JP2021175600A - 液滴吐出制御装置及び液滴吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】搬送中の媒体に付着した液滴の状態を、搬送中の媒体から検出して吐出動作へのフィードバック制御を可能にする液滴吐出制御装置を提供する。【解決手段】搬送中の媒体に液滴を吐出する液滴吐出部の吐出動作を動作パラメータに基づいて制御する吐出制御部と、搬送中の媒体に付着させた液滴の付着状態を検出する付着状態検出部と、検出された付着状態と搬送中の媒体に対する液滴の理想付着状態との差異の判定をする状態判定部と、判定に基づいて動作パラメータを更新するパラメータ更新部と、を備える液滴吐出制御装置による。【選択図】図２

Description

本発明は、液滴吐出制御装置及び液滴吐出装置に関する。

液体インクを液滴にして吐出し媒体に付着させる液滴吐出装置が知られている。液滴吐出装置の一例は、液滴によって画像を形成する画像形成装置である。液滴吐出装置は、液滴を吐出するノズルを備える吐出ヘッド機構を備え、この吐出ヘッド機構の吐出動作を制御する液滴吐出制御装置を備える。

吐出ヘッド機構には、電圧の印加により変形する圧電素子を用いることが多い。吐出ヘッド機構では、個々のノズルへ液体インクを供給する個別液室の物理構造や圧電素子の特性などの製造上の公差によって、圧電素子に印加される駆動電圧波形が同時同一であっても、各ノズルからのインク滴の吐出速度や吐出量にバラツキが生ずる。そして、液滴の付着位置や付着量にバラツキがあると、当該液滴によって画像を形成するとき画質の乱れなどの原因になる。

そこで、媒体への液滴の付着位置や付着量のバラツキを補正する技術が必要とされる。その一例として、ノズルから吐出され媒体に付着するまでの液滴（飛翔中の液滴）を撮影した複数の画像から、液滴の付着状態を類推し、類推結果に応じて補正を行う技術が知られている。しかし、当該技術は画像形成装置へ吐出ヘッドが装着された状態では実施困難であり、かつ媒体に付着した液滴そのものの状態を検知するのではなく、付着までの液滴の状態から類推する技術であるから、補正の精度を向上させるには課題がある。

また、媒体に付着した液滴の付着量を単一の液滴から計測することで検知精度を高めることを目的とし、液滴吐出タイミングの応じた時刻に液滴吐出方向の横方向から液滴のサイズや接触角を計測する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特許文献１の技術は、液滴吐出装置とは別の検査装置に適用されることを前提にしたものである。したがって、液滴吐出装置の動作中に媒体に付着させた液滴の状態を検出することで液滴吐出動作を好適な状態に変更するように補正するフィードバック制御には不適である。

また、液滴吐出動作に対するフィードバック制御を行うときに、飛翔中の液滴の状態から類推するのではなく、媒体に付着した液滴の状態から検出された情報に基づくフィードバック制御の方が、補正精度を向上させることができ、また、液滴吐出動作に補正を反映させる速度の面においても有利である。特に近年では、画像形成の高速化や画像の高精細化の要求が高まっており、吐出動作へのフィードバック制御に対しても高速化及び高精度化が求められる。すなわち、特許文献１に開示されているような技術では、液滴吐出装置を連続的に動作させながら、吐出動作の結果である液滴の媒体への付着状態に基づいて、吐出動作のフィードバック制御を行うこと課題がある。

本発明は、搬送中の媒体に付着した液滴の状態を、搬送中の媒体から検出して吐出動作へのフィードバック制御を可能にする液滴吐出制御装置を提供することを目的とする。

上記技術的課題を解決するため、本発明の一態様は、液滴吐出制御装置に関し、搬送中の媒体に液滴を吐出する液滴吐出部の吐出動作を動作パラメータに基づいて制御する吐出制御部と、搬送中の前記媒体に付着させた前記液滴の付着状態を検出する付着状態検出部と、検出された前記付着状態と搬送中の前記媒体に対する前記液滴の理想付着状態との差異の判定をする状態判定部と、前記判定に基づいて前記動作パラメータを更新するパラメータ更新部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、搬送中の媒体に付着した液滴の状態を、搬送中の媒体から検出して吐出動作へのフィードバック制御を可能にする。

本発明に係る液滴吐出装置の実施形態であるインクジェットプリンタの全体構成を示す構成図。 本発明に係る液滴吐出制御装置の実施形態である着弾後液滴計測装置の全体構成を示す構成図。 上記着弾後液滴計測装置が備える吐出制御部の構成図。 上記着弾後液滴計測装置が備える液滴吐出ヘッドの構成図。 上記実施形態において適用可能な液体インクの特例の例を示すグラフ。 上記着弾後液滴計測装置の液滴計測動作の例を示すタイミングチャート。 上記液滴計測動作による液滴の付着状態の例を示す図。 上記液滴計測動作による液滴の大きさのズレの例を示す図。 上記液滴計測動作に用いられる駆動電圧波形と動作パラメータの関係を示す図。 上記着弾後液滴計測装置の液滴計測動作の別例を示すタイミングチャート。 上記液滴計測動作による液滴の付着状態の別例を示す図。

以下、本発明に係る液滴吐出制御装置及び液滴吐出装置の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、液滴吐出装置の実施形態としてのインクジェットプリンタ１に、液滴吐出制御装置の実施形態としての着弾後液滴計測装置１０が備えられているものを本実施形態とする。

［インクジェットプリンタ１の実施形態］
図１に示すように、インクジェットプリンタ１において、液滴の吐出先に相当するメディアＭは、連長のシート状に媒体であって、媒体供給装置２と媒体回収装置１４によって、矢印Ｃの方向へと搬送される。なお、インクジェットプリンタ１はオンデマンド方式におけるライン走査型を例示している。

媒体供給装置２から高速で繰り出されるメディアＭは、インクジェットプリンタ１において、所望のカラー画像が形成され、その後媒体回収装置１４によって巻き取られて回収される。

インクジェットプリンタ１は、媒体搬送部であって内部におけるメディア搬送機構として、媒体供給装置２から供給されたメディアＭの幅方向の位置決めを行う規制ガイド３、従動ローラと駆動ローラで構成されたインフィード部４、メディアＭの張力に対応して上下動して位置信号を出力するダンサローラ５、メディアＭの蛇行を制御するＥＰＣ（ＥｄｇｅＰｏｓｉｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌ）６、蛇行量のフィードバックに使用する蛇行量検出器７、メディアＭを設定された速度で搬送するために一定速度で回転する従動ローラと駆動ローラからなるアウトフィード部１２、メディアＭを装置外に排紙する駆動ローラと従動ローラからなるプラー１３などを有している。インクジェットプリンタ１が備えるメディア搬送機構は、ダンサローラ５の位置検出を行い、インフィード部４の回転を制御して搬送中のメディアＭの張力を一定に保つ張力制御型である。

また、インクジェットプリンタ１の内部には、複数の液滴吐出ヘッド８０を配列して構成される吐出ヘッドアレイ８と、吐出ヘッドアレイ８と対向する位置に設けられたプラテン９と、乾燥手段１１が設けられている。

液滴吐出部としての吐出ヘッドアレイ８は、後述する液滴吐出ヘッド８０を、メディアＭにおける画像形成対象領域の幅全域に複数配列させたライン状のインクジェットヘッドであって、カラー画像を形成するときには、クロ、シアン、マゼンダ、イエローの各色の液体インクを吐出する。なお、吐出ヘッドアレイ８のノズル面は、プラテン９の上部空間において、所定の隙間を保つように支持されている。後述する吐出制御部１１０において、吐出ヘッドアレイ８がメディアＭの搬送速度に同期する吐出動作を実行することでメディアＭにカラー画像を形成することができる。なお、液滴吐出ヘッド８０の構造例については、後述する。

乾燥手段１１は、吐出ヘッドアレイ８により吐出されてメディアＭに付着した液滴が他の部分へ付着することを防止するためにインク滴の乾燥及び定着を行う。なお、インクジェットプリンタ１において乾燥手段１１は、加熱機構にメディアＭが接触しない非接触形式のものを例示しているが、メディアと加熱機構が接触する接触式にも適用可能である。

吐出ヘッドアレイ８に対するメディアＭの搬送方向の下流側には、着弾後液滴計測装置１０が配置される。着弾後液滴計測装置１０は、メディアＭに対する画像形成処理（液滴吐出動作）の実行の直後のインク液滴のメディアＭへの付着状態を取得する処理を、インクジェットプリンタ１の動作を停止させることなく行うことができる。すなわち、インクジェットプリンタ１において液滴の吐出動作（画像形成動作）を連続させながら、メディアＭに付着した液滴の状態（付着状態）に基づいて吐出動作の動作パラメータを更新する（補正する）ことができる。これによって、高速で搬送されるメディアＭに対する液滴の付着状態に基づく情報（データ）を利用して、画像形成動作（吐出動作）に対するフィードバック制御を行うことができる。

インクジェットプリンタ１において、着弾後液滴計測装置１０が配置される位置は、吐出ヘッドアレイ８と乾燥手段１１の間、または、乾燥手段１１の後段でもよい。ただし、吐出ヘッドアレイ８に近い位置に配置する方が、液滴の着弾位置（付着位置）と時刻との演算をする桁数（演算量）を抑えることができるので、制御回路の規模を低くすることができる。

着弾後液滴計測装置１０は、メディアＭの液滴付着面を所定のタイミングで撮影し、その画像情報に基づいて、吐出ヘッドアレイ８が備える複数の液滴吐出ヘッド８０の動作を制御する動作パラメータを更新する更新情報を算出する。ここで、更新情報には、メディアＭ上の液滴に対する特徴量の抽出と、特徴量に基づく動作パラメータの補正（更新）データが含まれる。そして、補正データに基づいて、液滴吐出ヘッド８０を動作させるために印加される駆動波形の形状と駆動タイミングを補正する情報が算出され、これを吐出制御部１１０（後述する）に渡すことで、フィードバック制御が実現される。

［着弾後液滴計測装置１０の構成］
次に、着弾後液滴計測装置１０の構成について、図２を参照しながら説明する。着弾後液滴計測装置１０は、吐出ヘッドアレイ８を構成する複数の液滴吐出ヘッド８０の各々の吐出動作を制御する吐出制御部１１０と、メディアＭに吐出されて付着したの状態を検出する付着状態検出部１２０と、状態判定部１３０と、パラメータ更新部１４０と、を少なくとも備える。

付着状態検出部１２０は、搬送中のメディアＭに対して吐出されてメディアＭに付着した液滴の状態（付着状態）を、メディアＭを搬送しながら検出する機構を備える。付着状態検出部１２０は、撮像部としてのカメラ１２１と、閃光照射部としてのパルス光源１２２と、これらの動作を制御する撮像制御部と、を少なくとも備える。メディアＭは、インクジェットプリンタ１が備えるメディア搬送機構によって、指定された搬送速度で搬送される。吐出制御部１１０では液滴の吐出動作の制御タイミングに基づいて吐出ヘッドアレイ８からメディアＭに対して液滴を吐出するので、その吐出タイミングと、メディアＭの搬送速度に基づけば、カメラ１２１の撮像領域を通過する時刻が決まる。したがって、吐出タイミング後の所定の時間経過時の時刻において、パルス光源１２２を動作させて所定の時間幅で必要な光量からなる閃光をメディアＭに向けて照射する閃光照射動作を実行する。そして、パルス光源１２２の閃光照射タイミングに基づいてカメラ１２１がメディアＭを撮影する撮影動作を実行する。

カメラ１２１は、ＣＭＯＳ素子やＣＣＤ素子からなる撮像素子を備え、パルス光源１２２によって閃光が照射されたメディアＭの所定の位置からの反射光を受光することで、所定の位置の着弾後液滴Ｐの画像を撮影するように構成されている。また、パルス光源１２２は、ドット画像撮影に必要な光量を照射する光源素子であって、例えばＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）を用いることができる。パルス光源１２２から照射されるパルス光（閃光）は、時間幅が１５ナノ秒〜２０ナノ秒程度であるから、パルス光の照射時刻に合わせて液滴付着面を撮影すれば、ドット画像を構成するマイクロオーダーの直径からなる着弾後液滴Ｐの状態を画像として検出できる。付着状態検出部１２０において撮影された画像は状態判定部１３０に渡される。

なお、パルス光源１２２は、発光時間が数十ナノ秒以下の時間幅において、カメラ１２１が備える撮像素子の受光感度に応じた積分光量が確保できれば、その種類および発光時間を限定はしない。また、単一光源で光量が不足する場合には、複数光源を同時に発光させるように構成してもよい。また、光源の駆動電圧または駆動電流を増加させることで光量を増加させてもよいし、光源そのものをアレイ状にしたＬＤアレイや面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）を用いてもよい。また、これらを適宜組み合わせてて必要な積分光量を確保できれば、その構造は問わない。

状態判定部１３０では、メディアＭの液滴付着面の画像に含まれる着弾後液滴Ｐの位置（座標）や、着弾後液滴Ｐの大きさ（液滴サイズ）を算出する。着弾後液滴Ｐの位置（座標）の算出は、種々の方法を用いることができる。例えば、付着状態検出部１２０から渡された画像を画像ブロックに分割し、各画像ブロックに含まれる着弾後液滴Ｐの部分の量に基づいて各着弾後液滴Ｐの重心位置を算出する。そして、理想とする着弾後液滴Ｐの位置（理想位置）に対する重心位置（付着位置）の差分（ズレ）を算出する。そして、算出されたズレから、着弾後液滴Ｐのズレの方向とその量を判定し、判定結果をパラメータ更新部１４０に渡す。

パラメータ更新部１４０は、状態判定部１３０から渡される判定結果に基づいて、着弾後液滴Ｐの理想付着状態からのズレの有無の判定及び、「ズレの方向」や「ズレの量」を低減させて理想付着状態に近づくように、吐出制御部１１０に対する動作パラメータの補正量を算出するう。そして、算出された補正量に基づいて動作パラメータを更新して吐出制御部１１０に渡す。

吐出制御部１１０は、吐出ヘッドアレイ８を構成する液滴吐出ヘッド８０の各々の動作を制御する。吐出制御部１１０は、少なくとも、出力波形生成部１１１と、出力電圧制御部１１２と、出力位相制御部１１３と、を有している。

出力波形生成部１１１は、液滴吐出ヘッドに吐出動作を実行させる駆動波形を生成して印加する。出力波形生成部１１１において生成する駆動電圧波形の大きさを規定するパラメータが動作パラメータに相当する。出力電圧制御部１１２は、出力波形生成部１１１において生成される駆動波形電圧を出力する回路を備える。出力位相制御部１１３は、駆動電圧波形の位相を制御するための信号を出力する。出力位相制御部１１３から出力される位相信号によって、駆動電圧波形の出力タイミングや周期が設定されるので、これらを設定するパラメータも動作パラメータに相当する。

インクジェットプリンタ１では、長時間の連続動作が実行されるので、動作中に必要な電気回路の消費電力による発熱や、メディアＭに付着させたインク滴を乾燥させるための加熱及び定着工程による熱の影響を受けて装置内の温度は上昇する。一方、発熱された熱量を外部へ排出する機構や、意図的に装置内全域または一部を冷却する機構の影響によって装置内の温度は下降することもある。特に大型のインクジェットプリンタ１では、プラスマイナス５度を上回る装置内温度の上昇と下降を繰り返しながら、長時間の連続動作が実行される。

吐出ヘッドアレイ８から吐出される液体インクは、温度環境の変動によって粘度などが変動する。また、吐出ヘッドアレイ８の吐出動作を担う構成も温度環境の変動によって特性が変化することもある。長時間の連続運転中の温度環境の変動によって吐出ヘッドアレイ８の吐出特性は多用な要素によって変動しうる。その結果、メディアＭに付着するミクロンオーダーの液滴の位置や大きさにはバラツキが生じうる。そこで、実際に吐出されてメディアＭに付着した着弾後液滴Ｐの位置や大きさに基づいて、吐出ヘッドアレイ８の動作パラメータを、インクジェットプリンタ１の動作中にフィードバック制御によって更新することで、吐出動作の精度の維持及び向上を図ることができる。なお、液体インクの特性については、後述する。

［吐出制御部１１０の詳細構成］
次に、吐出制御部１１０の構成についてより詳細に説明する。図３は、吐出制御部１１０を構成するハードウェアとしてのドライバーＩＣの構成を例示する図である。ドライバーＩＣは圧電素子８１に所定の駆動電圧波形を印加することで各ノズル８４における液滴吐出タイミングの制御と吐出する液滴量を制御する。

図３に示すように吐出制御部１１０は、出力波形生成部１１１と、出力電圧制御部１１２と、出力位相制御部１１３と、出力信号観測部１１４と、を有する。

出力波形生成部１１１は、波形番号選択ブロック１１１１、位相情報選択ブロック１１１２、出力電圧選択ブロック１１１３を備える出力ブロックと、各出力ブロックに対応する出力端子１１１４と、有する。出力波形生成部１１１は、液滴（インク滴）を吐出するノズル８４の夫々に対応する圧電素子８１に対して、複数の電圧を指定順序で供給する。出力波形生成部１１１は、出力位相制御部１１３から受けた出力ブロック毎の波形番号情報と位相情報と出力電圧選択情報に基づいて、出力電圧制御部１１２から受ける複数の電圧から順次選択した電圧を、各出力端子ＶＯＵＴｎ（出力端子１１１４）から出力する機能を有している。

なお、波形番号とは、吐出する液滴の滴量サイズや、環境変化に応じて形状変更された駆動電圧波形、など複数種類の駆動電圧波形に対応して定められた番号であり、出力端子１１１４の各々に対し、駆動電圧波形を出力するかを定めるために設定するものである。また、各出力ブロックは波形番号のみを保有し、変化時刻や電圧レベルなどデータ量の多い情報は共通情報として前段の記憶領域から参照することで駆動電圧波形を生成できる。

出力電圧制御部１１２は、２つ以上複数の固定電圧が入力される駆動電圧入力部１１２２と、後段の出力波形生成部１１１へ供給する複数電圧を生成する「出力電圧生成回路１１２１」などで構成されている。出力電圧制御部１１２は、出力波形を生成するために必要な複数電圧を出力波形生成部１１１に供給する。出力電圧生成回路１１２１は、吐出制御部１１０（ドライバーＩＣ）の動作状態に応じて、入力端子１１２３からの電圧を同一電位で出力する場合と、入力端子１１２３からの電圧を元に新たな電圧を生成して出力する機能を有する場合がある。また、入力端子１１２３から従来と同様に可変電圧を受け入れた場合、可変電圧を出力する。

出力位相制御部１１３は、駆動電圧波形として出力すべき指定電圧と時刻を出力毎に制御する。出力位相制御部１１３は、クロック入力部１１３１と、基準周期カウント部１１３２と、波形情報入力部１１３３と、出力毎波形伝送部１１３４と、出力情報記憶領域１１３５と、を有する。

クロック入力部１１３１は、ドライバーＩＣの動作の基準となるクロックを入力する。基準周期カウント部１１３２は、基準クロックを数え、必要なタイミングでドライバーＩＣの内部状態を遷移させる。波形情報入力部１１３３は、特定のノズル８４で、必要なインク滴を吐出するために、画制御情報に基づいて複数の駆動電圧波形情報を受け入れる。出力毎波形伝送部１１３４は、入力された波形情報やノズル８４毎に駆動電圧波形を選択し、ノズル８４毎に定められた吐出動作のタイミングに応じて出力電圧を切り替えるための波形を伝送制御する。出力情報記憶領域１１３５は、数種類の駆動電圧波形と、ノズル８４毎に液滴を出力すべき時刻と電圧情報とを格納する。

本実施形態に係る吐出制御部１１０においては、基準クロックを複数サイクルカウントすることで、インクの吐出サイクルを構成するものとする。なお、出力情報記憶領域１１３５には、後述の図９において示すように、記憶容量の点で効率よく、すべてのノズル８４による吐出動作（液滴の出力）に共通する複数の波形情報が格納する機能を有する。

出力信号観測部１１４は、各ノズル８４に対して印加される駆動電圧波形を選択して、その波形の電圧状態を計測する。出力信号観測部１１４は、出力比較部１１４１と、ＡＤ変換部１１４２と、を有している。出力信号観測部１１４は任意の出力端子１１１４（ＶＯＵＴｎ）の電気信号から選択して入力として受けて、ＡＤ変換部１１４２でデジタル値へと変換し、期待値と比較して確からしさを判定する機能を有している。判定結果は、出力比較部１１４１から判定信号ＣＭＰとして出力される。なお、デジタル変換値をドライバーＩＣの外部から読み取る機能や、ＡＤ変換部１１４２をドライバーＩＣの内部に配置せず、アンプを経由した電気信号をそのままアナログ信号として出力するように構成してもよい。

［吐出ヘッドアレイ８］
ここで、吐出ヘッドアレイ８を構成する液滴吐出ヘッド８０の構造について図４に例示する。図４に示すように液滴吐出ヘッド８０は、圧電素子８１を用いた一般的なインクジェットヘッドである。圧電素子８１は、電圧の印加によって変形（収縮又は拡大）する素材からなり、両端への印加電圧レベルに応じて物理的に形状が変化する。振動板８２は、圧電素子８１の形状変化をインク液室８３へ伝搬する役割りを担う。インク液室８３は、吐出するインクをインクタンクからインクチューブなどを経由して供給し、ノズル８４へインクを送り出す役目を担う。ノズル８４は、振動板８２により物理的な圧力が印加されたインクを、決められた滴量を、指定した速度で吐出する吐出口を構成する。

圧電素子８１の上端と下端には、各々正電極と負電極が形成されている。この正電極と負電極に一定以上の電圧を印加することで圧電素子８１の形状を変化させることができる。図４（ａ）は、圧電素子８１へ電圧を印加していない定常状態を示す。インク面はノズル８４の内側に位置しており、安定状態を保っている。図４（ｂ）は、指定した電圧レベルで電圧を印加するための駆動波形によって圧電素子８１の形状を変化させ、振動板８２を経由してインク液室８３へ圧力を伝え、ノズル８４から一定量のインクを吐出する瞬間の過渡的な状態を示している。図４（ｂ）の状態を経て、ノズル８４から所定のタイミングで所定量のインク滴が吐出される。

［様々な液体種粘度の特性］
続いて、インクジェットプリンタ１において使用される液体インクの特性に関し、図５のグラフを例示しながら説明する。図５は、横軸をせん断応力、縦軸を粘度とするグラフであって、ニュートン流体に相当するインクＦ１、ビンガム流体に相当するインクＦ２、擬塑性流体に相当するインクＦ３、ダイラタント流体に相当するインクＦ４の特性を例示している。一般的に、液体インクは、温度が上昇すると粘度が下がり、温度が下降すると粘度が上がることが知られている。

圧電素子８１により液体インクを吐出する吐出動作では液滴吐出ヘッド８０の温度が上昇し、装置全体の温度（機内温度）も上昇する。すなわち、吐出動作によって液体インクの環境温度は変動するので、粘度も変化し、同じ駆動電圧波形の印加であっても液滴の吐出状態（タイミング、速度、大きさなど）が変動する。その結果、液滴の着弾位置や大きさの変動要因となって形成される画像の質に影響を与えることになる。

本実施形態に係るインクジェットプリンタ１では、温度変動に応じてインク粘度やせん断応力の変動を推定するのではなく、吐出動作の結果として表れる液滴の着弾位置や大きさを直接取得し、その取得内容に応じて、吐出動作に用いられる駆動電圧波形を補正するので、着弾後の液滴の状態の経時的安定性をさらに維持することができる。

［液滴吐出制御方法の第一実施形態］
次に、着弾後液滴計測装置１０の動作の例ついて、図６のタイミングチャートを用いて説明する。図６に示すように、吐出動作が、所定の動作周期に基づいて実行される。「吐出動作開始」は、圧電素子８１に対する駆動電圧波形の供給によって、圧電素子８１が変形し、ノズル８４からインク滴が吐出されるタイミングを例示している。

インク滴の吐出動作が実行された後であって遅延時間Ｔｄ１を経過した後に、インク滴がメディアＭに着弾する。メディアＭは搬送機構によって搬送されているので、インク滴が着弾した後の搬送時間Ｔｄ２を経過した時点において、パルス光源１２２を発光させる。そして、パルス光源１２２の発光と同時にカメラ１２１が着弾後液滴Ｐを撮影する。

パルス光源１２２は、短い時間幅で発光する。パルス光源１２２から照射される閃光によって、撮影に必要な光量が照射時間Ｔｗ１の間で供給される。カメラ１２１の撮像素子は、パルス光源１２２の発光からの一定時間内に相当する所定の時間幅Ｔｗ２で、すなわち閃光の照射以後のメディアＭからの反射光を受光する。

［メディアＭにおける着弾後液滴Ｐの付着状態の例］
次に、着弾後液滴Ｐの付着状態について図７を用いて説明する。図７に示すように、メディアＭの搬送方向に対して直交する方向に着弾後液滴Ｐが並ぶ状態になる。なお、図７は、説明のために便宜上、着弾後液滴Ｐが一列に並んでいる様子を描いているが、実際の液滴吐出動作において着弾後液滴Ｐが一直線に整列することを限定しているものではない。

図７において、基準位置を示す基準線Ｌは仮想的な線であって、理想的な吐出動作が実行されたときに遅延時間Ｔｄ１において着弾後液滴Ｐが付着するときの理想位置を例示している。

インクジェットプリンタ１を連読動作させて、吐出動作も連続的に実行されると、元々の機械的公差の影響は動作熱による液滴吐出ヘッド８０の動作特性の変動、液体インクの粘度の変化などによって同一の駆動波形を同タイミングで印加しても、着弾後液滴Ｐの付着位置や付着量にはズレが生じうる。

例えば、図７に示す着弾後液滴Ｐ１は、理想位置からメディアＭの搬送方向上流側に付着位置がずれている例である。着弾後液滴Ｐ１に対応するノズル８４の吐出動作の実行時期が、理想付着状態と比較した場合に遅かったことを示している。また、着弾後液滴Ｐ２は、搬送方向下流側に付着位置がずれている例である。着弾後液滴Ｐ２に対応するノズル８４の吐出動作の実行時期が、理想付着状態と比較した場合に早かったことを示している。

また、着弾後液滴Ｐ３は、吐出されたインク量が少なくドット面積が狭くなっていたことを例示している。着弾後液滴ＰはメディアＭ上において着弾座標を中心に放射状に広がる。この広がる性質を「濡れ広がり性」と称する。粘度の低いインクの場合、着弾後液滴Ｐの濡れ広がり性が高く、直径または周囲長の長い着弾液滴（大きい着弾液滴）の状態になる。粘度の高いインクの場合、濡れ広がり性が低く、直径が短く周囲長の短い着弾液滴（小さい着弾液滴）となる。

また、液滴がメディアＭへ着弾する直前の速度が速い場合、着弾液滴は大きく、直前の速度が遅いと着弾液滴は小さくなる。さらに、インクジェットヘッドのノズルから吐出されて飛翔する液滴の体積が多いと着弾液滴は大きく、体積が少ないと着弾液滴は小さくなる、といった挙動を示す。図８に例示するように、着弾後液滴Ｐの直径のターゲットが４０μｍである場合、着弾後液滴Ｐ３の直径が５％（２μｍ）小さくなったものと仮定すると、着弾後液滴Ｐ３の面積は１０％程度縮小することになる。面積が１０％縮小すると、メディアＭにおいて当該着弾後液滴Ｐ３の色濃度が１０％薄くなることに影響を及ぼす。したがって、液滴の吐出動作を実行しながら、リアルタイムに着弾後液滴Ｐの情報を取得（計測）することは、時々刻々変化するインクジェットプリンタ１による画像品質に対して大きく影響する。すなわち、リアルタイムの着弾後液滴Ｐの情報を取得して判定し、その判定に基づいて、液滴吐出ヘッド８０の動作パラメータを更新することで、インクジェットプリンタ１による画像品質の向上を図ることができる。

図７に戻る。着弾後液滴Ｐの各々は、吐出ヘッドアレイ８が備える各液滴吐出ヘッド８０が備えるノズル８４の夫々に対応するものであるから、各ノズル８４（各液滴吐出ヘッド８０）における吐出動作の結果に基づけば、理想位置への補正を可能にする。そこで、カメラ１２１が取得する図７に例示したような画像に基づいて、状態判定部１３０において処理をし、着弾後液滴Ｐ（Ｐ１やＰ２）などのようにズレの方向とズレの量を判定することができる。また、着弾後液滴Ｐ３のように、液滴面積を判定することで、好適な吐出量へのズレも判定することができる。

［動作パラメータの説明］
次に、パラメータ更新部１４０において更新対象となる「動作パラメータ」に関して説明する。図９は、吐出制御部１１０において液滴吐出ヘッド８０に印加される駆動波形のパターンを例示している。駆動電圧波形は、代表的な形状の矩形波と、パラメータＷ１〜パラメータＷ４からなる四つの動作パラメータを含んでいる。

パラメータＷ１は、駆動電圧波形を開始する時刻を示し、駆動電圧波形を早く前倒しすることで、対応するノズル８４からの液滴は早い時刻に着弾することになる。これは、図７における着弾後液滴Ｐ１を理想位置に着弾させる際に有効となる。また、駆動電圧波形の開始を遅くすることで、対応するノズル８４からの液滴は、遅い時刻に着弾することになる。この動作パラメータは、図７における着弾後液滴Ｐ２を理想位置に着弾させる際に有効となる。

パラメータＷ２およびパラメータＷ３は、駆動電圧波形の波高値の電圧と、その電圧傾斜であるスルーレートを示している。パラメータＷ２によって波高値を高くし、又は、パラメータＷ３でスルーレートを急峻にすることで、インク滴の吐出速度を上がることができる。これらの動作パラメータは、メディアＭへの着弾時刻を早めることに有効である。また、着弾後の濡れ広がり性により、着弾面積を広げることに有効である。

パラメータＷ４は、駆動電圧波形のパルス幅に相当する。パラメータＷ２及びパラメータＷ３とパラメータＷ４とを組み合わせることで、インク液滴の体積、すなわち着弾後液滴Ｐのドットサイズを制御できる。パラメータＷ４によってパルス幅を広げると吐出される液体の量が多くなる。そして、パラメータＷ２とパラメータＷ３によって吐出速度の制御も可能である。これらを組み合わせることで、吐出される液滴の量を多くし、かつ最適なタイミングで（理想位置に）着弾させることの制御もできる。

［液滴吐出制御方法の第二実施形態］
次に、着弾後液滴計測装置１０の動作の別について、図１０のタイミングチャートを用いて説明する。一回の吐出動作に連動して行われる付着状態検出部１２０の動作において、インク滴の吐出動作が実行された後であって遅延時間Ｔｄ１を経過した後に、インク滴がメディアＭに着弾してから搬送時間Ｔｄ２を経過した時点でパルス光源１２２を発光させる。このとき、パルス光源１２２は、最初の照射から時間Ｔｄ３経過時に次の照射を実行する。このように、本実施形態に係る着弾後液滴計測装置１０では、メディアＭの液滴付着面の撮影を行うときに複数回の閃光照射動作を実行する。パルス光源１２２の最初の閃光照射動作を行うと同時にカメラ１２１による撮影を実行するが、閃光照射動作に応じて、カメラ１２１は所定の時間幅Ｔｗ２でメディアＭから、複数回の反射光を受光する。図１０の例では、カメラ１２１は短時間において断続的に２回の撮影を実行している。すなわち、カメラ１２１は、閃光の照射以後の一定時間内に複数回の撮影を実行する。

［メディアＭにおける着弾後液滴Ｐの付着状態の別例］
次に、図１０の動作制御に基づく着弾後液滴Ｐの付着状態について図１１を用いて説明する。図１１に示すように、メディアＭの搬送方向に対して直交する方向に着弾後液滴Ｐが複数列に並ぶ状態になる。なお、図１１においても、説明のために便宜上、着弾後液滴Ｐが各一列に並んでいる様子を描いているが、実際の液滴吐出動作において着弾後液滴Ｐが一直線に整列することを限定しているものではない。

パルス光源１２２を、一定の遅延時間Ｔｄ３の間隔で二度発光させることにより、メディアＭの着弾後液滴Ｐは、遅延時間Ｔｄ３が経過する間に、図１１に示す距離Ｄに相当する分だけ移動する。遅延時間Ｔｄ３の時間幅を元に、二列のドット列の移動距離から、メディアＭの搬送速度を算出することが可能となる。すなわち、インクジェットプリンタ１の動作を継続したままで、動作によって変化するメディアＭの搬送速度のゆらぎに合わせて吐出制御部１１０の動作パラメータを更新することが可能となる。したがって、長時間稼働における搬送速度変動や、メディアＭそのものの重量負荷による速度変動などを考慮して、着弾後液滴Ｐの付着位置に基づく制御を精度良く行うことができる。

なお、距離Ｄに相当する分離れている着弾後液滴Ｐの配列に含まれる液滴の付着位置のズレ量及びズレ方向が一定範囲であれば、動作パラメータの更新は、これら複数のズレ量に基づいて、更新による補正精度をより高めることができる。また、複数回取得した着弾後液滴Ｐのズレ量が一定範囲を超える場合、液滴吐出制御に係る動作パラメータの更新だけでは、補正が困難な状況に至っていると考えられる。このときは、インクジェットプリンタ１が備える報知手段を動作させて、警報を発すればよい。

また、閃光照射動作を複数回実行することで、メディアＭの搬送速度の計測も可能であるから、着弾後液滴Ｐの付着位置のズレが所定の範囲を超えているときは、搬送速度をフィードバック制御によって調整することで、上記のフィードバック制御によって液滴の付着位置の補正が可能な範囲を拡張することもできる。

以上説明をした着弾後液滴計測装置１０によれば、吐出ヘッドアレイ８を構成する液滴吐出ヘッド８０のノズル８４の配列方向に対する直交方向、すなわち、メディアＭの搬送方向において、液滴がメディアＭに着弾（付着）した時刻のバラツキを、着弾後液滴Ｐの画像から判定することができる。

すなわち、着弾後液滴ＰのメディアＭに対する付着位置に閃光を照射し、この閃光の反射光により形成される撮影画像に基づいて、理想位置に対する付着位置のずれを検出する。液滴吐出ヘッド８０における吐出動作の制御は、圧電素子８１に対する駆動電圧波形と、その供給時刻をノズル８４毎に制御することで、着弾時刻の早い液滴と、着弾時刻の遅い液滴を区別することが可能となる。

そして、各着弾後液滴Ｐに対応するノズル８４の番号（ノズル番号）と、着弾時刻の差異の情報を吐出制御部１１０に伝達することで、着弾時刻の早いノズル８４への駆動電圧波形は遅く、着弾時刻の遅いノズル８４への駆動電圧波形は早く供給する。この制御を行うことで、液滴の着弾位置のバラツキを最小限にコントロールすることが可能となる。

同時に、メディアＭに着弾した液滴の大きさ（ドットサイズまたはドット面積）も計測し、その相関を求めることで、目標とするドットサイズに対するバラつきを抑制することが可能となる。

着弾後液滴計測装置１０は、搬送中のメディアＭに対して非常に短い時間幅の閃光を照射し、有効な倍率で液滴付着面を撮影するカメラ１２１を用いて、着弾後液滴Ｐの位置やサイズを、インクジェットプリンタ１の動作を止めずに計測して解析する。そしての解析結果に基づいて、インクジェットプリンタ１における画像形成動作に対するフィードバックを行うこともできる。

なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、その技術的要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であり、特許請求の範囲に記載された技術思想に含まれる技術的事項の全てが本発明の対象となる。上記実施形態は、好適な例を示したものであるが、当業者であれば、開示した内容から様々な変形例を実現することが可能である。そのような変形例も、特許請求の範囲に記載された技術的範囲に含まれる。

１ ：インクジェットプリンタ
１０ ：着弾後液滴計測装置
８０ ：液滴吐出ヘッド
８１ ：圧電素子
８２ ：振動板
８３ ：インク液室
８４ ：ノズル
１１０ ：吐出制御部
１１１ ：出力波形生成部
１１２ ：出力電圧制御部
１１３ ：出力位相制御部
１１４ ：出力信号観測部
１２０ ：付着状態検出部
１２１ ：カメラ
１２２ ：パルス光源
１３０ ：状態判定部
１４０ ：パラメータ更新部
１１１１ ：波形番号選択ブロック
１１１２ ：位相情報選択ブロック
１１１３ ：出力電圧選択ブロック
１１１４ ：出力端子
１１２１ ：出力電圧生成回路
１１２２ ：駆動電圧入力部
１１２３ ：入力端子
１１３１ ：クロック入力部
１１３２ ：基準周期カウント部
１１３３ ：波形情報入力部
１１３４ ：出力毎波形伝送部
１１３５ ：出力情報記憶領域
１１４１ ：出力比較部
１１４２ ：ＡＤ変換部

特開２００６−１６７５３４号公報

Claims (7)

1. 搬送中の媒体に液滴を吐出する液滴吐出部の吐出動作を動作パラメータに基づいて制御する吐出制御部と、
   搬送中の前記媒体に付着させた前記液滴の付着状態を検出する付着状態検出部と、
   検出された前記付着状態と搬送中の前記媒体に対する前記液滴の理想付着状態との差異の判定をする状態判定部と、
   前記判定に基づいて前記動作パラメータを更新するパラメータ更新部と、
   を備えることを特徴とする液滴吐出制御装置。
2. 前記付着状態検出部は、前記媒体における前記液滴の付着位置を検出し、
   前記状態判定部は、前記理想付着状態に係る理想位置と前記付着位置との差分を算出し、
   前記パラメータ更新部は、前記差分を補正するように前記動作パラメータを更新する、
   請求項１に記載の液滴吐出制御装置。
3. 前記パラメータ更新部は、
   前記差分を抑制させるように前記吐出動作の実行時期に係る前記動作パラメータを変更する、
   請求項２に記載の液滴吐出制御装置。
4. 前記パラメータ更新部は、
   前記付着位置が前記理想位置に対して前記媒体の搬送方向上流側にずれているときは、前記吐出動作の実行時期を早くするように前記動作パラメータを更新し、
   前記付着位置が前記理想位置に対して前記媒体の搬送方向下流側にずれているときは、前記吐出動作の実行時期を遅くするように前記動作パラメータを更新する、
   請求項３に記載の液滴吐出制御装置。
5. 前記付着状態検出部は、
   搬送中の前記媒体における前記液滴の付着面の画像を取得する撮像部と、
   任意の時間幅の閃光を前記付着面に照射する閃光照射部と、
   を備え、
   前記撮像部は前記閃光の照射以後の一定時間内に搬送されている前記付着面の前記液滴の画像を取得する、
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載の液滴吐出制御装置。
6. 前記閃光照射部は、任意の時間幅において前記閃光を複数回照射し、
   前記撮像部は、前記閃光の各々の照射以後の一定時間内に搬送されている前記付着面の前記液滴の画像を取得し、
   前記状態判定部は、前記付着面の複数の画像に基づいて前記媒体の搬送速度を判定する、
   請求項５に記載の液滴吐出制御装置。
7. 媒体を搬送する媒体搬送部と、
   前記媒体に対して液滴を吐出する液滴吐出部を備える請求項１乃至６のいずれか一項に記載の液滴吐出制御装置と、
   を備えることを特徴とする液滴吐出装置。
   

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