(57)【要約】【課題】環境温度の変化や吐出手段の劣化が生じても、所望の液滴量で吐出を行うことができる液滴吐出装置を提供すること。【解決手段】駆動電圧を受けて液滴を吐出し駆動電圧の大きさにより液滴の量と速度が変化する液滴吐出部と、吐出される液滴の吐出速度を測定する速度測定部と、吐出された液滴から特定の物理情報を取得する情報取得部と、速度測定部と情報取得部からの出力を受けて吐出部へ印加する駆動電圧を制御する制御部とを備え、制御部は、液滴の吐出速度が予め設定された基準速度と一致するように制御した駆動電圧を液滴吐出部に印加して液滴吐出作業を実行させ、吐出速度が設定された基準速度に対して変化したときには、前記物理情報を目標値と比較して両者が一致するように駆動電圧の大きさを制御し、その時に得られる吐出速度を新しい基準速度として再設定する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動電圧を受けて液滴を吐出し駆動電圧の波形の変化により液滴の量と速度が変化する液滴吐出部と、吐出される液滴の吐出速度を測定する速度測定部と、吐出された液滴から特定の物理情報を取得する情報取得部と、速度測定部と情報取得部からの出力を受けて吐出部へ印加する駆動電圧を制御する制御部とを備え、
制御部は、液滴の吐出速度が予め設定された基準速度と一致するように制御した駆動電圧を液滴吐出部に印加して液滴吐出作業を実行させ、吐出速度が設定された基準速度に対して変化したときには、前記物理情報を目標値と比較して両者が一致するように駆動電圧の大きさを制御し、その時に得られる吐出速度を新しい基準速度として再設定する液滴吐出装置。
【請求項２】
特定の物理情報が、液滴の重量又は体積を表す情報である請求項１記載の液滴吐出装置。
【請求項３】
特定の物理情報が、液滴の乾燥後に残る残留物から得られる情報である請求項１記載の液滴吐出装置。
【請求項４】
特定の物理情報が、液滴から得られる光学的情報である請求項１記載の液滴吐出装置。
【請求項５】
速度測定部は、パルス発光光源とパルス発光光源のパルス発光によって照明された液滴を撮像するカメラとを備え、連続する２回のパルス発光によって同一画面上に得られる液滴像の間隔から液滴の速度を求める請求項１〜４のいずれか１つに記載の液滴吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液滴を吐出する液滴吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリンタのような、複数の吐出口（ノズル）から液滴を吐出する吐出手段（吐出ヘッド）により、記録媒体に描画を行う液滴吐出装置においては、一般に、環境温度の変化や、吐出手段の劣化などにより、吐出手段から吐出される液滴の量が変化する。
例えば、画像の記録を行う場合、色むらのない画像を得るには、複数の吐出口から吐出される液滴量を所望の値に保持する必要がある。吐出手段の初期状態において、吐出手段に印加する電圧を調整し所望の液滴量に調整するが、上述のように温度変化や吐出手段の劣化などにより液滴量が変化すると、初期状態では発生しない色むらが画像の記録を行うにしたがい経年変化によって発生する。
温度変化による色むらの発生を解決した方法として、インクの温度を測定し、測定温度に応じて所望の液滴量となる最適吐出速度を取得し、最適吐出速度となる電圧を吐出手段に印加する方法が知られている。(例えば、特許文献１参照)。
【特許文献１】特開2005-205838号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、従来の方法では、インクの温度変化による色むらを補正できるが、吐出手段（吐出ヘッド）の劣化による色むらは補正できない。また、従来の方法は、所望の液滴量と液滴速度の関係および、液滴速度と吐出手段への印加電圧の関係を予め温度毎に求める必要がある。その関係は個体差により吐出口毎に異なることから、全吐出口について、インク温度に対する液滴量と速度の関係および速度と印加電圧の関係を求めなければならず、事前のデータ作成に多大な時間を要する。
この発明はこのような事情を考慮してなされたもので、環境温度や吐出手段の劣化などによって現れる物理量の変化を短時間で正確に検知することで、液滴量の調整を適宜行い、吐出手段の劣化によらず所望の液滴量で吐出を行うことができる液滴吐出装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この発明は、駆動電圧を受けて液滴を吐出し駆動電圧の大きさにより液滴の量と速度が変化する液滴吐出部と、吐出される液滴の吐出速度を測定する速度測定部と、吐出された液滴から特定の物理情報を取得する情報取得部と、速度測定部と情報取得部からの出力を受けて吐出部へ印加する駆動電圧を制御する制御部とを備え、制御部は、液滴の吐出速度が予め設定された基準速度と一致するように制御した駆動電圧を液滴吐出部に印加して液滴吐出作業を実行させ、吐出速度が設定された基準速度に対して変化したときには、前記物理情報を目標値と比較して両者が一致するように駆動電圧の大きさを制御し、その時に得られる吐出速度を新しい基準速度として再設定する液滴吐出装置を提供するものである。
【発明の効果】
【０００５】
環境温度の変化や吐出部の劣化に伴って現れる液滴の物理量の変化を、再設定された速度により正確に検出するので、環境温度の変化や吐出部の劣化に対して、液滴量が適正に維持される。また、物理情報の測定はその変化検出には用いられず、速度変化検出後に行われるため、物理情報を直接測定してその変化を検知する方法に比べ、変化検出に要する時間が短い。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
この発明の液滴吐出装置は、駆動電圧を受けて液滴を吐出し駆動電圧の波形の変化により液滴の量と速度が変化する液滴吐出部と、吐出される液滴の吐出速度を測定する速度測定部と、吐出された液滴から特定の物理情報を取得する情報取得部と、速度測定部と情報取得部からの出力を受けて吐出部へ印加する駆動電圧を制御する制御部とを備え、制御部は、液滴の吐出速度が予め設定された基準速度と一致するように制御した駆動電圧を液滴吐出部に印加して液滴吐出作業を実行させ、吐出速度が設定された基準速度に対して変化したときには、前記物理情報を目標値と比較して両者が一致するように駆動電圧を制御し、その時に得られる吐出速度を新しい基準速度として再設定することを特徴とする。
液滴吐出部とは、インクジェットプリンタにおけるノズルや、薬品調合装置において薬品を吐出するノズルなどを含む。
液滴吐出部は、例えば、ノズルを有する液体収容部にＰＺＴやＰＭＮのような圧電材料と、圧電材料に電圧を印加する電極を設け、液体収容部の体積を圧電材料への印加電圧によって変化させて液滴をノズルから吐出するように構成される。
印加される電圧には、通常パルス電圧が用いられ１つのパルスが液滴の一滴に対応し、駆動電圧の波形、つまり、パルス高さ、パルス幅およびパルス形状によって液滴の吐出速度および一滴当たりの体積（重量）が決定される。
【０００７】
速度測定部は、パルス発光光源とパルス発光光源からのパルス発光によって照明された液滴を撮像するカメラとを備え、連続する２回のパルス発光によって同一画面に得られる液滴像の間隔から液滴の速度を求めてもよい。
【０００８】
情報取得部が取得する物理情報としては、
（１）液滴の重量又は体積を表す情報、
（２）液滴の乾燥後に残る残留物から得られる情報、あるいは、
（３）液滴から得られる光学的情報が挙げられる。
情報取得部としては、上記（１）の場合、例えば電子天秤が用いられる。
上記（２）の場合には、例えば、残留物の体積を求めるために表面形状を測定するレーザ顕微鏡が用いられる。
上記（３）の場合には、例えば、液滴又は残留物の反射光や透過光や発光などの強度を測定する光学素子、つまり、フォトダイオードやフォトマルチプライヤチューブなどが用いられる。
制御部は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータで構成することができる。
【０００９】
図１は、この発明による液滴吐出装置の一形態を示したものである。液滴を吐出する吐出部（以下、吐出手段という）１は、キャリッジ３に取り付けられている。キャリッジ３はレール５に沿って移動し、キャリッジ３の移動範囲内には、吐出された液滴で描画が行われる記録媒体７がステージ９上に設置されている。キャリッジ３が移動し、吐出手段１から液滴が吐出され、記録媒体７に描画が行われる。ステージ９とは別に、キャリッジ３の移動範囲内には、吐出手段１から吐出された液滴の速度を測定する速度測定部（以下、速度測定手段という）１１および、特定の物理情報（以下、液滴関連量という）を測定する情報取得部（以下、液滴関連量測定手段という）１３が設置されている。
【００１０】
液滴関連量とは、吐出手段1によって吐出された液滴に起因する量であり、例えば、液滴量、液滴乾燥後の残留物の量、液滴の光学的情報や描画された部分の色の濃度などが挙げられる。
速度測定手段１１および液滴関連量測定手段１３は、液滴吐出装置を制御するための制御部（以下、制御装置という）１５に接続され、測定結果が取り込まれる。吐出手段１は吐出手段１に駆動電圧を印加するための駆動ユニット１７に接続され、駆動ユニット１７は、これを制御するための制御装置１５に接続されている。制御装置１５はマイクロコンピュータを備える。
【００１１】
吐出手段１は、液滴を吐出する複数の吐出口を有する。図２に示すように、１つの吐出口２１は１つの圧力室２３に設けられた開口である。圧力室２３は圧電材料からなる側壁２７に囲まれ、供給路２５から供給される液体で満たされている。１対の対向する側壁にはそれぞれ側壁を挟んで電極２９ａ，２９ｂが設けられている。電極２９ａ，２９ｂ間に電圧が印加されると、各側壁が剪断変形により屈曲し、圧力室２３の容積が減少する。それによって、吐出口２１から液滴が吐出される。印加される電圧が大きいほど圧力室２３の容積変化が大きくなり、吐出される液滴の量と吐出速度が増加する。
【００１２】
速度測定手段１１は、例えば、吐出された液滴の飛翔方向と直交する方向に、液滴を挟んで置かれたカメラ１１aとストロボ撮影用露光（発光）装置１１ｂを備える。図３（ａ）に示すように、液滴吐出後Ｔ１時間に装置１１ｂの露光による撮影を行ったとき、図３（ｂ）に示すように液滴の画像Ｐ１が得られる。すべての液滴について吐出後Ｔ１時間の露光による撮影を行うとすべての液滴について多重露光された画像Ｐ１が得られる。したがって、一回の撮影における露光時間が短くとも十分にコントラストを有する画像が得られる。次に、同様に多重露光により液滴吐出後Ｔ２時間の露光によるストロボ撮影を行うことにより（図３（ａ））、液滴の画像Ｐ２を得る（図３（ｂ））。画像Ｐ１とＰ２の距離とＴ１とＴ２の時間差から液滴の速度が求められる。
【００１３】
次にこの発明の動作について、図４を参照して説明する。
まず、液滴関連量と目標値が一致しているか確認するため、液滴の速度が速度測定手段１１により測定される（Ｓ１）。そして、測定された速度が基準速度（Ｓ２）と一致するか制御装置１５において判断される（Ｓ３）。基準速度とは、液滴関連量が目標値と一致するように吐出手段から吐出される液滴の量が調整された直後の液適の速度であり、基準速度記録手段に記録されている。本実施形態における基準速度記録手段は、制御装置１５内部に設けられている。測定された速度と基準速度が一致する場合、液滴関連量が目標値と一致していると判断され、液滴吐出装置は記録媒体７に描画を行う（Ｓ４）。測定された速度と基準速度が不一致の場合、液滴関連量が目標値と不一致であると判断され、液滴関連量が液滴関連量測定手段１３により測定される（Ｓ５）。制御装置１５は測定された液滴関連量と目標値（Ｓ６）を比較し（Ｓ７）、不一致の場合には吐出量調整手段により吐出手段１から吐出される液滴の量が調整される（Ｓ８）。吐出量調整手段は、吐出手段１の電極２７に印加される電圧を設定するものであり、本実施形態では制御装置１５が兼ね、制御装置１５が駆動ユニット１７から出力される電圧を指定する。
【００１４】
吐出量調整手段により吐出される液滴の量が調整されたあと、液滴関連量測定手段１３により液滴関連量が測定され（Ｓ５）、再度目標値（Ｓ６）との比較が行われる（Ｓ７）。液滴関連量が目標値（Ｓ６）に一致するように、液滴関連量測定（Ｓ５）、目標値との比較（Ｓ７）、吐出量調整（Ｓ８）が適宜繰り返される。液滴関連量と目標値（Ｓ６）が一致した場合、速度測定手段１１により、一致直後の液滴の速度が測定され（Ｓ９）、基準速度記録手段に記録されている基準速度（Ｓ２）がこの速度で更新されたあと（Ｓ１０）、記録媒体７に描画（Ｓ１１）が行われる。
【００１５】
以上により、この発明によれば、吐出速度の変化により液滴関連量の変化を検知しているため、液滴関連量を測定する場合に比べ、液滴関連量の変化の検知に要する時間が短くできる。また、環境温度の変化や吐出手段の劣化などに伴い、液滴の速度と液滴関連量の関係が変化したとしても、吐出量調整直後の液滴の速度と比較することにより、正確に液滴関連量の変化を検知し、液滴関連量を目標値に一致させることができる。
【実施例】
【００１６】
実施例１
実施例１は、液滴関連量を液滴量である液滴の重量とした場合である。液滴量とは液滴の量であり、液滴の体積なども挙げられる。
本実施例では、図１における液滴関連量測定手段１３は電子天秤である。吐出手段１から吐出される液滴の重量は非常に小さいため、数万滴の重量を電子天秤で測定することにより、平均値として液滴１滴の重量が求められる。液滴の重量の変化の検知と調整は、図４において、液滴関連量測定（Ｓ５）が液滴重量測定になり、目標値（Ｓ６）は目標とする液滴の重量となること以外は前述の実施の形態での記述内容と同一であるため、説明は省略する。
【００１７】
実施例２
実施例２は、液滴関連量を液滴の残留物の量である残膜の体積とした場合である。残留物の量としては、吐出手段１から吐出される液滴において、乾燥後に残る残留物の体積、厚み、重量などが挙げられる。
本実施例は図５に示すように、吐出手段１と干渉しないレール５上に、第２のキャリッジ３３が設置され、第２のキャリッジ３３上には、液滴関連量測定手段としての光学的な表面形状測定手段３１が設置されている。表面形状測定手段３１としては、例えば、レーザ顕微鏡が挙げられる。表面形状測定手段３１は制御装置１５に接続されており、制御装置１５は表面形状測定手段３１の制御も行う。表面形状測定手段３１の下部には、第２のステージ３５があり、第２のステージ３５の上面には確認用基板３７が設置されている。確認用基板３７は例えばガラス基板である。確認用基板３７上に残膜を作製する場合は、第２のステージ３５を速度測定手段１１の位置まで移動し、液滴を確認用基板３７に吐出する。そして、第２のステージ３５を表面形状測定手段３１の位置まで移動し、液滴乾燥後の残膜の表面形状を測定する。制御装置１５では、表面形状の測定結果に基づき、残膜の体積を計算する。ここで、表面形状測定手段３１には、レーザ顕微鏡が用いられる。
残膜の体積の変化の検知と調整は、図４において、液滴関連量測定（Ｓ５）が残膜体積測定になり、目標値（Ｓ６）が目標とする残膜の体積になること以外は実施の形態での記述内容と同一であるため、説明は省略する。
【００１８】
実施例３
実施例３は、液滴関連量を光学的情報とした場合である。光学的情報とは吐出手段１から吐出される液滴またはその残留物で観測される光学的情報であり、例えば、液滴またはその残留物の反射光や透過光や発光の強度が挙げられる。
本実施例の構成は、図５に示す実施例２において、表面形状測定手段３３が光学的情報測定手段に置き換えられる。光学的情報測定手段は例えば光学顕微鏡である。光学的情報測定手段の測定結果が制御装置１５に送られる。
光学的情報の変化の検知と調整は、図４において、液滴関連量測定（Ｓ５）が光学的情報測定になり、目標値（Ｓ６）が目標とする光学的情報になること以外は実施の形態での記述内容と同一であるため、説明は省略する。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
この発明は、環境温度の変化や吐出手段の劣化などにより液滴量が変化した場合であっても、短時間でその変化を検知することができる液滴吐出装置を提供するものである。例えばインクジェットヘッドの吐出において、経時的な変化による液滴量の変化を補正し、液滴量を一定に保ちたい場合に好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明の実施形態を示す構成説明図である。
【図２】図１に示す吐出手段を説明する断面図である。
【図３】この発明の速度測定における露光タイミングと撮像画像の説明図である。
【図４】この発明の実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図５】実施例２および実施例３の構成説明図である。
【符号の説明】
【００２１】
１  吐出手段
３  キャリッジ
５  レール
７  記録媒体
９  ステージ
１１  速度測定手段
１３  液滴関連量測定手段
１５  制御装置
１７  駆動ユニット
２１  吐出口
２３  圧力室
２５  供給路
２７  圧電素子
２９  電極
３１  第２のキャリッジ
３３  表面形状測定手段
３５  第２のステージ
３７  確認用基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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