１５０４）。図１１（ａ）に示す駆動波形を補正前のものとする。ここで、速度変動率が８３％であるとき、図１１（ｂ）に示すように駆動波形を１．２倍に補正する。ここで、倍率補正を行うときは、中間電位を維持して、それ以外の電位については、速度変動率に対応する倍率を用いて変動させる。これによって、補正後の駆動波形（図１１（ｂ）を参照）は、中間電位は変わらずに、中間電位を中心として全体に倍率を乗ずることで補正後駆動波形を算出することができる。

＜駆動電圧補正処理の詳細２＞
ここで、駆動電圧補正処理（Ｓ１４０２）の別の実施形態について図１６のフローチャートを用いて説明する。すでに図４を用いて説明したように、プラテンギャップが広がると（液滴１２７の飛行距離が長くなると）、液滴１２７は空気抵抗の影響を受けやすくなるので、液体吐出速度Ｖｊが同じであっても、媒体１６に到達する時点の速度（到達速度）は遅くなる。到達速度が遅くなると、液滴１２７の位置ズレが生ずる。

前提として、事前にプラテンギャップである距離Ｌ１及びＬ２の経年劣化前の速度ＶｊＬ１、速度ＶｊＬ２をＮＶＲＡＭに記憶しておく。

まず、キャリッジ部５をホームポジション５０１に移動させる（Ｓ１６０１）。キャリッジ部５がホームポジション５０１に移動して、ノズル１２３が静電容量センサ１２６の上方に移動したとき、ノズル１２３から液滴１２７を吐出して速度ＶｊＬ１’と速度ＶｊＬ２’を算出する（Ｓ１６０２）。

次に、算出した速度ＶｊＬ１’及び速度ＶｊＬ２’と、ＮＶＲＡＭ３０４に記憶されている速度ＶｊＬ１及び速度ＶｊＬ２と、を用いて距離Ｌ１における速度変動率と距離Ｌ２における速度変動率とを算出する（Ｓ１６０３）。

次に、各速度変動率に基づいて、各プラテンギャップにおける駆動波形の倍率補正を実行する（Ｓ１６０４）。以上のとおり、本実施形態における駆動電圧補正方法によれば、複数のプラテンギャップにおいて、それぞれに適応する補正を駆動波形に対して実行することができる。

なお、液滴１２７が受ける空気抵抗の影響は、距離に反比例する。図１０に示すように、距離Ｌ１に対応する速度ＶｊＬ１’と距離Ｌ２に対応する速度ＶｊＬ２’の変化は線形である。

したがって、距離Ｌ１と距離Ｌ２を、一方が最大のプラテンギャップ、他方が最小のプラテンギャップ、となるような２点を用いて、速度ＶｊＬ１’と速度ＶｊＬ２’を算出し、これら基づく直線式を算出する。この直線式から、各々のプラテンギャップに応じた速度ＶｊＬｎ’を算出することができる。したがって、２点間に対応する液体到達速度Ｖｉも算出できる。

即ち、最大の距離Ｌ１と最小の距離Ｌ２に対応する液体到達速度Ｖｉを算出し、プラテンギャップ全体に対する速度変動率を算出することができる。なお、直線式を算出するために用いるプラテンギャップを最小値と最大値の２点に限定することなく、任意の２点を用いてもよい。

以上説明した駆動電圧補正処理（Ｓ１４０２）を用いることで、媒体１６を消費することなく、駆動波形の補正をし、液滴１２７の位置ズレを補正することができる。

また、プラテンギャップ毎に補正を行う場合も、任意の２点間、もしくは最小／最大の２点間だけのＶｉを算出することで、補正時間の短縮を図ることができる。

＜増粘補正処理の詳細＞
次に、増粘補正処理（Ｓ１４０３）の詳細についてについて説明する。まず、時間経過による液体吐出速度変動と液体粘度との相関について説明する。図１３は、液体吐出速度Ｖｊと、経過時間との関係において、液体の粘度を相関させたグラフである。図１３に示すように、通常状態１３０１の下限となる液体吐出速度Ｖｊ１と上限となる液体吐出速度Ｖｊ２を予めＮＶＲＡＭ３０４に記憶しておく。

時間経過とともに液体の粘度が増加して増粘状態１３０２になると、液体吐出速度Ｖｊは低下する。例えば、時間経過によって液体吐出機構１５におけるノズル１２３が乾燥すると、液体の粘度が増加する。したがって、液体吐出速度Ｖｊに対応する液体到達速度と液体吐出速度Ｖｊ１に対応する液体到達速度を比較することで、液体吐出速度Ｖｊの低下を判定することができ、これによって、液体の粘度増加を検知することができる。

一方、時間経過とともに液体の粘度が減少して減粘状態１３０３になると、液体吐出速度Ｖｊが上昇する。例えば、液体吐出機構１５の周囲の温度が高いとき、液体の連続吐出により液体吐出機構１５のドライバＩＣが発熱して液体吐出機構１５の温度が高くなっているとき等は、液体の粘度が低くなって、液体吐出速度Ｖｊが上昇する。したがって、液体吐出速度Ｖｊに対応する液体到達速度と液体吐出速度Ｖｊ２に対応する液体到達速度を比較することで、液体吐出速度Ｖｊの上昇を判定することができ、これによって、液体の粘度減少を検知することができる。いずれにおいても、時間経過とともに通常状態１３０１を逸脱することになる。

そこで、粘度補正処理（Ｓ１４０３）を実行する。図１７は、増粘補正処理（Ｓ１４０３）の詳細な処理の流れを示すフローチャートである。増粘補正処理（Ｓ１４０３）は、まず、前提として、事前に距離Ｌ１の経年劣化前の速度ＶｊＬ１と距離Ｌ２の経年劣化前の速度ＶｊＬ２をＮＶＲＡＭ３０４に記憶しておくものとする。また、距離Ｌ１はプラテンギャップの最大値であり、距離Ｌ２はプラテンギャップの最小値であると仮定する。

駆動電圧補正処理（Ｓ１４０２）において算出した速度ＶｊＬ１’と、ＮＶＲＡＭ３０４に記憶されている速度ＶｊＬ１及び速度ＶｊＬ２を比較する（Ｓ１７０１）。

速度ＶｊＬ１’が速度ＶｊＬ１よりも小さければ、増粘補正処理を実行する（Ｓ１７０２）。増粘補正処理では、液体の粘度を増して、速度ＶｊＬ１’が通常状態１３０１に戻るように、ノズル面１２２のメニスカスを微振動させている回数を増やす。ノズル面１２２のメニスカスの微振動回数は、ヘッド駆動制御部３２２によって液体吐出機構１５に印加される微小駆動電圧の印加回数に相当する。

速度ＶｊＬ１’が速度ＶｊＬ１よりも大きければ、減粘補正処理を実行する（Ｓ１７０３）。減粘補正処理では、液体の粘度を減少させて、速度ＶｊＬ１’が通常状態１３０１に戻るように、ノズル面１２２のメニスカスを微振動させている回数を減らす。

以上のように、基準となる速度と、計測に基づいて算出された速度を比較することで、液体吐出機構１５から吐出される液体の粘度の状態を検知する。検知した液体の粘度の状態に対して、メニスカスの微振動回数を補正する。これによって、液体の経時変化により発生しうず液滴１２７の位置ずれを補正することができる。

また、本実施形態における液体吐出機構１５によれば、静電容量センサ１２６の真上で液滴１２７を吐出し、これに基づいて駆動波形等の補正処理を実行する。したがって、キャリッジ部５を主走査方向に移動させながら、補正を行うものではない。したがって、キャリッジ部５を指示するガイドロッド１２の撓みや、タイミングベルト１１の摺動性に影響を受けることなく液滴１２７の吐出速度の補正と、液体の粘度に対する補正を実行できる。

＜実施形態２＞
次に、本発明に係る液体吐出装置の別の実施形態について説明する。図１２は、本実施形態を説明するための吐出ヘッドの断面図である。図１２に示すように、吐出ヘッドのノズル面１２２の端に位置するノズル１２３ｂは、支柱用圧電素子３１２が片側にしかない。したがって、両側に支柱用圧電素子３１２がある１２３ａに比べて、液滴１２７の吐出動作をする際に隣接する圧電素子の影響を片側からしか受けない。これによって、所定の吐出速度を達成できていない場合がある。

そこで、液滴１２７を吐出する場合、両端以外のノズル１２３ａを選択することで、隣接する圧電素子の影響に鑑みた状態で印字ズレを抑制することができる。また、ノズル１２３ａの液体到達速度を求めた後に、ノズル１２３ｂの液体到達速度を求めて、これに基づいて、吐出するノズル１２３ｂを選択してもよい。

この方法でも隣接する圧電素子の影響に鑑みた状態で印字ズレを抑制することができる。また、上記の理由他、各ノズル１２３のノズル径のばらつきや各ノズル１２３のメニスカス状態により、全ノズルが必ずしも同じ吐出速度を達成していない場合がある。そこで、任意のノズル１２３から液滴を吐出する場合は、１ノズル目から１９２目までの液体吐出速度に対応する液体到達速度を算出し、その平均速度を用いれば、ノズル１２３のばらつきを最小限に抑えて印字ズレを抑制することができる。

５ キャリッジ部
１０ 加圧コロ
１１ タイミングベルト
１２ ガイドロッド
１５ 液体吐出機構
１６ 媒体
２０ 個別圧力室
１００ インクジェット記録装置
１０１ インクジェット記録ユニット
１２１ 測距センサ
１２２ ノズル面
１２３ ノズル
１２４ 電極板
１２６ 静電容量センサ
１２７ 液滴
３００ 制御部
３０１ ＣＰＵ
３０２ ＲＯＭ
３０３ ＲＡＭ
３０４ ＮＶＲＡＭ
３０５ ＡＳＩＣ
３０６ ＦＰＧＡ
３１０ 主制御部
３１１ 駆動用圧電素子
３１２ 支柱用圧電素子
３１３ 主走査駆動部
３１４ 副走査駆動部
３１５ 給紙駆動部
３１６ 排紙駆動部
３１７ スキャナ制御部
３１８ 静電容量センサ制御部
３１９ 外部Ｉ／Ｆ
３２２ ヘッド駆動制御部
３２７ 表示部
５０１ ホームポジション

特開２００４−３１４３６１号公報

Claims (9)

1. 圧電素子の変動により圧力室に連通するノズル開口から液体を吐出する液体吐出部と、
   前記圧力室に圧力を加える前記圧電素子に対し駆動電圧を印加する駆動電圧印加部と、
   前記液体の吐出先に配置され、前記液体の到達タイミングを検知する液体到達検知部と、
   前記ノズル開口から前記吐出先までの距離を測定する測距部と、
   前記ノズル開口から前記吐出先に前記液体が到達するまでの時間を算出する時間算出部と、
   前記距離と前記時間に基づいて前記液体の速度を算出する速度算出部と、
   算出された前記速度に基づいて、前記駆動電圧の補正値を算出する補正値算出部と、
   前記補正値に基づいて前記駆動電圧を補正する駆動電圧補正部と、
   を備えることを特徴とする液体吐出ユニット。
2. 前記測距部において測定された前記距離を記憶する記憶部を備え、
   前記液体吐出部は、移動しながら前記液体を吐出し、
   前記測距部は、前記液体吐出部との移動方向と平行に移動しながら前記吐出先までの複数の前記距離を測定し、
   前記記憶部は、前記測距部が測定した複数の前記距離を記憶し、
   前記補正値算出部は、複数の前記距離に基づいて算出された複数の前記速度に基づいて、前記ノズル開口の位置に応じた前記補正値を算出する、
   ことを特徴とする請求項１記載の液体吐出ユニット。
3. 前記駆動電圧補正部は、複数の前記速度に含まれる任意の２つの速度を線形で結ぶ直線式を算出し、前記直線式に基づいて任意の位置に対応する前記補正値を算出する、
   ことを特徴とする請求項２記載の液体吐出ユニット。
4. 前記任意の２つの速度は、前記距離が最大となる前記位置に対応する前記速度と、前記距離が最小となる前記位置に対応する前記速度である、
   ことを特徴とする請求項３記載の液体吐出ユニット。
5. 算出された前記速度に基づいて、前記駆動電圧印加部が前記圧電素子に対して印加する微小駆動電圧の印加回数を制御する増粘補正部と備える、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の液体吐出ユニット。
6. 前記液体吐出部が備える前記圧力室は直線状に複数個が配列されていて、
   前記駆動電圧印加部は、前記駆動電圧が印加される前記圧電素子が、複数の前記圧力室のうち、前記配列における端の位置する前記圧力室に圧力を加えるように前記駆動電圧を印加する、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の液体吐出ユニット。
7. 液体吐出ヘッドを保持するキャリッジ部と、
   前記キャリッジ部を主走査方向において駆動させるキャリッジ駆動部と、
   前記主走査方向に直交する方向において媒体を搬送する媒体搬送部と、
   を備え、
   前記キャリッジ部に保持される液体吐出ヘッドは、請求項1乃至６のいずれか一項に記載の液体吐出部である、
   ことを特徴とする液体吐出装置。
8. 圧電素子の変動により圧力室に連通するノズル開口から液体を吐出する液体吐出部と、前記圧力室に圧力を加える前記圧電素子に対し駆動電圧を印加する駆動電圧印加部と、前記液体の吐出先に配置され、前記液体の到達タイミングを検知する液体到達検知部と、前記ノズル開口から前記吐出先までの距離を測定する測距部と、前記ノズル開口から前記吐出先に前記液体が到達するまでの時間を算出する時間算出部と、前記距離と前記時間に基づいて前記液体の速度を算出する速度算出部と、算出された前記速度に基づいて、前記駆動電圧の補正値を算出する補正値算出部と、前記補正値に基づいて前記駆動電圧の補正をする駆動電圧補正部と、を備える液体吐出ユニットにおいて、
   所定の動作タイミングにおいて前記ノズル開口を前記吐出先に移動させるステップと、
   前記吐出先に対して前記液体を吐出するステップと、
   前記液体の吐出タイミングと前記吐出先に対する前記液体の到達タイミングの差分により前記液体の移動時間を算出するステップと、
   前記移動時間と前記距離に基づいて前記速度を算出するステップと、
   前記速度に基づいて前記駆動電圧の前記補正値を算出するステップと、
   前記補正値に基づいて前記駆動電圧を補正するステップと、
   を実行することを特徴とする駆動電圧補正方法。
9. 圧電素子の変動により圧力室に連通するノズル開口から液体を吐出する液体吐出部と、前記圧力室に圧力を加える前記圧電素子に対し駆動電圧を印加する駆動電圧印加部と、前記液体の吐出先に配置され、前記液体の到達タイミングを検知する液体到達検知部と、前記ノズル開口から前記液体の吐出先までの距離を測定する測距部と、前記ノズル開口から前記吐出先に前記液体が到達するまでの時間を算出する時間算出部と、前記距離と前記時間に基づいて前記液体の速度を算出する速度算出部と、算出された前記速度に基づいて、前記駆動電圧の補正値を算出する補正値算出部と、前記補正値に基づいて前記駆動電圧を補正する駆動電圧補正部と、を備える液体吐出ユニットの制御部において実行されることを特徴とする駆動電圧補正プログラム。