JP2007301852A - 液滴吐出装置及びその駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】環境温度が変動する場合であっても、安定した噴射特性を発揮し、高画質な記録を実現することが可能な液滴吐出装置を提供する。
【解決手段】液滴吐出ヘッド１と、所定の基準時（ｔ０）の環境温度(Ｔ０)及び画像記録時（ｔｘ）の環境温度(Ｔｘ)を測定する温度検出部５０と、所定の基準時（ｔ０）及び画像記録時（ｔｘ）を測定する時間検出部６１、圧電素子８の基準時静電容量（Ｃｐ０）を算出するＣｐ０算出部６２１、ΔＣｐ算出部６２２、画像記録時（ｔｘ）の素子温度（Ｋｘ）における静電容量（Ｃｐｘ）を算出（推定）するＣｐｘ算出部６２３、及びＣｐｘに基づいて圧電素子８に駆動電圧（Ｖｘ）を出力する駆動部６４を内蔵する制御ユニット６０とから構成する。
【選択図】図５

Description

本発明は、インクジェット装置等の液滴吐出装置に関する。さらに詳しくは、環境温度が変動する場合であっても、安定した噴射特性を発揮し、高画質な記録を実現することが可能な液滴吐出装置及びその駆動方法に関する。

圧電素子の変位を利用してノズルからインクを吐出させることによって画像を記録するインクジェット装置においては、画像を記録する時の環境温度（Ｔ）が変化することによって、圧電素子の変位（δ）を変化させ、その結果、噴射特性を変化させることから、画質の劣化を発生させるという不都合がある。

また、画像を記録する時の環境温度（Ｔ）が、その変化量（ΔＴ）として、例えば、−２０℃〜３０℃程度の範囲内で変化する場合、装置の周辺温度は環境温度に追随して速やかに上昇するが、圧電素子の素子温度（Ｋ）自体は急には追随して変化しないため、その変位（δ）は、少しずつ上昇し、所定時間の経過後に飽和して環境温度に到達する傾向にある。従って、画像記録時における環境にインクジェット装置を配置した時点で環境温度を測定し、圧電素子に出力する駆動信号（例えば、電圧）の波形を、そのような環境温度に対応して素子温度（Ｋ）も迅速に変化することを想定して調整しても、実際の素子温度（Ｋ）の変化は遅延し、変位（δ）の変化も想定されるよりも遅れるため、実際の素子温度（Ｋ）に対応するものから離れたものとなってしまい、上記のような噴射特性の不安定化及び画像の劣化を発生させることになる。

このような不都合を解消するため、印字ヘッドの圧電素子の圧電定数に応じた特性を識別するための識別手段と、印字ヘッドの周囲温度を検出する温度検出手段とを備え、識別手段を利用して得た圧電定数特性と温度検出手段で検出した温度とに基づいて、印字ヘッドの駆動電圧を決定し、制御する発明が開示されている（特許文献１参照）。また、環境温度測定手段と、記録ヘッドの駆動時間，非駆動時間とを測定する手段とを有し、測定した駆動時間，非駆動時間に基づいて、記録ヘッドの上昇温度を算出し、環境温度と上昇温度から記録ヘッドの温度を算出し、記録ヘッド温度に基づいて記録ヘッドの圧電素子の駆動電圧Ｖpを制御する発明が開示されている（特許文献２参照）。
特開２０００−２０３０１５号公報 特開２０００−２０３０１５号公報

しかしながら、上述のように、環境温度（Ｔ）と圧電素子の変位（δ）とは比例関係にないため、特許文献１及び特許文献２に開示された発明のように、周囲温度や環境温度（Ｔ）を測定しただけでは実情に沿った制御を実現することは困難であり、噴射特性を安定化させるためには、実際の素子温度（Ｋ）をその都度測定し、駆動電圧を変更するという煩雑な作業を必要とするという問題がある。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであって、環境温度が変動する場合であっても、安定した噴射特性を発揮し、高画質な記録を実現することが可能な液滴吐出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様によれば、以下の液滴吐出装置及びその駆動方法が提供される。

［１］複数のノズル及び前記複数のノズルに連通した流路が形成された流路部材と、前記ノズルに対応して配設された複数の圧電素子とを有し、前記圧電素子の駆動に基づく変位によって前記流路を経由して前記複数のノズルから液滴を吐出して画像を記録する液滴吐出ヘッドと、所定の基準時（ｔ０）及び画像記録時（ｔｘ）を測定する時間測定手段と、所定の基準時（ｔ０）の環境温度(Ｔ０)及び画像記録時（ｔｘ）の環境温度(Ｔｘ)を測定する温度測定手段と、前記時間測定手段によって測定された複数の時間（ｔ０、ｔｘ）及び前記温度測定手段によって測定された複数の前記環境温度（Ｔ０、Ｔｘ）に基づいて前記圧電素子の前記画像記録時（ｔｘ）の素子温度（Ｋｘ）における変位（δｘ）を算出する変位算出手段と、前記変位算出手段によって算出された前記記録時変位（δｘ）に基づいて前記圧電素子に、その駆動条件を出力する駆動手段と、前記時間測定手段、前記温度測定手段、前記変位算出手段及び前記駆動手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする液滴吐出装置。

このようにして、環境温度が変動する場合であっても、実際の挙動に即した変位（δ）に関する駆動信号を圧電素子に出力することができることから、安定した噴射特性を発揮し、高画質な記録を実現することが可能な液滴吐出装置とすることができる。

なお、記録時素子温度（Ｋｘ）は、記録時環境温度（Ｔｘ）とは通常異なっているが、画像記録時（ｔｘ）を基準時（ｔ０）から十分に時間を取ったものとすることによって飽和に到達し、同一となる場合もある。すなわち、環境温度（Ｔ）が正方向に変化する場合（Ｔ０≦Ｔｘの場合）は、Ｋｘ≦Ｔｘ、環境温度（Ｔ）が負方向に変化する場合（Ｔｘ≦Ｔ０の場合）はＴｘ≦Ｋｘとなる。また、画像記録時（ｔｘ）の素子温度（Ｋｘ）における変位（δｘ）は記録時環境温度（Ｔｘ）における変位（δｔｘ）とは通常異なっているが、上述の場合と同様に同一となる場合もある。すなわち、環境温度（Ｔ）が正方向に変化する場合（Ｔ０≦Ｔｘの場合）はδｘ≦δｔｘ、環境温度（Ｔ）が負方向に変化する場合（Ｔｘ≦Ｔ０の場合）はδｔｘ≦δｘとなる。

［２］前記変位算出手段は、前記変位（δ）と比例関係にある静電容量（Ｃｐ）を算出する静電容量算出手段であることを特徴とする前記［１］に記載の液滴吐出装置。このように静電容量（Ｃｐ）を算出することによって、簡易かつ確実に、安定した噴射特性を発揮し、高画質な記録を実現することが可能な液滴吐出装置とすることができる。

なお、画像記録時（ｔｘ）の素子温度（Ｋｘ）における静電容量である記録時静電容量（Ｃｐｘ）は記録時環境温度（Ｔｘ）における静電容量（Ｃｐｔｘ）とは通常異なっているが、上述の場合と同様に同一となる場合もある。すなわち、環境温度（Ｔ）が正方向に変化する場合（Ｔ０≦Ｔｘの場合）はＣｐｘ≦Ｃｐｔｘ、環境温度（Ｔ）が負方向に変化する場合（Ｔｘ≦Ｔ０の場合）はＣｐｔｘ≦Ｃｐｘとなる。

［３］前記時間測定手段は、前記時間測定手段の測定データからなる第１のデータを記憶する第１の記憶部を有することを特徴とする前記［２］に記載の液滴吐出装置。このように構成することによって、簡易かつ確実に、上述の効果を発揮させることができる。

［４］前記温度測定手段は、前記温度測定手段の測定データからなる第２のデータを記憶する第２の記憶部を有することを特徴とする前記［２］に記載の液滴吐出装置。このように構成することによって、簡易かつ確実に、上述の効果を発揮させることができる。

［５］前記静電容量算出手段は、前記圧電素子の、静電容量（Ｃｐ）と素子温度（Ｋ）との相互間の特性データからなる第３のデータを記憶する第３の記憶部、及び前記環境温度(Ｔ)の変化量（ΔＴ＝Ｔｘ−Ｔ０）と、前記静電容量（Ｃｐ）の単位時間当たりの変化率（ΔＣｐ／Δｔ：ここで、ΔＣｐ＝画像記録時の静電容量（Ｃｐｘ）−基準時の静電容量（Ｃｐ０）、Δｔ＝ｔｘ−ｔ０）との相互間の特性データからなる第４のデータを記憶する第４の記憶部を有することを特徴とする前記［２］に記載の液滴吐出装置。このように構成することによって、簡易かつ確実に、上述の効果を発揮させることができる。

［６］前記駆動手段は、前記圧電素子の、静電容量（Ｃｐ）と、前記駆動電圧（Ｖｘ）との相互間の特性データからなる第５のデータを記憶する第５の記憶部を有することを特徴とする前記［２］に記載の液滴吐出装置。このように構成することによって、簡易かつ確実に、上述の効果を発揮させることができる。

［７］前記制御手段は、前記時間測定手段によって測定され前記第１の記憶部に記憶された前記第１のデータから、前記時間（ｔ）の変化量（Δｔ＝ｔｘ−ｔ０）を算出することを特徴とする前記［２］に記載の液滴吐出装置。このように構成することによって、さらに、円滑かつ確実に、上述の効果を発揮させることができる。

［８］前記制御手段は、前記温度測定手段によって測定され前記第２の記憶部に記憶された前記第２のデータから、前記環境温度（Ｔ）の変化量（ΔＴ＝Ｔｘ−Ｔ０）を算出することを特徴とする前記［２］に記載の液滴吐出装置。このように構成することによって、さらに、円滑かつ確実に、上述の効果を発揮させることができる。

［９］前記制御手段は、前記基準時環境温度（Ｔ０：ここで、Ｔ０＝基準時素子温度（Ｋ０））に基づいて、前記第３の記憶部に記憶された前記第３のデータから、基準時静電容量（Ｃｐ０）を算出し、前記第４の記憶部に記憶された前記第４のデータから、前記温度変化量制御部によって算出しられた前記環境温度（Ｔ）の変化量（ΔＴ＝Ｔｘ−Ｔ０）に基づいて前記静電容量（Ｃｐ）の単位時間当たりの変化率（ΔＣｐ／Δｔ）を算出し、算出しられた前記基準時静電容量（Ｃｐ０）及び前記静電容量（Ｃｐ）の単位時間当たりの変化率（ΔＣｐ／Δｔ）に基づいて前記記録時静電容量（Ｃｐｘ）を算出することを特徴とする前記［２］に記載の液滴吐出装置。このように構成することによって、さらに、円滑かつ確実に、上述の効果を発揮させることができる。

［１０］前記制御手段は、前記記録時静電容量（Ｃｐｘ）に基づいて、前記第５の記憶部に記憶された前記第５のデータから、前記駆動条件としての駆動電圧（Ｖｘ）を算出することを特徴とする前記［２］に記載の液滴吐出装置。このように構成することによって、さらに、円滑かつ確実に、上述の効果を発揮させることができる。

［１１］前記環境温度(Ｔ)のＴ０からＴｘへの変化要因は、装置電源又は空調機器の電源をＯＮにする作業であることを特徴とする前記［２］に記載の液滴吐出装置。このような要因による環境温度(Ｔ)の変化に対して、特に有効に上述の効果を発揮することができる。

［１２］複数のノズル及び前記複数のノズルに連通した流路が形成された流路部材と、前記ノズルに対応して配設された複数の圧電素子とを有し、前記圧電素子の駆動に基づく変位によって前記流路を経由して前記複数のノズルから液滴を吐出して画像を記録する液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置の駆動方法であって、
（１）所定の基準時（ｔ０）を測定する。
（２）所定の基準時（ｔ０）の環境温度(Ｔ０) を測定する。
（３）基準時環境温度（Ｔ０）に基づいて、基準時静電容量（Ｃｐ０）を算出する。
（４）画像記録時（ｔｘ）を測定する。
（５）画像記録時（ｔｘ）の環境温度(Ｔｘ) を測定する。
（６）環境温度(Ｔ)の変化量（ΔＴ）及び時間（ｔ）の変化量（Δｔ）を算出し、前記ΔＴ及びΔｔに基づいて、静電容量の変化率（ΔＣｐ）を算出する。
（７）静電容量の変化率（ΔＣｐ）と前記Ｃｐ０とに基づいて、記録時静電容量（Ｃｐｘ）を算出する。
（８）記録時静電容量（Ｃｐｘ）に基づいて、駆動条件としての駆動電圧（Ｖｘ）を算出する。
（９）前記駆動条件としての前記駆動電圧（Ｖｘ）を、前記圧電素子に出力する、ことを含むことを特徴とする液滴吐出装置の駆動方法。

このようにして、環境温度が変動する場合であっても、液滴吐出装置を、安定した噴射特性で、かつ高画質な記録を実現することが可能な状態で駆動することができる。

本発明によって、環境温度が変動する場合であっても、安定した噴射特性を発揮し、高画質な記録を実現することができる。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る液滴吐出装置を適用したカラープリンタを示す構成図である。図１に示すように、本実施の形態のカラープリンタ１００は、略箱型状の筐体１０１を有し、筐体１０１内の下部に、用紙Ｐを収容する給紙トレイ２０、筐体１０１内の上部に、記録済みの用紙Ｐが排出される排紙トレイ２１を各々配設し、給紙トレイ２０から記録位置１０２を経由して排紙トレイ２１に至る主搬送路３１ａ〜３１ｅ、及び排紙トレイ２１側から記録位置１０２側に至る反転搬送路３２に沿って用紙Ｐを搬送する搬送機構３０を有している。

記録位置１０２には、後述する図２に示す液滴吐出ヘッド１の複数個を並列させて液滴吐出ヘッドユニットを構成し、４個の液滴吐出ヘッドユニットをそれぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色のインク滴を吐出する液滴吐出ヘッドユニット４１（４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋ）として用紙Ｐの搬送方向に配列して液滴吐出ヘッドアレイを構成している。

また、カラープリンタ１００は、用紙Ｐを吸着する吸着手段としての帯電ロール４３と、無端ベルト３５を介して液滴吐出ヘッドユニット４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋに対向して配置されたプラテン４４と、液滴吐出ヘッドユニット４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋの近傍に配置されたメンテナンスユニット４５と、温度検出部５０と、測定した環境温度（Ｔ）の変化に対応した画像記録時における実際の圧電素子８の変位（静電容量）を算出（推定）して、実情に即した、例えば、環境温度（Ｔ）や環境湿度等の変化に対応した駆動信号を圧電素子８に出力する制御ユニット６０とを備えている。

液滴吐出ヘッドユニット４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋは、用紙Ｐの幅以上の有効印字領域を有する。なお、液滴を吐出させる方法として、圧電方式を用いたが、特に制限はなく、例えば、サーマル方式等の汎用されている方式を適宜用いることができる。

液滴吐出ヘッドユニット４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋの上部には、液滴吐出ヘッドユニット４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋに対応する色のインクを収容するインクタンク４２Ｙ、４２Ｍ、４２Ｃ、４２Ｋを配設している。各インクタンク４２Ｙ、４２Ｍ、４２Ｃ、４２Ｋからは、インクが各液滴吐出ヘッド１に図示しない配管を経由して供給されるように構成されている。

インクタンク４２Ｙ、４２Ｍ、４２Ｃ、４２Ｋに収容されるインクとしては特に制限はなく、例えば、水性、油性、溶剤系等の汎用されているインクを適宜用いることができる。

搬送機構３０は、給紙トレイ２０から用紙Ｐを１枚ずつ取り出して主搬送路３１ａに供給するピックアップロール３３と、主搬送路３１ａ、３１ｂ、３１ｄ、３１ｅ、及び反転搬送路３２の各部に配置され、用紙Ｐを搬送する複数の搬送ロール３４と、記録位置１０２に設けられ、用紙Ｐを排紙トレイ２１方向に搬送する無端ベルト３５と、無端ベルト３５が張架された駆動ロール３６及び従動ロール３７と、搬送ロール３４及び駆動ロール３６を駆動する図示しない駆動モータとを備える。

次に、主要部分の構成について説明する。

（液滴吐出ヘッドの構成）
図２は、本実施の形態に用いられる液滴吐出ヘッドユニットを構成する液滴吐出ヘッドを示す平面図、図３は、図２におけるＡ−Ａ線断面図である。

本実施の形態に用いられる液滴吐出ヘッド１は、図２に示すように、その複数個が所定の平面的パターンとなるように並列して、液滴吐出ヘッドユニット４１Ｙ，４１Ｍ，４１Ｃ，４１Ｋを構成する。液滴吐出ヘッド１は、図２、３に示すように、複数のノズル２ａを有するノズルプレート２、複数のノズル２ａに連通するとともに互いに連通して流路を構成するプールプレート３（連通孔３ａ、液プール３ｂ）、第１の供給孔プレート４Ａ（連通孔４ａ、供給孔４ｂ）、供給路プレート５（連通孔５ａ、供給路５ｂ）、第２の供給孔プレート４Ｂ（連通孔４ａ、供給孔４ｂ）、圧力発生室プレート６（圧力発生室６ａ）、及び略平行四辺形の振動板７が積層されて形成された流路部材Ｓと、振動板７上に配置された複数の圧電素子８とを備えており、圧電素子８（個別電極８ａ、共通電極８ｂ）の駆動に基づく振動板７の変形によって、液体を、複数の圧電素子８に対向する位置に形成された複数のノズル２ａから液滴として吐出するように構成されている。

なお、圧電素子８の駆動は、圧電素子８を覆うように、圧電素子８の個別電極８ａ及び共通電極８ｂに電圧を印加するための導電パターン１２ａを有するフレキシブルプリント配線基板（以下「ＦＰＣ」という。）１２を設け、ＦＰＣ１２を介して行われるが、図２にはＦＰＣ１２は図示されていない。また、図２には圧電素子８が１８個図示されているが、実際は１０２４個配置されている。

流路部材：ノズルプレート２は、耐インク性、耐熱性等の観点から、例えば、自己融着型のポリイミド樹脂から構成されている。プールプレート３、第１の供給孔プレート４Ａ、供給路プレート５、第２の供給孔プレート４Ｂ、及び圧力発生室プレート６は、耐インク性の観点からＳＵＳ等の金属からなる。振動板７は、図２、３に示すように、図示しない液体タンクから液体が液滴吐出ヘッド１内部に供給される供給孔７ａが形成されている。また、振動板７は、導電性および弾性を有する、例えば、ＳＵＳ等の金属材、異種金属の複合材、金属と樹脂との複合材、樹脂の表面にスパッタリングや蒸着により金属膜を形成した表面処理材等を用いることができる。

フレキシブルプリント配線基板：ＦＰＣ１２は、図３に示すように、各圧電素子８の個別電極８ａにそれぞれハンダにより接続された導電パターン１２ａを有する。

圧電素子：圧電素子８は、図３に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等から構成され、上面に個別電極８ａ、下面に共通電極８ｂを有している。個別電極８ａ及び共通電極８ｂは、スパッタリング等により形成されており、下面の共通電極８ｂは、導電性接着剤により振動板７に電気的に接続され、振動板７を介して接地されている。また、圧電素子８は、少なくとも液滴を吐出するために必要とされる面積が、圧力発生室６ａに対応する振動板７の位置に個別化されて接合されている。

図４は、圧電素子８の変位（δ）と静電容量（Ｃｐ）との関係を示すグラフである。図４に示すように、圧電素子８の変位（δ）と静電容量（Ｃｐ）との間に比例関係があることを利用して駆動電圧を算出（推定）し、算出（推定）された駆動電圧を圧電素子８に印加することによって、圧電素子８を駆動している。

（制御ユニットを中心とした制御系の構成）
図５は、制御ユニットを中心とした制御系の構成図である。図５に示すように、制御系は、温度検出部５０、制御ユニット６０、及び上述の液滴吐出ヘッド１（圧電素子８）とから構成されている。

温度検出部５０としては特に制限はないが、例えば、サーミスタ（感温素子）の抵抗値が温度によって変化することを利用した温度センサを挙げることができる。その配設場所は、図１に示すように、環境温度（Ｔ）を円滑に安定して測定することができる場所であれば特に制限はなく、例えば、カラープリンタ１００の筐体１０１の内部を挙げることができる。その表面の所定箇所であってもよい。

制御ユニット６０は、図５に示すように、時間検出部６１と、制御部６２と、画像記憶部６３と、駆動部６４とから構成されている。

時間検出部６１としては特に制限はないが、例えば、タイマーカウンタ等を挙げることができる。

制御部６２は、図５において、点線で囲んで示すように、基準時の静電容量（Ｃｐ０）算出部６２１と、静電容量の変化量（ΔＣｐ）算出部６２２と、画像記録時の静電容量（Ｃｐｘ）算出部６２３と、第１〜第５の記憶部７１〜７５とから構成されている。

第１の記憶部７１は、時間検出部６１が測定（検出）した時間データ（ｔ０、ｔｘ）からなる第１のデータを記憶するように構成されている。

なお、本実施の形態においては、装置電源をＯＮにした時を所定の基準時（ｔ０）としたが、空調機器の電源をＯＮにした時を基準時（ｔ０）としてもよい。

第２の記憶部７２は、温度検出部５０が測定（検出）した温度データ（Ｔ０、Ｔｘ）からなる第２のデータを記憶するように構成されている。

ΔＣｐ算出部６２２は、第１の記憶部７１に記憶された第１のデータに基づき時間（ｔ）の変化量（Δｔ＝ｔｘ−ｔ０）を算出するΔｔ算出部６２２ａと、第２の記憶部７２に記憶された第２のデータに基づき環境温度(Ｔ)の変化量（ΔＴ＝Ｔｘ−Ｔ０）を算出するΔＴ算出部６２２ｂとから構成されている。なお、ΔＣｐ算出部６２２は、Δｔ算出部６２２ａによって算出されたΔｔ及びΔＴ算出部６２２ｂによって算出されたΔＴと、後述する第４の記憶部７４に記憶された第４のデータとに基づいてΔＣｐを算出するように構成されている。

第３の記憶部７３は、圧電素子８の静電容量（Ｃｐ）と素子温度（Ｋ）との相互間の特性データからなる第３のデータを記憶するように構成されている。

Ｃｐ０算出部６２１は、第３の記憶部７３に記憶された第３のデータに基づいてＣｐ０を算出するように構成されている。

図６に、第３のデータの具体例をグラフに示す。

上述した第４の記憶部７４は、環境温度(Ｔ)の変化量（ΔＴ）と、静電容量（Ｃｐ）の単位時間当たりの変化率（ΔＣｐ／Δｔ）との相互間の特性データからなる第４のデータを記憶するように構成されている。

上述したように、ΔＣｐ算出部６２２（Δｔ算出部６２２ａ及びΔＴ算出部６２２ｂ）は、Δｔ算出部６２２ａによって算出されたΔｔ及びΔＴ算出部６２２ｂによって算出されたΔＴと、第４の記憶部７４に記憶された第４のデータとに基づいて、ΔＣｐを算出するように構成されている。

図７に、第４のデータの具体例をグラフに示す。

Ｃｐｘ算出部６２３は、Ｃｐ０算出部６２１によって算出されたＣｐ０と、ΔＣｐ算出部６２２によって算出されたΔＣｐとに基づいて、画像記録時の静電容量（Ｃｐｘ）を算出するように構成されている。

画像記憶部６３は、記録すべき画像についてのデータを記憶し、後述する駆動部６４に、記憶された画像データを出力するように構成されている。

第５の記憶部７５は、圧電素子８の静電容量（Ｃｐ）と電圧（Ｖ）との相互間の特性データからなる第５のデータを記憶するように構成されている。

駆動部６４は、Ｃｐｘ算出部６２３によって算出された記録時静電容量（Ｃｐｘ）、第５の記憶部７５に記憶された第５のデータ及び画像記憶部６３に記憶された画像データ等の大きさに対応した制御信号に基づいて、駆動条件としての駆動電圧（Ｖｘ）を算出し、圧電素子８に出力するように構成されている。

図８に、第５のデータの具体例をグラフに示す。

図９に、記録時駆動電圧（Ｖｘ）の波形の具体例をグラフに示す。図９においては、記録時駆動電圧（Ｖｘ）として、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の４つの波形を示す。図８に示すように、静電容量（Ｃｐ）が大であるほど、電圧（Ｖ）は小となるため、図９は、記録時静電容量（Ｃｐｘ）が最大の時、すなわち記録時駆動電圧（Ｖｘ）が最小の時をＶ４で示し、記録時静電容量（Ｃｐｘ）が最小の時、すなわち記録時駆動電圧（Ｖｘ）が最大の時をＶ１で示している。

図９に示すように、記録時駆動電圧（Ｖｘ）の波形は、適切な噴射（吐出）特性を実現するためパルス形状を有するように構成されている。なお、図９に示すパルス形状は、始めにバイアス電圧を印加することで、メニスカス状態にあるインク滴を少し引いた状態にする。さらに、駆動電圧を下げることで、メニスカス状態にあるインク滴をより引いた状態にし、また、駆動電圧を上げることで、インク滴を押し出す。そして、駆動電圧を初期と同じレベルにすることで、インク滴を引きちぎり、ノズル近傍にインク滴が残らないようにする。

なお、本実施の形態における制御ユニット６０は、制御手段の一部を構成している。

また、時間検出部６１は、第１の記憶部７１とともに、時間測定手段を構成している。

また、温度検出部５０は、第２の記憶部７２とともに、温度測定手段を構成している。

また、Ｃｐ０算出部、ΔＣｐ算出部、Ｃｐｘ算出部、及び第１〜第４の記憶部は、静電容量算出手段を構成している。

さらに、駆動部６４は、第５の記憶部７５とともに駆動手段を構成している。

（圧電素子の駆動方法）
以下、制御ユニット６０を中心とした制御系を用いた圧電素子の駆動方法について、図５及び図１０を参照して、工程順に説明する。なお、図１０は、本実施の形態における、時間（ｔ）と、温度（環境温度（Ｔ）、素子温度（Ｋ））、静電容量（Ｃｐ）との関係（正方向に変化する場合）を示すグラフである。

（１）装置の電源をＯＮにすると、時間検出部６１によって、その時の時間を、所定の基準時（ｔ０）として測定し、第１の記憶部７１に記憶する。

（２）温度検出部５０によって、所定の基準時（ｔ０）の環境温度(Ｔ０) を測定し、第２の記憶部７２に記憶する。

（３）Ｃｐ０算出部６２１によって、基準時環境温度（Ｔ０）及び第３の記憶部７３に記憶された第３のデータ（図７参照）に基づいて、基準時静電容量（Ｃｐ０）を算出し、記憶する。なお、液滴吐出装置が、一定の時間、一定の環境に置かれた状態において、装置電源又は空調機器の電源がＯＮにされた基準時（ｔ０）においては、温度検出部５０によって測定された基準時環境温度（Ｔ０）と基準時素子温度（Ｋ０）とは略同一と看做すことができることから、基準時素子温度（Ｋ０）として基準時環境温度（Ｔ０）を用い、基準時静電容量（Ｃｐ０）を算出することができる。

（４）装置を稼動して画像の記録を開始すると、時間検出部６１によって、その時の時間を画像記録時（ｔｘ）として測定し、第１の記憶部７１に記憶する。

（５）温度検出部５０によって、画像記録時（ｔｘ）の環境温度(Ｔｘ) を測定し、第２の記憶部７２に記憶する。

（６）ΔＣｐ算出部６２２の環境温度の変化量（ΔＴ）算出部６２２ｂ及び時間変化量（Δｔ）算出部６２２ａによって、第１、２の記憶部７１、７２に記憶された第１、２のデータに基づいて、ΔＴ及びΔｔを算出する。次いで、第４の記憶部７４に記憶された第４のデータ（図７参照）、上述のΔＴ及びΔｔに基づいて、静電容量の変化率（ΔＣｐ）を算出し、記憶する。

（７）Ｃｐｘ算出部６２３によって、静電容量の変化率（ΔＣｐ）とＣｐ０とに基づいて、記録時静電容量（Ｃｐｘ）を算出し、記憶する。

図１０に示すように、装置電源又は空調機器の電源がＯＮにされた基準時（ｔ０）において、環境温度（Ｔ）は基準時（ｔ０）から時間ｔ１の経過後に画像記録時の環境温度（Ｔｘ）に到達するが、素子温度（Ｋ）は、環境温度（Ｔ）の場合よりも遅れて、時間ｔｓの経過後にやっと飽和に到達する。従って、実際の記録時素子温度（Ｋｘ）は、温度検出部５０によって測定された環境温度（Ｔｘ）よりも低い温度となるため、環境温度（Ｔｘ）をそのまま用いて、対応する静電容量（Ｃｐ）を算出し、駆動信号として出力しても実情にそぐわないことになる。そこで、本実施の形態においては、上述のようにして実際の記録時静電容量（Ｃｐｘ）を算出（推定）して、実情に即した駆動信号を出力することを可能としている。

（８）駆動部６４によって、記録時静電容量（Ｃｐｘ）、第５の記憶部７５に記憶された第５のデータ（図８参照）、及び画像記憶部６３に記憶されたデータに基づいて、駆動条件としての駆動電圧（Ｖｘ）を算出し、記憶する。図９に、このような、記録時駆動電圧（Ｖｘ）の波形の具体例（パルス形状）を示す。

（９）駆動条件としての駆動電圧（Ｖｘ）を、駆動部から圧電素子８に出力する。

以下、基準時（ｔ０）から記録時（ｔｘ）までの変化（経過）時間が５時間で、変化環境温度（Ｔ）が、基準時環境温度（Ｔ０）＝２０℃から、記録時環境温度（Ｔｘ）＝３８℃に変化する場合の駆動方法について具体的に説明する。

基準時環境温度（Ｔ０）が２０℃であることから、基準時素子温度（Ｋ０）も２０℃であると看做すことができ、第３のデータ（図６参照）から、基準時静電容量（Ｃｐ０＝
例えば５００ｐＦ）を算出する。環境温度（Ｔ）の変化量（ΔＴ＝Ｔｘ−Ｔ０＝３８℃−２０℃＝１８℃）に基づいて、第４のデータ（図７参照）から、静電容量（Ｃｐ）の単位時間当たりの変化率（ΔＣｐ／Δｔ）を４．４と算出する。基準時静電容量（Ｃｐ０＝５００ｐＦ）及び時間の変化量（Δｔ＝ｔｘ−ｔ０＝５時間）に基づいて、記録時静電容量（Ｃｐｘ）を、ΔＣｐ／Δｔ＝（Ｃｐｘ−Ｃｐ０）／（ｔｘ−ｔ０）＝４．４、すなわち、（Ｃｐｘ−５００）／５＝４．４であることから、Ｃｐｘ＝４．４×５＋５００＝５２２ｐＦと算出する。また、第５のデータ（図８参照）から、記録時駆動電圧（Ｖｘ）＝例えば、２９Ｖと算出する。但し、この値には限らない。

なお、本実施の形態においては、変位算出手段として、静電容量算出手段を用いているが、これは、図４に示すように、変位（δ）と静電容量（Ｃｐ）とが比例関係にあることを利用したものである。また、図６に示すように、静電容量（Ｃｐ）と素子温度（Ｋ）とにおいても比例関係が成立する（従って、変位（δ）と素子温度（Ｋ）とにおいても比例関係が成立する）から、変位算出手段として、素子温度算出手段を用いてもよい。

（カラープリンタの動作）
次に、カラープリンタ１００の動作を説明する。搬送機構３０は、制御ユニット６０の制御の下に、ピックアップロール３３及び搬送ロール３４を駆動し、給紙トレイ２０から用紙Ｐを取り出して主搬送路３１ａ，３１ｂに沿って搬送する。用紙Ｐが無端ベルト３５の近傍に差し掛かると、帯電ロール４３の静電吸着力によって用紙Ｐに電荷が付与され、用紙Ｐは無端ベルト３５に吸着する。

無端ベルト３５は、駆動ロール３６の駆動によって回転移動し、用紙Ｐが記録位置１０２に搬送されると、液滴吐出ヘッドユニット４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋによってカラー画像が記録される。

すなわち、図３に示す液滴吐出ヘッド１の液プール３ｂは、インクタンク４２Ｙ、４２Ｍ、４２Ｃ、４２Ｋから供給されたインクで満たされており、液プール３ｂからインクが供給孔４ｂ及び供給路５ｂを介して圧力発生室６ａに供給され、圧力発生室６ａにインクが貯留している。

温度検出部５０によって測定された、環境温度の変化量（ΔＴ＝Ｔｘ−Ｔ０）等に基づいて、制御ユニット６０が、実情に即した駆動電圧を算出し、適切な変形（変位）を実現するように複数の圧電素子８に印加すると、圧電素子８が適切な変形（変位）で駆動し、それに伴って振動板１３がたわみ、これにより、圧力発生室６ａ内の容積が適切に変化し、圧力発生室６ａに貯留しているインクが連通孔５ａ，４ａ，３ａを介してノズル２ａから適量のインク滴として用紙Ｐ上に安定した噴射特性を保持した状態で吐出して、用紙Ｐに高画質な記録を実現することができる。用紙Ｐは、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの画像が順次上書きされ、高画質なカラー画像が記録される。

高画質なカラー画像が記録された用紙Ｐは、搬送機構３０によって主搬送路３１ｄを経由して排紙トレイ２１に排出される。

なお、両面記録モードが設定されている場合は、排紙トレイ２１に一旦排出された用紙Ｐは、再び主搬送路３１ｅに戻り、反転搬送路３２を経由して再び主搬送路３１ｂを経由して記録位置１０２に搬送され、液滴吐出ヘッドユニット４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋによって前回記録された用紙Ｐの面と反対の面にカラー画像が記録される。

（第１の実施の形態の効果）
第１の実施の形態によれば、環境温度が変動する場合であっても、安定した噴射特性を発揮し、高画質な記録を実現することができる。

また、本実施の形態においては、実用上最も頻繁に起り得る、−２０℃〜３０℃の範囲内における環境温度(Ｔ)の変化量（ΔＴ）に対して円滑かつ有効に対応することができる。

なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、その発明の趣旨を逸脱しない範囲内で色々変形実施が可能である。

例えば、上記実施の形態では、圧電素子の個別電極への接続にフレキシブルプリント配線基板を用いたが、多層基板を用いてもよい。

本発明は、液滴を吐出することによって高精細な画像情報のパターンを形成することが要請される各種産業分野、例えば、高分子フィルムやガラス表面上にインクジェット法を用いてインクを吐出してディスプレイ用カラープリンタを形成したり、半田ペーストを基板上に吐出して部品実装用のバンプを形成したり、回路基板の配線を形成する等の電気・電子工業分野、ガラス基板等に反応試薬を吐出してサンプルとの反応を検査するバイオチップを製造する医療分野等で有効に利用される。

本発明の第１の実施の形態に係る液滴吐出装置を適用したカラープリンタを示す構成図である。 本発明の第１の実施の形態に用いられる液滴吐出ヘッドユニットを構成する液滴吐出ヘッドを示す平面図である。 図２におけるＡ−Ａ線断面図である。 圧電素子の変位（δ）と静電容量（Ｃｐ）との関係を示すグラフである。 制御ユニットを中心とした制御系の構成図である。 圧電素子の静電容量（Ｃｐ）と素子温度（Ｋ）との関係を示すグラフである。 環境温度（Ｔ）の変化量（ΔＴ）と静電容量（Ｃｐ）の単位時間当たりの変化率（ΔＣｐ／Δｔ）との関係を示すグラフである。 静電容量（Ｃｐ）と駆動電圧（Ｖ）との関係を示すグラフである。 記録時駆動電圧（Ｖｘ）の波形の具体例を示すグラフである。 時間（ｔ）と、温度（環境温度（Ｔ）、素子温度（Ｋ））、静電容量（Ｃｐ）との関係（正方向に変化する場合）を示すグラフである。

符号の説明

１ 液滴吐出ヘッド
２ ノズルプレート
２ａ ノズル
３ プールプレート
３ａ 連通孔
３ｂ 液プール
４Ａ，４Ｂ 供給孔プレート
４ａ 連通孔
４ｂ 供給孔
５ 供給路プレート
５ａ 連通孔
５ｂ 供給路
６ 圧力発生室プレート
６ａ 圧力発生室
７ 振動板
７ａ 供給孔
８ 圧電素子
８ａ 個別電極
８ｂ 共通電極
１２ フレキシブルプリント配線基板（ＦＰＣ）
１２ａ 導電パターン
２０ 給紙トレイ
２１ 排紙トレイ
３０ 搬送機構
３１ａ〜３１ｅ 主搬送路
３２ 反転搬送路
３３ ピックアップロール
３４ 搬送ロール
３５ 無端ベルト
３６ 駆動ロール
３７ 従動ロール
４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋ 液滴吐出ヘッドユニット
４２Ｙ、４２Ｍ、４２Ｃ、４２Ｋ インクタンク
４３ 帯電ロール
４４ プレテン
４５ メンテナンスユニット
５０ 温度測定手段（温度検出部）
６０ 制御ユニット
６１ 時間検出部
６２ 制御部
６３ 画像記憶部
６４ 駆動部
７１ 第１の記憶部
７２ 第２の記憶部
７３ 第３の記憶部
７４ 第４の記憶部
７５ 第５の記憶部
１００ カラープリンタ
１０１ 筐体
１０２ 記録位置
６２１ Ｃｐ０算出部
６２２ ΔＣｐ算出部
６２２ａ Δｔ算出部
６２２ｂ ΔＴ算出部
６２３ Ｃｐｘ算出部
Ｐ 用紙
Ｓ 流路部材

Claims (12)

1. 複数のノズル及び前記複数のノズルに連通した流路が形成された流路部材と、前記ノズルに対応して配設された複数の圧電素子とを有し、前記圧電素子の駆動に基づく変位によって前記流路を経由して前記複数のノズルから液滴を吐出して画像を記録する液滴吐出ヘッドと、
   所定の基準時（ｔ０）及び画像記録時（ｔｘ）を測定する時間測定手段と、
   所定の基準時（ｔ０）の環境温度(Ｔ０)及び画像記録時（ｔｘ）の環境温度(Ｔｘ)を測定する温度測定手段と、
   前記時間測定手段によって測定された複数の時間（ｔ０、ｔｘ）及び前記温度測定手段によって測定された複数の前記環境温度（Ｔ０、Ｔｘ）に基づいて前記圧電素子の前記画像記録時（ｔｘ）の素子温度（Ｋｘ）における変位（δｘ）を算出する変位算出手段と、
   前記変位算出手段によって算出された前記記録時変位（δｘ）に基づいて前記圧電素子に、その駆動条件を出力する駆動手段と、
   前記時間測定手段、前記温度測定手段、前記変位算出手段及び前記駆動手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする液滴吐出装置。
2. 前記変位算出手段は、前記変位（δ）と比例関係にある静電容量（Ｃｐ）を算出する静電容量算出手段であることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出装置。
3. 前記時間測定手段は、前記時間測定手段の測定データからなる第１のデータを記憶する第１の記憶部を有することを特徴とする請求項２に記載の液滴吐出装置。
4. 前記温度測定手段は、前記温度測定手段の測定データからなる第２のデータを記憶する第２の記憶部を有することを特徴とする請求項２に記載の液滴吐出装置。
5. 前記静電容量算出手段は、前記圧電素子の、静電容量（Ｃｐ）と素子温度（Ｋ）との相互間の特性データからなる第３のデータを記憶する第３の記憶部、及び前記環境温度(Ｔ)の変化量（ΔＴ＝Ｔｘ−Ｔ０）と、前記静電容量（Ｃｐ）の単位時間当たりの変化率（ΔＣｐ／Δｔ：ここで、ΔＣｐ＝画像記録時の静電容量（Ｃｐｘ）−基準時の静電容量（Ｃｐ０）、Δｔ＝ｔｘ−ｔ０）との相互間の特性データからなる第４のデータを記憶する第４の記憶部を有することを特徴とする請求項２に記載の液滴吐出装置。
6. 前記駆動手段は、前記圧電素子の、静電容量（Ｃｐ）と、前記駆動電圧（Ｖｘ）との相互間の特性データからなる第５のデータを記憶する第５の記憶部を有することを特徴とする請求項２に記載の液滴吐出装置。
7. 前記制御手段は、前記時間測定手段によって測定され前記第１の記憶部に記憶された前記第１のデータから、前記時間（ｔ）の変化量（Δｔ＝ｔｘ−ｔ０）を算出することを特徴とする請求項２に記載の液滴吐出装置。
8. 前記制御手段は、前記温度測定手段によって測定され前記第２の記憶部に記憶された前記第２のデータから、前記環境温度（Ｔ）の変化量（ΔＴ＝Ｔｘ−Ｔ０）を算出することを特徴とする請求項２に記載の液滴吐出装置。
9. 前記制御手段は、前記基準時環境温度（Ｔ０：ここで、Ｔ０＝基準時素子温度（Ｋ０））に基づいて、前記第３の記憶部に記憶された前記第３のデータから、基準時静電容量（Ｃｐ０）を算出し、前記第４の記憶部に記憶された前記第４のデータから、前記温度変化量制御部によって算出しられた前記環境温度（Ｔ）の変化量（ΔＴ＝Ｔｘ−Ｔ０）に基づいて前記静電容量（Ｃｐ）の単位時間当たりの変化率（ΔＣｐ／Δｔ）を算出し、算出しられた前記基準時静電容量（Ｃｐ０）及び前記静電容量（Ｃｐ）の単位時間当たりの変化率（ΔＣｐ／Δｔ）に基づいて前記記録時静電容量（Ｃｐｘ）を算出することを特徴とする請求項２に記載の液滴吐出装置。
10. 前記制御手段は、前記記録時静電容量（Ｃｐｘ）に基づいて、前記第５の記憶部に記憶された前記第５のデータから、前記駆動条件としての駆動電圧（Ｖｘ）を算出することを特徴とする請求項２に記載の液滴吐出装置。
11. 前記環境温度(Ｔ)のＴ０からＴｘへの変化要因は、装置電源又は空調機器の電源をＯＮにする作業であることを特徴とする請求項２に記載の液滴吐出装置。
12. 複数のノズル及び前記複数のノズルに連通した流路が形成された流路部材と、前記ノズルに対応して配設された複数の圧電素子とを有し、前記圧電素子の駆動に基づく変位によって前記流路を経由して前記複数のノズルから液滴を吐出して画像を記録する液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置の駆動方法であって、
    （１）所定の基準時（ｔ０）を測定する。
    （２）所定の基準時（ｔ０）の環境温度(Ｔ０) を測定する。
    （３）基準時環境温度（Ｔ０）に基づいて、基準時静電容量（Ｃｐ０）を算出する。
    （４）画像記録時（ｔｘ）を測定する。
    （５）画像記録時（ｔｘ）の環境温度(Ｔｘ) を測定する。
    （６）環境温度(Ｔ)の変化量（ΔＴ）及び時間（ｔ）の変化量（Δｔ）を算出し、前記ΔＴ及びΔｔに基づいて、静電容量の変化率（ΔＣｐ）を算出する。
    （７）静電容量の変化率（ΔＣｐ）と前記Ｃｐ０とに基づいて、記録時静電容量（Ｃｐｘ）を算出する。
    （８）記録時静電容量（Ｃｐｘ）に基づいて、駆動条件としての駆動電圧（Ｖｘ）を算出する。
    （９）前記駆動条件としての前記駆動電圧（Ｖｘ）を、前記圧電素子に出力する、ことを含むことを特徴とする液滴吐出装置の駆動方法。

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