JP5353334B2 - 液体噴射距離算出方法、液体噴射装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体を被記録媒体（メディアの概念を含む）に対し噴射ないし吐出する液体噴射装置、液体噴射ヘッドと被記録媒体間の距離（プラテンギャップ）を算出する液体噴射距離算出方法、前記液体噴射装置を有する複写機、プリンタ、ファクシミリ、プロッタ、印刷機、これらのうち少なくとも１つを有する複合機等の画像形成装置に関する。

近年、微細なノズル口より液体を噴射する液体噴射装置、いわゆるインクジェットヘッドを用いた応用開発が盛んであり、画像形成装置への応用の他に微細な配線パターンを作製する加工装置や液晶ディスプレイのカラーフィルターをパターニングする加工装置などへの応用が広まっている。
これらインクジェットヘッドを用いた画像形成装置や他の加工装置においては、より微細な形状の液体をより正確に安定的に吐出することが重要課題となっている。
この要求に応えるため、ヘッドと液体吐出対象のメディアとのギャップ（プラテンギャップ）を縮めることで吐出液体の飛行距離を短くし、吐出液体の着弾位置ズレやミスト化を防止し、パターニング精度や安定性の向上を図る技術の開発が進められている。

ギャップが小さいほど精度、安定性は向上されるが、特にギャップが狭いときは装置の振動や経時変化による位置ずれなどによってヘッドとメディアが接触してヘッドがダメージを受ける危険性がある。
このため、高精度・高安定な液体噴射装置を実現するにはギャップを縮めつつ高精度にギャップを制御・維持することが必要となる。
プラテンギャップを制御・維持するために、機械的に位置決めを行いメディアの種類によってギャップを調整する手法や（特許文献１）、記録ヘッドと被記録媒体との間隔を検出する光学的あるいは磁気的な距離測定用センサを設け、ギャップ距離の検出結果によってギャップを制御する方法などが提案されている（特許文献２）。

機械的な位置決め手段ではメディアの状態に対して柔軟に対応することが難しく、ギャップを狭くするのに限界があった。また、距離測定用センサを設ける方法では、ヘッドとメディアの他にセンサが別途必要となるほか、距離を検出する場所がノズルの位置とずれているため誤差を含む可能性がある。
このような問題を解消すべく、特許文献３には、ヘッドから吐出する液滴自身を距離測定に用いる手法が提案されている。
これは、ヘッドから吐出する液滴を帯電させ、液滴からの静電誘導によって生じるメディア面の電圧差を検知することで、ヘッドとメディア間の距離および傾きを測定するものである。
この方式によれば、ギャップ間距離を計測するのに特別なセンサを付け加える必要が無く、またノズル位置におけるギャップを測定することが可能であり従来の方式に対して精度上優れているといえる。

しかしながら、特許文献３に開示された方法では、液滴に帯電することが可能な電荷量に限りがあるため、検知する電圧差信号は非常に微弱なものとなる。このため、信号を取得する際には積分回路や増幅回路を必要とする。
また、特許文献３の実施例中に示されるように、精度良く信号を取得するためにはヘッドとメディアの間に例えば４００Ｖといった高い電圧を印加する必要があり、高価な電源構成を避けられない。

本発明は、このような現状に鑑みてなされたもので、ヘッドとメディア間のギャップを低価格な構成によって高精度に測定することができ、高精度・高安定な吐出性能を維持できる液体噴射装置の提供を、その主な目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明では、ノズルから液体を噴射する液体噴射ヘッドと、噴射された液体が着弾する被記録媒体との間の相対的な距離を算出する液体噴射距離算出方法において、前記被記録媒体と前記液体噴射ヘッドとの間に電圧を印加して、噴射された液体が前記被記録媒体に着液し前記液体噴射ヘッドと前記被記録媒体との間が液柱でつながったときに前記液体噴射ヘッドと前記被記録媒体との間が通電するようにし、通電時の電流量、電荷量、前記液体噴射ヘッドに液体を噴射するための駆動信号が発せられてから通電が開始されるまでの通電開始時間、通電が開始されてから液体が分断して通電が停止するまでの通電時間をそれぞれ通電特徴量とし、これらの通電特徴量のうち少なくとも一つの通電特徴量を測定し、測定された値に基づいて距離を算出ないし決定することを特徴とする。
ここで、「着弾」とは、ノズルから吐出された液体がノズルと分離して被記録媒体に付着した状態を意味し、「着液」とは、ノズルから吐出された柱状の液体の先端が被記録媒体に接触した状態を意味する。

請求項２記載の発明では、液体を噴射するノズルを有する液体噴射ヘッドと、前記液体噴射ヘッドを駆動して前記ノズルから柱状の液体を被記録媒体に向かって吐出させるヘッド駆動手段と、前記被記録媒体と前記液体噴射ヘッドとの間に電圧を印加する電圧印加手段と、前記被記録媒体と前記ノズルとの間が液柱でつながって前記被記録媒体と前記ノズルとの間が通電した時の電流量、電荷量、前記液体噴射ヘッドに液体を噴射するための駆動信号が発せられてから通電が開始されるまでの通電開始時間、通電が開始されてから液体が分断して通電が停止するまでの通電時間をそれぞれ通電特徴量とするとき、これらの通電特徴量のうち少なくとも一つの通電特徴量を測定する通電特徴量測定手段と、前記通電特徴量測定手段により測定された値に基づいて前記被記録媒体と前記液体噴射ヘッドとの間の相対的な距離を算出する距離算出手段と、を有することを特徴とする。

請求項３記載の発明では、請求項２記載の液体噴射装置において、前記通電特徴量測定手段は、前記電流量として最大電流値を測定することを特徴とする。
請求項４記載の発明では、請求項１〜３のいずれか１つに記載の液体噴射装置において、前記距離算出手段は、前記被記録媒体の種類に応じて補正を加えることを特徴とする。
請求項５記載の発明では、請求項１〜３のいずれか１つに記載の液体噴射装置において、前記距離算出手段は、前記液体の種類に応じて補正を加えることを特徴とする。

請求項６記載の発明では、請求項５記載の液体噴射装置において、前記液体噴射ヘッドは液体の導電率を測定する液体導電率測定手段を有し、前記距離算出手段は前記液体導電率測定手段の測定値に基づいて補正量を決定することを特徴とする。
請求項７記載の発明では、請求項１〜６のいずれか１つに記載の液体噴射装置において、前記液体噴射ヘッドと前記被記録媒体との相対的な位置関係を調整する位置調整手段を有することを特徴とする。
請求項８記載の発明では、請求項７記載の液体噴射装置において、前記距離算出手段からの算出値について、前記液体噴射ヘッドと前記被記録媒体との間の予め決められた所望の距離に対する判断を行い、所定量以上の差がある場合には差分信号を出力して前記位置調整手段を駆動する姿勢制御手段を有していることを特徴とする。

請求項９記載の発明では、請求項１〜６のいずれか１つに記載の液体噴射装置において、前記液体噴射ヘッドは前記ノズルを複数有し、前記測定手段は複数のノズルに対して前記通電特徴量を測定し、前記距離算出手段は、前記測定手段により測定された値より前記液体噴射ヘッドと前記被記録媒体との相対的な傾き、うねりのうち少なくとも一方を算出することを特徴とする。
請求項１０記載の発明では、請求項９記載の液体噴射装置において、前記液体噴射ヘッドは互いに絶縁された複数の電圧印加点を有し、前記通電特徴量測定手段は、前記被記録媒体と前記複数の電圧印加点それぞれの間で前記通電特徴量を個別に測定する複数の測定手段から成ることを特徴とする。

請求項１１記載の発明では、請求項９又は１０記載の液体噴射装置において、前記距離算出手段により算出された前記液体噴射ヘッドと前記被記録媒体との相対的な距離、傾き、うねりのうち少なくとも１つについて、予め決められた所望の値に対する判断を行い、所定量以上の差がある場合には差分信号を出力して前記位置調整手段を駆動する姿勢制御手段を有していることを特徴とする。
請求項１２記載の発明では、画像形成装置において、請求項２〜１１記載の液体噴射装置と、該液体噴射装置からの液体噴射量および位置を制御して前記被記録媒体上に画像を形成する画像制御手段とを備えたことを特徴とする。
請求項１３記載の発明では、請求項１２記載の画像形成装置において、前記被記録媒体が中間転写体であり、該中間転写体上に形成された画像を他の被記録媒体に転写する転写手段を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、特許文献３等の従来技術と比較して、距離算出に用いる通電特徴量測定は高感度であり、高い電圧を必要としない。このため、従来技術と比較してより安価なシステムにより高感度に距離算出を行うことができる。
ヘッドとメディア間が液柱によって通電する事象を、電流量、電荷量、通電開始時間、通電時間という通電特徴量によって多面的に捉えて距離算出を行うので、距離算出精度の向上を図ることができる。
距離算出手段より算出した結果をフィードバックすることによって、ヘッドとメディア間のギャップを所定の距離に調整することができ、これによって、ギャップを縮めつつ高精度にギャップを制御・維持することが可能となり、高精度・高安定な液体噴射装置を実現できる。
複数のノズルを有するノズル面とメディアとの相対的な距離、傾き、うねりなどの姿勢を算出することができるため、多数の穴を有し面積の広いノズル面を有する液体噴射装置であっても、複数のノズルに対して通電特徴量を測定することが可能である。よって、液体噴射装置に対して別途複数の距離センサを設けるなどしなくても、安価な構成で姿勢算出することができる。

互いに絶縁された複数電圧印加点を有している構成では、複数のノズルからの通電特徴量を同時に検出することが可能である。よって、複数のノズルからの通電特徴量を順次測定する必要が無く、より高速に姿勢算出することが可能となる。
ノズル面とメディアとの姿勢を調整する姿勢調整手段を有しているため、姿勢算出手段を兼ねる姿勢制御手段より算出した結果をフィードバックすることによってヘッドとメディア間の姿勢を所定の姿勢に調整することが可能である。これによって、複数のノズルを有するノズル面であっても、ノズル面全面に渡ってギャップを縮めつつ高精度にギャップを制御・維持することが可能となり、高精度・高安定な液体噴射装置を実現できる。
本発明の液体噴射装置を記録ヘッドとして用いることによって、高精度・高安定な画像形成装置を実現することができる。
メディアを中間転写体とし、中間転写体上に形成された画像を他の記録媒体に転写する転写手段を備えることによって、紙などの高抵抗媒体に対しても高精度・高安定に画像形成可能な装置とすることができる。

本発明の一実施形態に係る液体噴射装置の概要構成図である。 制御ブロック図である。 図１で示した液体噴射装置の液体噴射のプロセスを示す図である。 液柱形成時のギャップの大きさの変化における電流値と時間との関係を示す実験データのグラフである。 ギャップ距離と最大電流値との関係を示す実験データのグラフである。 ギャップ距離と通電電荷量との関係を示す実験データのグラフである。 ギャップ距離と通電開始時間との関係を示す実験データのグラフである。 ギャップ距離と通電時間との関係を示す実験データのグラフである。 位置調整手段を備えた実施形態における制御動作を示すフローチャートである。 他の実施形態に係る液体噴射装置の構成と通電特徴量の取得動作を示す図である。 図１０で示した例における位置調整（姿勢制御）構成を示す図である。 図１０で示した例における姿勢制御動作を示すフローチャートである。 さらに別の実施形態に係る液体噴射装置の構成と通電特徴量の取得動作を示す図である。 液体噴射装置を有する画像形成装置の一例を示す概要構成図である。 液体噴射装置を有する画像形成装置の他例を示す概要構成図である。

以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
図１は一実施形態に係る液体噴射装置の断面図を模式的に表したものである（以下液体噴射装置の構成を示すときは断りが無い限り同じ）。
液体噴射装置１０は、液体噴射ヘッド１１と、液体噴射ヘッド１１を駆動するヘッド駆動手段としての圧電素子１２（図２参照）と、被記録媒体としてのメディア１３と液体噴射ヘッド１１との間に電圧を印加する電圧印加手段としての電源１４と、後述する通電特徴量を測定する通電特徴量測定手段としての電流計１５と、電流計１５により測定された値に基づいてメディア１３と液体噴射ヘッド１１との間の相対的な距離（プラテンギャップ距離；以下「ギャップ距離」ともいう））を算出する距離算出手段としての姿勢制御手段２０（図２参照）等を有している。
液体噴射ヘッド（以下、単に「ヘッド」ともいう）１１は、微小なノズル１６が形成されたノズル板（以下、「ノズル面」ともいう）１７と、ノズル１６から噴射される液体１８が収容された液室（液体チャンバ）１９とを有している。
本実施形態では、電源１４による電圧は、メディア１３とノズル板１７との間に印加する構成となっている。

図２に示すように、距離算出手段を兼ねる姿勢制御手段２０はヘッド駆動回路２２を介して圧電素子１２を制御するとともに、後述する位置調整手段２６を制御する。電源１４による電圧印加のＯＮ・ＯＦＦは電源スイッチ２４によりなされる。
姿勢制御手段２０はＣＰＵ、Ｉ／Ｏインターフェース、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を有するマイクロコンピュータである。
通電特徴量測定手段は、メディア１３とノズル１６との間に形成される液柱の通電時の電流量、電荷量、液体噴射ヘッド１１に液体を噴射するための駆動信号が発せられてから（ヘッド駆動回路２２から圧電素子１２への駆動パルスの印加されてから）通電が開始されるまでの通電開始時間、通電が開始されてから液体が分断して通電が停止するまでの通電時間をそれぞれ通電特徴量とするとき、これらの通電特徴量のうち少なくとも一つの通電特徴量を測定する。

液体吐出手段（ヘッド駆動手段）としては、液室１９に圧力を加えることによって液体を吐出するための圧力印加手段や、加熱による膜沸騰によって液体を吐出するための加熱手段などを用いることが可能である。
本実施形態で上記のように圧力印加手段として圧電素子１２を利用している。圧電素子１２に印加される電圧はヘッド駆動手段であるヘッド駆動回路２２によって制御され、ヘッド駆動回路２２より送られるヘッド駆動波形に応じてノズル１６より液体が吐出され、メディア１３に向けて噴射される。
ヘッド駆動回路２２は必要に応じヘッド駆動波形を生成することが可能となっており、随意に液体吐出のオン・オフを制御可能となっている。
ノズル板１７とメディア１３との間は電圧印加手段である電源１４によって、所定電圧差が形成されている。
ここでは、ノズル板１７を電極としてメディア１３との間に電圧を印加しているが、他に液室１９内に電極を配置しメディアとの間に電圧を印加することも可能である。

ノズル板１７に電圧を印加する際には、ノズル板１７は高い導電性を有するものが好ましく、本実施形態においてはノズル板が金属で構成される記録ヘッド（市販インクジェットプリンタＧＸ５０００：（株）リコー製）を使用した。
ノズル板１７とメディア１３との間を流れた電流量は電流計１５によって測定可能となっている。本実施形態に係る液体噴射装置１０では電流計１５の出力を処理する処理回路を有しており、通電電流値、通電電荷量、圧電素子１２の駆動タイミングに対する通電開始時間、通電時間の少なくとも一つを含む通電特徴量を測定することが可能な通電特徴量測定手段を構成している。
電流量の測定手段としては、既知の抵抗を直列に接続しその間の電圧降下量を測定する手法を用いることなどが可能である。このとき、処理回路としては電圧降下量に相当する電圧信号を直接処理し、例えば閾値を設けた後に、通電開始時間や通電時間を測定する構成を採用することができる。

次に、図１及び図３に基づいて液体が噴射されるときのプロセスに関して説明する。
図１は初期状態を示しており、ノズル１６部にはインクのメニスカスが形成されている。電源１４は電圧印加状態であり、以降のプロセスにおいても常時電圧印加状態である。
図３（ａ）は圧電素子１２への適当な駆動パルス印加によって液柱が形成されつつある状態の模式図である。この時、荷電した液柱先端の移動に伴い、ノズル面（ノズル板１７）とメディア１３間に極微量な誘導電流が流れるが、この電流は非常に微弱なものであり電流計１５では検出できない程度のものである。
図３（ｂ）は、液柱先端がメディア１３表面に着液し、ブリッジ状の液柱ＬＰを形成している状態の模式図である。液柱先端のメディア１３表面への着液と同時に大きな電流が流れ始め、電流計１５によって電流値が測定される。図３（ｃ）は、その後液柱がノズル面近傍で分断された状態を示している。液柱が細くなることによって液柱の抵抗が増加し通電電流量が低下し、最終的に液柱が分断されることによって通電電流は停止する。
ノズル面から液柱を吐出して着液側との間を通電状態とすることが可能であることは既知であり、例えば特許文献４、５に記載されている。

ノズル板１７とメディア１３との間のギャップ距離が狭くなるにつれて液柱形成時間は長くなり、ノズル板１７とメディア１３間に液柱ＬＰを介して流れる電流の、最大電流値、電荷量、通電時間が大きくなる。
また、ギャップ距離が狭くなるにつれて液柱ＬＰがメディア１３に到達する時間が早くなるため、通電開始時間が早くなる。これに関する詳細を、実施例をもとに説明する。
実施例として、液体として塩化ナトリウム１０ｗｔ％水溶液を、メディアとしてＮｉフィルムを用い、電源１４によってノズル板とメディアとの間には３０Ｖの電圧を印加し、電流計１５によって液柱形成時の電流量を測定した。
測定した電流量の一例を図４に示す。図４中では、ノズル板とメディア間のギャップ距離が１００μｍ、２００μｍ、３００μｍのときにおける通電電流の時間変化を示しており、横軸の時間はヘッド駆動波形の入力開始時からの時間を示している。

通電電流値、電荷量、時間変化はギャップ距離に対する依存性を有するため、最大電流値、通電電荷量、通電開始時間、通電時間のうち少なくとも一つの通電特徴量を抽出することによってギャップ距離との相関をとることが可能である。
図５に、通電時の最大電流値とギャップ距離との関係を、図６に、通電時の電荷量とギャップ距離との関係を、図７に通電開始時間とギャップ距離との関係を、図８に通電時間とギャップ距離との関係を示した。
各図において、黒丸で示したポイントが実験的に得た結果（データ）であり、直線は多項式などによってフィッティングした結果を示している。図５乃至図８から明らかなように、通電特徴量とギャップ距離との間に明確な相関があり、通電に関する特徴量を測定することによってギャップ距離を算出することが可能であることが判る。

ギャップ距離の算出には、予め測定した結果から多項式などでフィッティングした係数を基に距離を算出する手段や、予め測定した結果からルックアップテーブルを作成しておきテーブルを参照することによって距離を算出する手段などを採用できる。
また、ヘッド駆動回路２２の信号によって液体の噴射状態は異なるため、複数の吐出条件に対してフィッティング係数やルックアップテーブルが準備されていることがより好ましい。
また、ギャップ距離をより正確に算出するために、複数の通電特徴量からギャップ距離を算出して平均値を採用してもよい。

本実施形態に係る液体噴射装置１０に使用するメディア１３としては、液柱の抵抗値よりも十分抵抗の低い導電性材料を用いることが最も望ましいが、ある程度抵抗を有する材料であっても通電特徴量を測定することは可能でありメディアとして用いることが可能である。
抵抗を有するメディアに対して距離を算出する際には、メディアの抵抗値によって通電特徴量と距離との関係が変化する可能性があるため、メディアの種類に応じて、距離算出手段はギャップ距離の算出値に補正を加え、あるいは算出する際の印加電圧量等の条件に補正を加えるようにしてもよい。
液体噴射装置１０に使用可能な液体としては、導電率の高い液体を用いることが望ましいが、前述したメディアと同様に抵抗を有する液体を用いることも可能である。このときも、液体の種類に応じて、距離算出手段は上記同様に補正を加えるようにしてもよい。
図２に示すように、液室１９内に導電率を測定する液体導電率測定手段（導電率測定センサ）２８を設け、その測定結果から補正を行うようにしてもよい。

図７、図８から明らかなように、前述した通電特徴量の中でも、通電開始時間と通電時間はギャップ距離に対する線形性が高く、またメディアの抵抗値に対する依存性が低いため、通電特徴量測定手段としてはこれらを測定することが可能なものが最も好ましい。
図４及び図５〜図８で示したデータは、それぞれの測定が単一の液体吐出に対して行った測定結果であり、単一の液体吐出においても高精度に通電特徴量を測定することが可能となっている。
これは、従来技術（特許文献３）で示される誘導電圧変化を検出する方式に比べて「信号強度が強く高感度である」ことを示している。また、本実施形態ではヘッドとメディア間に印加する電圧を例えば３０Ｖといった低電圧に設定しても高感度にギャップ距離を算出することが可能であり、これにより電源部を小型、低価格化することが可能である。

本実施形態に係る液体噴射装置１０では、このように高感度に距離測定が可能であるため１つの液柱からも距離計測を行うことが可能であるが、液柱ごとのばらつきによる影響を低減せしめるために複数の液柱からの信号（通電特徴量）より距離測定を行うことも可能である。
この場合、複数のノズルから同時に液を吐出して形成された液柱の通電特徴量を測定することも可能であり、単一のノズルから形成される液柱の通電特徴量を複数回繰り返して測定し積算することでより誤差の少ない通電特徴量を測定することも可能である。
以上のように、本発明の液体噴射装置ではノズル面とメディアとの距離を高精度・高安定に算出することが可能なものとなっている。

本実施形態に係る液体噴射装置１９では、さらにヘッドとメディアとの相対的な位置関係を調整する位置調整手段２６を備えている（図２）。これにより、ノズル面とメディア間の距離を略一定に保つことが可能となっている。
位置調整手段２６によるギャップ距離の調整動作を図９に示す。まず、ノズル面とメディア間に電圧を印加し、ギャップ距離調整を行いたいノズルより液柱を吐出する。
吐出時に得られる通電特徴量の測定結果より、距離算出手段によってノズル面と液柱との距離を算出する。姿勢制御手段２０は所望のギャップ距離に対して算出された距離に所定量以上の差がある際にはその差分信号を元に位置調整手段２６を駆動し、再度ノズルより液柱を吐出する。この作業をフィードバック制御により繰り返すことによりノズル面とメディアとのギャップ距離を制御することが可能である。
位置調整手段２６としては一般的なアクチュエータおよび駆動ドライバを用いることができ、ヘッドをアクチュエータに取り付けて可動としても良いし、メディアを保持する保持具にアクチュエータが取り付けられていても良い。すなわち、液体噴射ヘッド１１とメディア１３との相対的な可動構成によりギャップ距離を制御することが可能である。

このようなギャップ距離制御手段（位置調整手段２６＋姿勢制御手段２０）を有するヘッドにおいては、ヘッドを画像形成装置や加工装置に組み付ける際の調整が容易になるほか、定期的にヘッドとメディアの間隔を測定しその間隔を一定に保つことや、ヘッド使用時に常時ギャップ距離を制御するフィードバックループを構成し、より安定で高精度な液体噴射装置とすることも可能である。

図１０に他の実施形態を示す。
本実施形態に係る液体噴射ヘッド１１'は、所定の方向に配列した複数のノズル１６を有しており、複数のノズルから形成される液柱の通電特徴量が測定可能となっている。
１０（ａ）に示すように、右端のノズル１６ａから液体を吐出し通電特徴量を測定した後に、その後図１０（ｂ）に示すように、左端のノズル１６ｎから液体を吐出して通電特徴量を検出する。
本実施形態において、距離算出手段は、前述した２つの通電特徴量から右端と左端の距離をそれぞれ算出し、ノズル面とメディアとの距離および傾きを算出することが可能となっている。
さらに、より多くのノズルから液体を吐出して通電特徴量を測定することにより、メディアとヘッドとの相対的なうねりを算出することも可能である。

図１１に、液体噴射ヘッド１１とメディア１３間の相対的な傾きおよび距離の両方を調整可能な構成例を示す。
図１１に示すように、液体噴射ヘッド１１'の右端部および左端部は第１のシャフト３０と第２のシャフト３１によって支持されている。第１のシャフト３０はヘッドを貫通しており、第２のシャフト３１はヘッド構成とはフリーな状態で設けられている。
ノズル面（ノズル板１７）は紙面左右方向に配列したノズル列を有しており、図１０で説明した構成によって、ノズル面とメディアとの傾きを検知することが可能である。
第１のシャフト３０および第２のシャフト３１はそれぞれ図示されていない位置調整手段としてのアクチュエータによって、図面上下方向（矢印方向）に可動となっている。
液体噴射ヘッド１１'には液体供給チューブ３２が取り付けられており、必要に応じて液体を補給することが可能となっている。
また、液体噴射ヘッド１１'は第１のシャフト３０および第２のシャフト３１に沿って紙面垂直方向（厚み方向）に可動となっており、シリアルに液体を噴射できるようになっている。
位置調整手段としては、シャフト３０、３１に限らず、例えば偏心カム（偏心ローラ）をヘッドに当接させて、差分信号に基づいて該カムをステッピングモータで駆動する構成とすることもできる。あるいは、ヘッドにネジを螺合して該ネジをモータで駆動したり、ピニオン・ラック機構で駆動するようにしてもよい。

図１２に、図１０及び図１１で示した構成の姿勢調整の制御動作を示す。
まず、ノズル面とメディア間に電圧を印加し、次いで図１０（ａ）で示したように、右端のノズルより液体を吐出し通電特徴量を測定する。その後図１０（ｂ）で示したように、左端のノズルより液体を吐出し通電特徴量を測定する。
２つの通電特徴量より、ヘッドとメディアのギャップ距離および傾きを示す姿勢を算出する。所望のギャップ距離および傾きに対して算出された姿勢に所定量以上の差がある際にはその差分信号を元に上記２つのアクチュエータを駆動し、再度ノズルより液柱を吐出する。この作業を繰り返すことによりノズル面とメディアとのギャップ距離および傾きを制御することが可能である。

図１０では複数の異なるノズルより順次液体を吐出して通電特徴量を取得する例を示したが、同時に複数の通電特徴量を取得することも可能である。その例を以下に説明する。
図１３に示すように、本実施形態では、複数のノズル間で絶縁された接点との通電特徴量を測定する複数の測定手段を有している構成となっている。
図１３（ａ）はヘッドの断面図、図１３（ｂ）はヘッドのノズル面を底面側から見た図である。液体噴射ヘッド１１”は、それぞれ金属より成る第１のノズル面（ノズル板１７Ａ）と、第２のノズル面（ノズル板１７Ｂ）から構成されている。
第１のノズル面とメディア間および第２のノズル面とメディア間それぞれに関して、電圧を印加する第１の電圧印加手段１４Ａおよび第２の電圧印加手段１４Ｂ、通電特徴量を計測することが可能な第１の測定手段１５Ａおよび第２の測定手段１５Ｂを有している。
第１のノズル面１７Ａおよび第２のノズル面１７Ｂの間は絶縁されており、第１の測定手段１５Ａと第２の測定手段１５Ｂはそれぞれ独立に通電特徴量を計測することが可能となっている。

図１３（ｂ）に示すように、ヘッドはベースプレート３５上に複数の金属プレートからなるノズル面を例えば千鳥状に配置したものによって構成されている。
図１３（ａ）で示した構成においては、ノズルを順次駆動して通電特徴量を測定する必要が無く、同時に２つの通電特徴量を測定することが可能であり姿勢算出時のリアルタイム性に優れている。
ここで、絶縁とは液柱形成時の抵抗よりも大きい抵抗値を有していることを意味しており、例えば図１３では、第１のノズル面１７Ａと第２のノズル面１７Ｂの間は液室を通じて有限の抵抗値を有しているが、液柱形成時の抵抗よりも大きい抵抗となっているため、本実施形態では絶縁されているとする。

上述した本発明の液体噴射装置を用いて、高画質・高安定な画像形成装置を構成することが可能である。
その例を図１４に示す。図１４で示す画像形成装置では、図１、図１０、図１３のいずれかで記載した液体噴射ヘッド１１および、メディア１３を保持・搬送する搬送手段３６、３７、入力画像に対して所定のヘッド駆動信号および、メディア搬送信号を生成する画像制御手段３８を有している。
画像制御手段３８は、入力した画像に応じて液体噴射量および噴射位置を制御してメディア１３上に画像を形成する。搬送手段としては、一般的な２軸の可動ステージを用いることも可能であるし、図示したように、複数本の回転ローラ対によってメディア１３を保持・搬送するようなシステムを採ることも可能である。
画像制御手段３８は距離算出手段または姿勢制御手段と一体となって構成され、通電特徴量測定信号を入力可能となっていることが好ましく、ヘッドとメディア間の相対的な姿勢を制御しながら画像形成を行うことが可能となっていることが望ましい。

図１４に示した画像形成装置においては、例えばローラに偏心がある、またはメディア搬送時にメディアがばたつくといったときであっても、ギャップを例えば１００μｍ±２０μｍ以内に制御して画像形成を行うことが可能となる。
すなわち、画像形成装置に製造上の誤差があったとしてもその影響を無くしてヘッドとメディア間の相対的な姿勢を所望の状態に維持することができる。
これによって、吐出液体の着弾位置ズレやミスト化を防止することができ、パターニング精度向上や安定性の向上を実現できる。
画像形成の対象となるメディアとしては、前述したように導電性の高いものであることが好ましいため、直接紙に画像を形成する装置よりは、中間転写体を有する画像形成装置、あるいは透明導電膜上にカラーフィルターを形成する加工装置などに用いることがより好ましい。

図１５に中間転写体を有する画像形成装置の例を示す。
本実施形態に係る画像形成装置では、液体噴射ヘッドとしての記録ヘッド５０、中間転写体である被記録媒体としてのドラム５１、記録用紙Ｐを加圧搬送するための加圧ローラ５２並びにドラム５１表面を初期化する初期化手段（クリーニング手段）５３を備えている。
記録ヘッド５０は、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の各色のインクを吐出可能な４つのヘッドから構成されている。加圧ローラ５２は金属製の芯金に対して紙搬送力確保のために表層に５ｍｍ厚のゴム層を設けている。
クリーニング手段５３は、ドラム５１の表面に付着したインク成分等を除去するために、ドラム５１の表面に当接するフッ素ゴム製のクリーニングブレードを有している。

図示しない電力供給手段により各記録ヘッド５０のノズル板とドラム５１との間には電位差が維持されており、液柱が形成されたときの通電特徴量を測定可能となっている。ドラム５１と各記録ヘッド５０との距離および傾きを所定の値に調整した後に、各記録ヘッド５０よりインクを吐出して画像を形成し、記録用紙Ｐへ粘着転写を行う。
中間転写体としてはドラム形態に限らず、無端ベルト状のものやシート状のものなどでも構わない。また、インクジェットヘッドに関しては固定式のフルライン型に限定されず、メディアの主走査方向を移動可能なシャトル方式のものでも構わない。

１０ 液体噴射装置
１１ 液体噴射ヘッド
１２ ヘッド駆動手段としての圧電素子
１３ 被記録媒体としてのメディア
１４ 電圧印加手段としての電源
１５ 通電特徴量測定手段としての電流計
１６ ノズル
１８ 液体
２０ 距離算出手段としての姿勢制御手段
２６ 位置調整手段
２８ 液体導電率測定手段としての導電率測定センサ
５１ 中間転写体としてのドラム

特開２００６−１０２９９２号公報 特開２００７−６２２１９号公報 特開２００９−８１５号公報 特許第３６９７２０９号公報 特開２００６−１３０７６９号公報

Claims (13)

1. ノズルから液体を噴射する液体噴射ヘッドと、噴射された液体が着弾する被記録媒体との間の相対的な距離を算出する液体噴射距離算出方法において、
   前記被記録媒体と前記液体噴射ヘッドとの間に電圧を印加して、噴射された液体が前記被記録媒体に着液し前記液体噴射ヘッドと前記被記録媒体との間が液柱でつながったときに前記液体噴射ヘッドと前記被記録媒体との間が通電するようにし、通電時の電流量、電荷量、前記液体噴射ヘッドに液体を噴射するための駆動信号が発せられてから通電が開始されるまでの通電開始時間、通電が開始されてから液体が分断して通電が停止するまでの通電時間をそれぞれ通電特徴量とし、これらの通電特徴量のうち少なくとも一つの通電特徴量を測定し、測定された値に基づいて距離を算出ないし決定することを特徴とする液体噴射距離算出方法。
2. 液体を噴射するノズルを有する液体噴射ヘッドと、
   前記液体噴射ヘッドを駆動して前記ノズルから柱状の液体を被記録媒体に向かって吐出させるヘッド駆動手段と、
   前記被記録媒体と前記液体噴射ヘッドとの間に電圧を印加する電圧印加手段と、
   前記被記録媒体と前記ノズルとの間が液柱でつながって前記被記録媒体と前記ノズルとの間が通電した時の電流量、電荷量、前記液体噴射ヘッドに液体を噴射するための駆動信号が発せられてから通電が開始されるまでの通電開始時間、通電が開始されてから液体が分断して通電が停止するまでの通電時間をそれぞれ通電特徴量とするとき、これらの通電特徴量のうち少なくとも一つの通電特徴量を測定する通電特徴量測定手段と、
   前記通電特徴量測定手段により測定された値に基づいて前記被記録媒体と前記液体噴射ヘッドとの間の相対的な距離を算出する距離算出手段と、
   を有することを特徴とする液体噴射装置。
3. 請求項２記載の液体噴射装置において、
   前記通電特徴量測定手段は、前記電流量として最大電流値を測定することを特徴とする液体噴射装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の液体噴射装置において、
   前記距離算出手段は、前記被記録媒体の種類に応じて補正を加えることを特徴とする液体噴射装置。
5. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の液体噴射装置において、
   前記距離算出手段は、前記液体の種類に応じて補正を加えることを特徴とする液体噴射装置。
6. 請求項５記載の液体噴射装置において、
   前記液体噴射ヘッドは液体の導電率を測定する液体導電率測定手段を有し、前記距離算出手段は前記液体導電率測定手段の測定値に基づいて補正量を決定することを特徴とする液体噴射装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１つに記載の液体噴射装置において、
   前記液体噴射ヘッドと前記被記録媒体との相対的な位置関係を調整する位置調整手段を有することを特徴とする液体噴射装置。
8. 請求項７記載の液体噴射装置において、
   前記距離算出手段からの算出値について、前記液体噴射ヘッドと前記被記録媒体との間の予め決められた所望の距離に対する判断を行い、所定量以上の差がある場合には差分信号を出力して前記位置調整手段を駆動する姿勢制御手段を有していることを特徴とする液体噴射装置。
9. 請求項１〜６のいずれか１つに記載の液体噴射装置において、
   前記液体噴射ヘッドは前記ノズルを複数有し、前記測定手段は複数のノズルに対して前記通電特徴量を測定し、前記距離算出手段は、前記測定手段により測定された値より前記液体噴射ヘッドと前記被記録媒体との相対的な傾き、うねりのうち少なくとも一方を算出することを特徴とする液体噴射装置。
10. 請求項９記載の液体噴射装置において、
    前記液体噴射ヘッドは互いに絶縁された複数の電圧印加点を有し、前記通電特徴量測定手段は、前記被記録媒体と前記複数の電圧印加点それぞれの間で前記通電特徴量を個別に測定する複数の測定手段から成ることを特徴とする液体噴射装置。
11. 請求項９又は１０記載の液体噴射装置において、
    前記距離算出手段により算出された前記液体噴射ヘッドと前記被記録媒体との相対的な距離、傾き、うねりのうち少なくとも１つについて、予め決められた所望の値に対する判断を行い、所定量以上の差がある場合には差分信号を出力して前記位置調整手段を駆動する姿勢制御手段を有していることを特徴とする液体噴射装置。
12. 請求項２〜１１記載の液体噴射装置と、該液体噴射装置からの液体噴射量および位置を制御して前記被記録媒体上に画像を形成する画像制御手段とを備えた画像形成装置。
13. 請求項１２記載の画像形成装置において、
    前記被記録媒体が中間転写体であり、該中間転写体上に形成された画像を他の被記録媒体に転写する転写手段を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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