(57)【要約】【課題】  超音波インクジェット式記録装置において、ノズル部での詰まりの有無及び位置を判定するとともに、超音波ヘッドの異常ヘッドの位置を自動判定する。【解決手段】  超音波放射圧で液滴を飛翔させる液滴飛翔装置は、記録時記録情報に応じて駆動される超音波記録ヘッドと、該記録ヘッドから発信される超音波が透過する位置に設けられたインク層１３を介して放射され該超音波の放射圧によりインク滴を記録媒体方向に飛翔させるノズル穴が形成されたノズル部（インク滴出射穴１５）と、非記録時にキャッピング部材がノズル穴を覆う位置に移動するように構成されたキャッピング機構１７と、キャッピング動作中に超音波記録ヘッドから検査用超音波を発信すると共にキャッピング部材から反射される反射波を読み取る自動検査手段（超音波発振部１２）を備える。目詰まり発生時の反射波到達時間によりヘッド異常やノズル詰まりを検査する。【選択図】      図１
2010173086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波放射圧で液滴を飛翔させる液滴飛翔装置において、
記録時記録情報に応じて駆動される超音波記録ヘッドと、
該記録ヘッドから発信される超音波が透過する位置に設けられたインク層を介して放射され該超音波の放射圧によりインク滴を記録媒体方向に飛翔させるノズル穴が形成されたノズル部と、
非記録時にキャッピング部材が前記ノズル穴を覆う位置に移動するように構成されたキャッピング機構と、
キャッピング動作中に、前記超音波記録ヘッドから検査用超音波を発信すると共に前記キャッピング部材から反射される反射波を読み取る自動検査手段とを備えてなることを特徴とする液滴飛翔装置。
【請求項２】
請求項１記載の液滴飛翔装置において、
前記超音波記録ヘッドは、超音波の発信及び受信機能を有し、
前記自動検査手段は、前記反射波を前記超音波記録ヘッドを介して読み取るように構成されていることを特徴とする液滴飛翔装置。
【請求項３】
請求項２記載の液滴飛翔装置において、
前記自動検査手段は、前記超音波記録ヘッドの検査用超音波の出射から反射波検知までの時間を計測する計測手段と、正常時における前記検査用超音波の出射から反射波検知までの時間の許容値を予め記憶し、前記計測手段による測定値と比較することにより異常を識別する手段を有することを特徴とする液滴飛翔装置。
【請求項４】
請求項３記載の液滴飛翔装置において、
前記自動検査手段は、前記許容値を満たさないことを識別した場合、ノズルの目詰まりと判断するように構成されていることを特徴とする液滴飛翔装置。
【請求項５】
請求項３記載の液滴飛翔装置において、
前記自動検査手段は、前記許容値を満たさないことを識別した場合、記録ヘッドの異常と判断するように構成されていることを特徴とする液滴飛翔装置。
【請求項６】
請求項３記載の液滴飛翔装置において、
前記自動検査手段は、反射波の応答が無いことを識別した場合、記録ヘッドの異常と判断するように構成されていることを特徴とする液滴飛翔装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波生成圧電体から生成される超音波によりインクを飛翔させて記録を行う音響インクジェット式の液滴飛翔装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリンタにおいては、ノズル部での目詰まり等によるインク滴飛翔不具合が大きな問題として存在する。特に、ライン型インクジェットヘッドにおいてはこの目詰まりの問題は深刻なものであり、目詰まりの個所の特定や目詰まり事態の発生の有無等の検査も非常に重要なものとなっている。
【０００３】
従来からこの種のインクジェットプリンタにおいて、ヘッドを保護するためのキャッピング機構にインク受容部を作り、キャッピングされた状態でインクを出射し、出射されたインク滴を受容しインクの有無を検知するセンサをそれぞれのインク受容部に設置し、インクの有無で該当インクヘッドが正常か異常かを判断するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１８２１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述した従来のインクジェットプリンタにあっては、上記のようにインクヘッドの正常、異常の判断を行う場合に、キャッピング部材のインクジェットノズルに相当する個所にそれぞれ微小なインク受容部とセンサを生成する必要があり、ラインヘッドのように多数の出射部をもつヘッドの場合、加工及びコストは多大なものになるという問題があった。さらに、数十μｍサイズのヘッドにくっついたり、離れたりする必要のある可動キャッピング機構の精度も高度なレベルが要求されるという問題もあった。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、超音波インクジェット式記録装置において、ノズル部での詰まりの有無及び位置を判定するとともに、超音波ヘッドの異常ヘッドの位置を自動判定することができる液滴飛翔装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的に応えるために本発明（請求項１記載の発明）に係る液滴飛翔装置は、超音波放射圧で液滴を飛翔させる液滴飛翔装置において、記録時記録情報に応じて駆動される超音波記録ヘッドと、該記録ヘッドから発信される超音波が透過する位置に設けられたインク層を介して放射され該超音波の放射圧によりインク滴を記録媒体方向に飛翔させるノズル穴が形成されたノズル部と、非記録時にキャッピング部材が前記ノズル穴を覆う位置に移動するように構成されたキャッピング機構と、キャッピング動作中に、前記超音波記録ヘッドから検査用超音波を発信すると共に前記キャッピング部材から反射される反射波を読み取る自動検査手段とを備えてなることを特徴とする。
【０００８】
本発明（請求項２記載の発明）に係る液滴飛翔装置は、請求項１記載の液滴飛翔装置において、前記超音波記録ヘッドは、超音波の発信及び受信機能を有し、前記自動検査手段は、前記反射波を前記超音波記録ヘッドを介して読み取るように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明（請求項３記載の発明）に係る液滴飛翔装置は、請求項２記載の液滴飛翔装置において、前記自動検査手段は、前記超音波記録ヘッドの検査用超音波の出射から反射波検知までの時間を計測する計測手段と、正常時における前記検査用超音波の出射から反射波検知までの時間の許容値を予め記憶し、前記計測手段による測定値と比較することにより異常を識別する手段を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明（請求項４記載の発明）に係る液滴飛翔装置は、請求項３記載の液滴飛翔装置において、前記自動検査手段は、前記許容値を満たさないことを識別した場合、ノズルの目詰まりと判断するように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明（請求項５記載の発明）に係る液滴飛翔装置は、請求項３記載の液滴飛翔装置において、前記自動検査手段は、前記許容値を満たさないことを識別した場合、記録ヘッドの異常と判断するように構成されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明（請求項６記載の発明）に係る液滴飛翔装置は、請求項３記載の液滴飛翔装置において、前記自動検査手段は、反射波の応答が無いことを識別した場合、記録ヘッドの異常と判断するように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように本発明に係る液滴飛翔装置によれば、 超音波インクジェット式記録装置において超音波生成圧電体を超音波受信体としても使用し、検査用パルス超音波を出射し、その超音波を受信するように構成したので、簡単な構成であるにもかかわらず、超音波の反射時間からノズル部での詰まりの有無及び位置を判定するとともに超音波ヘッドの異常ヘッドの位置を自動判定することができる。
【００１４】
すなわち、本発明によれば、超音波放射圧で液滴を飛翔させるインクジェット液滴飛翔装置において、ヘッドが超音波トランスデューサのように送受信回路をもち、インク検査用のキャッピング機構には凹部構造をもち、キャッピング時には凹部がノズル穴を覆うように位置しており、またインク層のインクが凹部に浸入し凹部内部を埋め尽くすようになっており、キャッピング時に、液滴不吐出の検査用パルスを発射及びその反射波を読み取る機能と、出射から反射波到着までの時間を計測する機能とを有するように構成している。
【００１５】
このような構成によれば、目詰まり発生時の反射波到達時間の最小値と最大値を記録しており、目詰まりなしの正常時の反射波到達時間の最小値と最大値を記録しており、ヘッド異常時の反射波到達時間の最小値を記録したことにより、印字ヘッドにおいて、追加のセンサを設置することなく、一つ一つ個々のヘッドについて正常か異常かの切り分け及びノズル目詰まりの切り分けを可能にしている。これにより、ノズル清掃動作の適時自動化やノズル分離構造をもつヘッドでのノズル交換の指示を行うことができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る液滴飛翔装置の第１実施形態を示し、（ａ），（ｂ）は印刷時の概略断面図およびそのキャッピング時の動作説明図である。
【図２】本発明に係る液滴飛翔装置において、（ａ），（ｂ）はライン型インクジェットのヘッドの概略構成を示す概略図である。
【図３】本発明に係る液滴飛翔装置において、ヘッド構造の概略図である。
【図４】本発明に係る液滴飛翔装置において、（ａ），（ｂ）はキャッピング材の概略図である。
【図５】本発明に係る液滴飛翔装置における目詰まり等の検査時の動作を説明するための概略断面図である。
【図６】図５の検査時における波形を示す説明図である。
【図７】（ａ），（ｂ）は液滴飛翔装置のヘッドの目詰まり状態を示す図およびキャッピング時の目詰まり検査の状態を説明するための図である。
【図８】式１〜５の意味合いを説明するための説明図である。
【図９】本発明に係る液滴飛翔装置における目詰まり等の検査時のフローチャートである。
【図１０】（ａ）は目詰まり等の検査時の実際例を説明するための図、（ｂ）はその波形図である。
【図１１】本発明に係る液滴飛翔装置の第２実施形態を示し、（ａ），（ｂ）は印刷時の概略断面図、そのキャッピング時の動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１ないし図４は本発明に係る液滴飛翔装置の第１実施形態を示す。
この実施形態では、超音波放射圧によりインク滴を生成し飛翔させる装置である場合を説明する。さらに、ここでは液剤としてインクを例にとり説明するが、もちろん飛翔させる液剤はインクによらず多種多様な液剤についても同様である。
【００１８】
また、インク飛翔部としては、図２（ａ），（ｂ）のように、複数の出射口１の場合やライン状に長さをもつように並べた出射口１の場合や色々な形状の場合がある。ここでは、例として丸い出射口１を２列の場合について説明する。
【００１９】
図３にインク飛翔部の簡単な構造を記述している。
これを簡単に説明すると、図中６はＰＺＴやＺｎＯ等の圧電材からなる超音波発生材である。この超音波発生材６は図示されていない電極で上下にはさまれており、基材５にスパッタ等の成膜技術で生成される。
【００２０】
超音波発生材６は図示されていない駆動部により高周波駆動され超音波を出射する。出射された超音波は液剤層４を伝播し、液面規制板３の穴２で規制されている液面で発生する放射圧により液剤層４の液体を液滴として噴射、飛翔する。
【００２１】
このとき、規制板３は液面の電極から空気までの高さを一定にする役割や液がたれない役割を持っている。規制板３の穴２は規制板３に電極の位置と同じに位置に電極から出射された超音波をふさがないような位置に設けられている。ここで、規制板３の穴２は、図２（ａ）にあるように超音波出射材と１対１の出射口を形成しても良いし、複数個の出射材に対し１個の出射口（スリット形状）を形成しても良い。
【００２２】
また、上述したような超音波インクジェットプリンタにおいて、印刷動作をしない待機時には、ノズル部のインク乾燥固着等を防ぐために、図４に見られるようなキャッピング材７でヘッドのインク出射口１（上記規制板３の穴２）を塞ぐ機構をもつことが一般的である。ここで、図４（ａ），（ｂ）に上記規制板３の穴２のすべてを覆う形状をもつキャッピング材１を例示している。すなわち、キャッピング材１としては、（ａ）のように四角い形状であってもよいが、（ｂ）のように円筒形であってもよい。
【００２３】
図１は上述した図２〜図４のような超音波ヘッドとキャッピング機構とを説明するためのものであって、（ａ）は印字時のようにキャッピング機構１７がヘッドと離れている状態を、（ｂ）はキャッピング時の状態を示す。
【００２４】
ここで、超音波出射部となる超音波ヘッドは超音波トランスデューサのように送受信（発信及び受信）可能にする。超音波の送受信に関して圧電材は同一のもので送受信（発信及び受信）機能をもっており、その駆動回路を受信回路を合わせもつように設計すればよく、回路もソナーや探触子等の駆動回路と同様でよく、一般的なものである。
【００２５】
前記キャッピング機構１７は、図１に示すように、ヘッド（正確にはノズル板）密着部が凹構造をしておりキャッピング時には凹部が完全にインク滴出射穴１５を覆うようになっている。
【００２６】
この図１には図示していないが、キャッピング機構１７がヘッド密着時にはインク層１３の容積を小さくし、インクがインク摘出射穴１５からキャッピング機構１７の凹部に浸入するようにしている。インク層の容積を小さくする方法としては、キャッピング機構１７が密着時にそのキャッピングの力によって規制板１４がヘッド基材方向へ移動するような構造であっても良いし、キャッピング時に同時にインク層１３にインクの容積を小さくするための部材が浸入するようにしていてもよい。
【００２７】
図５に示すようにキャッピングした状態において、ヘッド基材１１にインク層１３側に保持された超音波発振部１２から検査用のパルスを出射する。
このとき、超音波は音響インピーダンスの異なる界面にて反射波が発生する。ヘッドが正常で目詰まりも無い場合は、出射された超音波は同一のインク層の中を伝播することになり、図５中矢印で示すようにキャッピング材のＰ２の位置で反射し、超音波発振部１２に戻ってくる。
【００２８】
また、ヘッドは正常であるが、目詰まりが存在する場合にはＰ１の位置以前で反射し、目詰まりの無い場合よりも早く反射波がヘッドに帰ってくる。さらに、ヘッドが壊れている場合には超音波は発射されず、反射は帰ってこない。
【００２９】
この時の波形を図６に示す。
図中、横軸は時間軸、縦軸は振幅を示し、発射波形に示すような波形、ここでは１パルスを出射している。
【００３０】
すなわち、Ｔ２時間後に図５のＰ２の位置で反射した超音波の受信波形が現れている。最初の反射波の到達時間ｔがあらかじめ設定しておいた時間Ｔａ、及びタイムアウト時間ＴｂにおいてＴａ≦ｔ≦Ｔｂを満たすときヘッドが正常であり、目詰まりも無い。
【００３１】
一方、ｔ＜Ｔｓの時ヘッドは正常であるが、目詰まりがある。ｔ＞Ｔｍの時ヘッドが異常である。インク層、キャッピング機構の寸法を図５のようにｄ１、ｄ２とし、インク層の音速をｃとして説明する。
【００３２】
図７のように丁度ｄ１の位置で目詰まりが発生していたとき、反射時間ｔは、
【数１】
2010173086.tif 000003
で表される。このとき、目詰まりが発生する位置はヘッド直近から図７の位置である。
【００３３】
ヘッドから超音波が出射され目詰まりがない場合には、超音波はインク層１３及びインク層１３内のインクで満たされたキャッピング機構１７の凹部を進み、図５のＰ２の位置で最初に反射される、そのときの時間ｔは、
【数２】
2010173086.tif 000004
で表される。
【００３４】
したがって、最初の反射波の位置ｔが、
【数３】
2010173086.tif 000005
を満たすとき、ヘッドが正常であって、目詰まりが発生していることがわかる。
【００３５】
最初の反射波の位置ｔが
【数４】
2010173086.tif 000006
を満たす時、ヘッドが正常で目詰まりもないことがわかる。
【００３６】
また、
【数５】
2010173086.tif 000007
を満たすときヘッド異常であることがわかる。
【００３７】
上述した式１ないし式５の意味合いを、図８に示す。
また、上述したキャッピングによる検査時のフローチャートを、図９に示す。
【００３８】
図１０（ａ），（ｂ）に実際の例を示す。
ここで、超音波の周波数を２５０ＭＨｚ、液剤の音速を１５００ｍ／ｓ、インク層の厚さを４５０μｍ、キャッピング機構の凹部深さを１５０μｍとする。この時の検査用パルスは単パルスとすると１サイクル４ｎｓとなる。
【００３９】
また、インク層１３の中で目詰まりが発生していたとすると、固体化しているために音響インピーダンスは液体の時とは必ず異なり、その界面では反射が発生する。そのときの界面の位置はインク層１３のどこかに必ずある。
【００４０】
インク層１３の中のヘッドからの距離は０〜４５０μｍのどこかに界面が存在するため、反射波の戻ってくる時間ｔは０＜ｔ≦６００ｎｓとなる。また、目詰まりが発生していない場合はキャッピング機構１７の凹部での反射となるためにその伝達距離は最大（４５０μｍ＋１５０μｍ）×２となり、時間は８００ｎｓとなる。
【００４１】
インク層１３内で反射した場合にはインク層１３内に目詰まりがあると考えられるが、その外で反射した場合にはインク層１３には問題がないと考えられるため、反射時間ｔが６００ｎｓ＜ｔ≦８００ｎｓの場合には目詰まりなしと判断できる。
また、凹部での反射がない場合は超音波自体が発射されていないと考えられるために、反射時間ｔが８００ｎｓ＜ｔの場合にはヘッドの異常と判断できる。
【００４２】
１２００ｄｐｉのＡ４縦幅のラインヘッドの場合は１色あたりおおよそ１００００個の出射個別ヘッドをもつ。この場合、ノズル部が目詰まりしているのか？、していないのか？、はたまたヘッド自体が死んでいるのかを調べる場合のフローチャートが、上述した図９のようになる。
【００４３】
この図９のフローチャートは１００００個のヘッドのうちの１個の検査フローであり、これを順じ検査して１００００個全てのヘッドを検査する。ノズル詰まりの場合にはヘッドクリーニング動作を行い再度該当ヘッドの検査のみを行う。
また、目詰まりが解消されず実際の印字もＮＧと判断した場合には、ノズル分離ヘッド機構をもっている場合にはノズル部の交換をする等の処置を行う。
【００４４】
なお、本発明は上述した実施の形態で説明した構造には限定されず、音響式インクジェット記録装置等における液滴飛翔装置を構成する各部の形状、構造等を適宜変形、変更し得ることはいうまでもない。
【００４５】
たとえば上述した図１（ａ），（ｂ）ではキャッピング機構１７に設置された凹部にインクが充満され、超音波が伝播する例を示したが、本発明はこれに限定されず、図１１（ａ），（ｂ）に示すように、超音波透過材１６がキャッピング機構１７に具備されているように構成してもよい。
【００４６】
ここで、超音波透過材１６はインク層１３のインクと音響インピーダンスが同等な部材で構成されている。これにより、図１のように凹部を設けることなく、図１の場合と同等の作用効果を得ることができるものである。
【００４７】
また、超音波透過材１６の音響インピーダンスがインク層１３のインクの音響インピーダンスと差異がある場合には、図６のＴ１の位置で音響インピーダンスの違いに応じた反射波が生じるが、この場合でも、Ｔ２の位置で反射される２回目の反射波の時間を計測することにより図１の場合と同等の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００４８】
１１  ヘッド基材
１２  超音波発振部
１３  インク層
１４  規制板
１５  インク滴出射穴（ノズル部のノズル穴）
１６  超音波透過材
１７  キャッピング機構
【図１】
2010173086.tif 000008
【図２】
2010173086.tif 000009
【図３】
2010173086.tif 000010
【図４】
2010173086.tif 000011
【図５】
2010173086.tif 000012
【図６】
2010173086.tif 000013
【図７】
2010173086.tif 000014
【図８】
2010173086.tif 000015
【図９】
2010173086.tif 000016
【図１０】
2010173086.tif 000017
【図１１】
2010173086.tif 000018