(57)【要約】【課題】インクが変質しても最適な印刷が行えるインクジェット装置を提供する。【解決手段】インクジェット装置は、ノズルを有する複数のインクチェンバーに各々圧電素子PZT が設けられたヘッド20と、各圧電素子を発振させてインクを吐出させる増幅器38と、制御用のCPU30 と、各インクチェンバーに連通する計測室44に設けられた音響センサIDT-1,2 及び計測用の増幅器46からなる音響特性計測手段42と、インク吐出に適した駆動条件とインクの音響特性との関係を示す駆動情報を有する記憶手段36とを有する。CPU30 は、音響センサで得たインクの音響特性に対応する駆動条件を記憶手段から読み出して駆動手段を制御する。インクの物性変化に係わらず最適なインク吐出が行える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルを有する複数のインクチェンバーにそれぞれ圧電素子が設けられてなるヘッドと、前記圧電素子を共振点近傍で駆動させることにより前記インクチェンバーの体積を変化させて前記インクチェンバー内のインクを前記ノズルから吐出させる駆動手段と、前記駆動手段を制御する制御手段とを備えたインクジェット装置において、
前記各インクチェンバーに連通する共通のインク供給経路の前記各インクチェンバーに近接した部分に設けられてインクの音響特性を計測する音響センサと、
インクを吐出するのに適した駆動条件とインクの音響特性との関係を示す駆動情報を有する記憶手段とを有し、
前記制御手段は、前記音響センサから得たインクの音響特性に対応する駆動条件を前記記憶手段から読み出し、該駆動条件に応じて前記駆動手段を制御することを特徴とするインクジェット装置。
【請求項２】
前記音響センサを、前記各インクチェンバーに連通する共通インクチェンバーにインキが流入するインク供給口の近傍に設けたことを特徴とする請求項１記載のインクジェット装置。
【請求項３】
前記音響センサが一対の圧電素子であり、前記各圧電素子が計測用増幅器で構成された自励発振回路の入力端と出力端にそれぞれ接続され、インク中を伝わる超音波の音速を前記音響特性として計測することを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェット装置。
【請求項４】
前記音響センサとしての前記圧電素子に設けられた電極がインタデジタル電極であり、前記インク中を伝わる超音波の周波数を前記インタデジタル電極の構造で決まる所定の値としたことを特徴とする請求項３記載のインクジェット装置。
【請求項５】
前記音響センサで計測されたインクの音響特性が、前記記憶手段に記憶されたインクの音響特性の範囲を超えた場合には、前記制御手段が警告報知を行うことを特徴とする請求項１乃至４に記載のインクジェット装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット装置においてインク変質を検出するためのインク変質検出装置と、インクの変質によるノズルの詰まり等の不都合が生じにくいインクジェット装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧電方式のインクジェット記録装置は、圧電のシステム共振を利用し、ノズルが形成されたインクチェンバー（ノズル直前のインク溜まりであるインク室）の機械的体積変化でノズルからインクを吐出するものである。その一例として下記特許文献１にインクジェット装置が開示されている。
【０００３】
このインクジェット装置は、図３に示すように、細長状の基板１の一端部上面に積層接着された圧電素子を構成する圧電部材２，３と、圧電部材２，３に刻設された同一深さ、同一長さのインクチェンバーとなる複数の長溝４と、長溝４の側面と底面に形成された電極５と、長溝４の後端から前記圧電部材３の後部上端に形成された引出し電極６と、基板１の他端上部に接着固定されたプリント基板７と、プリント基板７上に搭載された駆動回路内蔵のドライブＩＣ８と、プリント基板７上に形成され、ドライブＩＣ８に接続した導電パターン９と、導電パターン９と前記引出し電極６間を接合した導線１０と、圧電部材３の上面を絶縁フィルム１１を介して塞ぐ天板１２及び圧電部材２，３の前面を塞ぐノズルプレート１６とを備えている。
【０００４】
そして、前記絶縁フィルム１１には、前記長溝４の一つおきに連通するインク流入孔１３が形成されているとともに、天板１２には孔１３と連通する共通インクチェンバー１４が形成され、この共通インクチェンバー１４には図示しないインク補給部からインクが供給されるようになっている。また、ノズルプレート１６には同じく長溝４の一つおきに連通する複数のノズルであるオリフィス１５が開口されている。
【０００５】
したがって、この構造では共通インクチェンバー１４に連通している長溝４がインクチェンバーを構成し、これと隣合い、かつ共通インクチェンバー１４に連通していない長溝４がダミーインクチェンバーとなり、一方のインクチェンバーの圧力を高めてオリフィス１５を通じてインクの噴射を行う際に、他方のインクチェンバーの圧力が減少するように印可する駆動パルス電圧のタイミングをずらすことにより、共通インクチェンバー１４の圧力変動が小さく、各インクチェンバーにおける吐出条件の変動を極力防止できる特徴があるものとされている。
【特許文献１】特許第２９３１８１７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、以上のシステム共振を利用した振動因子は、圧電素子と、圧電素子を含むノズルヘッド構造（インクチェンバー）と、インクチェンバー内にあるインクとで構成され、その中でも環境的、物性的変動要因の比較的大きい素材がインクである。
【０００７】
インクジェットに用いられるインクは、水又は石油系の溶剤、染料又は顔料などの着色料、インクの表面張力を低下させ記録材への浸透を促進させる界面活性剤やエタノール，イソプロパノールなどの有機溶剤などの浸透剤、インクが乾いてプリントヘッドのノズルが目詰まりするのを防止するために添加されるジエチレングリコール，ポリエチレングリコール，グリセリン，Ｎ−メチル−２−ピロドリンなどの乾燥防止剤等で構成されている。また、インク中に顔料を含有するものについては、顔料の凝集や顔料を分散させるための顔料分散剤が添加されている。
ところで、顔料を含有するインクにおいては、顔料の凝集や顔料を分散させるために添加した顔料分散剤のゲル生成、またインク中に酸素が溶け込みノズルでかかる圧力により酸素が排出されるなどの原因により、インクジェットのヘッドノズルが詰まり、吐出不良を起こす大きな要因となっていた。また、インクの充填や印刷に使用される頻度が少ない場合や非印刷状態が長時間続く場合などには、ノズル開口部を完全に密閉状態にすることができないため、インク乾燥が進みノズル先端部にあるインクの粘度が増粘して吐出不良が起っていた。
【０００８】
一般的なインクジェット装置では、特に温度に対しては温度センサの検出値などに基づき変動補正を行っているが、温度以外の要因、すなわち、上述したようなインク材料の凝集・経時変化などによる変質のようなインクそのものの変質（物性的変動）に関しては、その状態に関するデータをフィードバックして該状態に適合した最適モードで駆動を行うための手段は従来存在しなかった。
このようなインクの大きな物性変動は、システムの共振周波数のずれにつながり、結果的に駆動ミスによりインクの吐出不良を生ずる一要因となっていた。
【０００９】
本発明は、以上の課題を解決するものであり、インクの音響特性を計測し、計測した音響特性に対応する駆動条件を予め用意しておいた記憶手段から読み出してインクの吐出を最適な条件で行えるようにしたインクジェット装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載されたインクジェット装置は、ノズルを有する複数のインクチェンバーにそれぞれ圧電素子が設けられてなるヘッドと、前記圧電素子を共振点近傍で駆動させることにより前記インクチェンバーの体積を変化させて前記インクチェンバー内のインクを前記ノズルから吐出させる駆動手段と、前記駆動手段を制御する制御手段とを備えたインクジェット装置において、
前記各インクチェンバーに連通する共通のインク供給経路の前記各インクチェンバーに近接した部分に設けられてインクの音響特性を計測する音響センサと、
インクを吐出するのに適した駆動条件とインクの音響特性との関係を示す駆動情報を有する記憶手段とを有し、
前記制御手段は、前記音響センサから得たインクの音響特性に対応する駆動条件を前記記憶手段から読み出し、該駆動条件に応じて前記駆動手段を制御することを特徴としている。
【００１１】
請求項２に記載されたインクジェット装置は、請求項１記載のインクジェット装置において、前記音響センサを、前記各インクチェンバーに連通する共通インクチェンバーにインキが流入するインク供給口の近傍に設けたことを特徴としている。
【００１２】
請求項３に記載されたインクジェット装置は、請求項１又は２記載のインクジェット装置において、前記音響センサが一対の圧電素子であり、前記各圧電素子が計測用増幅器で構成された自励発振回路の入力端と出力端にそれぞれ接続され、インク中を伝わる超音波の音速を前記音響特性として計測することを特徴としている。
【００１３】
請求項４に記載されたインクジェット装置は、請求項３記載のインクジェット装置において、前記音響センサとしての前記圧電素子に設けられた電極がインタデジタル電極であり、前記インク中を伝わる超音波の周波数を前記インタデジタル電極の構造で決まる所定の値としたことを特徴としている。
【００１４】
請求項５に記載されたインクジェット装置は、請求項１乃至４に記載のインクジェット装置において、前記音響センサで計測されたインクの音響特性が、前記記憶手段に記憶されたインクの音響特性の範囲を超えた場合には、前記制御手段が警告報知を行うことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、圧電素子が設けられた多数のインクチェンバーに供給されるインクの音響特性を音響センサで計測し、この計測結果である音響特性において最適なインク吐出の駆動条件を記憶手段から読み出してヘッドの圧電素子を駆動できるので、インクの変質による駆動条件の変動にもかかわらず、例えばノズルのつまりなどの不都合を発生させることなく最適なインクの吐出を行うことができ、未然に印刷ミスを防止できる。
【００１６】
また、計測して得たインクの音響特性が記憶手段で予め設定しておいた範囲を超えた場合には、インクの変質が許容範囲外である等との判断を行い、外部に警報当を報知してシステムを停止させることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、発明を実施するための最良の形態を添付図面を参照して説明する。
図１は本発明に係るインクジェット装置の回路ブロック図である。図１において、インクジェット装置は、ノズルヘッド２０、ノズルヘッド２０を駆動する駆動手段としての駆動増幅器３８ａ〜３８ｘ、これら駆動増幅器３８ａ〜３８ｘを制御するノズルヘッド駆動用の回路部２２及びインクの音響特性をリアルタイムで計測する音響特性計測手段４２を備えているほか、インクの吐出に同期して駆動される図示しない紙送り機構や、インク回復動作時等に使用されるノズルクリーニング用の機構等、その他の各種附属機構を備えている。
【００１８】
ノズルヘッド２０は、各々ノズルを有する複数のインクチェンバーが列設されてなる筐体の各インクチェンバーに圧電素子（ピエゾ素子）ＰＺＴ（１〜Ｘ）が設けられたものである。なお、図１では図示の簡潔化のために個々のインクチェンバーの詳細は図示せずに模式的に示している。
【００１９】
このノズルヘッド２０は、製造時の微妙な機械工作上のばらつきに起因し、同一の態様でインクを吐出するための駆動条件が製品ごとに異なっているが、この駆動条件の違いを駆動時に補正するために、この製造ロットごとのばらつきによる駆動条件の違いをランクデータとして書込んだデバイス２６を有している。また、温度の変化によるインクの吐出時の挙動の変動に対応するため、サーミスタなどの温度センサ２８も配置されている。これらのデバイス２６と温度センサ２８はノズルヘッド２０に一体に設けられるものでもよいし、その近傍に設置されるものでもよい。
【００２０】
前記ノズルヘッド２０の各圧電素子ＰＺＴ（１〜Ｘ）は、それぞれ駆動増幅器３８ａ〜３８ｘにそれぞれ接続されており、駆動増幅器３８ａ〜３８ｘは前記回路部２２の後述するＣＰＵ３０から供給される駆動信号により、各圧電素子ＰＺＴ（１〜Ｘ）を選択的に駆動しインクを吐出させることができる。
【００２１】
前記回路部２２には、制御手段としてのＣＰＵ３０、ＲＡＭ３２、プログラムＲＯＭ３４、駆動波形ＲＯＭ３６が設けられ、これらはＣＰＵ３０に接続されている。
ここで、駆動波形ＲＯＭ３６には、インクを吐出するのに適した駆動条件とインクの音響特性との関係を示す駆動情報が予め実験的に求められてテーブル形式で記憶されている。すなわち、インクは物性的変動（例えば粘性等の変動）に対応して最適な吐出を行うための駆動条件も変化するが、その物性的変動に対応して音響特性も変化するので、インクを吐出するのに適した駆動条件とインクの音響特性との関係を予め実験的に求めて駆動情報として駆動波形ＲＯＭ３６に利用可能な形式で格納してある。従って、実際に前記音響特性計測手段４２でインクの音響特性を計測すれば、計測した音響特性からその時点での最適な駆動条件を駆動波形ＲＯＭ３６の駆動情報から読み出して駆動に利用することができ、インクの物性に変動があった場合にもこれに対応することができる。
【００２２】
また、ＣＰＵ３０には、インク吐出のばらつきによるランクデータを供給する前記デバイス２６と温度データを提供する前記温度センサ２８が接続されており、前述したように計測した音響特性から最適な駆動条件を読み出す際には、デバイス２６と温度センサ２８から供給されるデータにも応じた駆動条件を駆動波形ＲＯＭ３６から取り出せるように構成されている。
従って、ＣＰＵ３０がインクの音響特性計測後に駆動波形ＲＯＭ３６から読み出した駆動条件は、ノズルヘッド２０に適し温度補正を考慮した情報であるとともに、計測時点でのインクの物性に対応した最適な駆動条件となっている。
【００２３】
本例では、前記各インクチェンバーは共通インクチェンバーに連通しているが、この共通インクチェンバーにはインキが流入するインク供給経路としてのインク供給管４０がインク供給口を介して接続連通されている。このインク供給口の近傍であって、各インクチェンバーにも近接したインク供給管４０の要所には、インク供給管４０よりも大径の計測室４４が、インクの音響特性を計測する測定場所として設けられている。
【００２４】
前記計測室４４には、音響センサとして一対の圧電素子ＩＤＴ−１，ＩＤＴ−２が設けられている。圧電素子ＩＤＴ−１は、計測室におけるインク流路の入口側に配置され、圧電素子ＩＤＴ−２は、これと隣接して出口側に配置されている。なお本例では、インク中を伝わる超音波の音速を前記音響特性として計測している。
【００２５】
これらの圧電素子ＩＤＴ−１，ＩＤＴ−２は、圧電材料の表面に微細な櫛歯状乃至すだれ状（ＩＤ，ｉｎｔｅｒ−ｄｉｇｉｔａｌ）の電極（ＩＤ電極）を設けたものである。このＩＤ電極は弾性表面波励振のトランスジューサ（ＩＤＴ）と考えることもでき、ＩＤ電極に電圧を加えると、その電極周期がちょうど半波長になる表面波が強く励起され、その他の高次モードの波の中で奇数次の波は生じるが偶数次の波は打ち消されて発生せず、ある所定の周波数の出入だけを許容するフィルターとしての機能を備えている。このフィルター機能は、ＩＤ電極の重なり幅を空間的に変化させることによって帯域の形状を変えることで変化させることができ、インクの種類等に対応して音響特性を計測する際の各種ニーズに応じることができる。
【００２６】
前記圧電素子ＩＤＴ−１は計測用増幅器４６で構成される自励発振回路の出力端に接続されており、前記圧電素子ＩＤＴ−２は計測用増幅器４６で構成される自励発振回路の入力端に接続されている。すなわち、本例では、前記計測室４４に設けられてインク内を伝播する超音波の送受信手段である一対の圧電素子ＩＤＴ−１，ＩＤＴ−２と、計測用増幅器４６で構成された自励発振回路とによってインクの音響特性計測手段４２が構成されており、常時計測室４４内にあるインクの音響特性の変化を検出することができる。そして、計測用増幅器４６の出力は増幅器４８で増幅され、前記回路部２２のＡ／Ｄ変換器５０を介してＣＰＵ３０に入力されるように構成されている。
【００２７】
すなわち、一対の圧電素子ＩＤＴ−１，ＩＤＴ−２及び計測用増幅器４６によって構成される自励発振回路においては、圧電素子ＩＤＴ−１に表面弾性波が発生し、この弾性波の一部は通過媒体であるインクを通じて計測室４４の内壁で反射したのち圧電素子ＩＤＴ−２に入射して電気信号に変換され、再び計測用増幅器４６に入るという動作が繰返され、常時安定した発振現象を得てリアルタイムでインクの音響特性を計測することができ、この信号は出力として取出されて増幅器４８で増幅され、Ａ／Ｄ変換器５０を介してデジタル変換されてＣＰＵ３０に取込まれる。
【００２８】
次に以上の構成における印刷時の動作を説明する。
本例では、印刷動作中においてもインクの音響特性（音速）をリアルタイムで計測し、常時その計測結果を用いてインク吐出の駆動条件を選択することができる。
印刷実行時には、装置に接続された図示しないパソコン等で生成された印刷データがＲＡＭ３２に取込まれる。ＣＰＵ３０は前記温度センサ２８で検出された温度データ及びデバイス２６に書込まれたランクデータを取込む。ここで、一対の圧電素子ＩＤＴ−１，ＩＤＴ−２及び計測用増幅器４６を含む音響特性測定手段４２では、自励発振動作が繰返されてリアルタイムでインクの音響特性を計測しており、その計測信号は増幅器４８で増幅された後にＡ／Ｄ変換器５０でデジタル変換されてＣＰＵ３０に取込まれている。そして、ＣＰＵ３０は、前記温度データ及び前記ランクデータに適合するとともに、前記駆動波形ＲＯＭ３６にテーブル形式で格納された前記駆動情報から、計測されたインクの音響特性にも対応した最適な駆動条件を選択して読み出す。
【００２９】
そして、ＣＰＵ３０はプログラムＲＯＭ３４に格納されたプログラムを実行し、ＲＡＭ３２に一時記憶された印刷データを逐次取出しつつ、読み出した前記駆動条件に基づいた駆動信号を生成し、前記駆動用増幅器３８ａ〜ｘに出力する。これにより、ノズルヘッド２０の各圧電素子ＰＺＴ１〜ｘが選択的に最適条件で駆動され、良好な印刷が行われる。
【００３０】
ここで、インク中を伝達する超音波の音速の速度式と、その速度の変化とインクの変質との関係について説明する。
１）インク流速と超音波の関係
インクのインク供給管内での速度：Ｖi 
音波速度：ｖo 
とすると、波の伝達速度ｖ＝ｆλの式より、インク供給管内に超音波を発生させると、当該超音波は速度ｖo ＋（√２）×Ｖi で管内を流れることとなる。しかし、ｖo ＝１５００ｍ／ｓに比べ、インクの流速Ｖi ≒０といえるのでＶi は無視することができる。
【００３１】
２）インクの変質と超音波の関係
インク変質後の音速ｖo ＋Δｖ（Δｖはインク変質による音速伝播速度差）として、上述した波の伝達速度の式に代入すると、
ｖo ＋Δｖ＝（ｆ＋Δｆ）×λ  
となり、インクの変質がｆの周波数に影響を及ぼすので、共振周波数が変わり、本例ではこの共振周波数の変化からインクの変質状態を見出している。
【００３２】
本例では、印刷動作中においても自励発振回路によりインクの音響特性（音速）をリアルタイムで計測しており、常時その計測結果を用いてインク吐出の駆動条件を選択しているので、インクの物性（例えば粘度等）が変化した場合であっても、その変化した時点でのインクの物性に適合した印刷を常に実行することができる。
【００３３】
なお、本例では、音響特性計測手段４２によってリアルタイムで得られたインクの音響特性のデータを用い、駆動波形ＲＯＭ３６から対応する最適な駆動条件を選択して駆動に供していたが、計測して得たインクの音響特性に関するデータでインクの変質自体を検出し、その変質が許容限度（閾値）を超えると判定された場合に何らかの報知手段で外部に警報出力して知らせ、インクの吐出動作を停止させることとしてもよい。警報出力は例えば、装置に設けたエラーランプの点滅や、表示部にエラー内容や印刷が不能である旨の表示等が採用できる。かかる警報出力によって、ユーザは他の対策であるインクカートリッジの交換や、サポートサービスに対する連絡を行うなど各種処置を講ずることができる。
【００３４】
以上説明したインクの音響特性の計測は、一対の圧電素子ＩＤＴ−１，ＩＤＴ−２と、計測用増幅器４６から構成される自励発振回路とによって行うこととしたが、ＣＰＵ３０からの信号によって駆動される増幅器等を用いた他励発振回路によって行うことも可能である。
【００３５】
また、以上説明した例では、一対の圧電素子ＩＤＴ−１，ＩＤＴ−２をノズルヘッド２０とは別の計測室４４に設けて取り付け上の余裕を確保したが、これをノズルヘッド２０に接続されたインク供給路の各インクチェンバーに近接した位置に直接設ければより簡素な構成とすることができる。
【００３６】
また、以上説明したインクジェット装置におけるインク変質検出装置は、図３を参照して説明した圧電素子にインクチェンバーとなる溝を形成した構造のインクジェット装置に適用できる他、図２に示すような構造の所謂ダイレクトモードのヘッドを有するインクジェット装置にも適用可能である。
【００３７】
図２に示すインクジェット式記録装置の記録ヘッド５１は、インク流路形成部材６０と圧電振動子５８が固定部材６１を介して接着され、ヘッドモジュールとして構成されたものである。インク流路形成部材６０は、複数個のノズル開口５２を有するオリフィスプレート５３と、共通インクチェンバー５４からの供給路５５と圧力発生室５６とをもつチャンバプレート５７と、圧力発生室５６に圧電振動子５８からの変位を伝達し圧力発生室５６を容易に圧縮、膨張が可能なダイアフラムプレート５９からなる。また、インク流路形成部材６０には、オリフィスプレート５３にインクを回収するためのインク回収口６２が形成され、チャンバプレート５７に回収路６３が形成され、ダイアフラムプレート５９上に連通口６４が形成されており、固定部材６１に形成された回収経路６５に連通している。そして、固定部材６１の回収経路６５と、インク流路形成部材６０の回収路６３内にはインク吸収部材６６が設けられている。
【００３８】
この記録ヘッド５１は使用に連れてノズル近傍にインクが付着等し汚れてくるが、この付着インクを回収するには、ブレードでオリフィスプレート５３の表面に対してワイピング動作を行い付着したインクを掻き取る。そして、不図示の吸引ポンプを作動させインク回収口６２に負圧をかけ、インク回収口６２、回収路６３、連通口６４、回収経路６５を介してブレードで掻き取ったインクを回収するとともに、ワイピング動作によりオリフィス面に付着した紙粉等も回収する。このように、ワイピング動作を実施しながら付着したインクを吸引・回収することにより記録ヘッド５１をクリーニングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態に係るインクジェット装置の回路ブロック図である。
【図２】本発明が適用可能なインクジェット装置のノズルヘッドの一例を示す分解斜視図である。
【図３】本発明が適用可能な従来のインクジェット装置のノズルヘッドの一例を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
【００４０】
２０  ノズルヘッド
２２  回路部
３０  制御手段としてのＣＰＵ
．３２  ＲＡＭ
３４  プログラムＲＯＭ
３６  駆動波形ＲＯＭ
３８ａ〜ｘ  駆動用増幅器（駆動手段）
４２  音響特性計測手段
４４  計測室
４６  計測用増幅器
ＩＤＴ−１，ＩＤＴ−２  音響センサとしての圧電素子
ＰＺＴ１〜Ｘ  圧電素子
【図１】
2005329676.tif 000003
【図２】
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【図３】
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