JP5315536B2 - 画像形成装置及びヘッド製造装置、液体吐出ヘッドの分極補正方法 - Google Patents

画像形成装置及びヘッド製造装置、液体吐出ヘッドの分極補正方法 Download PDF

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Description

本発明は画像形成装置及びヘッド製造装置、液体吐出ヘッドの分極補正方法に関する。
一般に、印刷装置、複写装置、画像送受信装置、これらの機能を複合した複合装置などの画像形成装置としては、例えば、液体である記録液(以下「インク」と称する。)の液滴を吐出する液体吐出ヘッドで構成した記録ヘッドを備え、媒体(以下「用紙」ともいうが材質を限定するものではなく、また、被記録媒体、記録媒体、転写材、記録紙なども同義で使用する。)を搬送しながら、インクを用紙に付着させて画像形成(記録、印刷、印写、印字も同義語で用いる。)を行なうものがある。
なお、本発明において、「画像形成装置」は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の媒体に液体を吐出する装置を意味し、また、「画像形成」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与することをも意味する(広い意味:液滴を吐出させる装置という意味での液体吐出装置と同義である。)。
液体吐出ヘッドとしては、液滴を吐出させるノズルが連通する液室内のインクを加圧する圧力を発生するための圧力発生手段として圧電素子を備え、液室の一面を形成する弾性変形可能な部材(ダイヤフラム)を変形させ、液室内容積/圧力を変化させて液滴を吐出させるいわゆる圧電アクチュエータを用いた圧電型ヘッドが知られている。
このような液体吐出ヘッドを用いる画像形成装置として、複数のノズルを用紙の幅方向に、用紙幅相当分並べて配置したライン型ヘッドを備え、ヘッドのノズル並び方向と直交する方向に媒体を送りながらワンパスで高速で画像を記録するライン型画像形成装置が知られている。
このライン型画像形成装置において、高品位の画像を高速に高信頼で記録するためには、ライン型ヘッドの各ノズル間での滴吐出特性の均一性が重要であり、滴吐出速度や滴体積のばらつきが少ないヘッドが要求される。
ところが、ハイエンドのライン走査型インクジェットプリンタなどの画像形成装置では、装置の稼働率が高く、罫線の入った帳票等の印刷が多いことなどから、各ノズルでのインク滴吐出頻度にばらつきが起こることが多い。吐出頻度の高いノズルに対応する圧電素子は吐出駆動信号電圧が印加される頻度が高いことから、吐出頻度の低いノズルに対応する圧電素子に比べて特性変化が進みやすいことが知られている。また、圧電素子の環境温度変化によって圧電素子の特性が変化していくことも知られている。このような原因で、記録ヘッドの各ノズル間での滴吐出特性のばらつきが、時間経過とともに大きくなり、記録の画質が劣化することがある。
そこで、従来、例えば、特許文献1などには、圧電素子を再分極することで圧電素子の特性を回復させようとする再分極装置を搭載した記録装置が記載されている。しかしながら、単に全ノズルを一定の分極電圧を印加して再分極するだけでは、滴吐出特性のばらつきを十分に回復できないことがある。
一方、特許文献2などには、記録ヘッドの各ノズルの圧電素子の分極度を適正に調整することで、ノズル間の滴吐出速度や滴体積のばらつきを小さくするように高精度で補正する、圧電素子分極補正による方法が記載されている。ただし、特許文献2は、ヘッド製造装置への適用を開示するもので、補正対象ノズルの内、1ノズルに付いて複数工程からなる分極補正を完了させ、次のノズルの分極補正を行うもので、各ノズルを逐次分極補正する方式である。
特開平10−193601号公報 特開2001−277525号公報
上述した特許文献1、2に記載の技術を組み合わせることで分極補正装置を搭載したライン型画像形成装置を構成することができるものの、上記従来技術の組み合わせによる、各ノズルを逐次分極補正する方式の分極補正装置を搭載するだけでは、次のような問題がある。
つまり、ライン型ヘッドは長尺でノズル数が多いため、多数のノズルを補正する必要が生じ、ヘッド全体について分極補正を完了するまでには長時間かかることになる。ところが、この長時間の補正中において、記録ヘッドやインクの温度を一定に保つことが困難であるなど、全ノズルについての再分極環境条件を一定に保つことが難しく、また、補正状態の計測条件も変動してしまうことがあり、分極補正を高精度に行うことが困難である。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、短時間で全ノズルについての圧電素子の分極補正を高精度に行うことができるようにすることを目的とする。
上記の課題を解決するため、本発明に係る画像形成装置は、
液滴を吐出する複数のノズルと、各ノズルに対応して液滴を吐出させる圧力を発生させる複数の圧電素子とを含む液体吐出ヘッドを備える画像形成装置において、
補正対象とする全ノズルに対応する前記各圧電素子の分極度を補正する分極補正処理を行う分極補正手段を備え、
前記分極補正手段は、
1の分極度候補電圧条件で分極する分極電圧を、少なくとも2以上の補正対象の補正対象の全ノズルに対応する各圧電素子に対して順次印加する第1の分極補正電圧印加処理を行った後、
前記第1の分極補正電圧印加処理によって分極電圧が印加された補正対象の全ノズルについての補正状態を評価し、補正対象の全ノズルより補正未完了ノズルを抽出する第1の補正状態評価処理を行い、
前記第1の補正状態評価処理で抽出した前記補正未完了ノズルの全てに対応する各圧電素子に対して、第2の分極度候補電圧条件で分極する分極電圧を印加する第2の分極補正電圧印加処理を行った後、
前記第2の分極補正電圧印加処理によって分極電圧が印加された補正対象の全ノズルについての補正状態を評価し、更に補正対象の全ノズルより補正未完了ノズルを抽出する第2の補正状態評価処理を行う
構成とした。
本発明に係るヘッド製造装置は、
液滴を吐出する複数のノズルと、各ノズルに対応して液滴を吐出させる圧力を発生させる複数の圧電素子とを含む液体吐出ヘッドを製造するヘッド製造装置において、
補正対象とする全ノズルに対応する前記各圧電素子の分極度を補正する分極補正処理を行う分極補正手段を備え、
前記分極補正手段は、
1の分極度候補電圧条件で分極する分極電圧を、少なくとも2以上の補正対象の補正対象の全ノズルに対応する各圧電素子に対して順次印加する第1の分極補正電圧印加処理を行った後、
前記第1の分極補正電圧印加処理によって分極電圧が印加された補正対象の全ノズルについての補正状態を評価し、補正対象の全ノズルより補正未完了ノズルを抽出する第1の補正状態評価処理を行い、
前記第1の補正状態評価処理で抽出した前記補正未完了ノズルの全てに対応する各圧電素子に対して、第2の分極度候補電圧条件で分極する分極電圧を印加する第2の分極補正電圧印加処理を行った後、
前記第2の分極補正電圧印加処理によって分極電圧が印加された補正対象の全ノズルについての補正状態を評価し、更に補正対象の全ノズルより補正未完了ノズルを抽出する第2の補正状態評価処理を行う
構成とした。
本発明に係る液体吐出ヘッドの分極補正方法は、
液滴を吐出する複数のノズルと、各ノズルに対応して液滴を吐出させる圧力を発生させる複数の圧電素子とを含む液体吐出ヘッドの前記圧電素子の分極度を補正する分極補正方法であって、
1の分極度候補電圧条件で分極する分極電圧を、少なくとも2以上の補正対象の補正対象の全ノズルに対応する各圧電素子に対して順次印加する第1の分極補正電圧印加処理を行った後、
前記第1の分極補正電圧印加処理によって分極電圧が印加された補正対象の全ノズルについての補正状態を評価し、補正対象の全ノズルより補正未完了ノズルを抽出する第1の補正状態評価処理を行い、
前記第1の補正状態評価工程で抽出した前記補正未完了ノズルの全てに対応する各圧電素子に対して、第2の分極度候補電圧条件で分極する分極電圧を印加する第2の分極補正電圧印加処理を行った後、
前記第2の分極補正電圧印加処理によって分極電圧が印加された補正対象の全ノズルについての補正状態を評価し、更に補正対象の全ノズルより補正未完了ノズルを抽出する第2の補正状態評価処理を行う
構成とした。
本発明に係る画像形成装置、本発明に係るヘッド製造装置、本発明に係る液体吐出ヘッドの分極補正方法によれば、長尺の多数ノズル集積の記録ヘッドに対しても、短時間で全ノズルについての圧電素子の分極補正を高精度に行うことができる。これにより、高品位な画像を高速に高信頼で記録可能なライン型画像形成装置を構成でき、あるいは、ノズル間での吐出特性のばらつきが少ない液体吐出ヘッドを得ることができる。
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。本発明に係る画像形成装置の一例について図1及び図2を参照して説明する。なお、図1は同画像形成装置の要部説明図、図2は図1の具体的説明に供する説明図である。
この画像形成装置は、用紙1に対して液滴を吐出する液体吐出ヘッドで構成したライン型記録ヘッド10と、用紙1をライン型記録ヘッド10のノズル並び方向と直交する方向(用紙送り方向A)に搬送する用紙送り装置20と、ライン型記録ヘッド10を記録データに応じて駆動する信号を生成出力する記録信号源(記録信号発生手段)30と、ライン型記録ヘッド10の分極補正を行う分極補正信号を生成出力する分極補正信号源(分極補正信号発生手段)40と、この画像形成装置全体の制御を司る処理制御装置(手段)50と、ライン型記録ヘッド10の滴吐出特性を測定する滴吐出特性測定センサ70などを備える。なお、用紙1とライン型記録ヘッド10とは、図1に示すように用紙1とヘッド10のノズル面(ノズルが形成された面)とが対向する関係にあるが、図2ではこれを展開した状態で示している。
ライン型記録ヘッド10は、用紙1の幅方向に、用紙幅相当分の長さ(幅)で、複数のノズルを所定の密度で並べて配置したものであり、用紙1の搬送面にノズル104が対向するように配置されている。なお、図2では図面を簡略化するために9個のノズル104が配置されている例で図示している。実際の画像形成装置では、例えば9インチ幅の用紙1に300dpiの記録密度で記録するためのライン型記録ヘッド10では、通常2700個のノズルが配置されている。そして、用紙1は、用紙送り機構20により、用紙長手方向(矢示A方向)に高速搬送され、これにより、ライン型記録ヘッド10が用紙1に対して走査するようになっている。なお、用紙1はシート紙であっても連続紙(ロール紙)であってもよい。
このライン型記録ヘッド10の一例について図3をも参照して説明する。なお、図3は同ヘッド10を構成する液体吐出ヘッドの要部断面斜視説明図である。
ライン型記録ヘッド10は、流路ユニット101と、この流路ユニット101を保持するヘッドハウジング102(図2参照)と、圧電アクチュエータである圧電素子ユニット103とで構成される。
流路ユニット101は、図3に示すように、オリフィス板(ノズル板)111、流路形成板112及びダイヤフラム形成板113を積層して構成されている。オリフィス板111にはn個のノズル(ノズル開口)104が所定のピッチで並べて形成されている。流路形成板112は、ノズル104が連通する加圧室106、加圧室106にインクを導く流入口107、各加圧室106に流入口107を介してインクを供給する共通液室108を形成する凹部及び貫通穴が形成されている。ダイヤフラム形成板113は加圧室106の一面を形成する変形可能なダイヤフラム部120を有している。
圧電素子ユニット103は、棒状の積層型圧電素子(「棒状圧電素子」という。)130を櫛歯状に接着剤などで圧電素子支持基板133に固着して構成されている。そして、ダイヤフラム部120の加圧室106と反対面に、圧電素子ユニット103の棒状圧電素子130の一端が取りつけられている。ここでは、棒状圧電素子130の先端部がダイヤフラム部120に突き当てられ、接着剤層を介してダイヤフラム部120に固定されている。また、圧電素子支持基板133の圧電素子配列方向の両側には柱状の圧電素子支持基板固定部134が設けられ、その底面が流路ユニット101に接着剤等で固定される。
一方、流路ユニット101は、前記接着固定部の近傍でヘッドハウジング102に接着固定され、これにより圧電素子支持基板固定部134の底面がヘッドハウジング102に対して固定されていることになる。
なお、棒状圧電素子130は、図3に示すように積層構造であり、複数の層状圧電素子131が層状電極132を介して積層されている。そして、この層状電極132は、1つおきに棒状圧電素子130の側面に形成された共通電極135と個別電極136に電気的に接続される。これらの共通電極135と個別電極136は、圧電素子支持基板133の表面に形成された共通電極135Aと個別電極136Aに接続され、更にフレキシブルケーブル160のフレキシブルケーブル端子161にそれぞれ接続される。
ここで、棒状圧電素子130の各層状圧電素子131は残留分極150を有している。この残留分極150は共通電極135と個別電極136間に分極電圧が印加されて形成される。この残留分極150の大きさは、分極電圧大きさや分極時の温度条件等の分極条件を変化させ、圧電素子の分極度を変えることで調整可能である。本実施形態では、簡単に行える方法として、分極時の温度を、常温の室温に保っておき、分極電圧を変えて分極度を調整する方法をとっている。
図1及び図2に戻って、このように構成されたライン型記録ヘッド10は、フレキシブルケーブル160によって個別電極136がスイッチング素子アレイ60を介して接地され、また、共通電極135が信号切り換え回路80を介して記録信号源30又は分極補正信号源40に接続される。
ライン型記録ヘッド10のノズル104の前方には、各ノズル104から吐出されるインク滴100の吐出速度や体積を測定する滴吐出特性測定センサ70が設置されている。この滴吐出特性測定センサ70は、各ノズル104に1画素以上のCCDセンサ素子を対応させたCCDセンサアレイ等で構成される。このCCDセンサアレイの受光部にインク滴画像を結像させ、センサの出力信号の時間測定や振幅測定、あるいはセンス画素数の測定等の公知技術によって滴吐出速度や滴体積を測定する。
なお、滴吐出特性測定センサ70としては、レーザ光と受光素子を対向させ、この間を通過するインク滴100を受光素子で読み取るタイプのセンサを用いることもできる。また、ライン型記録ヘッド10の一部のノズル104からの吐出滴しか同時に読み取り測定ができない場合には、全ノズル測定のためノズル列(ノズル104が並んだもの)に沿って読み取り装置を走査し順次測定することもできる。
記録信号源30は、出力する画像に応じた記録データ信号を作成する記録データ信号作成回路301と、記録データ信号に基づいてライン型記録ヘッド10の各圧電素子130を駆動する駆動データ信号を作成する駆動データ信号作成回路302と、ライン型記録ヘッド10の各ノズル104に対応する各圧電素子130の内の液滴を吐出させるために駆動する圧電素子130を選択する吐出ノズル選択信号作成回路303と、圧電素子130を駆動する駆動パルスを発生する駆動パルス発生回路304などを備えている。
分極補正信号源40は、補正対象の各ノズル用のデータメモリ401として、分極候補電圧を格納する分極電圧メモリ401Aと、滴吐出速度を格納する吐出速度メモリ401Bと、分極状態の評価結果を格納する分極状態メモリ401Cとを備えている。また、分極候補電圧を算出する分極候補電圧計算部402と、分極電圧(分極パルス)を印加する圧電素子130を選択する選択信号を作成する分極ノズル選択信号作成回路403と、圧電素子130の分極を行う分極パルスを発生する分極パルス発生回路404を備えている。
処理制御装置50は、この画像形成装置全体の制御を司り、記録信号源30の制御を行って画像形成を制御する記録制御部501とともに、本発明に係る並列進行型分極補正工程の制御を行う並列進行型分極補正工程制御部502と、分極補正信号源40の制御及び分極補正における補正状態の評価を行う評価制御部503を備えている。本実施形態において、並列進行型分極補正手段は、分極信号源40、並列進行型分極補正工程制御部502及び評価制御部503によって構成されている。
そして、記録信号源30の吐出ノズル選択信号作成回路303で作成された選択信号と分極補正信号源40の分極ノズル選択信号作成回路403で作成された選択信号は、ノズル切り換え回路90を介してスイッチング素子アレイ60に与えられ、スイッチング素子アレイ60を構成する各スイッチング素子60sが選択信号に応じてON/OFFされる。一方、記録信号源30の駆動パルス発生回路304で発生される駆動パルスと分極補正信号源40の分極パルス発生回路404で発生される分極パルスは信号切り換え回路80を介してライン型記録ヘッド10の共通電極135に与えられる。
なお、この処理装置における記録信号源30、分極補正信号源40、処理制御装置50は、ハード的に必ずしも独立している必要はなく、同一のコンピュータシステムのCPUやメモリ等のリソースを共有して構成することができる。
次に、このように構成した画像形成装置における記録動作について説明する。
先ず、図示しない上位装置(ホスト装置、例えば、パーソナルコンピュータなどの情報処理)からの記録信号入力データ(画像データ)が記録信号源30に入力され、この入力に応じて、記録データ信号作成回路301で記録データ信号が作成され、この記録データ信号を受けて駆動データ信号作成回路302で駆動データ信号が作成される。この駆動データ信号を受けて吐出ノズル選択信号作成回路303で選択信号が作成され、この選択信号を受けたノズル切り換え回路90はスイッチング素子アレイ60の各スイッチング素子60sをON/OF制御し、所要のスイッチング素子60sが接地される。
一方、ライン型記録ヘッド10の各圧電素子130の共通電極135には駆動パルス発生回路304に接続されているので、ON状態のスイッチング素子60sに繋がれた圧電素子130には駆動パルスが印加されて駆動される。駆動された圧電素子130はダイヤフラム部120を介して加圧室106の体積を変形させ、これにより対応するノズル104からインク滴100が吐出される。そして、吐出したインク滴100は矢示A方向に移動する用紙1に着弾し記録ドット200を形成する。このような記録動作により記録用紙1上に記録ドットの集合からなる記録が形成される。
次に、この画像形成装置における分極補正動作の概要について後述する図6をも参照して説明する。
圧電素子分極時には、分極補正信号源40が駆動され、分極補正信号源40の分極ノズル選択信号作成回路403からの選択信号が、ノズル切り換え回路80を介してスイッチング素子アレイ60に与えられ、分極対象(補正対象)となるノズル104に対応する各圧電素子130の個別電極136に繋がれたスイッチング素子60sがON状態になり接地される。一方、圧電素子130の共通電極135は分極パルス発生回路404に接続されているので、ON状態のスイッチング素子60sに繋がれた圧電素子130には圧電素子分極パルスが印加される。これにより、当該分極パルスが与えられた圧電素子130が分極される。なお、図2の各圧電素子130の横に付した「71」、「82」、「71」、「61」…「65」、「83」の数字は本発明の分極補正完了後の分極度レベル値の一例を示している。
この場合、例えば図2の説明図において、各ノズル104の下方に伸びる点線は液滴100の飛翔軌跡である。この点線の矢印先端に位置する丸印の液滴100の位置は、圧電素子130に駆動信号が印加され、ノズル104から液滴100が吐出されてから、一定時間後の飛翔位置を示している。白丸が分極補正前の飛翔位置であり、黒丸が分極補正後の飛翔位置である。黒丸のみの記載は分極補正実施前後の飛翔位置が同じであることを示している。また、白丸印を横方向に繋ぐ点線は、分極補正前における飛翔位置のばらつきの状態を分かり易くする参照用の線であり、実線は本発明実施後の同様の参照用の線である。
ここで、図6には、横軸にノズル番号(ノズル104の番号、以下、図2で左から第1ノズル、第2ノズル…第9ノズルと表記し、図2では丸付き数字で示している。)をとり、縦軸に滴吐出速度をとって、各ノズルの圧電素子駆動電圧が26Vである場合の、分極補正前のノズル間での滴吐出速度のばらつき特性例を示したものである。ノズル番号は図2の記録ヘッド10のノズル104に対応している。図6の(a)、(b)、(c)のグラフ中に記載の、各ノズルの速度データプロットを横方向に繋ぐ点線は、分極補正前におけるノズル間吐出ばらつきの状態を分かり易く示す参照用の線である。また、この点線に対応する実線は、分極補正後の同様の参照用の線である。
この図6の(a)から分かるように、分極補正前の記録ヘッド10のノズル間での滴吐出速度は、7m/s近辺を中心にばらついている。この速度ばらつきは、用紙1への着弾位置をばらつかせ、記録品質を劣化させることになる。第1ノズル及び第3ノズルは約7m/sであり、ほぼ同じ値になっている。したがって、図2での滴吐出方向での飛翔位置も近い。しかし、第4ノズル、第5ノズル、第8ノズルの吐出速度は7m/sを超えており速い。そのため、これらの第4ノズル、第5ノズル、第8ノズルによる滴飛翔位置は、第1ノズル、第3ノズルによる滴の飛翔位置より用紙1に近い位置になる。逆に、第2、第6、第7、第9ノズルの滴吐出速度は7m/sより遅い。そのため、これら第2、第6、第7、第9ノズルによる滴の飛翔位置は第ノズル、第3ノズルの飛翔位置よりノズル104に近い位置になる。
画像形成装置では、用紙1を記録ヘッド10に対して移動させながら滴を着弾させて記録するので用紙1上の滴着弾位置は、図2の滴飛翔位置のばらつきに対応してばらつき、記録画像品位を劣化させる。したがって、記録装置の記録品質を確保するためには、ノズル間における滴吐出速度のばらつきをできるだけ小さくすることが必要である。
そこで、圧電素子130の分極度を調整することで、前記の滴吐出速度のばらつきを補正することができることから、本実施形態では、以下に説明するように、各圧電素子に所定の再分極電圧(分極パルス)を適正に印加して、精度良く分極補正を行い、前記例の第1ないし第9ノズルの全てのノズルの滴吐出速度を、図6に(c)で示すように、7.0±0.2m/s程度のばらつき以内に揃えるようにしている。
図4は本発明による並列進行型分極補正動作の詳細を説明するフロー図であり、上述した図6のほか図7の滴吐出速度特性グラフも参照しながら説明する。
ここでの分極補正動作は、前処理工程、分極補正電圧印加工程、分極補正状態評価工程の3つの工程で行われる。このような一連の工程は、処理制御装置50が分極信号源30や記録信号源40等の各部を制御することで実行される。以下では、図1のライン型記録ヘッド10を構成する第1ないし第9の全ノズルが補正対象ノズルであり、これらノズルのノズル間滴速度ばらつき特性が補正前に図6に(a)で示す場合を例にして説明する。
先ず、前処理工程では、全ノズルに対応する各圧電素子130について、一旦分極を消極する。その後、この補正で、圧電素子130に最大の分極度を与えるための分極電圧(最大分極度目安電圧)、例えば分極パルス発生回路404で発生する90Vの分極パルスで各ノズルの圧電素子130を分極する。
そして、この最大分極度状態で、全ノズルの各圧電素子130を吐出駆動し、最も吐出速度が遅いノズルで滴吐出速度vj=7m/sになるように吐出駆動電圧Veを設定した後、次に述べる調整に備えて、全てのノズルの圧電素子130の分極を一旦消極する(これを図では「全ノズル消極」と表記する。)。
例えば、図6に示す例では、90Vの分極パルスを与え、この最大分極状態で第1ないし第9ノズルの各圧電素子130を駆動したとき、第6ノズルからの吐出滴の滴吐出速度Vjが最も遅くなる。そこで、第6ノズルからの吐出滴の滴吐出速度Vjが目標速度7m/sになるような吐出駆動電圧Ve=Ve7、例えば28Vを基準吐出駆動電圧として設定する。このときの第1ないし第9ノズル間の滴吐出速度ばらつき特性は、図6に(b)で示すようになる。これにより、第6ノズル以外の他のノズルの圧電素子130を90V以下の適値電圧で再分極することで、分極度を第6ノズルより低い適値に設定でき、滴吐出速度特性を減速できるので、全てのノズルの滴吐出速度を目標速度の7±0.2m/sに調整できることになる。
そこで、本発明に係る補正対象全ノズルについて分極補正電圧を印加する分極補正電圧印加処理(工程)を行った後、補正対象全ノズルについて補正状態を評価する補正状態評価処理(工程)を行い、その後すべてのノズルについて補正が完了しなければ、次行程(未完のノズルについて分極補正を行う処理)に移行するための処理を行って、分極補正電圧印加処理及び補正状態評価処理を繰り返し、すべてのノズルについて補正が完了したときにこの処理を終了する。
この分極補正電圧印加処理(工程)及び補正状態評価処理(工程)並びに次行程移行処理について図5を参照して説明する。
まず、分極補正電圧印加処理(工程)では、分極処理工程mを、m=1として第1処理工程とし、補正対象となる全ノズルに対応する圧電素子130についての分極候補電圧Vp(1、n)を所定の電圧(ここでは、50Vとする例で説明する。)に設定し、設定した分極候補電圧を各ノズル用分極電圧メモリ401Bに格納する。なお、「分極処理工程m」とは1回の分極補正処理及び補正状態評価処理を一工程とする回数を表わし、「n」は第n番目のノズルを表わしている。
そして、補正対象ノズルを選択し、各ノズル用分極電圧メモリ401Bから分極候補電圧Vp(m、n)を読み出し、分極パルス発生回路404から読み出した分極候補電圧Vp(m、n)の分極パルスを補正対象ノズルに対応する圧電素子130に印加する。その後、全ノズルについて第m工程の分極処理(分極候補電圧の印加処理)が終了したか否かを判別し、全ノズルについて第m工程の分極処理が終了していなければ、次の補正対象ノズルを選択し、分極候補電圧Vp(m、n)の分極パルスを当該更新後の補正対象ノズルに対応する圧電素子130に印加する処理に戻る。これによって、全ノズルの各圧電素子130に対して分極候補電圧Vp(m、n)を印加して分極する。
こうして分極補正電圧印加処理(工程)が終了した後、予め定めた計測待機時間Tdの経過を待ち、計測待機時間Td経過後、補正状態評価処理(工程)に移行する。
そして、補正状態評価処理(工程)では、最初の補正対象ノズルを選択し、分極処理工程m、処理対象ノズルnの分極補正について、補正状態vi(m、n)を計測して、各ノズル用分極状態メモリ401Cの当該処理対象ノズルの欄に記憶し、記憶した補正状態vi(m、n)が許容内か否かを判定して、判定結果vj(n)を各ノズル用滴吐出速度メモリ401Bの当該処理対象ノズルの欄に格納する。その後、補正対象となる全ノズルについて計測及び判定が終了したか否かを判別し、全ノズルについて計測及び判定が終了していなければ、次の補正対象ノズルを選択して、同様に、計測及び判定処理を行い、全ノズルについて計測及び判定が終了したときにこの補正状態評価処理(工程)を終了する。これにより、補正対象となる全ノズルについての判定結果vj(n)が各ノズル用滴吐出速度メモリ401Bに格納される。
その後、処理工程m=1か否かを判別し、処理工程m=1であれば、分極候補電圧Vp(2、n)=55Vに設定して記憶した後、分極処理工程mをインクリメント(+1)として次の処理工程を選択し(m=m+1=2)、分極候補電圧Vp(2、n)=55Vを印加し、分極状態を判定する処理を行う。
これに対して、処理工程m=1でなければ、全ノズルの分極補正が完了したか否か、つまり、全ノズルの判定結果vj(n)が許容内に入ったか否かを判別し、全ノズルの判定結果vj(n)が許容内に入っていなければ、分極候補電圧計算部402によって、判定結果vj(n)が許容内に入っていないノズル(未完ノズル)を補正対象ノズルと次期分極候補電圧Vp(m+1、n)を計算とする次期分極候補電圧Vp(m+1、n)を計算し、各ノズル用分極電圧メモリ401Aに記憶した後、分極処理工程mをインクリメント(+1)として次の処理工程を選択し(m=m+1)、未完ノズルについて上述した分極補正電圧印加処理及び補正状態評価処理を行う。
このようにして全てのノズルについて、判定結果vj(n)が許容内に入ったときには、この処理を終了する。
上述した処理について具体的に説明する。まず、図5に示す分極補正電圧印加処理(工程)で、上述したように、第1処理工程m=1として全てのノズルについての、分極候補電圧Vp(1、n)がVp(1,n)=50Vになるように、各ノズル用分極電圧メモリ401Aを設定する。そして、最初の処理対象ノズル(n=1:第1ノズル)をノズル切り換え回路90で選択し、分極候補電圧Vp(m、n)を読み出す。この場合、Vp(1、1)=50Vとなり、この電圧の分極パルスを分極信号源40の分極パルス発生回路404から発生させる。これにより、最初の処理対象ノズルである第1ノズルの圧電素子130が50Vで分極される。
引き続いて、次の補正対象ノズルとして、第2ノズル(n=2)を選択し、Vp(1、2)=50Vを読み出し、この電圧の分極パルスを発生させる。これにより、第2ノズル(n=2)に対応する圧電素子130も50Vで分極される。その後、第3ノズル以降についても同様の処理を行い、最後の第nノズル(ここでは第9ノズル)まですべてのノズルに対応する各圧電素子130について50Vで再分極を行って分極処理を終了する。
このようにして全ての分極補正対象ノズルの圧電素子130について、所定の分極条件で再分極する分極補正電圧印加工程を終える。その後、所定の待機時間Tdが経過した後、次の補正状態評価工程に移る。ここで、所定の待機時間Tdは、圧電素子130に分極電圧が印加された直後は、圧電素子100の分極度の変化が大きいことから、この変化の大きい時間帯での補正状態評価を避け、補正精度を上げるための測定待機時間であり、例えば5分程度以上の時間に設定される。
そして、補正状態評価工程に移行したときには、n個全てのノズルの滴吐出速度が順次計測されその補正状態vi(m=1、n)として分極補正信号源40の各ノズル用補正状態メモリ401Cに格納される。ノズルから吐出される液滴の滴吐出速度の計測は、記録信号源30の圧電素子駆動パルス発生回路304からの駆動パルス電圧をVe=Ve7に設定し、ノズル切り換え回路90がn個のノズル104に付いて順次ONされる。同時に処理制御装置50からの指令で滴吐出特性測定センサ70により各ノズル104から吐出される液滴の吐出速度が測定される。
この滴吐出速度の計測を行った後、滴吐出速度が目標値7±0.2m/sに達したかどうか(許容内か否か)を判定し、その判定結果vj(n)を各ノズル用滴吐出速度メモリ401Bに格納される。処理工程m=1では、分極電圧が50Vで、滴吐出速度が目標値7m/sより小さく、判定結果vj(n)は全てのノズルについて「0」となる。
このようにして、補正対象の全ノズルの圧電素子についての分極補正状態の測定と判定が実行されて分極補正状態評価工程を終える。
次に、処理工程mを(+1)してm=2とし、次期分極候補電圧Vp(2、n)を計算し(この計算については後述する。)、Vp(2、n)=55Vに設定する。そして、上述した処理工程m=1の場合と同様に、補正対象となる全ノズルの各圧電素子130にVp(2、n)=55Vの分極補正電圧(分極パルス)を各圧電素子130に順次印加する分極補正電圧印加工程を行う。引き続いて、補正対象となる全ノズルについて分極補正状態評価工程を実施し、上述したようにして判定結果vi(2、n)を得る。また、この処理工程m=2の判定結果vi(2、n)で各ノズル用滴吐出メモリ401Bのvi(n)が書き換えられる。なお、分極候補電圧Vp(2、n)=55Vでは、滴吐出速度が目標値7m/sより小さく判定結果vjは全てのノズル140について「0」となる。
次に、処理工程mを(+1)してm=3とし、各ノズル140について滴吐出速度が7mになるための分極電圧Vp(3、n)が、Vp(1、n)、Vp(2、n)及びvi(1、n)、vi(2、n)に基づいて、例えば、次の近似式(1)を用いて、分極補正電圧計算部402で予測計算される。
Figure 0005315536
このように予測計算されたVp(3、n)により補正対象となる全てのノズルについて分極補正電圧印加工程を実施し、分極補正状態評価工程を実施する。分極補正状態評価工程において目標速度7±0.2m/sに達したノズルについては補正工程を完了し、次工程ではそれ以外の補正未完了ノズルに付いて引き続き補正工程が実施される。
この工程をm+1工程とすると、この工程での分極電圧は、次の(2)式で与えられる。
Figure 0005315536
この(2)式において、k(m、n)は、目標速度への収束の速度と精度から0.1〜2.0程度の適値に設定される。
このように工程を繰り返し実行することで全てのノズルを目標速度に設定することが可能である。
図7に示す例では、Vp(1、n)=50Vを分極電圧とする第1処理工程(m=1)、Vp(2、n)=55Vを分極電圧とする第2処理工程(m=2)、Vp(3、n)を分極電圧とする第3処理工程(m=3)、Vp(4、n)を分極電圧とする第4処理工程(m=4)を経て、Vp(5、n)を分極電圧とする第5処理工程(m=5)で、全てのノズルの滴吐出速度を目標速度に設定できている。ノズルによっては、少ない処理工程回数(m)で目標速度に達し、早期に分極補正を完了する場合もあるが、できるだけ全てのノズルが同時に完了するように分極電圧を設定することが好ましい。また、早期完了ノズルがある場合は、判定結果vi(n)として記録されたデータで判定し、当該完了ノズルについて次の分極補正工程はスキップされる。
このように、本実施形態では、各ノズルについて分極補正が並行して進行する。このため、ライン型記録ヘッドのように、分極対象ノズル(補正対象ノズル)が多い場合でも、全ノズルの分極補正完了時刻を短い時間内に揃えることができるようになる。これにより、補正時間中の記録ヘッドやインクの温度等の再分極補正環境条件がほぼ一定の条件で全てのノズルについての分極補正を行うことが容易になり、補正状態の計測条件も揃えることができることから、分極補正を高精度に行うことができる。
なお、上記実施形態では、分極補正電圧印加工程において、各ノズルに対応する圧電素子の再分極をノズル毎に逐次行う方法で説明しているが、同電圧での再分極する場合には、該当ノズルのスイッチング素子アレイ60のスイッチング素子60sを同時にONにしておけば、分極電圧パルスの同時印加で一度に並行して再分極を行うことが可能になる。また、各ノズルに対してスイッチング素子アレイ60と駆動パルス発生回路を組み合わせた回路を複数組備えれば、複数組の再分極電圧で同時に分極することが可能になる。このような構成とすることで、分極補正電圧印加工程の所要時間を大幅に短縮することができる。
また、補正状態評価工程についても、各ノズルに対して逐次実施する方法で説明しているが、各ノズルの滴吐出速度の測定を並行して同時に実施すれば、補正状態評価工程の時間も大幅に短縮することができる。このような測定は、各ノズルに対応するCCD素子を1個以上備えたCCDアレイを用いた光学的検知装置など、公知技術により構成することができる。
また、分極補正により滴吐出速度を補正する場合について説明したが、再分極電圧の調整で吐出速度が調整できるように、再分極電圧の調整で滴吐出体積も調整可能であることはよく知られている。したがって、上記実施形態における滴吐出速度を滴吐出体積に置き換えることもでき、これにより、同様に、滴吐出体積も高精度に補正でき、各ノズル間での滴吐出体積のばらつき幅の少ない記録を行うことが可能である。
また、滴吐出特性測定装置(手段)として、滴飛翔状態を、例えば光学的に読み取る等の、滴吐出特性測定センサを設け、これにより滴吐出速度や滴吐出体積を測定する例で説明したが、図8に示すように、記録ヘッド10より用紙送り方向Aの下流側に、用紙1上に記録された結果を読み取るように、用紙1の表面に対向し、用紙1の幅方向に記録ドット状態読み取りセンサ75が設置して、記録結果から滴吐出速度や滴吐出体積の状態を測定する(検出する)こともできる。
すなわち、ノズルから吐出される液滴の滴吐出速度の計測は、駆動パルス発生回路304からの駆動パルス電圧VeをVe7に設定し、ノズル切り換え回路90がn個のノズルについて順次ONされる。同時に、処理制御装置50からの指令で用紙送り装置20を起動し、用紙1が用紙搬送方向Aに送られ、用紙1には記録ドット列が記録される。この記録ドットが記録ドット状態読み取りセンサ75によって基準記録位置からの記録ドット位置ズレが計測される。液滴の吐出速度が速い場合には、用紙の下流側に、遅い場合は用紙の上流側に液滴が着弾して記録ドットが形成されるため、基準記録位置からのズレ量を計測することで、液滴の滴吐出速度が測定される。また、液滴の体積は記録ドットの大きさや記録濃度を読み取り、計測することができる。
また、上記の実施形態では、ライン走査型インクジェット記録装置(画像形成装置)について説明したが、ヘッド製造装置としても構成することができる。つまり、記録ヘッドをヘッド製造装置から容易に着脱可能にし、補正前の記録ヘッドを装置にセットし、前記の本発明による分極補正を実施完了させ、補正済みの記録ヘッドを装置から外して分極補正済み記録ヘッドを完成させる。この補正作業を繰り返すことで、ノズル間速度ばらつきの少ないヘッドを製造することができる。また、複数の記録ヘッドを装置にセットして、これらを1ヘッドとして補正することにより、生産性を向上させることができる。また、記録ヘッド間での速度ばらつきも精度良く補正することができる。さらに、1ヘッドに対して補正装置を複数台設置して分極補正工程の並行実行度を高めることで、1ヘッドの補正時間を短縮することもできる。
なお、本発明に係る画像形成装置やヘッド製造装置は、インクジェット記録装置及びインクジェット記録ヘッドの製造に限定されるものではなく、生産物へのマーキング装置や塗膜装置等の工業用液体分配装置(これらも、前述したように本発明に係る画像形成装置である。)にも適用可能である。
本発明に係る画像形成装置の一例を示す要部説明図である。 図1の具体的説明に供する説明図である。 同画像形成装置のライン型記録ヘッドの一例を示す部分断面斜視説明図である。 同画像形成装置における分極補正動作の説明に供するフロー図である。 同分極補正動作における分極補正電圧印加処理(工程)及び補正状態評価処理(工程)の詳細を説明するフロー図である。 同分極補正動作の具体例の説明に供する説明図である。 同じく分極補正動作の具体例の説明に供する説明図である。 同画像形成装置における滴吐出特性測定手段の他の例の説明に供する要部説明図である。
符号の説明
1…用紙
10…ライン型記録ヘッド
20…用紙送り装置
30…記録信号源
40…分極信号源
50…処理制御装置
60…スイッチング素子アレイ
70…滴吐出特性測定センサ
75…記録ドット状態読み取りセンサ
80…信号切り換え回路
90…ノズル切り換え回路
100…液滴
101…流路ユニット
102…ヘッドハウジング
103…圧電素子ユニット
104…ノズル(ノズル開口)
106…加圧室
108…共通液室
111…オリフィス板(ノズル板)
112…流路形成板
113…ダイヤフラム形成板
120…ダイヤフラム
130…圧電素子
131…層状圧電素子
132…層状電極
133…圧電素子支持基板
134…圧電素子支持基板固定部
135…共通電極
136…個別電極
160…フレキシブルケーブル
161…フレキシブルケーブル端子
200…記録ドット
401…メモリ
402…分極候補電圧計算部
403…分極ノズル選択信号作成部
404…分極パルス発生回路
502…並列進行型分極補正工程制御部
503…評価制御部

Claims (9)

  1. 液滴を吐出する複数のノズルと、各ノズルに対応して液滴を吐出させる圧力を発生させる複数の圧電素子とを含む液体吐出ヘッドを備える画像形成装置において、
    補正対象とする全ノズルに対応する前記各圧電素子の分極度を補正する分極補正処理を行う分極補正手段を備え、
    前記分極補正手段は、
    1の分極度候補電圧条件で分極する分極電圧を、少なくとも2以上の補正対象の補正対象の全ノズルに対応する各圧電素子に対して順次印加する第1の分極補正電圧印加処理を行った後、
    前記第1の分極補正電圧印加処理によって分極電圧が印加された補正対象の全ノズルについての補正状態を評価し、補正対象の全ノズルより補正未完了ノズルを抽出する第1の補正状態評価処理を行い、
    前記第1の補正状態評価処理で抽出した前記補正未完了ノズルの全てに対応する各圧電素子に対して、第2の分極度候補電圧条件で分極する分極電圧を印加する第2の分極補正電圧印加処理を行った後、
    前記第2の分極補正電圧印加処理によって分極電圧が印加された補正対象の全ノズルについての補正状態を評価し、更に補正対象の全ノズルより補正未完了ノズルを抽出する第2の補正状態評価処理を行う
    ことを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記分極補正手段は、前記分極補正電圧印加処理及び前記補正状態評価処理を、前記補正未完了ノズルが抽出されなくなるまで繰り返し実行することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記分極補正手段は、前記分極補正電圧印加処理を行う前に、補正対象の全ノズルに対応する各圧電素子の分極を消極する前処理を行うことを特徴とする請求項1又は2に記載の画像形成装置。
  4. 液滴を吐出する複数のノズルと、各ノズルに対応して液滴を吐出させる圧力を発生させる複数の圧電素子とを含む液体吐出ヘッドを製造するヘッド製造装置において、
    補正対象とする全ノズルに対応する前記各圧電素子の分極度を補正する分極補正処理を行う分極補正手段を備え、
    前記分極補正手段は、
    1の分極度候補電圧条件で分極する分極電圧を、少なくとも2以上の補正対象の補正対象の全ノズルに対応する各圧電素子に対して順次印加する第1の分極補正電圧印加処理を行った後、
    前記第1の分極補正電圧印加処理によって分極電圧が印加された補正対象の全ノズルについての補正状態を評価し、補正対象の全ノズルより補正未完了ノズルを抽出する第1の補正状態評価処理を行い、
    前記第1の補正状態評価処理で抽出した前記補正未完了ノズルの全てに対応する各圧電素子に対して、第2の分極度候補電圧条件で分極する分極電圧を印加する第2の分極補正電圧印加処理を行った後、
    前記第2の分極補正電圧印加処理によって分極電圧が印加された補正対象の全ノズルについての補正状態を評価し、更に補正対象の全ノズルより補正未完了ノズルを抽出する第2の補正状態評価処理を行う
    ことを特徴とするヘッド製造装置。
  5. 前記分極補正手段は、前記分極補正電圧印加処理及び前記補正状態評価処理を、前記補正未完了ノズルが抽出されなくなるまで繰り返し実行することを特徴とする請求項4に記載のヘッド製造装置。
  6. 前記分極補正手段は、前記分極補正電圧印加処理を行う前に、補正対象の全ノズルに対応する各圧電素子の分極を消極する前処理を行うことを特徴とする請求項4又は5に記載のヘッド製造装置。
  7. 液滴を吐出する複数のノズルと、各ノズルに対応して液滴を吐出させる圧力を発生させる複数の圧電素子とを含む液体吐出ヘッドの前記圧電素子の分極度を補正する分極補正方法であって、
    1の分極度候補電圧条件で分極する分極電圧を、少なくとも2以上の補正対象の補正対象の全ノズルに対応する各圧電素子に対して順次印加する第1の分極補正電圧印加処理を行った後、
    前記第1の分極補正電圧印加処理によって分極電圧が印加された補正対象の全ノズルについての補正状態を評価し、補正対象の全ノズルより補正未完了ノズルを抽出する第1の補正状態評価処理を行い、
    前記第1の補正状態評価工程で抽出した前記補正未完了ノズルの全てに対応する各圧電素子に対して、第2の分極度候補電圧条件で分極する分極電圧を印加する第2の分極補正電圧印加処理を行った後、
    前記第2の分極補正電圧印加処理によって分極電圧が印加された補正対象の全ノズルについての補正状態を評価し、更に補正対象の全ノズルより補正未完了ノズルを抽出する第2の補正状態評価処理を行う
    ことを特徴とする液体吐出ヘッドの分極補正方法。
  8. 前記分極補正電圧印加処理及び前記補正状態評価処理を、前記補正未完了ノズルが抽出されなくなるまで繰り返し実行することを特徴とする請求項7に記載の液体吐出ヘッドの分極補正方法。
  9. 前記分極補正電圧印加工程を行う前に、補正対象の全ノズルに対応する各圧電素子の分極を消極する前工程を行うことを特徴とする請求項7又は8に記載の液体吐出ヘッドの分極補正方法。
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