JP6464649B2 - 液滴吐出装置、液滴吐出方法、及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、液滴吐出装置、液滴吐出方法、及びプログラムに関する。

プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像記録装置或いは画像形成装置として、例えば、インクジェット記録装置が知られている。インクジェット記録装置は、インク液滴を吐出する複数のノズルと、各ノズルに連通する圧力室と、圧力室内のインクを加圧する圧電素子、等を有するインクジェット記録ヘッドにより、記録媒体（紙、金属、木材、等）に、所望の文字、図形、等を形成する。

インクジェット記録ヘッドのメンテナンス等のため、ヘッドの駆動制御基板を交換する際、部品の特性ばらつき等により、圧電素子に印加する駆動電圧がばらつき、各ノズルから吐出するインク液滴の吐出特性が、基板交換後に悪化することがある。特許文献１に記載の液滴吐出装置では、基板交換後に生じる液滴吐出量のばらつきを補正するために、各ノズルからインク液滴を吐出させ、吐出特性を測定している。

しかしながら、液滴吐出装置において、インクを消費すること無く、駆動制御基板の交換に基づく吐出特性の変動を抑え、高画質な画像を得ることは困難である。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、インクを消費すること無く、駆動制御基板の交換に基づく吐出特性の変動を抑え、高画質な画像を得られる液滴吐出装置を提供することを目的とする。

本実施の形態の液滴吐出装置は、駆動波形信号に基づいて、圧電素子に印加する駆動波形を生成する駆動波形生成部と、駆動波形印加後の、圧電素子に発生する残留振動を検知する残留振動検知部と、駆動波形生成部交換前の残留振動検知部の基準出力を、記憶する記憶部と、駆動波形生成部交換後の残留振動検知部の出力と、基準出力との差分に基づいて、駆動波形信号を補正する制御部と、を有することを要件とする。

本実施の形態によれば、インクを消費すること無く、駆動制御基板の交換に基づく吐出特性の変動を抑え、高画質な画像を得られる液滴吐出装置を提供することができる。

実施の形態１に係るインクジェット記録装置を例示する図である。 実施の形態１に係る液滴吐出装置を例示する側面図である。 実施の形態１に係る記録手段を例示する平面図である。 実施の形態１に係るインクジェット記録ヘッドを例示する底面図である。 実施の形態１に係るインクジェット記録ヘッドを例示する斜視図である。 実施の形態１に係る残留振動を示す動作概念図である。 実施の形態１に係る駆動波形印加期間及び残留振動波形発生期間を例示する図である。 実施の形態１に係る減衰振動を例示する図である。 実施の形態１に係る基板交換前後における残留振動波形を例示する図である。 実施の形態１に係るパルス幅Ｐｗとインク液滴の吐出速度Ｖｊとの関係を示す図である。 実施の形態１に係る駆動電圧波形を例示する図である。 実施の形態１に係る液滴吐出装置を例示するブロック図である。 実施の形態１に係る液滴吐出装置を例示する回路図である。 実施の形態１に係る残留振動波形を例示する図である。 実施の形態１に係る減衰比ζと温度Ｔとの関係を示す図である。 実施の形態１に係る制御フローチャートである。 実施の形態２に係る制御フローチャートである。

以下、図面及び表を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

本明細書において、圧力室内のインクを加圧する圧力発生素子として、圧電素子を用いる場合について説明する。

〈第１の実施の形態〉
＜インクジェット記録装置＞
図１は、本実施の形態に係るオンデマンド方式におけるライン走査型のインクジェット記録装置の一例を示す概略構成図である。

図１に示すように、インクジェット記録装置１００は、記録媒体供給部１１１と記録媒体回収部１１２との間に配置され、記録手段１０１、記録手段１０１に対向して設けられるプラテン１０２、乾燥手段１０３、維持・回復手段１１４、記録媒体搬送装置、等を含む。

連続する記録媒体（ロール紙、連続紙、等とも称される）１１３は、記録媒体供給部１１１から高速で繰り出され、記録媒体回収部１１２により巻き取り回収される。

記録手段１０１は、ノズル（印字ノズル）が印刷幅全域に配置されるライン状のインクジェット記録ヘッドを有する。カラー印刷は、クロ、シアン、マゼンダ、イエローの各色のインクジェット記録ヘッドにより行われる。各インクジェット記録ヘッドのノズル面は、プラテン１０２上に、所定の隙間を保って支持されている。記録手段１０１は、記録媒体搬送装置の搬送速度に同期してインク液滴の吐出を行うことで、記録媒体１１３の印刷面に、カラー画像を形成する。乾燥手段１０３は、記録媒体１１３に印刷されたインクが、他の部分へ付着することを防止するために、インクの乾燥・定着を行う。乾燥手段１０３としては、非接触式の乾燥装置を用いても良いし、接触式の乾燥装置を用いても良い。

維持・回復手段１１４は、インクジェット記録装置１００に搭載されるインクジェット記録ヘッドモジュールに、適切な維持・回復動作を施し、インクジェット記録ヘッドの吐出性能を回復させる。

記録媒体搬送装置は、記録媒体供給部１１１から供給される記録媒体１１３の幅方向の位置決めを行う規制ガイド１０４、従動ローラ及び駆動ローラで構成され、記録媒体１１３の張力を一定に保つインフィード部１０５、記録媒体１１３の張力に応じて上下し、位置信号を出力するダンサローラ１０６、記録媒体１１３の蛇行を制御するＥＰＣ（Ｅｄｇｅ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）１０７、蛇行量のフィードバックに使用される蛇行量検出器１０８、従動ローラ及び駆動ローラで構成され、記録媒体１１３を設定速度で搬送するために一定速度で回転するアウトフィード部１０９、従動ローラ及び駆動ローラで構成され、記録媒体１１３を装置外に排紙するプラー１１０、等を含む。記録媒体搬送装置は、ダンサローラ１０６の位置検出を行い、インフィード部１０５の回転を制御することで、搬送中の記録媒体１１３の張力を一定に保つ、張力制御型の搬送装置である。

ライン走査型のインクジェット記録装置１００は、スターフラッシング動作、ラインフラッシング動作（例えば、Ａ４用紙境界での空吐出動作）を行うことで、増粘インクを排出する。スターフラッシング動作は、低湿環境、印字デューティの小さい画像では、捨て打ち効果が十分に得られ難いというデメリットがある一方、損紙が発生しないというメリットがある。ラインフラッシング動作は、インク液滴を吐出させた領域を、後に切断する必要があるため、損紙が発生するというデメリットがある一方、強力な捨て打ちができるというメリットがある。

＜インクジェット記録ヘッドモジュール＞
図２は、インクジェット記録装置１００に搭載されるインクジェット記録ヘッドモジュールの一例を示す概略側面図である。

図２に示すように、インクジェット記録ヘッドモジュール（液滴吐出装置）２００は、駆動制御基板２１０、インクジェット記録ヘッド２２０、ケーブル２３０、等を含む。

駆動制御基板２１０には、制御部２１１、駆動波形生成部２１２、記憶手段２１３、等が搭載される。駆動制御基板２１０（例えば、駆動波形生成部２１２を構成する何れかの素子）は、故障時、メンテナンス時、等に、適宜交換される。インクジェット記録ヘッド２２０は、ヘッド基板２２１、残留振動検知基板２２２、ヘッド駆動ＩＣ基板２２３、インクタンク２２４、剛性プレート２２５、等を含む。ケーブル２３０は、駆動制御基板側コネクタ２３１及びヘッド側コネクタ２３２と接続され、駆動制御基板２１０とヘッド基板２２１との間のアナログ信号通信、デジタル信号通信を担う。

ライン走査型のインクジェット記録装置１００において、１又は複数のインクジェット記録ヘッド２２０は、記録媒体１１３の搬送方向に対して垂直な方向に配置される。ライン走査型のインクジェット記録ヘッド２２０から記録媒体１１３へとインク液滴を吐出させることで、高速な画像形成が可能となる。なお、本実施の形態に係る液滴吐出装置は、１又は複数のインクジェット記録ヘッドを、記録媒体１１３の搬送方向に対して垂直な方向へ移動させて画像を形成するシリアル走査型のインクジェット記録装置、等にも適用可能である。

ここで、ヘッドの吐出特性について説明する。故障時、メンテナンス時、等において、駆動制御基板を交換する際、基板内部品の特性ばらつき、パターン幅のばらつき、基板の製造メーカ変更、等に伴って、圧電素子に印加する駆動電圧がばらつくことがある。この結果、インクの吐出速度がノズル毎に変動し、各ノズルから吐出するインク液滴の吐出特性が、基板交換後に悪化する問題がある。従って、液滴吐出装置において、インクの消費を極力少なくしつつ、駆動制御基板の交換前後（例えば、駆動波形生成部交換前と駆動波形生成部交換後）に生じる吐出特性の変動を、できるだけ抑えることが望まれる。

詳細は後述するが、本実施の形態に係る液滴吐出装置は、圧電素子に、ノズルからインクを吐出させない程度の駆動電圧を印加し、該圧電素子に発生する残留振動を検知する。そして、該装置は、基板交換前における残留振動検知部の出力（基準出力）と、基板交換後における残留振動検知部の出力との差分に基づいて、基板交換後の駆動波形信号（駆動波形データ）を補正する。これにより、該装置は、インクを消費すること無く、駆動制御基板の交換前後に生じる吐出特性の変動を抑え、高画質な画像を得ることができる。

図３は、インクジェット記録装置１００に搭載される記録手段１０１におけるヘッド部の一例を示す拡大平面図である。

記録手段１０１は、クロ用ヘッドアレー１０１Ｋ、シアン用ヘッドアレー１０１Ｃ、マゼンダ用ヘッドアレー１０１Ｍ、イエロー用ヘッドアレー１０１Ｙを含み、各色のヘッドアレーは、複数のインクジェット記録ヘッド２２０を含む。クロ用ヘッドアレー１０１Ｋは、クロのインク液滴を吐出し、シアン用ヘッドアレー１０１Ｃは、シアンのインク液滴を吐出し、マゼンダ用ヘッドアレー１０１Ｍは、マゼンダのインク液滴を吐出し、イエロー用ヘッドアレー１０１Ｙは、イエローのインク液滴を吐出する。

各色のヘッドアレー（１０１Ｋ、１０１Ｃ、１０１Ｍ、１０１Ｙ）は、記録媒体１１３の搬送方向に対して平行な方向に配置される。複数のインクジェット記録ヘッド２２０は、記録媒体１１３の搬送方向に対して垂直な方向に配置される。複数のインクジェット記録ヘッドをアレー化することにより、印刷領域の幅を広域化できる。

図４は、ヘッド部におけるインクジェット記録ヘッド２２０の拡大底面図である。

インクジェット記録ヘッド２２０は、複数のノズル２０を含み、複数のノズル２０は、記録媒体１１３の搬送方向に対して垂直な方向に、千鳥状に配置される。複数のノズルを千鳥状に配置することにより、印刷領域を高解像度化できる。

なお、本実施の形態では、インクジェット記録ヘッド２２０を、１列につき４個配置し、ノズル２０を、１列につき３２個、且つ２列の千鳥状に配置する構成を一例として示すが、列の数、各列に配置される個数は、特に限定されるものではない。

＜インクジェット記録ヘッド＞
図５は、インクジェット記録装置１００に搭載されるインクジェット記録ヘッド２２０の一例を示す斜視図である。

図５に示すように、インクジェット記録ヘッド２２０は、ノズルプレート２１、圧力室プレート２２、リストリクタプレート２３、ダイアフラムプレート２４、剛性プレート２２５、圧電素子群２６、等を含む。圧電素子群２６は、支持部材３４、複数の圧電素子３５、圧電素子接続基板３６、圧電素子駆動ＩＣ３７、等を含む。

ノズルプレート２１には、複数のノズル２０が形成され、圧力室プレート２２には、各ノズル２０に対応する圧力室２７が形成される。リストリクタプレート２３には、圧力室２７と共通インク流路２８とを連通し、圧力室２７へのインク流量を制御するリストリクタ２９が形成され、ダイアフラムプレート２４には、振動板（弾性壁）３０及びフィルタ３１が形成される。これらのプレートが、順次重ねられ、位置決めされて接合されることにより流路板が形成される。流路板は、剛性プレート２２５と接合され、フィルタ３１と共通インク流路２８の開口部３２とが対向し、圧電素子群２６は、開口部３２に挿入される。インク導入パイプ３３の上側開口端は、共通インク流路２８に接続され、インク導入パイプ３３の下側開口端は、インクを充填したヘッドタンクに接続される。

支持部材３４の表面には、複数の圧電素子３５が形成され、圧電素子３５の自由端は、振動板３０に接着固定される。圧電素子接続基板３６の表面には、圧電素子駆動ＩＣ３７が形成され、圧電素子３５と圧電素子接続基板３６とは電気的に接続される。圧電素子３５は、駆動波形生成部により生成される駆動波形（例えば、駆動電圧波形）に基づいて、圧電素子駆動ＩＣ３７により制御される。圧電素子駆動ＩＣ３７は、上位コントローラから伝送される画像データ、制御部２１１から出力されるタイミング信号、等に基づいて、制御される。

なお、図５では、図面の簡略化のため、ノズル２０、圧力室２７、リストリクタ２９、圧電素子３５、等を実際より少ない個数で図示している。

＜残留振動の検知＞
図６乃至図１５を用いて、本実施の形態に係る液滴吐出装置における残留振動検知の一例について説明する。

図６は、インクジェット記録ヘッド２２０における圧力室内のインクに発生する残留振動を示す動作概念図である。図６（Ａ）はインク液滴吐出中、図６（Ｂ）はインク液滴吐出後であり、両図により圧力室内に発生する圧力変化が模式的に示されている。

図７は、駆動波形印加期間及び残留振動波形発生期間の一例を示す概略図である。横軸は時間［ｓ］、縦軸は電圧［Ｖ］を示す。駆動波形印加期間は、図６（Ａ）に対応し、残留振動波形発生期間は、図６（Ｂ）に対応する。

図６（Ａ）に示すように、圧電素子３５（具体的には、圧電素子接続基板３６の電極）に、駆動波形生成部２１２より生成される駆動波形が印加されると、圧電素子３５は、伸縮する。圧電素子３５から、振動板３０を介して、圧力室２７内のインクへと伸縮力が働き、圧力室２７内に圧力変化が生じることで、ノズル２０からインク液滴が吐出する。例えば、駆動波形の立ち下げ動作により、圧力室２７内の圧力は低くなり、駆動波形の立ち上げ動作により、圧力室２７内の圧力は高くなる（図７に示す駆動波形印加期間参照）。

図６（Ｂ）に示すように、圧電素子３５に、駆動波形が印加された後（インク液滴吐出後）、圧力室２７内のインクには、残留圧力振動が発生し、圧力室２７内のインクから、振動板３０を介して、圧電素子３５へと残留圧力波が伝播する。残留圧力波の残留振動波形は、減衰振動波形となる（図７に示す残留振動波形発生期間参照）。この結果、圧電素子３５（具体的には、圧電素子接続基板３６の電極）に、残留振動電圧が誘起される。残留振動検知部は、残留振動電圧を検知し、検知結果（例えば、ピーク値で固定された残留振動波形の振幅値をＡＤ変換したデジタル信号）を残留振動検知部の出力として、制御部２１１へと出力する。

このように、本実施の形態に係る液滴吐出装置において、残留振動検知部は、圧電素子の伸縮に基づいて残留振動を検知し、制御部は、駆動制御基板交換前後における残留振動検知部の出力差分に基づいて、駆動波形データを補正する。これにより、本実施の形態に係る液滴吐出装置は、基板交換前後に生じる駆動波形（例えば、駆動電圧波形）のばらつきを抑制し、各ノズルの吐出特性を適正に保つことができる。

次に、図８及び図１１を用いて、残留振動波形の振幅値から減衰振動の減衰比を算出する過程と、吐出異常の有無を判定するための残留振動波形の振幅値について、説明する。

減衰振動の理論式は、ｘを時刻に対する減衰振動変位、ｘ_０を初期変位、ζを減衰比、ω_０を固有振動周波数、ω_ｄを減衰系の固有振動周波数、ｖ_０を初期変化量、ｔを時刻として、数１で表せる。

減衰系の固有振動周波数ω_ｄは、数２で表せる。

対数減衰率δは、ａ_ｎをｎ番目の振幅値、ａ_ｎ＋ｍをｎ＋ｍ番目の振幅値として、数３で表せる。対数減衰率δは、減衰比ζを算出する為に必要なパラメータである。

図８において、Ｔは１周期、ｍＴはｍ周期、ａ_ｎはｎ番目の振幅値、ａ_ｎ＋１はｎ＋１番目の振幅値、ａ_ｎ＋２はｎ＋２番目の振幅値、ａ_ｎ＋ｍはｎ＋ｍ番目の振幅値である（但し、ｎ、ｍは自然数）。

対数減衰率δは、振幅変化の割合を対数化し、ｍで除することにより、１周期分あたりで平均化した値であるため、減衰比ζは、対数減衰率δを用いて、数４で表せる。

減衰比ζは、複数周期分の振幅値の減衰率を、１周期分で平均化した情報を有する。

従って、数１〜数４より、減衰振動の減衰比ζを算出する為には、対数減衰率δを求めれば良く、対数減衰率δを求める為には、少なくとも２箇所の残留振動波形の振幅値を認識すれば足りることがわかる。

ここで、図９を用いて、駆動制御基板２１０の交換前後における残留振動波形について説明する。図９は、駆動波形印加期間及び残留振動波形発生期間の一例を示す概略図である。横軸は時間［ｓ］、縦軸は電圧［Ｖ］を示す。駆動波形印加期間は、図６（Ａ）に対応し、残留振動波形発生期間は、図６（Ｂ）に対応する。

図９に示す実線は、基準となる基板（交換前の基板）を用いた場合の残留振動波形であり、図９に示す点線は、部品ばらつきのある基板（交換後の基板）を用いた場合の残留振動波形である。

部品ばらつきのある基板を用いた場合の残留振動波形（点線）は、基準となる基板を用いた場合の残留振動波形（実線）と比較して、第１半波の振幅値が大きく、第２半波の振幅値、第３半波の振幅値が小さい。即ち、点線の減衰比は、実線の減衰比と比較して、大きい。又、点線と実線とでは、位相がずれる。

制御部２１１は、駆動制御基板２１０の交換前後において、残留振動波形（例えば、減衰振動の減衰比）が変動すれば、吐出特性に変動が生じていると判断することができる。従って、制御部２１１は、基板交換前に記憶手段２１３に予め記憶される残留振動検知部の基準出力と、基板交換後の残留振動検知部の出力との差分に基づいて、駆動波形データを補正することで、駆動制御基板の交換前後に生じる吐出特性の変動を抑えることができる。

図１０は、パルス幅とインク液滴の吐出速度との関係を示す概略図である。即ち、駆動波形生成部２１２により生成される駆動波形（例えば、駆動電圧波形）のパルス幅（＝Ｐｗ）のみを変えた場合における、インク液滴の吐出速度（＝Ｖｊ）を示す概略図である。横軸はパルス幅Ｐｗ［μｓ］、縦軸は吐出速度Ｖｊ［ｍ／ｓ］を示す。

パルス幅が、Ｐｗ１（＝第１ピーク）となると、インク液滴の吐出速度は、最も速くなる。パルス幅が、Ｐｗ１より長くなり、Ｐｗｘとなると、インク液滴の吐出速度は、ゼロ（インク液滴が吐出しない）、又は略ゼロ（インク液滴の吐出が極端に遅い）となる。パルス幅が、Ｐｗｘより長くなり、Ｐｗ２（＝第２ピーク）となると、インク液滴の吐出速度は、再び速くなる。但し、パルス幅が第２ピークとなる瞬間のインク液滴の吐出速度は、パルス幅が第１ピークとなる瞬間となる瞬間のインク液滴の吐出速度と比較して、遅くなる。

インクジェット記録ヘッド２２０には、固有周期（＝Ｔｃ）と呼ばれる共振周期が存在し、例えば、パルス幅が第１ピークとなる瞬間からパルス幅が第２ピークとなる瞬間までの期間を指す。固有周期には、インク液滴がノズルから略吐出しない期間が存在し、該期間において、パルス幅は、所定のパルス幅（＝Ｐｗｘ）を有する。所定のパルス幅は、例えば、共振周期の所定倍のパルス幅となる。

従って、制御部２１１は、基板交換前後における吐出特性を調べるために、駆動波形データを適切に制御し、駆動波形のパルス幅を所定のパルス幅とすることで、各ノズルからインク液滴を吐出させずに、各圧電素子に残留振動を発生させることができる。これにより、制御部２１１は、インクを消費せずに、基板交換後における吐出特性を、正確に把握することが可能になる。

図１１は、駆動波形生成部２１２が出力する駆動電圧波形の一例を示す概略図である。横軸は時間［ｓ］、縦軸は電圧［Ｖ］を示す。

図１１に示す実線は、ノズルからインク液滴が吐出する場合（例えば、パルス幅Ｐｗ＝Ｐｗ１、Ｐｗ２）における駆動波形であり、図１１に示す点線は、ノズルからインク液滴が吐出しない場合（例えば、パルス幅Ｐｗ＝Ｐｗｘ）における駆動波形である。

駆動波形生成部２１２が、圧電素子に、実線の駆動波形を印加する場合、各ノズルからインク液滴が吐出するため、インクの消費が多くなる。一方、駆動波形生成部２１２が、圧電素子に、点線の駆動波形を印加する場合、各ノズルからインク液滴が吐出しないため、インクの消費が少なくなる。つまり、制御部２１１が、駆動波形生成部２１２に、適切な駆動波形データを出力することで、駆動波形生成部２１２は、各ノズルからインク液滴が吐出しない程度の駆動電圧を、各圧電素子に印加することが可能になる。

図１２は、本実施の形態に係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モジュールの一例を示すブロック図である。

インクジェット記録ヘッドモジュール２００は、駆動制御基板２１０、インクジェット記録ヘッド２２０、等を含む。駆動制御基板２１０には、制御部２１１、駆動波形生成部２１２、記憶手段２１３、等が搭載される。インクジェット記録ヘッド２２０は、制御部２２６が搭載されるヘッド基板２２１、残留振動検知部２４０が搭載される残留振動検知基板２２２、圧電素子駆動ＩＣ３７が搭載される圧電素子接続基板３６、圧電素子３５（圧電素子３５ａ〜３５ｘ）、等を含む。残留振動検知基板２２２には、波形処理回路２５０、切替手段２４１、Ａ／Ｄ変換器２４２、等が搭載される。波形処理回路２５０は、フィルタ回路２５１、増幅回路２５２、ピークホールド回路２５３、等を含む。

なお、駆動制御基板２１０に搭載される制御部２１１とヘッド基板２２１に搭載される制御部２２６とは、一部の機能、若しくは全ての機能を、いずれか一方に統一しても良い。又、残留振動検知基板２２２に搭載される一部の機能、若しくは全ての機能を、駆動制御基板２１０、又は、ヘッド基板２２１に統一しても良い。

制御部２１１は、上位コントローラ（図示せず）から受信した画像データに基づいて、駆動波形データを生成し、駆動波形生成部２１２へと出力する。制御部２１１は、シリアル通信により、タイミング制御信号（デジタル信号）を圧電素子駆動ＩＣ３７及び切替手段２４１へと送信し、タイミング制御信号と同期させた切替信号を切替手段２４１へと送信する。制御部２１１は、タイミング制御信号と切替信号とを同期させることで、圧電素子接続基板３６の電極に誘起される残留振動電圧を、残留振動検知基板２２２へ取り込むタイミングを、制御することができる。

又、制御部２１１は、残留振動検知部２４０の出力（例えば、ピーク値で固定された残留振動波形の振幅値をＡＤ変換したデジタル信号）から、少なくとも２つ以上のデジタル信号を選択し、式１〜式４を用いて減衰振動の減衰比を算出する。選択される振幅値の数が多い程、減衰比の算出精度は高まる。

更に、制御部２１１は、算出した減衰比（基板交換後の残留振動検知部２４０の出力）と、記憶手段２１３に記憶される減衰比（基板交換前の残留振動検知部２４０の基準出力）と、を比較することで、駆動波形データの補正が必要であるか否かを判定する。

例えば、制御部２１１は、算出した減衰比が所定範囲（｛ζ（ｘ−１）＋ζｘ｝／２＜算出した減衰比ζｄｅｔ＜｛ζｘ＋ζ（ｘ＋１）｝／２）を満たさない場合、駆動波形データの補正が必要であると判定する。又、例えば、制御部２１１は、算出した減衰比が所定範囲（｛ζ（ｘ−１）＋ζｘ｝／２＜算出した減衰比ζｄｅｔ＜｛ζｘ＋ζ（ｘ＋１）｝／２）を満たす場合、駆動波形データの補正が必要でないと判定する。

そして制御部２１１は、駆動波形データの補正が必要であると判定した場合、基板交換前の残留振動検知部２４０の基準出力と、基板交換後の残留振動検知部２４０の出力と、の差分に基づいて、駆動波形データを補正する。なお、制御部２１１は、駆動波形データの補正が必要であるか否かを判定する際、条件式を使用する場合、算出した減衰比が、条件式に示す所定範囲を満たすまで、駆動波形データの補正を繰り返す。

なお、基板交換が行われたか否かは、制御部２１１が判定しても良い。駆動制御基板２１０のＩＤ情報を記憶手段２１３に予め記憶させ、基板交換が行われた場合に、制御部２１１が、記憶手段２１３に書き込まれる新しい駆動制御基板２１０のＩＤ情報を、認識することにより判定することが可能である。

駆動波形生成部２１２は、駆動波形データをＤ／Ａ変換し、電圧増幅、電流増幅を行って、駆動波形を生成し、圧電素子駆動ＩＣ３７へと出力する。

記憶手段２１３は、減衰比データを予め記憶する。

制御部２２６は、タイミング制御信号をデシリアライズし、圧電素子駆動ＩＣ３７へと送信する。

圧電素子駆動ＩＣ３７は、タイミング制御信号に基づいて、ＯＮ／ＯＦＦ制御され、例えば、ＯＮ（ＯＦＦ）の場合、駆動波形生成部２１２により生成される駆動波形を圧電素子３５へ印加（非印加）する（図７に示す駆動波形印加期間参照）。駆動波形の立ち下げ動作、立ち上げ動作に基づいて、圧電素子３５は伸縮し、圧電素子３５の駆動に応じて各ノズルからインク液滴が吐出する。

波形処理回路２５０は、フィルタ回路２５１及び増幅回路２５２により、残留振動波形にフィルタ処理を施して増幅し、ピークホールド回路２５３により、残留振動波形の振幅値のピーク値（例えば、最大値）を認識・抽出してピーク値で固定する。

切替手段２４１は、圧電素子３５と波形処理回路２５０との接続／非接続を切り替える。例えば、圧電素子３５と波形処理回路２５０とが、切替手段２４１により接続されると、圧電素子接続基板３６の電極に誘起される残留振動電圧は、波形処理回路２５０に取り込まれる。

Ａ／Ｄ変換器２４２は、波形処理回路２５０により固定された振幅値（アナログ信号）を、デジタル信号に変換し、制御部２１１へと出力する（フィードバック）。制御部２１１（又は、制御部２２６でも良い）は、フィードバックされた残留振動検知部２４０の出力に基づいて、減衰振動の減衰比を算出することができる。

なお、図１２では、圧電素子３５ａ〜３５ｘの残留振動電圧を、１組の残留振動検知部（切替手段２４１、波形処理回路２５０、Ａ／Ｄ変換器２４２）を用いて順次切り替えて検知する構成としているが、残留振動検知部の構成は、特に限定されるものではない。例えば、全ての圧電素子に対応して、それぞれ、残留振動検知部を形成し、減衰振動の減衰比を、同時に検知する構成としても良い。又、例えば、圧電素子を、いくつかのグループに分け、グループ毎に残留振動検知部を形成し、グループ毎に順次切り替えて、減衰振動の減衰比を、検知する構成としても良い。グループ化することにより、回路規模の増大を抑えつつ、同時に検知できるノズルの個数を増やすことができる。

図１３は、本実施の形態に係る残留振動検知部の一例を示す回路図である。

圧電素子駆動ＩＣ３７は、複数のスイッチング素子を含み、圧電素子駆動ＩＣ３７のＯＮ／ＯＦＦは、各圧電素子に対応して形成されるスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦにより制御される。インク液滴吐出後（圧電素子駆動ＩＣ３７がＯＦＦ）、切替手段２４１を介して、圧電素子３５と波形処理回路２５０とが接続されることで、残留振動検知部２４０は、圧電素子３５に誘起される残留振動電圧を検知し、残留振動波形の振幅値を認識できる。

波形処理回路２５０は、微小な残留振動波形を、高インピーダンスのバッファ部で受けることにより、検知回路が残留振動波形に及ぼす悪影響を抑制する。波形処理回路２５０に搭載される抵抗Ｒ１〜Ｒ５、コンデンサＣ１〜Ｃ３、等の受動素子定数は、インクジェット記録ヘッド２２０の特性に起因する固有振動周波数の違いに応じて、制御部２１１により可変制御されることが好ましい。これにより、選択的な状態検知が可能になる。又、波形処理回路２５０は、汎用オペアンプ、受動素子、及びスイッチという簡易な回路構成で、残留振動を検知できる。これにより、液滴吐出装置における回路規模の増大を抑制し、コストを抑えることができる。

フィルタ回路２５１は、残留振動波形にフィルタ処理を施す。フィルタ回路２５１は、固有振動周波数を中心周波数として、所定の通過帯域幅を有し、例えば、通過帯域幅の両端から、それぞれ−３ｄＢとなる帯域幅が、通過帯域幅の３倍程度に設定されることが好ましい。これにより、インクジェット記録ヘッド２２０の製造バラツキが原因で生じる固有振動周波数のバラツキを吸収できると共に、高周波ノイズと低周波のノイズとを、効率良く除去することが可能になる。

増幅回路２５２は、フィルタ処理が施された残留振動波形を増幅する（図１４に示す点線参照）。増幅回路２５２において、増幅率は、Ａ／Ｄ変換器２４２の入力可能範囲内で波形が増幅されるように、設定されることが好ましい。

なお、フィルタ回路２５１及び増幅回路２５２は、バンドパスフィルタ増幅型（サレンキ型）で構成されることにより、効率的なノイズ成分の除去及び信号成分の抽出が可能になるが、該構成は、特に限定されるものではない。少なくとも、ハイパス特性及びローパス特性を有するフィルタと、非反転増幅部又は反転増幅部とを組み合わせた回路で構成されていれば良い。

ピークホールド回路２５３は、残留振動波形の振幅値のピーク値を認識・抽出し、該ピーク値で固定する（図１４に示す実線参照）。ピークホールド回路２５３において、抵抗Ｒ６及びコンデンサＣ３の放電時間は、残留振動周期の１／２以下となるように、設定されることが好ましい。ピークホールド回路２５３のリセットは、減衰振動波形の立ち上がりが基準電圧Ｖｒｅｆとクロスするタイミングで、制御部２１１がリセット信号を、スイッチング素子ＳＷ１へと出力することにより行われる。リセットタイミングは、ピークホールド回路２５３が、減衰振動波形の振幅値を認識できるタイミングであれば良く、リセットタイミングを、比較部（図示せず）により検出することも可能である。なお、ピークホールド回路２５３の構成は、図１３に示す構成に限定されるものではなく、少なくとも、残留振動波形の振幅値のピーク値を固定可能な回路で構成されていれば良い。

図１４に、図１３に示す回路を用いて、フィルタ処理が施され、増幅された波形（点線で示す）と、振幅値のピーク値で固定された波形（実線で示す）の一例を示す。

振幅値は、５箇所のピーク値で固定され、それぞれ、第１半波の振幅値を振幅値１、第２半波の振幅値を振幅値２、第３半波の振幅値を振幅値３、第４半波の振幅値を振幅値４、第５半波の振幅値を振幅値５とする。基準電圧Ｖｒｅｆより下側に見られる急峻な波形は、コンデンサＣ３を瞬時に放電したことによるアンダーシュートである。

減衰比ζは、振幅値１〜５の中で、少なくとも２つの振幅値を制御部２１１により選択し、数３及び数４を用いて、算出することができる。図１４では、上下振幅の上側の振幅値１から振幅値５までを検知した場合の波形を示しているため、４周期分を平均化した減衰比ζを算出することができるが、上下振幅の下側を振幅値を検知して、減衰比ζを算出することも可能である。減衰比ζの算出に、上下振幅の上側の振幅値を利用する場合、波形処理回路２５０には、増幅回路を適用すれば良く、減衰比ζの算出に、上下振幅の上側の振幅値を利用する場合、波形処理回路２５０には、反転増幅回路を適用すれば良い。

なお、制御部２１１は、振幅値の選択を適切に行うことで、減衰比ζの算出精度を高めることが可能である。例えば、制御部２１１は、切替手段のバラつきの影響を受けやすい振幅値１を除いて、振幅値２、振幅値３、振幅値４、振幅値５の中から算出に用いる振幅値を選択しても良い。又、例えば、制御部２１１は、検知誤差が大きくなり易い最も小さな振幅値（例えば、振幅値５）を除いて、振幅値１、振幅値２、振幅値３、振幅値４の中から算出に用いる振幅値を選択しても良い。又、例えば、制御部２１１は、振幅値１及び振幅値５の両方を除いて、振幅値２、振幅値３、振幅値４の中から算出に用いる振幅値を選択しても良い。又、外乱影響やノイズが大きい半波を除いた周期分を平均化した減衰比ζを算出しても良い。

図１５は、減衰比ζと温度Ｔとの関係を示す図である。横軸は温度Ｔ、縦軸は減衰比ζを示す。周囲温度（サーミスタ温度）をＴｘ（但し、ｘは自然数）とする。周囲温度Ｔｘは、例えば、サーミスタ等の温度センサ（図示せず）により検知される。

制御部２１１が、周囲温度Ｔｘ毎に駆動波形データを設定し、駆動波形印加後の残留振動検知部の出力に基づいて算出した実測値を、減衰比ζｄｅｔとする。

駆動制御基板２１０の交換時に、基板内部品のばらつき等が生じなければ、理想的には、減衰比ζｄｅｔ＝ζｘとなる。しかし、実際には、駆動制御基板２１０の交換時に、基板内部品のばらつき等が生じるため、減衰比ζｄｅｔは、変化してしまう。

例えば、温度Ｔｘから温度Ｔ（ｘ＋１）までの間、制御部２１１により算出される減衰比ζｄｅｔは、図１５に示す相関図上に存在する減衰比｛ζｘ＋ζ（ｘ＋１）｝／２となる。又、例えば、温度Ｔ（ｘ−１）から温度Ｔｘまでの間、制御部２１１により算出される減衰比ζｄｅｔは、図１５に示す相関図上に存在する減衰比｛ζ（ｘ−１）＋ζｘ｝／２となる。なお、減衰比ζｄｅｔ＝｛ζｘ＋ζ（ｘ＋１）｝／２での温度、減衰比ζｄｅｔ＝｛ζ（ｘ−１）＋ζｘ｝／２での温度は、固定温度ではなく、各状況に応じて、適宜設定される。

つまり、制御部２１１は、算出した減衰比ζｄｅｔが、例えば、｛ζ（ｘ−１）＋ζｘ｝／２＜ζｄｅｔ＜｛ζｘ＋ζ（ｘ＋１）｝／２を満たすか否かを判定することにより、基板交換後の駆動波形データに補正が必要であるか否かを判定することができる。

本実施の形態に係る液滴吐出装置によれば、制御部２１１が、駆動波形データを適切に制御することで、インクを消費することなく、駆動制御基板の交換前後に生じる吐出特性の変動を検知できる。更に、制御部２１１が、駆動波形データを適切に補正することで、該変動を抑制できる。これにより、本実施の形態に係る液滴吐出装置が搭載されるインクジェット記録装置の信頼性を高め、低コスト化を図ることができる。

＜制御フローチャート＞
図１６は、本実施の形態に係るオンデマンド方式におけるライン走査型のインクジェット記録装置における、制御フローチャートの一例を示す図である。図１６に示す制御フローチャートは、制御プログラムに従って、例えば、制御部２１１によって実行される。

ステップＳ１において、制御部２１１は、周囲温度Ｔｘ（サーミスタ温度）に応じて、インクを吐出させない駆動波形データを設定する。

ステップＳ２において、制御部２１１は、設定した駆動波形データを、インクジェット記録ヘッド２２０に印加する。

ステップＳ３において、制御部２１１は、圧電素子駆動ＩＣ３７を監視し、圧電素子駆動ＩＣ３７がＯＦＦしたか否かを判定する。圧電素子駆動ＩＣ３７がＯＦＦしたと判定される場合（ＹＥＳ）、制御部２１１は、ステップＳ４の処理を行う。圧電素子駆動ＩＣ３７がＯＦＦしていないと判定される場合（ＮＯ）、制御部２１１は、圧電素子駆動ＩＣ３７の監視を継続する（再びステップＳ３の処理を行う）。

ステップＳ４において、制御部２１１は、切替手段２４１を用いて、検出する圧電素子３５と波形処理回路２５０とを接続する。

ステップＳ５において、制御部２１１は、残留振動検知による検知結果（振幅値）から減衰比ζｄｅｔを算出する（演算処理）。

ステップＳ６において、制御部２１１は、算出した減衰比（基板交換後の残留振動検知部２４０の出力）と、記憶手段２１３に予め記憶される減衰比（基板交換前の残留振動検知部２４０の基準出力）と、を比較することで、温度毎に設定される駆動波形データの補正が必要であるか否かを判定する。駆動波形データの補正が必要であると判定される場合（ＹＥＳ）、制御部２１１は、ステップＳ７の処理を行う。駆動波形データの補正が必要でないと判定される場合（ＮＯ）、制御部２１１は、処理を終了する。なお、残留振動検知部２４０の出力として、減衰比を利用することで、駆動波形データの補正精度を高めることが可能である。

ステップＳ７において、制御部２１１は、算出した減衰比と、記憶手段２１３に予め記憶される減衰比との差分を算出し、該差分に基づいて、駆動制御基板２１０交換後の駆動波形データを補正する。駆動波形データの補正としては、例えば、駆動波形データの電位に対して所定倍の乗算、等が挙げられる。

制御部２１１が、駆動波形データを補正する補正タイミングは、駆動波形生成部を構成する素子の何れかが交換された直後、又は液滴吐出装置の電源がオンされた直後であることが好ましい。駆動制御基板２１０の交換時に、液滴吐出装置の電源はオフされ、交換後に、液滴吐出装置の電源はオンされる。従って、これらのタイミングで、制御部２１１が、駆動波形データを補正することで、基板交換によるメンテナンス時間を削減することができる。

又、制御部２１１が、駆動波形データを補正する補正タイミングは、任意にユーザが選択できることが好ましい。ユーザが、任意に補正タイミングを選択できることで、使用用途に応じた制御が可能になる。

なお、制御部２１１が、駆動波形データを補正する補正タイミングは、液滴吐出装置が初期（例えば、印字開始時）の維持・供給動作を行う間、記憶手段２１３に記憶させる駆動制御基板２１０のＩＤ情報が、新しく書き換わったタイミング、等であっても良い。

上述の制御により、駆動波形データの補正の有無を正確に判定し、適切な補正を行うことで、駆動制御基板交換後に生じる吐出速度及び吐出量のばらつきを一定に保つことができる。又、インクを吐出させない駆動波形データを設定することで、インクの消費を抑えることができる。又、補正の有無の判定に、予め記憶手段２１３に記憶される残留振動検知部の基準出力を利用することで、補正時の演算処理時間を短縮することができる。

〈第２の実施の形態〉
本実施の形態では、第１の実施の形態とは異なる制御フローチャートについて、説明する。本実施の形態に係る制御フローチャートが、第１の実施の形態に係る制御フローチャートと異なる点は、制御部２１１が、駆動波形データの補正の必要の有無を判定する際、条件式を使用する点である。図１７に示す制御フローチャートは、制御プログラムに従って、例えば、制御部２１１によって実行される。

ステップＳ９１において、制御部２１１は、周囲温度Ｔｘ（サーミスタ温度）に応じて、インクを吐出させない駆動波形データを設定する。

ステップＳ９２において、制御部２１１は、設定した駆動波形データを、インクジェット記録ヘッド２２０に印加する。

ステップＳ９３において、制御部２１１は、圧電素子駆動ＩＣ３７を監視し、圧電素子駆動ＩＣ３７がＯＦＦしたか否かを判定する。圧電素子駆動ＩＣ３７がＯＦＦしたと判定される場合（ＹＥＳ）、制御部２１１は、ステップＳ９４の処理を行う。圧電素子駆動ＩＣ３７がＯＦＦしていないと判定される場合（ＮＯ）、制御部２１１は、圧電素子駆動ＩＣ３７の監視を継続する（再びステップＳ９３の処理を行う）。

ステップＳ９４において、制御部２１１は、切替手段２４１を用いて、検出する圧電素子３５と波形処理回路２５０とを接続する。

ステップＳ９５において、制御部２１１は、残留振動検知による検知結果（振幅値）から減衰比ζｄｅｔを算出する（演算処理）。

ステップＳ９６において、制御部２１１は、算出した減衰比（基板交換後の残留振動検知部２４０の出力）と、記憶手段２１３に予め記憶される減衰比（基板交換前の残留振動検知部２４０の基準出力）と、を条件式に基づいて比較することで、温度毎に設定される駆動波形データの補正が必要であるか否かを判定する。

算出した減衰比ζｄｅｔが、ζｄｅｔ≦｛ζ（ｘ−１）＋ζｘ｝／２、又は、｛ζｘ＋ζ（ｘ＋１）｝／２≦ζｄｅｔを満たす場合、制御部２１１は、駆動波形データの補正が必要であると判定し（ＹＥＳ）、ステップＳ９７の処理を行う。

算出した減衰比ζｄｅｔが、｛ζ（ｘ−１）＋ζｘ｝／２＜ζｄｅｔ＜｛ζｘ＋ζ（ｘ＋１）｝／２を満たす場合、制御部２１１は、駆動波形データの補正が必要でないと判定し（ＮＯ）、処理を終了する。

ステップＳ９７において、制御部２１１は、算出した減衰比と、記憶手段２１３に予め記憶される減衰比（基準の減衰比）との差分を算出し、該差分に基づいて、駆動制御基板２１０交換後の駆動波形データを補正する。

制御部２１１は、算出した減衰比が、所定範囲を満たすまで、駆動波形データの補正を繰り返す。駆動波形データの補正を繰り返すことで、補正精度を高めることができる。

上述の制御により、駆動波形データの補正を、複数回に渡って繰り返すことで、圧電素子に急激な電圧変化を与えることなく、駆動制御基板交換後に生じる吐出速度及び吐出量のばらつきを一定に保つことができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の実施形態の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

２０ ノズル
３５ 圧電素子
２００ インクジェット記録ヘッドモジュール（液滴吐出装置）
２１１ 制御部
２１２ 駆動波形生成部
２１３ 記憶手段（記憶部）
２４０ 残留振動検知部

特開２００８−１９７５１１号公報

Claims (11)

1. 駆動波形信号に基づいて、圧電素子に印加する駆動波形を生成する駆動波形生成部と、
   前記駆動波形印加後の、前記圧電素子に発生する残留振動を検知する残留振動検知部と、
   前記駆動波形生成部交換前の前記残留振動検知部の基準出力を、記憶する記憶部と、
   前記駆動波形生成部交換後の前記残留振動検知部の出力と、前記基準出力との差分に基づいて、前記駆動波形信号を補正する制御部と、を有する、液滴吐出装置。
2. 前記駆動波形は、前記圧電素子により加圧される圧力室内のインクを、ノズルから吐出させない波形である、請求項１に記載の液滴吐出装置。
3. 前記駆動波形は、所定のパルス幅を有する、請求項２に記載の液滴吐出装置。
4. 前記所定のパルス幅は、共振周期の所定倍のパルス幅である、請求項３に記載の液滴吐出装置。
5. 前記制御部が、前記駆動波形信号を補正するタイミングは、前記駆動波形生成部を構成する何れかの素子が交換された直後である、請求項１乃至４の何れか一項に記載の液滴吐出装置。
6. 前記制御部が、前記駆動波形信号を補正するタイミングは、前記液滴吐出装置の電源がオンされた直後である、請求項１乃至４の何れか一項に記載の液滴吐出装置。
7. 前記制御部が、前記駆動波形信号を補正するタイミングは、ユーザにより選択できる、請求項５又は６の何れか一項に記載の液滴吐出装置。
8. 前記残留振動検知部の出力は、前記残留振動に基づいて算出される減衰比である、請求項１乃至７の何れか一項に記載の液滴吐出装置。
9. 前記制御部は、前記減衰比が所定範囲を満たすまで、前記駆動波形信号の補正を繰り返す、請求項８に記載の液滴吐出装置。
10. 請求項１乃至９の何れか一項に記載の液滴吐出装置の液滴吐出方法であって、
    前記駆動波形信号に基づいて、前記圧電素子に印加する前記駆動波形を生成するステップと、
    前記駆動波形印加後の、前記圧電素子に発生する前記残留振動を検知するステップと、
    前記駆動波形生成部交換前の前記残留振動検知部の前記基準出力を、記憶するステップと、
    前記駆動波形生成部交換後の前記残留振動検知部の出力と、前記基準出力との差分に基づいて、前記駆動波形信号を補正するステップと、を有する、液滴吐出方法。
11. 請求項１乃至９の何れか一項に記載の液滴吐出装置に実行させるプログラムであって、
    前記駆動波形信号に基づいて、前記圧電素子に印加する前記駆動波形を生成する処理と、
    前記駆動波形印加後の、前記圧電素子に発生する前記残留振動を検知する処理と、
    前記駆動波形生成部交換前の前記残留振動検知部の前記基準出力を、記憶する処理と、
    前記駆動波形生成部交換後の前記残留振動検知部の出力と、前記基準出力との差分に基づいて、前記駆動波形信号を補正する処理と、を有する、プログラム。

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