(57)【要約】      （修正有）【課題】ノズルの状態を確実に検知できるノズル状態検知方法、ノズルの状態に応じたクリーニング方法及びインクジェット記録方法、長期間に渡って不良画像を出力することが無く、長寿命化されたインクジェット記録装置を提供する。【解決手段】ヘッドに設けられた複数のノズルにそれぞれ連通する液室と、前記液室に対応して設けられたアクチュエータに電圧を印加して前記ノズルから液滴を吐出させる駆動手段と、液滴の吐出方向を検出する吐出方向検出手段とを備え、前記駆動手段が、前記アクチュエータに第１の駆動電圧を印加して第１の液滴を吐出させた後、前記ノズルで形成されるメニスカスが前記ノズルから突出している状態で、前記アクチュエータに第２の駆動電圧を印加して第２の液滴を吐出させ、前記吐出方向検出手段が第２の液滴が吐出される方向を検出することによって液滴が吐出される方向からノズルの状態を検知する。【選択図】図１０
2013052616.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘッドに設けられた複数のノズルと、
前記ノズルにそれぞれ連通する液室と、
前記液室に対応して設けられたアクチュエータと、
前記アクチュエータに電圧を印加して前記ノズルから液滴を吐出させる駆動手段と、
前記ノズルから前記液滴の吐出方向を検出する吐出方向検出手段と、
を備えるインクジェット記録装置におけるノズル状態検知方法であって、
前記駆動手段が、前記アクチュエータに第１の駆動電圧を印加して第１の液滴を吐出させるステップと、
前記第１の液滴の吐出後に、前記ノズルで形成されるメニスカスが前記ノズルから前記液室とは反対側に突出している状態で、前記駆動手段が前記アクチュエータに第２の駆動電圧を印加して第２の液滴を吐出させるステップと、
前記吐出方向検出手段が前記ノズルから前記第２の液滴が吐出される方向を検出するステップと、を有する
ことを特徴とするノズル状態検知方法。
【請求項２】
前記第２の駆動電圧は、前記ノズルから前記液滴を吐出させる際の電圧が段階的に変化する
ことを特徴とする請求項１に記載のノズル状態検知方法。
【請求項３】
前記第１の駆動電圧の振幅が、前記第２の駆動電圧の振幅よりも大きい
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のノズル状態検知方法。
【請求項４】
前記画像形成装置は、前記ヘッドのノズル面をクリーニングするクリーニング手段を備え、
前記クリーニング手段が前記ノズル面をクリーニングした後に、
前記第１及び第２の液滴を吐出させ、前記第２の液滴の吐出方向を検出する
ことを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載のノズル状態検知方法。
【請求項５】
前記クリーニング手段が、前記ノズル面をワイピングするワイパーであり、
前記吐出方向検出手段は、前記ワイパーのワイピング方向における前記液滴の吐出方向の変化を検出する
ことを特徴とする請求項４に記載のノズル状態検知方法。
【請求項６】
請求項５に記載のノズル状態検知方法による検知結果に基づいて、
前記ワイパーのワイピング方向を制御する
ことを特徴とするノズルのクリーニング方法。
【請求項７】
請求項１から５の何れか一項に記載のノズル状態検知方法による検知結果に基づいて、前記駆動手段が前記アクチュエータに電圧を印加する駆動周波数を制御する
ことを特徴とするインクジェット記録方法。
【請求項８】
請求項１から５の何れか一項に記載のノズル状態検知方法による検知結果に基づいて、前記ヘッドを搭載するキャリッジの画像形成時のスキャン方向を一方向にする
ことを特徴とするインクジェット記録方法。
【請求項９】
ヘッドに設けられた複数のノズルと、
前記ノズルにそれぞれ連通する液室と、
前記液室に対応して設けられたアクチュエータと、
前記アクチュエータに電圧を印加して前記ノズルから液滴を吐出させる駆動手段と、
前記ノズルから前記液滴の吐出方向を検出する吐出方向検出手段と、
を有するインクジェット記録装置であって、
前記駆動手段が、前記アクチュエータに第１の駆動電圧を印加して第１の液滴を吐出させた後に、液のメニスカスが前記ノズルから前記液室とは反対側に突出している状態で、前記駆動手段が前記アクチュエータに第２の駆動電圧を印加して第２の液滴を吐出させ、
前記吐出方向検出手段が、前記ノズルから前記第２の液滴が吐出される方向を検出することで、前記ノズルの劣化状態を検知する
ことを特徴とするインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズルから液滴を吐出して画像を形成するインクジェット記録装置におけるノズル状態検知方法、クリーニング方法、インクジェット記録方法及びインクジェット記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
記録紙等の被記録媒体に画像を形成する装置として、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、記録ヘッドから用紙にインク滴を吐出して記録（画像形成、印写、印字、印刷等も同義語である）を行なうものであり、高精細な画像を高速に記録することができる。また、ランニングコストが低く、騒音が少なく、且つ、多色のインクを使用してカラー画像を記録するのが容易である等の利点を有している。
【０００３】
この様なインクジェット記録装置では、ノズルから液滴を吐出するヘッドが搭載されており、多くの場合、ヘッドのノズル面へのインクの固着を低減させるためにノズル面に撥水層が形成されている。また、ノズル面に付着したインクをクリーニングする機構として、ワイパーを用いてメカニカルにノズル面を擦る機構を備えている。
【０００４】
ノズル面をクリーニングするためにワイピングを繰り返すと、ノズル面の撥水層にダメージが蓄積して撥水層が剥離し、乾燥したインクがノズルエッジに固着することにより、ノズルから吐出される液滴の噴射曲がりが生じる場合がある。
【０００５】
特に、近年では普通紙上に高画質の画像を形成するために顔料インクが主流になっているが、顔料インクは染料インクに比べて顔料粒子の存在により、ワイピング時のノズル面へのダメージがより大きくなっている。
【０００６】
また、高速化を達成するために速乾性のインクを用いることにより、ノズル面やワイパーに付着したインクの乾燥が進み易く、乾燥したインクがノズルエッジに固着し易くなっている。
【０００７】
この様に、ワイピングによる撥水層の剥離や、乾燥したインクがノズルエッジに固着することを原因とする噴射曲がりは大きな課題となっており、アクチュエータの寿命には至っていないにも関わらず、噴射曲がりの発生によりヘッドの寿命が決定される場合が多い。
【０００８】
近年では、上述した様な高速、高画質、低ランニングコスト等の利点からオフィスや産業用途として多量の印刷を行う記録装置のニーズが高まっており、インクジェット記録装置としての高耐久化（長寿命化）が望まれている。
【０００９】
ノズルの状態は使用状況によって大きく異なり、全てのユーザを対象にして不具合が生じない範囲に寿命を設定すると、多くのユーザでは必要以上に寿命を短く設定することになる。したがって、個々の装置においてリアルタイムにノズルの状態を検知して寿命を個別設定することが、装置を有効活用するために必要とされている。
【００１０】
そこで、リアルタイムにノズルの状態を検知する方法として、マイクロスコープやＣＣＤカメラ等でノズルを随時直接観察する方法が知られている。また、例えば特許文献１には、ノズルに連通する圧力室に対応して設けられるアクチュエータに駆動信号を出力し、ノズルからインク滴を吐出させる駆動手段が、駆動信号に圧力室の容積を拡大してインクを引き込む第１段階と、圧力室の容積を縮小してインク滴を吐出する第２段階とを設け、且つ前記第１段階で生じるインク充満状態での圧力室の固有振動が反転する位相に合わせて第２段階を設定するヘッド駆動装置が開示されている。
【００１１】
特許文献１に係るヘッド駆動装置によれば、インクジェットプリンタの圧電式アクチュエータ駆動後の残留振動を確保し、ノズルヘッド内のノズル流路や圧力室等の状態を推定することが可能になる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、マイクロスコープ、ＣＣＤカメラ等でノズルを直接観察する場合には、この様な観察手段を装置に内蔵させる必要があり、装置のコストアップ及び大型化を招いてしまうという問題がある。
【００１３】
また、特許文献１に係るヘッド駆動装置では、ノズルヘッド内のノズル流路や圧力室等の状態を推定し、所謂ノズルの目詰まりによるドット抜け等の画質劣化を検出しているが、ノズルからの液滴の吐出不良を直接的に検知するものではないため、ノズルの状態を確実に検知できない場合がある。
【００１４】
そこで本発明では、ノズルの状態を的確に検知できるノズル状態検知方法を提供することを目的とする。また、ノズルの状態に応じたノズル面のクリーニング方法及びインクジェット記録方法、長期間に渡って不良画像を出力することが無く、長寿命化されたインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、上記課題に鑑み、ヘッドに設けられた複数のノズルと、前記ノズルにそれぞれ連通する液室と、前記液室に対応して設けられたアクチュエータと、前記アクチュエータに電圧を印加して前記ノズルから液滴を吐出させる駆動手段と、前記ノズルから前記液滴の吐出方向を検出する吐出方向検出手段と、を備えるインクジェット記録装置におけるノズル状態検知方法であって、前記駆動手段が、前記アクチュエータに第１の駆動電圧を印加して第１の液滴を吐出させるステップと、前記第１の液滴の吐出後に、前記ノズルで形成されるメニスカスが前記ノズルから前記液室とは反対側に突出している状態で、前記駆動手段が前記アクチュエータに第２の駆動電圧を印加して第２の液滴を吐出させるステップと、前記吐出方向検出手段が前記ノズルから前記第２の液滴が吐出される方向を検出するステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の実施形態によれば、ノズルから吐出された小滴の吐出方向を検出することによって、ノズル端部の撥水層剥離やインク固着の発生等のノズルの状態を検知し、ヘッドが寿命に達するまで有効に活用することが可能になる。
【００１７】
また、ノズル状態の検知結果に基づいてノズル面のクリーニングや画像形成を行うことで、ノズルを備えるヘッドの長寿命化を達成し、且つ、画像品質の低下を防ぐことが可能となる。さらに、ノズル状態を的確に検知することにより、長期に渡って画像品質が良好で、長寿命化されたインクジェット記録装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態に係るインクジェット記録装置の全体構成を示す断面概略図
【図２】実施形態に係るインクジェット記録装置の要部を示す平面図
【図３】実施形態に係るヘッドの上面図及び側面図
【図４】実施形態に係るヘッドの幅方向の部分拡大断面図
【図５】実施形態に係るヘッドの長手方向の部分拡大断面図
【図６】実施形態に係るノズル面のクリーニング手段の概略構成図
【図７】実施形態に係るノズル端部の撥水層が剥離する様子を示す図
【図８】実施形態に係るノズル１０４端部の剥離部７３がインク滴の吐出方向に与える影響を示す図
【図９】実施形態に係る液滴の吐出方向検出手段の構成例を示す図
【図１０】実施形態に係る圧電素子に印加する駆動電圧の波形の例を示す図
【図１１】実施形態に係る第１の液滴吐出後のメニスカス位置の変化を示す図
【図１２】実施形態に係る第１の駆動電圧と第２の駆動電圧との時間間隔Ｔｄと、第２のインク滴の噴射速度Ｖｊとの関係を示す図
【図１３】実施形態に係る圧電素子に印加する駆動電圧の波形の例を示す図
【図１４】実施形態に係る第２の駆動電圧の波形の拡大図
【図１５】実施形態に係るノズル状態検知結果に基づいて画像データを変更する例を示す図
【図１６】実施形態においてインク滴の噴射曲がりが生じた場合のドット形成例を示す図
【図１７】実施形態に係るノズルの端部にワイピングによる撥水層の剥離部が形成されている例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な実施の形態（以下「実施形態」という）について、図面を用いて詳細に説明する。
＜インクジェット記録装置の構成＞
本実施形態に係るインクジェット記録装置１００について図１及び図２を参照して説明する。図１は本実施形態に係るインクジェット記録装置１００の全体構成を示す断面概略図であり、図２は本実施形態に係るインクジェット記録装置１００の要部を示す平面図である。
【００２０】
本実施形態に係るインクジェット記録装置１００は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材であるガイドロッド１と、ガイドレール２とにより、キャリッジ３を主走査方向に移動自在に保持している。キャリッジ３は、主走査モータ４にタイミングベルト５を介して接続し、図２の矢印方向（主走査方向）に移動走査する。
【００２１】
キャリッジ３は、例えば、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する４個の液滴吐出ヘッド１０７を、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。なお、ヘッド１０７には、圧電素子等の圧電アクチュエータを用いたものを使用している。
【００２２】
また、キャリッジ３には、ヘッド１０７に各色のインクを供給するため、各色に対応したサブタンク８が搭載されている。サブタンク８には、図示しないインク供給チューブを介してメインタンク（インクカートリッジ）からインクが補充供給される。
【００２３】
一方、給紙カセット１１０等の用紙積載部１１１上に積載した用紙１１２を給紙するための給紙部として、用紙積載部１１１から用紙１１２を１枚ずつ分離給送する半月コロ（給紙ローラ）１１３と、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド１１４を備えている。
【００２４】
給紙部から給紙された用紙１１２を搬送する給紙部は、用紙１１２を静電吸着して搬送するための搬送ベルト２１等を備え、ヘッド１０７に用紙１１２を搬送する。
【００２５】
搬送ベルト２１は無端状ベルトであり、搬送ローラ１２７とテンションローラ１２８との間に掛け渡されて、副走査モータ３１の駆動を受けて図２に示すベルト搬送方向（副走査方向）で周回する様に構成されている。
【００２６】
インクジェット記録装置１００の背部には、両面給紙ユニット１６１が着脱自在に装着されている。両面給紙ユニット１６１は、搬送ベルト２１の逆方向回転で戻される用紙１１２を取り込んで反転させ、再度カウンタローラ２２と搬送ベルト２１との間に給紙する。
【００２７】
以上の様に構成された本実施形態に係るインクジェット記録装置１００では、給紙部から用紙１１２が１枚ずつ分離給紙され、搬送ベルト２１に静電吸着した状態で副走査方向に搬送される。
【００２８】
用紙１１２がヘッド１０７の下方に到達した時に、キャリッジ３を移動させながら画像信号に応じてヘッド１０７を駆動させることにより、停止している用紙１１２にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙１１２を所定量搬送した後に次の行の記録を行う。
【００２９】
記録終了信号又は用紙１１２の後端が記録領域に到達した信号を受信することで、記録動作を終了して用紙１１２を排紙トレイ５４に排出する。
【００３０】
また、両面印刷の場合には、表面（最初に印刷する面）の記録終了時に、搬送ベルト２１を逆回転させて用紙１１２を両面給紙ユニット１６１内に送り込み、用紙１１２を反転させて再度搬送ベルト２１により搬送して裏面への記録を行なった後に、排紙トレイ５４に排出する。
＜ヘッドの構成及び動作＞
図３に、本実施形態に係るヘッド１０７の上面図及び側面図を示す。図３（ａ）はノズル面から見たヘッド１０７の上面図であり、図３（ｂ）はヘッド１０７の側面図である。以下の図中に示すＸ方向はヘッド１０７の幅方向、Ｙ方向は長手方向、Ｚ方向は高さ方向を示している。
【００３１】
ヘッド１０７は、フレーム部材１３０に複数のノズル１０４が形成されたノズル板１０３が接合されている。また、ヘッド１０７は内部にインクを供給する液室や、液室に圧力を付与する圧電素子及び振動板等を備えており、ノズル１０４からインク滴を吐出することができる。なお、ノズル１０４の数は印刷速度、画素数に応じて適宜設計することができる。
【００３２】
図４に本実施形態に係るヘッド１０７の幅方向の部分拡大断面図、図５に本実施形態に係るヘッド１０７の長手方向の部分拡大断面図を示す。
【００３３】
ヘッド１０７は、例えば単結晶シリコン基板を異方性エッチングして形成した流路板１０１と、この流路板１０１の下面に接合されたニッケル電鋳で形成した振動板１０２と、流路板１０１の上面に接合したノズル板１０３とを積層して構成する。
【００３４】
流路板１０１には、液滴（インク滴）を吐出するノズル１０４が連通する流路であるノズル連通路１０５及び液室１０６、液室１０６にインクを供給するための共通液室１０８に連通するインク供給口１０９等が形成されている。
【００３５】
また、振動板１０２を変形させて液室１０６内のインクを加圧するための圧力発生手段であるアクチュエータとしての積層型圧電素子１２１と、この圧電素子１２１を接合固定するベース基板１２２とを備えている。圧電素子１２１の間には支柱部１２３が設けられている。この支柱部１２３は圧電素子部材を分割加工することで圧電素子１２１と同時に形成した部分であるが、駆動電圧が印加されないため単なる支柱となる。圧電素子１２１は、圧電素子１２１に電圧を印加する駆動回路（駆動手段）を搭載したＦＰＣ１２に接続している。
【００３６】
振動板１０２は、周縁部がフレーム部材１３０に接合されている。フレーム部材１３０には、圧電素子１２１及びベース基板１２２等で構成されるアクチュエータユニットを収納する貫通部１３１及び共通液室１０８となる凹部、共通液室１０８に外部からインクを供給するためのインク供給口１３２が形成されている。フレーム部材１３０は、例えばエポキシ系樹脂等の熱可塑性樹脂あるいはポリフェニレンサルファイトで射出成型により形成されている。
【００３７】
ここで、流路板１０１は、例えば結晶面方位（１１０）の単結晶シリコン基板を水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ）等のアルカリ性エッチング液を用いて異方性エッチングすることで、ノズル連通路１０５、液室１０６となる凹部や穴部を形成したものである。また、単結晶シリコン基板に限られるものではなく、その他のステンレス基板や感光性樹脂等を用いて構成することもできる。
【００３８】
振動板１０２は、例えばニッケルの金属プレートを用いてエレクトロフォーミング法（電鋳法）で形成されるが、この他にも金属板や金属と樹脂との接合部材等を用いることもできる。振動板１０２は、圧電素子１２１及び支柱部１２３を接着剤接合し、更にフレーム部材１３０が接着剤接合されている。
【００３９】
ノズル板１０３には、各液室１０６に対応して例えば直径１０〜３０μｍのノズル１０４が形成され、流路板１０１に接着剤により接合されている。ノズル板１０３には、ノズル形成部材の表面に所要の層を介して最表面に撥水層３４が形成されている。なお、ノズル板１０３には、例えばＮｉ電鋳により形成したものや、ＳＵＳ板をプレス加工したものや、樹脂をレーザー加工したものや、感光性樹脂をパターニングしたもの等を用いることができる。
【００４０】
圧電素子１２１は、ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）からなる圧電材料１５１と、ＡｇＰｄ等からなる内部電極１５２とを交互に積層した積層型圧電素子である。
【００４１】
圧電素子１２１の交互に異なる端面に引き出された各内部電極１５２には、個別電極１５３及び共通電極１５４が接続されている。図示しないが、共通電極１５４は個別電極１５３側に引き出されており、個別電極１５３と共通電極１５４が同じ面でＦＰＣ１２と接続されている。
【００４２】
本実施形態では、圧電素子１２１の圧電方向としてｄ３３方向の変位を用いて液室１０６内にインクを加圧する構成としているが、圧電素子１２１の圧電方向としてｄ３１方向の変位を用いて液室１０６内のインクを加圧する構成とすることもできる。
【００４３】
なお、圧電素子として用いる材料は本実施例に限られるものではなく、一般的に圧電素子材料として用いられるＢａＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３、（ＮａＫ）ＮｂＯ３等の強誘電体等の電気機械変換素子を用いることもできる。
【００４４】
また、本実施形態では圧電素子に積層型のものを用いているが、単板の圧電素子を用いることもできる。単板の圧電素子としては、切削加工したものや、スクリーン印刷して焼結した厚膜のものや、スパッタや蒸着、あるいはゾルゲル法により形成する薄膜のものでも良く、本実施形態に示した構成に限るものではない。さらに、１つの基板１２２に設けられる圧電素子１２１は、複数列設けた構成にすることもできる。
【００４５】
上記した構成を有するヘッド１０７では、例えば圧電素子１２１に印加する電圧を基準電位から下げることによって圧電素子１２１を収縮させ、振動板１０２を下降させる。振動板１０２が下降することで、液室１０６の容積が膨張して液室１０６内にインクが流入する。その後、圧電素子１２１への印加電圧を上げて圧電素子１２１を積層方向に膨張させ、振動板１０２をノズル１０４方向に変形させることにより液室１０６の容積及び体積を収縮させる。この様な動作をすることで液室１０６内の液が加圧され、ノズル１０４から液滴が吐出（噴射）される。
【００４６】
ノズル１０４から液滴が吐出された後、圧電素子１２１に印加する電圧を基準電位に戻すことにより、振動板１０２が初期位置に復帰し、液室１０６が膨張して負圧が発生する。この時、共通液室１０８から液室１０６内に液が充填される。
【００４７】
なお、ヘッド１０７の駆動方法としては上記の例（引き−押し打ち）に限るものではなく、駆動電圧の印加方法によって引き打ちや押し打ち等を適宜選択することができる。
＜ノズル面のクリーニング＞
図６に、本実施形態に係るノズル面のクリーニング手段の概略構成図を示す。
【００４８】
インクジェット記録装置１００のヘッド１０７を搭載するキャリッジ３の走査方向一方側の非印字領域には、ヘッド１０７のノズル１０４の状態を維持し、回復するためのクリーニング機構７１が配設されている。
【００４９】
クリーニング機構７１は、ノズル面をワイピングするためのゴム製のブレード部材であるワイパー７２を備え、ワイパー７２をヘッド１０７のノズル面に押圧した状態で図中Ｘ方向に移動可能に設けられている。クリーニング機構７１は、ヘッド１０７の幅方向において両方向に移動することができ、ノズル面に付着したインク滴７０を除去する。
【００５０】
なお、ワイパー７２は複数設けても良く、不織布等の塵の発生しないシート状のワイパーを使用することもできる。
【００５１】
本実施形態では、クリーニング機構７１がヘッド１０７の幅方向に移動可能に配設されているが、ヘッド１０７の長手方向に移動可能に配設することもできる。また、クリーニング機構７１を固定し、ヘッド１０７のノズル面がワイパー７２に接触して移動することでノズル面のクリーニングを行う様に構成することもできる。
【００５２】
ここで、ワイパー７２を用いたノズル面のクリーニングを繰り返し行うと、ノズル１０４の端部から撥水層３４が剥離する場合がある。
【００５３】
図７に、ノズル１０４端部の撥水層３４が剥離する様子を示す。図７（ａ）〜（ｃ）は、クリーニング機構７１のワイパー７２がノズル面を図中Ｘ方向で一方向にワイピングを繰り返すことにより、ノズル１０４端部の撥水層３４の剥離が進行する様子を示している。
【００５４】
ノズル１０４からインク滴をノズル面に対して直交する方向に真っ直ぐ吐出するためには、ノズル１０４で形成されるインクのメニスカスが対称に形成される必要がある。そのために、ノズル１０４は高い対称性を有する様に形成されており、撥水層３４はその対象性を崩さない様にノズル１０４の縁部に均一に形成されている。
【００５５】
しかし、ワイパー７２がノズル面をＸ方向に繰り返しワイピングすることで、ノズル１０４の端部から撥水層３４が剥離し、剥離部７３が形成される（図７（ｂ））。その後もワイピングによるクリーニングが繰り返されると、剥離部７３が拡大していく（図７（ｃ））。
【００５６】
この様に、ノズル１０４の端部に撥水層３４の剥離部７３が形成されると、ノズル１０４から押し出されるインクのメニスカスの対称性を保つことが出来なくなる。また、剥離部７３ではインクを弾くことができないため、インクが付着して固着し易い状態になっており、インクの吐出不良を引き起こす要因となる。
【００５７】
図８に、ノズル１０４端部の剥離部７３がインク滴の吐出方向に与える影響を示す。図８（ａ）〜（ｃ）は図７（ａ）〜（ｃ）に対応しており、それぞれの場合におけるメニスカス７４の状態とインク滴の吐出方向を示している。
【００５８】
図８（ａ）に示した様に、撥水層３４が剥離しておらず、ノズル１０４の形状が保たれている場合には、ノズル面から盛り上がったインクのメニスカス７４は対称性が維持され、ノズル面に対して直交する矢印Ｚａ方向に真っ直ぐインク滴を吐出することができる。
【００５９】
しかし、図８（ｂ）、（ｃ）に示した様にノズル１０４の端部に剥離部７３が形成されると、ノズル面から盛り上がるインクのメニスカス７４の対称性が崩れ、インク滴の吐出方向がノズル面に対する直交方向から矢印Ｚｂ，Ｚｃ方向にずれ、大きな噴射曲がりが生じることになる。
【００６０】
また、剥離部７３にインクが固着した場合にも、同様にインクのメニスカス７４の対称性が崩れることによりインク滴の噴射曲がりが生じることとなる。
【００６１】
この様に、ノズル１０４端部の撥水層３４の剥離やインクの固着は、インク滴の吐出方向に大きな影響を与える。この様な噴射曲がりが生じると、用紙上に形成するドットの位置がずれてしまうため画像品質が低下してしまう。
＜インク滴吐出方向の検出＞
図９に、本実施形態に係る液滴の吐出方向検出手段２００の構成例を示す。図９（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。
【００６２】
液滴（インク滴）の吐出方向検出手段２００は、例えばＬＤ、ＬＥＤ等の発光素子２０１と、例えばＰＤ等の受光素子２０４を備え、受光素子２０４の受光量の変化からインク滴２０６の吐出方向を検出する。
【００６３】
発光素子２０１から出力された光学ビーム２０７は、例えばコリメートレンズ等のビーム平行光化手段２０２によって平行光化されて平行光２０８となる。生成された平行光２０８は、ビーム収束手段である例えばアパーチャー、シリンドリカル凸レンズ等の光学素子２０３を介すことによって、一平面状に扁平した検知ビーム光２０９となる。
【００６４】
検知ビーム光２０９と、ヘッド１０７上に並ぶノズル１０４から吐出されたインク滴２０６の吐出経路とが交差することによって、散乱光（反射光）である検出光２０５が発生する。
【００６５】
受光素子２０４は、検知ビーム光２０９の光軸から外れ、且つ、検知ビーム光２０９とインク滴２０６とが交差した時に生じる散乱光である検出光２０５を受光しうる位置に配置されることが好ましい。また、光強度の強い位置に受光素子２０４を配置することにより、散乱光２０５の光強度に応じて、インク滴２０６の吐出状態を検知することが可能になる。
【００６６】
検知ビーム光２０９は、長手方向がインク滴２０６の吐出方向と平行になるように垂直方向に扁平しているので、インク滴２０６に噴射曲がりが無い状態であれば、インク滴２０６と検知ビーム光２０９とが交差する時間が長くなり、検出光２０５の発生時間も長くなる。したがって、検出光２０５の発生時間の長短を計測することによって、噴射曲がりの発生を検出することが可能となる。
【００６７】
また、インク滴２０６の噴射曲がりは、ノズル面をクリーニングするワイピング方向に関連するため、吐出方向検出手段２００は、少なくともワイピング方向におけるインク滴の吐出方向の変化を検出する様に構成する。
【００６８】
本実施形態に係るヘッド１０７のノズル面は図中Ｘ方向にワイピングされており、インク滴の噴射曲がりはＸ方向に発生するため、検知ビーム光をＸ方向に短く、Ｙ方向に長く扁平させることで、Ｘ方向の噴射曲がりを検出することができる。
【００６９】
なお、吐出方向検出手段２００としては、ヘッド１０７から吐出されるインク滴２０６の吐出方向を検出可能であれば上記構成に限るものではなく、例えば用紙上に吐出されたインク滴の着弾位置を測定することで検出する構成とすることもできる。
＜ノズル状態の検知について＞
図１０に、ノズル状態を検知する際に圧電素子１２１に印加する駆動電圧の波形の例を示す。
【００７０】
図示した例では、まず第１の駆動電圧として５つのパルスからなる駆動波形により、ノズル１０４から通常の印刷時と同等サイズの第１のインク滴を吐出させる。次に、第１の駆動電圧から時間Ｔｄが経過した時点で、第２の駆動電圧を印加することで第２のインク滴を吐出させる。
【００７１】
ここで、図１１に第１の液滴吐出後のメニスカス位置の変化を示す。
【００７２】
メニスカス位置は、インクのメニスカスがノズル面と一致する位置を基準に、ノズル面から液室１０６とは反対側に突出した状態をプラス、ノズル面から液室１０６側に引き込まれた状態をマイナスとして表している。
【００７３】
インク滴の吐出後は、一旦メニスカス位置がノズル面から液室１０６側に引き込まれた後、インクが供給（リフィル）されることによって液室１０６とは反対側に突出して盛り上がった状態になる。この後、メニスカス位置がノズル面と一致する位置で外圧と均衡が取れることにより安定する。
【００７４】
この様に、メニスカス位置が最も突出した状態からノズル面に戻って安定するまでのメニスカス振動周期Ｔｒは約１１０μｓｅｃである。なお、メニスカスがノズル面から盛り上がった状態で表れる周期Ｔｃの振動は、液室１０６の固有振動周期である。
【００７５】
画像形成を行う場合には、インク滴の大きさを制御するために、インク滴吐出後に少なくともメニスカス振動周期Ｔｒが経過して安定した状態で圧電素子１２１に駆動電圧を印加して次のインク滴の吐出を行う。
【００７６】
図１２に、第１の駆動電圧と第２の駆動電圧との時間間隔Ｔｄと、第２のインク滴の噴射速度Ｖｊとの関係を示す。
【００７７】
第１のインク滴吐出後、メニスカス位置がノズル面から液室１０６とは反対側に突出すると共に、第２のインク滴の噴射速度Ｖｊが低下していく。また、メニスカスの盛り上がりが減少してメニスカス位置が低下すると共に、第２のインク滴の噴射速度Ｖｊが上昇している。
【００７８】
ここで、噴射速度Ｖｊが大きい場合、インク滴はノズル面に対して直交する方向に正常に吐出され易いが、噴射速度Ｖｊが小さい場合には、ノズル１０４の端部に形成される剥離部７３等の影響を受け易くなるため、噴射曲がりが生じ易くなる。
【００７９】
そこで、インク滴の噴射速度Ｖｊが小さくなる条件、すなわち第１のインク滴の吐出後に、ノズルで形成されるメニスカスがノズルから液室１０６とは反対側に突出している状態で第２の駆動電圧を印加して第２のインク滴を吐出させる。この様な条件下で吐出されたインク滴の吐出方向を検出することで、ノズル１０４の端部に剥離部７３が生じていないか等のノズル状態を敏感に検知することが可能になる。
【００８０】
本実施形態に係るインクジェット記録装置１００では、１００Ｋ枚印刷後に第１と第２の駆動電圧の時間間隔Ｔｄが３０μｓｅｃの時に第２のインク滴の噴射曲がりが検出された。また、２００Ｋ枚印刷後では時間間隔Ｔｄが２５〜４０μｓｅｃ、３００Ｋ枚印刷後では時間間隔Ｔｄが２５〜５０μｓｅｃで第２のインク滴の噴射曲がりが検出された。
【００８１】
印刷枚数が増加し、ノズル１０４へのダメージが与えられ続けると、撥水層３４の剥離部７３が拡大し、メニスカスの対称性が大きく崩れるため、噴射曲がりが発生する時間間隔Ｔｄ及び噴射速度Ｖｊの範囲が大きくなる。
【００８２】
図１１及び図１２に示した様に、第１と第２の駆動電圧の時間間隔Ｔｄを、第１のインク滴吐出後にメニスカス位置がノズル１０４から盛り上がっている範囲にすることで、ノズル状態を的確に検知することができる。
【００８３】
さらに、時間間隔Ｔｄをメニスカス位置が最大となる付近に設定することで、ノズル１０４端部に生じた剥離部７３やインク固着といったノズル状態を高感度に検知することができる。本実施形態においては、時間間隔Ｔｄをメニスカス振動周期Ｔｒの略４分の１に相当する２５μｓｅｃ設定することが好ましい。
【００８４】
また、図１３に示した様に、第１の駆動電圧の振幅を第２の駆動電圧の振幅よりも大きくして第１のインク滴を可能な範囲で大きくすることで、第１のインク滴吐出後のメニスカスの盛り上がりを大きくし、噴射曲がりを検出する時間間隔Ｔｄのマージンを大きく取ることができる。
【００８５】
また、図１４に第２の駆動電圧の波形を拡大した図を示す。
【００８６】
第２の駆動電圧は、圧電素子に印加する電圧を基準電位から一旦下げることで振動板１０２を下降させ、メニスカスをノズル面から液室１０６側に大きく引き込んだ後に、電圧を段階的に上げることでインク滴を押し出す波形としている。
【００８７】
この様な波形にすることで、噴射曲がりを生じ易くすることができ、ノズル１０４端部の撥水層３４の剥離及びインク固着を原因とする噴射曲がりを高感度に検知することが可能になる。
【００８８】
また、段階的にインク滴を押し出す際に、２段目の押し出しのタイミングを液室の固有振動周期であるＴｃとし、１段目の押し出しのタイミングをＴｃ／２とする。この様な波形にすることで、メニスカス振動に対して逆位相の動作となり、その後の液室の固有振動に起因するメニスカス残留振動を抑制して高速に小さいサイズのインク滴を吐出させることが可能になる。
＜ノズル状態検知後の制御について＞
以上説明した方法によりインク滴の噴射曲がりが検出された場合には、クリーニング機構７１によりノズル面のクリーニングを行い、再度第１及び第２のインク滴を吐出させてノズルの状態検知を行う。
【００８９】
一度噴射曲がりが検出された場合であっても、ノズル面をクリーニングすることで固着したインクや異物が除去され、噴射曲がりが直る場合がある。クリーニング後にインク滴の噴射曲がりが検出されなかった場合には、その後も通常通り印刷を行うことができる。
【００９０】
なお、ノズル面のクリーニングは一度だけでも良いが、複数回行うことで固着したインクや異物をより確実に除去することができる。
【００９１】
また、ノズル１０４の端部の撥水層３４の剥離やインク固着の影響により噴射曲がりが生じている場合には、画像データを変更して印刷することで、出力画像の画質低下を防ぐことができる。
【００９２】
図１５に、ノズル状態の検知結果に基づいて画像データを変更する例を示す。図中一点鎖線の交点は画像データに応じてインク滴を吐出してドットを形成する位置である。
【００９３】
キャリッジ３は主走査方向（図中Ｘ方向）に移動しながら、ヘッド１０７からインク滴を吐出することで画像形成を行う。また、クリーニング機構７１によるワイピングも図中Ｘ方向に行われ、ノズル１０４の端部に剥離部７３が形成されることによるインク滴の噴射曲がりも図中Ｘ方向に発生する。また、インク滴の噴射曲がりは、通常サイズのインク滴を吐出した後に連続して小サイズのインク滴を吐出する場合に生じ易い。
【００９４】
そこで、画像データ中に小滴を吐出する必要がある場合には、キャリッジ３の主走査方向に隣接するドットにはインク滴を吐出しない様に画像データを変更する。図１５に示した様に、中央に小滴でドットを形成する場合には、Ｘ方向に隣接する点にはドットを形成しない様に画像データを変更する。
【００９５】
この様に画像データを変更することで、インク滴吐出後のメニスカスが盛り上がった状態で小サイズのインク滴を吐出することがなくなり、噴射曲がりの発生を防ぐことで画像品質を維持することができる。
【００９６】
また、インク滴の噴射曲がりが生じた場合において、画像データはそのままで、圧電素子１２１に電圧を印加する駆動周波数を低く制御することでも、画像品質の低下を防止することができる。
【００９７】
圧電素子１２１に電圧を印加する時間間隔を大きく取ることにより、印刷速度は低下するものの、インク滴吐出後のメニスカス位置がノズル面から突出した状態でインク滴を吐出することがなくなるため、噴射曲がりの発生を抑制することができる。
【００９８】
したがって、ノズル１０４の周辺の撥水層３４が剥離する等、ノズル１０４が劣化した状態であっても、画像品質を維持して印刷を継続することが可能になる。
【００９９】
次に、図１６にインク滴の噴射曲がりが生じた場合のドット形成例を示す。図中の一点鎖線の交点はインク滴を吐出してドットを形成する目標位置であり、小滴が２ドット連続するパターンのドット形成例を示している。
【０１００】
キャリッジ３はＸ方向に移動し、往路と復路の両方で印刷を行うことによって高速印刷を実現している。また、クリーニング機構７１によるワイピングも図中Ｘ方向に行っており、噴射曲がりはＸ方向に発生することになる。噴射曲がりが生じるとインク滴の着弾位置が目標からずれ、さらにキャリッジ３の往路と復路で形成されるドット位置が大きく異なってしまう。
【０１０１】
図１６（ａ）は、ノズル１０４の状態が正常であり、目標位置にドットが形成されている様子を示している。図１６（ｂ）、（ｃ）はインク滴の噴射曲がりが生じており、図中矢印方向に移動するキャリッジ３に応じてインク滴が吐出され、ドットＢ１，Ｃ１が先に形成され、その後にドットＢ２，Ｃ２が形成された状態を表している。
【０１０２】
図１６（ｂ）、（ｃ）に示した様に、第１のインク滴は目標位置に着弾してドットＢ１、Ｃ１が正常位置に形成されている。しかし、その後に連続する第２のインク滴が、第１のインク滴の吐出後のメニスカスの盛り上がりにより噴射曲がりが生じたことで着弾位置がずれ、目標位置とは異なる位置にドットＢ２，Ｃ２が形成されてしまっている。
【０１０３】
図１６（ｃ）の様にドット間隔が広がってしまうと、例えば文字の輪郭部にヒゲが生じた状態になり、画像品質を大きく低下させてしまう。しかし、図１６（ｂ）に示した様にドット間隔が狭くなる場合には、文字の輪郭部の鋭さが低下する程度で画像品質の大きな低下には至らない。
【０１０４】
そこで、ビジネス用途等で特に文字の画像品質を重視するプリンタ等において噴射曲がりが発生した場合には、キャリッジ３の走査方向が連続するドット間隔が狭くなる方向のみで印刷を行うことで、画像品質の低下を抑制することができる。すなわち、ワイピングによりノズル１０４に剥離部７３が形成されている方向とは反対方向にキャリッジ３を走査させる時のみ印刷を行う様に制御する。
【０１０５】
また、ノズル状態の検知結果に基づいてクリーニング機構７１のワイピング方向を制御することにより、ヘッド１０７を長寿命化することができる。
【０１０６】
図１７に、ノズル１０４の端部にワイピングによる撥水層３４の剥離部７３が形成されている例を示す。
【０１０７】
例えば、図１７（ａ）に示した様に、図中Ｘ方向のワイピングによりノズル１０４の端部に撥水層３４の剥離部７３が形成され、インク滴の噴射曲がりが生じているが出力画像には影響が無い段階で、ワイピング方向を１８０°逆方向に変更する様に制御する。
【０１０８】
ワイピング方向を変えることで、図１７（ｂ）に示した様にノズル１０４の逆側の端部で撥水層３４の剥離が進行することになり、剥離部７３の拡大を防止できる。したがって、出力画像に影響を与える程度のインク滴の噴射曲がりの発生を防ぎ、ヘッド１０７を長寿命化することが可能になる。
【０１０９】
なお、インク滴の吐出方向から、ノズル面の撥水層３４の剥離や、クリーニングで除去不可能なインク固着や異物付着によりノズルが寿命に達していると判断した時点で、ヘッド１０７の交換を表示する様にできる。ノズル１０４の状態を適宜検知することによって、ヘッド１０７が実際に使用不能状態に至るまで最大限有効に活用することが可能になる。
＜まとめ＞
以上説明した様に、本発明の実施形態によれば、第１の液滴吐出後のメニスカスが盛り上がった状態で第２の液滴を吐出させ、第２の液滴の吐出方向を検出することでノズルの状態を感度良く検知することができ、寿命に達するまでヘッドを最大限活用することができる。また、ノズル状態の検知結果に基づいてキャリッジの走査方向を制御して画像形成を行うことで、画像品質の低下を抑制することが可能となる。さらに、ノズル状態の検知結果に基づいてノズル面のワイピング方向を制御し、ノズル端部に形成された剥離部の拡大を防止してヘッドの長寿命化を達成できる。
【０１１０】
また、ノズル状態を的確に検知することで、長期に渡って画像品質が良好で、長寿命化されたインクジェット記録装置を提供することができる。
【０１１１】
なお、上記実施形態に挙げた構成等に、その他の要素との組み合わせなど、ここで示した構成に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
【符号の説明】
【０１１２】
３  キャリッジ
７１  クリーニング機構（クリーニング手段）
７２  ワイパー（クリーニング手段）
７４  メニスカス
１００  インクジェット記録装置
１０４  ノズル
１０６  液室
１０７  ヘッド
１２１  圧電素子（アクチュエータ）
２００  吐出方向検出手段
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１１３】
【特許文献１】２００６−２１８７２７号公報
【図１】
2013052616.tif 000003
【図２】
2013052616.tif 000004
【図３】
2013052616.tif 000005
【図４】
2013052616.tif 000006
【図５】
2013052616.tif 000007
【図６】
2013052616.tif 000008
【図７】
2013052616.tif 000009
【図８】
2013052616.tif 000010
【図９】
2013052616.tif 000011
【図１０】
2013052616.tif 000012
【図１１】
2013052616.tif 000013
【図１２】
2013052616.tif 000014
【図１３】
2013052616.tif 000015
【図１４】
2013052616.tif 000016
【図１５】
2013052616.tif 000017
【図１６】
2013052616.tif 000018
【図１７】
2013052616.tif 000019