(57)【要約】【課題】液体吐出装置におけるヘッドの吐出異常を検査する。【解決手段】液体吐出装置は、振動板１２１と、振動板１２１を振動させる圧電素子と、振動板の振動により内部の圧力が増減される圧力室１４１と、圧力室１４１と連通し、圧力室１４１の圧力の増減により圧力室に収容された液体を吐出可能なノズル１１０と、を有するヘッド１００と、圧電素子に駆動信号を出力する駆動部と、駆動信号によって生じた圧力室１４１内の残留振動の振動パターンに基づいてノズル１１０の吐出異常を検査する検査部と、駆動部に、第１駆動信号を出力させた後に第２駆動信号を出力させ、その後で検査部にノズル１１０の吐出異常を検査させる制御部６検査部にノズルの吐出異常を検査させる制御部６と、を備える。【選択図】図１３
2015150770.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動板と、前記振動板を振動させる圧電素子と、前記振動板の振動により内部の圧力が増減される圧力室と、前記圧力室と連通し、前記圧力室の圧力の増減により前記圧力室に収容された前記液体を吐出可能なノズルと、を有するヘッドと、
前記圧電素子に駆動信号を出力する駆動部と、
前記駆動信号によって生じた前記圧力室内の残留振動の振動パターンに基づいて前記ノズルの吐出異常を検査する検査部と、
前記駆動部に、第１駆動信号を出力させた後に第２駆動信号を出力させ、その後で前記検査部に前記ノズルの吐出異常を検査させる制御部と、を備えることを特徴とする液体吐出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液体吐出装置において、
前記第１駆動信号は、前記ノズルから前記液体を排出させる駆動信号であることを特徴とする液体吐出装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の液体吐出装置において、
前記第２駆動信号の波形は前記第１駆動信号の波形と異なり、
前記第２駆動信号は、前記圧力室の固有振動と共振する共振波形の駆動信号であることを特徴とする液体吐出装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の液体吐出装置において、
前記第１駆動信号の波形と前記第２駆動信号の波形とは同じであり、
前記第１駆動信号及び前記第２駆動信号は、前記圧力室の固有振動と共振する共振波形の駆動信号であることを特徴とする液体吐出装置。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の液体吐出装置において、
前記共振波形は、Ｎ回（Ｎは２以上の整数）の振動を有することを特徴とする液体吐出装置。
【請求項６】
請求項５に記載の液体吐出装置において、
前記共振波形において、前記Ｎ回目の振動の振幅は、１回目の振動の振幅より大きいことを特徴とする液体吐出装置。
【請求項７】
振動板と、前記振動板を振動させる圧電素子と、前記振動板の振動により内部の圧力が増減される圧力室と、前記圧力室と連通し、前記圧力室の圧力の増減により前記圧力室に収容された前記液体を吐出可能なノズルと、を有するヘッドの吐出異常検査方法であって、
前記圧電素子に、第１駆動信号を出力した後に第２駆動信号を出力し、
前記第２駆動信号によって生じた前記圧力室内の残留振動の振動パターンに基づいて前記ノズルの吐出異常を検査することを特徴とする吐出異常検査方法。
【請求項８】
振動板と、前記振動板を振動させる圧電素子と、前記振動板の振動により内部の圧力が増減される圧力室と、前記圧力室と連通し、前記圧力室の圧力の増減により前記圧力室に収容された前記液体を吐出可能なノズルと、を有するヘッドと、
前記圧電素子に駆動信号を出力する駆動部と、
前記駆動信号によって生じた前記圧力室内の残留振動の振動パターンに基づいて前記ノズルの吐出異常を検査する検査部と、
吐出異常の原因になり得る異物が付着している前記ノズルである異物付着ノズル内の前記液体および前記異物付着ノズルと連通する前記圧力室内の前記液体のうち少なくとも一方に気泡を取り込ませてから、前記検査部に前記ノズルの吐出異常を検査させる制御部と、を備えることを特徴とする液体吐出装置。
【請求項９】
振動板と、前記振動板を振動させる圧電素子と、前記振動板の振動により内部の圧力が増減される圧力室と、前記圧力室と連通し、前記圧力室の圧力の増減により前記圧力室に収容された前記液体を吐出可能なノズルと、を有するヘッドと、
前記圧電素子に駆動信号を出力する駆動部と、
前記駆動信号によって生じた前記圧力室内の残留振動の振動パターンに基づいて前記ノズルの吐出異常を検査する検査部と、
吐出異常の原因になり得る異物が付着している前記ノズルである異物付着ノズルにおける前記液体のメニスカスを壊した後に、前記検査部に前記ノズルの吐出異常を検査させる制御部と、を備えることを特徴とする液体吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出装置、および吐出異常検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、インクジェット方式を用いたヘッド（インクジェットヘッド）のノズルから液体（インク）を液滴として吐出し、媒体上に画像形成を行う液体吐出装置としてのインクジェットプリンターが、比較的低コストで且つ高品質の印刷物を容易に得られることから広く普及してきている。インクジェットプリンターのヘッドは、振動板と、振動板を振動させる圧電素子と、内部に液体が収容され振動板の振動により内部の圧力が増減される圧力室と、ヘッドのノズル面に圧力室と連通させて設けられた複数のノズルと、を有し、圧電素子を駆動信号により駆動して圧力室の圧力を増減させることにより液体をノズルから吐出させる。
【０００３】
近年、形成する画像の画質への要求はますます高まり、それに伴って、インクジェットプリンターのヘッドのノズル面には、より多数のノズルが設けられてきている。このようなヘッドにおいて、インクの粘度の増加や、気泡の混入、塵や紙粉の付着等の原因によって、多数のノズルのうち、いくつかのノズルが目詰まりしてインク滴を吐出できない場合がある。ノズルが目詰まりするとプリントされた画像内にドット抜けが生じ、画質を劣化させる原因となる。
ドット抜けなどの画像の画質劣化を防止するために、液体の吐出異常を検出する方法として、例えば特許文献１に、圧電素子に駆動信号を出力し、その駆動信号による圧力室内の圧力変化後の残留振動を、圧電素子の起電力の変化として検出し、その残留振動の振動パターンに基づいてノズルからのインクの吐出の異常を検出する方法が紹介されている（例えば特許文献１）。この吐出異常の検出方法によって吐出異常の有無を確認し、吐出異常が検出された場合は、ノズル面の清掃・洗浄などのメンテナンス処理を行うことにより、画質の劣化を防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３０３４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の吐出異常検出方法では、残留振動波形の振幅、位相、周期などの波形パターン（振動パターン）が、正常な状態のときに比べてある程度大きな差異がないと吐出異常として検出することが難しい。例えば、ヘッドをクリーニングした後のヘッドのノズル面に、微小な異物が付着して残ってしまった場合には、残留振動波形の変化にほとんど現れないために異物として検出することが困難であった。このため、ヘッドの吐出異常検出を実施しても、ノズル面に付着した異物を検出することができずに、印刷中に液体（液滴）の吐出異常を引き起こす虞があるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］  本適用例にかかる液体吐出装置は、振動板と、前記振動板を振動させる圧電素子と、前記振動板の振動により内部の圧力が増減される圧力室と、前記圧力室と連通し、前記圧力室の圧力の増減により前記圧力室に収容された前記液体を吐出可能なノズルと、を有するヘッドと、前記圧電素子に駆動信号を出力する駆動部と、前記駆動信号によって生じた前記圧力室内の残留振動の振動パターンに基づいて前記ノズルの吐出異常を検査する検査部と、前記駆動部に、第１駆動信号を出力させた後に第２駆動信号を出力させ、その後で前記検査部に前記ノズルの吐出異常を検査させる制御部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
本適用例によれば、第１駆動信号と第２駆動信号とが出力された後にノズルの吐出異常の検査を行うことで、正常なノズルの残留振動の振動パターンと異常なノズルの残留振動の振動パターンとの差が広がった状態で、ノズルの吐出異常を検査することができる。
【０００９】
［適用例２］  上記適用例にかかる液体吐出装置において、前記第１駆動信号は、前記ノズルから前記液体を排出させる駆動信号であることを特徴とする。
【００１０】
本適用例によれば、異物が付着したノズルに対しては、ノズルとノズルに付着した異物との間に、液体が存在する状態にすることができる。
【００１１】
［適用例３］  上記適用例にかかる液体吐出装置において、前記第２駆動信号の波形は前記第１駆動信号の波形と異なり、前記第２駆動信号は、前記圧力室の固有振動と共振する共振波形の駆動信号であることを特徴とする。
【００１２】
本適用例によれば、正常なノズルの残留振動の振動パターンと異常なノズルの残留振動の振動パターンとの差をより広げることができる。
【００１３】
［適用例４］  上記適用例にかかる液体吐出装置において、前記第１駆動信号の波形と前記第２駆動信号の波形とは同じであり、前記第１駆動信号及び前記第２駆動信号は、前記圧力室の固有振動と共振する共振波形の駆動信号であることを特徴とする。
【００１４】
本適用例によれば、正常なノズルの残留振動の振動パターンと異常なノズルの残留振動の振動パターンとの差をより広げることができる。
【００１５】
［適用例５］  上記適用例にかかる液体吐出装置において、前記共振波形は、Ｎ回（Ｎは２以上の整数）の振動を有することを特徴とする。
【００１６】
本適用例によれば、異物が付着したノズルにおける液体のメニスカスを壊れやすくし、正常なノズルの残留振動の振動パターンと異常なノズルの残留振動の振動パターンとの差をより広げることができる。
【００１７】
［適用例６］  上記適用例にかかる液体吐出装置において、前記共振波形において、前記Ｎ回目の振動の振幅は、１回目の振動の振幅より大きいことを特徴とする。
【００１８】
本適用例によれば、異物が付着したノズルにおける液体のメニスカスが、一度に大きく壊れることを防ぐことができる。
【００１９】
［適用例７］  本適用例にかかる吐出異常検査方法は、振動板と、前記振動板を振動させる圧電素子と、前記振動板の振動により内部の圧力が増減される圧力室と、前記圧力室と連通し、前記圧力室の圧力の増減により前記圧力室に収容された前記液体を吐出可能なノズルと、を有するヘッドの吐出異常検査方法であって、前記圧電素子に、第１駆動信号を出力した後に第２駆動信号を出力し、前記第２駆動信号によって生じた前記圧力室内の残留振動の振動パターンに基づいて前記ノズルの吐出異常を検査することを特徴とする。
【００２０】
本適用例によれば、第１駆動信号と第２駆動信号とが出力された後にノズルの吐出異常の検査を行うことで、正常なノズルの残留振動の振動パターンと異常なノズルの残留振動の振動パターンとの差が広がった状態で、ノズルの吐出異常を検査することができる。
【００２１】
［適用例８］  本適用例にかかる液体吐出装置は、振動板と、前記振動板を振動させる圧電素子と、前記振動板の振動により内部の圧力が増減される圧力室と、前記圧力室と連通し、前記圧力室の圧力の増減により前記圧力室に収容された前記液体を吐出可能なノズルと、を有するヘッドと、前記圧電素子に駆動信号を出力する駆動部と、前記駆動信号によって生じた前記圧力室内の残留振動の振動パターンに基づいて前記ノズルの吐出異常を検査する検査部と、吐出異常の原因になり得る異物が付着している前記ノズルである異物付着ノズル内の前記液体および前記異物付着ノズルと連通する前記圧力室内の前記液体のうち少なくとも一方に気泡を取り込ませてから、前記検査部に前記ノズルの吐出異常を検査させる制御部と、を備えることを特徴とする。
【００２２】
本適用例によれば、異物付着ノズルの残留振動の振動パターンが変化する。このため、正常なノズルの残留振動の振動パターンと異常なノズルの残留振動の振動パターンとの差が広がった状態で、ノズルの吐出異常を検査することができる。
【００２３】
［適用例９］  本適用例にかかる液体吐出装置は、振動板と、前記振動板を振動させる圧電素子と、前記振動板の振動により内部の圧力が増減される圧力室と、前記圧力室と連通し、前記圧力室の圧力の増減により前記圧力室に収容された前記液体を吐出可能なノズルと、を有するヘッドと、前記圧電素子に駆動信号を出力する駆動部と、前記駆動信号によって生じた前記圧力室内の残留振動の振動パターンに基づいて前記ノズルの吐出異常を検査する検査部と、吐出異常の原因になり得る異物が付着している前記ノズルである異物付着ノズルにおける前記液体のメニスカスを壊した後に、前記検査部に前記ノズルの吐出異常を検査させる制御部と、を備えることを特徴とする。
【００２４】
本適用例によれば、異物付着ノズルの残留振動の振動パターンが変化する。このため、正常なノズルの残留振動の振動パターンと異常なノズルの残留振動の振動パターンとの差が広がった状態で、ノズルの吐出異常を検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施形態に係る液体吐出装置としてのインクジェットプリンターの概略構成を示す斜視図。
【図２】実施形態に係るインクジェットプリンターの主要部を概略的に示すブロック図。
【図３】ヘッドユニット（インクジェットヘッド）の概略的な断面図。
【図４】１色のインクに対応するヘッドユニットの概略的な構成を示す分解斜視図。
【図５】図３および図４に示すヘッドユニットを適用した印字部のノズル面の一例を示す平面図。
【図６】図３のＩＩＩ−ＩＩＩ断面の駆動信号入力時の各状態を示す説明図。
【図７】図３の振動板の残留振動を想定した単振動の計算モデルを示す等価回路図。
【図８】振動板の残留振動の実験値と計算値との関係を示すグラフ。
【図９】各ノズル（インクジェットヘッド）の状態ごとの典型的な残留振動の状態を示す説明図。
【図１０】図２に示すインクジェットプリンターにおける吐出異常検出部の概略的なブロック図。
【図１１】図１０に示す吐出異常検出部における残留振動検出回路の一例を示す回路図。
【図１２】図１に示すインクジェットプリンターの上部から見た概略的な構造（一部省略）を示す説明図。
【図１３】インクジェットヘッドのノズル面の微小異物（インク固化物）付着による吐出異常検出方法を示すフローチャート。
【図１４】（ａ）は、通常の残留振動検出処理で用いられる駆動信号の振幅の一例を模式的に示す説明図、（ｂ）は、ノズル面の微小異物付着による吐出異常の検出・判定方法における残留振動検出処理で用いる駆動信号の振幅を模式的に示す説明図。
【図１５】ノズル面の微小異物付着による吐出異常の検出・判定方法におけるインクジェットヘッドの状態の推移を概念的に示す模式断面図。
【図１６】残留振動検出処理において得られた典型的な残留振動波形データを示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明を具体化した一実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、以下の各図においては、各部材等を認識可能な程度の大きさにするため、各部材等の尺度を実際とは異ならせて示している。
【００２７】
（インクジェットプリンター）
まず、本実施形態にかかる液体吐出装置としてのインクジェットプリンター１について説明する。図１は、インクジェットプリンター１の概略構成を示す斜視図である。なお、以下の説明では、図１中、上側を「上部」、下側を「下部」という。
【００２８】
図１に示すインクジェットプリンター１は、装置本体（筐体）２を備え、その装置本体２において、上部後方に記録媒体Ｐを設置するトレイ２１と、下部前方に記録媒体Ｐを排出する排紙口２２と、上部面に操作パネル７とが設けられている。インクジェットプリンター１は、液体の一例としてのインクを吐出可能である。
なお、操作パネル７は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤランプ等で構成され、エラーメッセージ等を表示する表示部（図示せず）と、各種スイッチ等で構成される操作部（図示せず）とを備えている。この操作パネル７の表示部は、印刷状況やエラーを報知する報知部として機能する。
【００２９】
また、装置本体２の内部には、主に、往復運動する印字部（移動体）３を備える印刷装置４と、記録媒体Ｐを印刷装置４に対し供給・排出する給紙装置（液滴受容物搬送部）５と、印刷装置４および給紙装置５を制御する制御部６とを有している。
制御部６の制御により、給紙装置５は、記録媒体Ｐを一枚ずつ間欠送りする。この記録媒体Ｐは、印字部３の下部近傍を通過する。このとき、印字部３が記録媒体Ｐの送り方向とほぼ直交する方向に往復移動して、記録媒体Ｐへの印刷が行なわれる。すなわち、印字部３の往復運動と記録媒体Ｐの間欠送りとが、印刷における主走査および副走査となって、インクジェット方式の印刷が行なわれる。
【００３０】
印刷装置４は、印字部３と、印字部３を主走査方向に移動（往復運動）させる駆動源となるキャリッジモーター４１と、キャリッジモーター４１の回転を受けて、印字部３を往復運動させる往復運動機構４２とを備えている。
印字部３は、複数のヘッドユニット３５と、各ヘッドユニット３５にインクを供給するインクカートリッジ（Ｉ／Ｃ）３１と、各ヘッドユニット３５およびインクカートリッジ３１を搭載したキャリッジ３２とを有している。なお、例えばインクの消費量が多いインクジェットプリンターの場合には、インクカートリッジ３１がキャリッジ３２に搭載されず別な場所に設置され、インクカートリッジ３１とヘッドユニット３５とを連通させて設けられたチューブ（不図示）を介してインクが供給されるように構成してもよい。
【００３１】
なお、インクカートリッジ３１として、例えば、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック（黒）の４色のインクを収容したものを用いることにより、フルカラー印刷が可能となる。この場合、印字部３には、各色にそれぞれ対応したヘッドユニット３５（この構成については、後に詳述する。）が設けられることになる。ここで、図１では、４色のインクに対応した４つのインクカートリッジ３１を示しているが、印字部３は、その他の色、例えば、ライトシアン、ライトマゼンタ、ダークイエロー、特色インクなどのインクカートリッジ３１をさらに備えるように構成されてもよい。
【００３２】
往復運動機構４２は、その両端をフレーム（図示せず）に支持されたキャリッジガイド軸４２２と、キャリッジガイド軸４２２と平行に延在するタイミングベルト４２１とを有している。
キャリッジ３２は、往復運動機構４２のキャリッジガイド軸４２２に往復運動自在に支持されるとともに、タイミングベルト４２１の一部に固定されている。
【００３３】
キャリッジモーター４１の作動により、プーリーを介してタイミングベルト４２１を正逆走行させると、キャリッジガイド軸４２２に案内されて、印字部３が往復運動する。そして、この往復運動の際に、印刷されるイメージデータ（印刷データ）に基づいてヘッドユニット３５の各インクジェットヘッド１００（図３を参照）から適宜インク滴が吐出され、記録媒体Ｐへの印刷が行われる。
【００３４】
給紙装置５は、その駆動源となる給紙モーター５１と、給紙モーター５１の作動により回転する給紙ローラー５２とを有している。
給紙ローラー５２は、記録媒体Ｐの搬送経路（記録媒体Ｐ）を挟んで上下に対向する従動ローラー５２ａと駆動ローラー５２ｂとで構成され、記録媒体Ｐを挟むことができる。また、駆動ローラー５２ｂは給紙モーター５１に連結されている。これにより、給紙ローラー５２は、トレイ２１に設置した多数枚の記録媒体Ｐを、印刷装置４に向かって１枚ずつ送り込んだり、印刷装置４から１枚ずつ排出したりできるようになっている。なお、トレイ２１に代えて、記録媒体Ｐを収容する給紙カセットを着脱自在に装着し得るような構成であってもよい。
さらに給紙モーター５１は、印字部３の往復運動作と連動して、画像の解像度に応じた記録媒体Ｐの紙送りも行う。給紙動作と紙送り動作については、それぞれ別のモーターで行うことも可能であり、また、電磁クラッチなどのトルク伝達の切り替えを行う部品によって同じモーターで行うことも可能である。
【００３５】
制御部６は、例えば、パーソナルコンピューター（ＰＣ）やディジタルカメラ（ＤＣ）等のホストコンピューター８（図２を参照）から入力された印刷データに基づいて、印刷装置４や給紙装置５等を制御することにより記録媒体Ｐに印刷処理を行うものである。また、制御部６は、操作パネル７の表示部にエラーメッセージ等を表示させ、あるいはＬＥＤランプ等を点灯／点滅させるとともに、操作部から入力された各種スイッチの押下信号に基づいて、対応する処理を各部に実行させるものである。さらに、制御部６は、必要に応じてエラーメッセージや吐出異常などの情報をホストコンピューター８に転送することもある。
【００３６】
図２は、本実施形態に係るインクジェットプリンター１の主要部を概略的に示すブロック図である。
図２において、インクジェットプリンター１は、ホストコンピューター８から入力された印刷データなどを受け取るインターフェイス（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）部ＩＦ９と、制御部６と、キャリッジモーター４１と、キャリッジモーター４１を駆動制御するキャリッジモータードライバー４３と、給紙モーター５１と、給紙モーター５１を駆動制御する給紙モータードライバー５３と、ヘッドユニット３５と、ヘッドユニット３５を駆動制御するヘッドドライバー３３と、吐出異常検出部１０と、回復部２４と、操作パネル７とを備える。なお、吐出異常検出部１０、回復部２４およびヘッドドライバー３３については、詳細を後述する。
【００３７】
この図２において、制御部６は、印刷処理や吐出異常検出処理などの各種処理を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）６１と、ホストコンピューター８からＩＦ９を介して入力される印刷データを図示しないデータ格納領域に格納する不揮発性半導体メモリの一種であるＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）（記憶部）６２と、後述する吐出異常検出処理などを実行する際に各種データを一時的に格納し、あるいは印刷処理などのアプリケーションプログラムを一時的に展開するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）６３と、各部を制御する制御プログラム等を格納する不揮発性半導体メモリの一種であるＰＲＯＭ６４とを備えている。なお、制御部６の各構成要素は、図示しないバスを介して電気的に接続されている。
【００３８】
上述のように、印字部３は、各色のインクに対応した複数のヘッドユニット３５を備えている。また、各ヘッドユニット３５は、複数のノズル１１０と、これらの各ノズル１１０にそれぞれ対応し圧電素子により構成された静電アクチュエーター１２０とを備えている（図３を参照）。すなわち、ヘッドユニット３５は、１組のノズル１１０および静電アクチュエーター１２０を有してなるヘッドとしてのインクジェットヘッド１００（図３を参照）を複数個備えた構成になっている。
【００３９】
制御部６は、ＩＦ９を介して、ホストコンピューター８から印刷データを入手すると、その印刷データをＥＥＰＲＯＭ６２に格納する。そして、ＣＰＵ６１は、この印刷データに所定の処理を実行して、この処理データおよび各種センサーからの入力データに基づいて、各ドライバー３３、４３、５３に駆動信号を出力する。各ドライバー３３，４３，５３を介してこれらの駆動信号が入力されると、ヘッドユニット３５の複数の静電アクチュエーター１２０、印刷装置４のキャリッジモーター４１および給紙装置５がそれぞれ作動する。これにより、記録媒体Ｐに印刷処理が実行される。
なお、制御部６には、図示しないが、例えば、インクカートリッジ３１のインク残量、印字部３の位置、温度、湿度等の印刷環境等を検出可能な各種センサーが、それぞれ電気的に接続されている。
【００４０】
＜ヘッドユニット＞
次に、印字部３内の各ヘッドユニット３５の構造の詳細について図面を参照して説明する。図３は、図１に示すヘッドユニット３５（インクジェットヘッド１００）の概略的な断面図であり、図４は、１色のインクに対応するヘッドユニット３５の概略的な構成を示す分解斜視図であり、図５は、図３および図４に示すヘッドユニット３５を適用した印字部３のノズル面の一例を示す平面図である。なお、図３および図４は、通常使用される状態とは上下逆に示されている。
【００４１】
図３に示すように、ヘッドユニット３５は、インク取入れ口１３１、ダンパー室１３０およびインク供給チューブ３１１を介してインクカートリッジ３１に接続されている。ここで、ダンパー室１３０は、ゴムからなるダンパー１３２を備えている。このダンパー室１３０により、キャリッジ３２が往復走行する際のインクの揺れおよびインク圧の変化を吸収することができ、これにより、ヘッドユニット３５に所定量のインクを安定的に供給することができる。
【００４２】
また、ヘッドユニット３５は、シリコン基板１４０を挟んだ一方の側（図中上側）に同じくシリコン製のノズルプレート１５０と、他方の側（図中下側）にシリコンと熱膨張率が近いホウ珪酸ガラス基板（ガラス基板）１６０とがそれぞれ積層された３層構造をなしている。中央のシリコン基板１４０には、独立した複数のキャビティー（圧力室）１４１（図４では、７つのキャビティーを示す）と、１つのリザーバー（共通インク室）１４３と、このリザーバー１４３を各キャビティー１４１に連通させるインク供給口（オリフィス）１４２としてそれぞれ機能する溝が形成されている。各溝は、例えば、シリコン基板１４０の表面からエッチング処理を施すことにより形成することができる。このノズルプレート１５０と、シリコン基板１４０と、ガラス基板１６０とがこの順序で接合され、各キャビティー１４１、リザーバー１４３、各インク供給口１４２が区画形成されている。
【００４３】
これらのキャビティー１４１は、それぞれ直方体状に形成されており、後述する振動板１２１の振動（変位）によりその容積が可変であり、この容積変化によりノズル１１０からインク（液体）が吐出するよう構成されている。ノズルプレート１５０には、各キャビティー１４１の先端側の部分に対応する位置にノズル１１０が形成されており、これらのノズル１１０が各キャビティー１４１に連通している。また、リザーバー１４３が位置しているガラス基板１６０の部分には、リザーバー１４３に連通するインク取入れ口１３１が形成されている。インクは、インクカートリッジ３１からインク供給チューブ３１１、ダンパー室１３０を経てインク取入れ口１３１を通り、リザーバー１４３に供給される。リザーバー１４３に供給されたインクは、各インク供給口１４２を通って、独立した各キャビティー１４１に供給される。なお、各キャビティー１４１は、ノズルプレート１５０と、側壁（隔壁）１４４と、底壁１２１とによって、区画形成されている。
【００４４】
独立した各キャビティー１４１は、その底壁１２１が薄肉に形成されており、底壁１２１は、その面外方向（厚さ方向）、すなわち、図３において上下方向に弾性変形（弾性変位）可能な振動板（ダイヤフラム）として機能するように構成されている。したがって、この底壁１２１の部分を、以後の説明の都合上、振動板１２１と称して説明することもある（すなわち、以下、「底壁」と「振動板」のいずれにも符号１２１を用いる）。
【００４５】
ガラス基板１６０のシリコン基板１４０側の表面には、シリコン基板１４０の各キャビティー１４１に対応した位置に、それぞれ、浅い凹部１６１が形成されている。したがって、各キャビティー１４１の底壁１２１は、凹部１６１が形成されたガラス基板１６０の対向壁１６２の表面に、所定の間隙を介して対峙している。すなわち、キャビティー１４１の底壁１２１と後述するセグメント電極１２２の間には、所定の厚さ（例えば、０．２ミクロン程度）の空隙が存在する。なお、凹部１６１は、例えば、エッチングなどで形成することができる。
【００４６】
ここで、各キャビティー１４１の底壁（振動板）１２１は、ヘッドドライバー３３から供給される駆動信号によってそれぞれ電荷を蓄えるための各キャビティー１４１側の共通電極１２４の一部を構成している。すなわち、各キャビティー１４１の振動板１２１は、それぞれ、後述する対応する静電アクチュエーター１２０の対向電極（コンデンサーの対向電極）の一方を兼ねている。そして、ガラス基板１６０の凹部１６１の表面には、各キャビティー１４１の底壁１２１に対峙するように、それぞれ、共通電極１２４に対向する電極であるセグメント電極１２２が形成されている。また、図３に示すように、各キャビティー１４１の底壁１２１の表面は、シリコンの酸化膜（ＳｉＯ2）からなる絶縁層１２３により覆われている。このように、各キャビティー１４１の底壁１２１、すなわち、振動板１２１と、それに対応する各セグメント電極１２２とは、キャビティー１４１の底壁１２１の図３中下側の表面に形成された絶縁層１２３と凹部１６１内の空隙とを介し、対向電極（コンデンサーの対向電極）を形成（構成）している。したがって、振動板１２１と、セグメント電極１２２と、これらの間の絶縁層１２３および空隙とにより、静電アクチュエーター１２０の主要部が構成される。
【００４７】
図３に示すように、これらの対向電極の間に駆動電圧を印加するための駆動回路１８を含むヘッドドライバー３３は、制御部６から入力される印字信号（印字データ）に応じて、これらの対向電極間の充放電を行う。ヘッドドライバー（電圧印加部）３３の一方の出力端子は、個々のセグメント電極１２２に接続され、他方の出力端子は、シリコン基板１４０に形成された共通電極１２４の入力端子１２４ａに接続されている。なお、シリコン基板１４０には不純物が注入されており、それ自体が導電性をもつために、この共通電極１２４の入力端子１２４ａから底壁１２１の共通電極１２４に電圧を供給することができる。また、例えば、シリコン基板１４０の一方の面に金や銅などの導電性材料の薄膜を形成してもよい。これにより、低い電気抵抗で（効率良く）共通電極１２４に電圧（電荷）を供給することができる。この薄膜は、例えば、蒸着あるいはスパッタリング等によって形成すればよい。ここで、本実施形態では、例えば、シリコン基板１４０とガラス基板１６０とを陽極接合によって結合（接合）させるので、その陽極結合において電極として用いる導電膜をシリコン基板１４０の流路形成面側（図３に示すシリコン基板１４０の上部側）に形成している。そして、この導電膜をそのまま共通電極１２４の入力端子１２４ａとして用いる。なお、本発明では、例えば、共通電極１２４の入力端子１２４ａを省略してもよく、また、シリコン基板１４０とガラス基板１６０との接合方法は、陽極接合に限定されない。
【００４８】
＜ヘッドユニット、ノズル配置パターン＞
図４に示すように、ヘッドユニット３５は、複数のノズル１１０が形成されたノズルプレート１５０と、複数のキャビティー１４１、複数のインク供給口１４２、１つのリザーバー１４３が形成されたシリコン基板（インク室基板）１４０と、絶縁層１２３とを備え、これらがガラス基板１６０を含む基体１７０に収納されている。基体１７０は、例えば、各種樹脂材料、各種金属材料等で構成されており、この基体１７０にシリコン基板１４０が固定、支持されている。
【００４９】
なお、ノズルプレート１５０に形成されたノズル１１０は、図４では簡潔に示すためにリザーバー１４３に対して略並行に直線的に配列されているが、ノズルの配列パターンはこの構成に限らず、通常は、例えば、図５に示すノズル配置パターンのように、段をずらして配置される。また、このノズル１１０間のピッチは、印刷解像度（ｄｐｉ：ｄｏｔ  ｐｅｒ  ｉｎｃｈ）に応じて適宜設定され得るものである。なお、図５では、４色のインク（インクカートリッジ３１）を適用した場合におけるノズル１１０の配置パターンを示している。ここで、インクジェットヘッド（ヘッド）１００についてまとめると、ヘッド１００は、振動板１２１と、振動板１２１を振動させる圧電素子と、振動板１２１の振動により内部の圧力が増減される圧力室１４１と、圧力室１４１と連通し、圧力室１４１の圧力の増減により圧力室１４１に収容された液体を吐出するノズル１１０と、を有している。
【００５０】
＜ヘッドユニットの残留振動＞
図６は、図３におけるヘッドユニット３５のＩＩＩ−ＩＩＩ断面の駆動信号入力時の各状態を示す。
ヘッドドライバー３３から対向電極間に駆動電圧が印加されると、対向電極間にクーロン力が発生し、底壁（振動板）１２１は、初期状態（図６（ａ））に対して、セグメント電極１２２側へ撓み、キャビティー１４１の容積が拡大する（図６（ｂ））。この状態において、ヘッドドライバー３３の制御により、対向電極間の電荷を急激に放電させると、振動板１２１は、その弾性復元力によって図中上方に復元し、初期状態における振動板１２１の位置を越えて上部に移動し、キャビティー１４１の容積が急激に収縮する（図６（ｃ））。このときキャビティー１４１内に発生する圧縮圧力により、キャビティー１４１を満たすインク（液状材料）の一部が、このキャビティー１４１に連通しているノズル１１０からインク滴として吐出される。
【００５１】
各キャビティー１４１の振動板１２１は、この一連の動作（ヘッドドライバー３３の駆動信号によるインク吐出動作）により、次の駆動信号（駆動電圧）が入力されて再びインク滴を吐出するまでの間、減衰振動をしている。以下、この減衰振動を残留振動とも称する。
振動板１２１の残留振動は、ノズル１１０やインク供給口１４２の形状、あるいはインク粘度等による音響抵抗ｒと、流路内のインク重量によるイナータンスｍと、振動板１２１のコンプライアンスＣｍとによって決定される固有振動周波数を有するものと想定される。
【００５２】
上記想定に基づく振動板１２１の残留振動の計算モデルについて説明する。図７は、振動板１２１の残留振動を想定した単振動の計算モデルを示す等価回路図である。
図７において、振動板１２１の残留振動の計算モデルは、音圧Ｐと、上述のイナータンスｍ、コンプライアンスＣｍおよび音響抵抗ｒとで表せる。そして、図７の等価回路に音圧Ｐを与えた時のステップ応答を体積速度ｕについて計算すると、下記数１に示す式（計算モデル）が得られる。
【００５３】
【数１】
2015150770.tif 000003
【００５４】
上記数１の式から得られた計算結果と、別途行ったインク滴の吐出後の振動板１２１の残留振動の実験における実験結果とを比較した結果を説明する。図８は、振動板１２１の残留振動の実験値と計算値との関係を示すグラフである。図８において、横軸は時間を示し、縦軸は残留振動の大きさを示している。この図８に示すグラフからも分かるように、実験値と計算値の２つの波形は、概ね一致している。
【００５５】
さて、ヘッドユニット３５の各インクジェットヘッド１００では、前述したような吐出動作を行ったにもかかわらずノズル１１０からインク滴が正常に吐出されない現象、すなわち、液滴の吐出異常が発生する場合がある。吐出異常が発生すると、その結果として、ノズル１１０から液滴が吐出されないこと、すなわち液滴の不吐出現象が現れ、記録媒体Ｐに印刷（描画）した画像における画素のドット抜けが発生する。また、ノズル１１０から液滴が吐出されたとしても、液滴の量が過少であったり、その液滴の飛行方向（弾道）がずれたりして所望の画像形成が実現されずに、画素のドット抜けとなって現れる。このようなことから、以下の説明では、液滴の吐出異常のことを単に「ドット抜け」と言う場合もある。
【００５６】
吐出異常が発生する原因としては、（１）キャビティー１４１内への気泡の混入、（２）ノズル１１０付近でのインクの乾燥・増粘（固着）、（３）ノズル１１０出口付近への紙粉などの異物付着、等が挙げられる。
このような吐出異常の原因となる各ノズル１１０の状態（キャビティー１４１の状態を含む）は、各ノズル１１０に対応する静電アクチュエーター１２０に駆動信号を印加した際の圧力変動後、キャビティー１４１内に発生する残留振動（正確には、図３の振動板１２１の自由振動）の状態から検出することが可能である。以下、上記したノズル１１０の状態ごとの残留振動の状態について説明する。図９は、各ノズル１１０（インクジェットヘッド１００）の状態ごとの典型的な残留振動の状態を示す説明図である。なお、上記図８と同様に、図９でも、横軸は時間を示し、縦軸は残留振動の大きさを示している。
図９において、まず、キャビティー１４１内やノズル１１０内のインクに気泡が混入した場合（図中の「気泡混入」に該当）の残留振動は、ノズル正常時の残留振動の状態（図中の「正常」に該当）に比べて、気泡が混入した分だけインク重量によるイナータンスｍが減少すると共に、気泡によりノズル径が大きくなった状態と等価となって音響抵抗ｒが減少し、振動周波数が高くなる特徴がある。
また、ノズル部のインクが乾燥した場合（図中の「乾燥」に該当）には、インクの粘性が増加することによって音響抵抗ｒが増大し、過減衰になる（減衰振動の周波数が低くなる）という特徴がある。
また、紙粉やゴミなどの異物がノズル面に付着した場合（図中の「紙粉」に該当）には、紙粉によりノズルからインクが染み出すことによって、振動板１２１から見たインク重量が増加してイナータンスｍが増加し、またノズル１１０に付着した紙粉の繊維によって音響抵抗ｒが増大し、周期が大きくなる（周波数が低くなる）という特徴がある。
【００５７】
ここで、ノズル１１０付近のインクが乾燥して増粘した場合と、ノズル１１０の出口付近に紙粉が付着した場合とでは、いずれも正常にインク滴が吐出された場合に比べて減衰振動の周波数が低くなっている。これら２つのドット抜け（インク不吐出：吐出異常）の原因を振動板１２１の残留振動の波形から特定するために、例えば、減衰振動の周波数や周期、位相において所定のしきい値を持って比較するか、あるいは、残留振動（減衰振動）の周期変化や振幅変化の減衰率から特定することができる。このようにして、各インクジェットヘッド１００におけるノズル１１０からのインク滴が吐出されたときの振動板１２１の残留振動の変化、特に、その周波数の変化によって、各インクジェットヘッド１００の吐出異常を検出することができる。また、その場合の残留振動の周波数を正常吐出時の残留振動の周波数と比較することにより、吐出異常の原因を特定することもできる。
また、上述のように、インクジェットヘッド１００のキャビティー１４１内に気泡が混入した場合には、正常吐出時の振動板１２１の残留振動波形に比べて周波数が高くなるので、その周期は逆に正常吐出時の残留振動の周期よりも短くなる特徴から、吐出異常の原因を気泡の混入によるものと特定することができる。
【００５８】
＜吐出異常検出部＞
次に、上記した吐出異常の有無と原因を検出する吐出異常検出部１０について説明する。図１０は、図２に示すインクジェットプリンター１における吐出異常検出部１０の概略的なブロック図である。
図１０に示すように、吐出異常検出部１０は、発振回路１１と、Ｆ／Ｖ変換回路や波形整形回路などを含む残留振動検出回路１５とから構成される残留振動検出部１６と、この残留振動検出部１６によって検出された残留振動波形データから周期や振幅などを計測する計測部１７と、この計測部１７によって計測された周期などに基づいてインクジェットヘッド１００の吐出異常を判定する判定部２０とを備えている。
吐出異常検出部１０では、残留振動検出部１６は、静電アクチュエーター１２０の振動板１２１の残留振動に基づいて、発振回路１１が発振し、その発振周波数から残留振動検出回路１５において振動波形を形成して、検出する。そして、計測部１７は、検出された振動波形に基づいて残留振動の周期などの状態を計測し、判定部２０は、計測された残留振動の周期などの状態に基づいて、印字部３内の各ヘッドユニット３５が備える各インクジェットヘッド１００の吐出異常の有無や原因を検出・判定する。
【００５９】
図１１は、図１０に示す吐出異常検出部１０における残留振動検出回路１５の一例を示す回路図である。
残留振動検出回路１５は、キャビティー１４１内のインクの圧力変化が静電アクチュエーター１２０に伝達されることを利用して残留振動を検出する部分である。具体的には静電アクチュエーター１２０の機械的変位によって発生する起電力（起電圧）の変化を検出する。
残留振動検出回路１５は、トランジスターＱと、交流増幅器４１６と、比較器４１７などを含み構成されている。
トランジスターＱは、静電アクチュエーター１２０のグランド端（ＨＧＮＤ印加側）を接地または開放するスイッチであり、そのゲート電圧（ゲート信号ＤＳＥＬ）は、制御部６によってコントロールされる。抵抗Ｒ３は、トランジスターＱのオンオフの切り替わり時における急激な電圧変化を抑制するために設けられている。
交流増幅器４１６は、直流成分を除去するコンデンサーＣと、基準電圧Ｖｒｅｆの電位を基準として抵抗Ｒ１，Ｒ２で決まる増幅率で反転増幅する演算器ＡＭＰとで構成されている。交流増幅器４１６は、静電アクチュエーター１２０に駆動信号のパルスを印加した後にグランド端を開放することで発生する残留振動の交流成分を増幅する。
比較器４１７は、増幅された残留振動ＶａＯＵＴと基準電圧Ｖｒｅｆとを比較するコンパレータであり、残留振動に応じた周期のパルスＰＯＵＴを出力する。
【００６０】
ゲート信号ＤＳＥＬがハイレベルになるとトランジスターＱがオンし、静電アクチュエーター１２０のグランド端が接地された状態になり、駆動信号が静電アクチュエーター１２０に供給される。逆に、トランジスターＱのゲート電圧（ゲート信号ＤＳＥＬ）がローレベルになるとトランジスターＱがオフし、静電アクチュエーター１２０の起電力が残留振動検出回路１５に伝達される。
残留振動検出回路１５は、残留振動による起電力信号を増幅した残留振動ＶａＯＵＴに応じた周期のパルスＰＯＵＴを計測部１７に出力する。
【００６１】
図１０に戻り、ヘッドユニット３５のインクジェットヘッド１００（図３を参照）のインク滴吐出動作（駆動）と吐出異常検出動作（駆動休止）との切り替えタイミングについて説明する。なお、ここでは、ヘッドドライバー３３内の駆動回路１８をインクジェットヘッド１００の駆動回路として説明するとともに、ヘッドユニット３５のインクジェットヘッド１００以下の詳細な構成は図３を参照し、また、残留振動検出回路１５の詳細な構成については図１１を参照して説明する。
図１０において、上記の吐出異常検出処理は、インクジェットヘッド１００の駆動信号と駆動信号の間、すなわち、駆動休止期間に実行されている。
ここで、切替部２３は、ヘッドユニット３５の各インクジェットヘッド１００に備わる静電アクチュエーター１２０を駆動するために、最初は駆動回路１８側に接続されている。駆動回路１８から駆動信号（電圧信号）が振動板１２１に入力されると、静電アクチュエーター１２０が駆動し、振動板１２１は、セグメント電極１２２側に引きつけられ、印加電圧が０になるとセグメント電極１２２から離れる方向に急激に変位して振動（残留振動）を開始する。このとき、インクジェットヘッド１００のノズル１１０からインク滴が吐出される。このとき、駆動回路１８は、圧電素子に駆動信号を出力する駆動部として機能している。
【００６２】
駆動信号のパルスが立ち下がると、その信号波形の立ち下がりエッジに同期して駆動／検出切替信号が切替部２３に入力され、切替部２３は、駆動回路１８から吐出異常検出部（検出回路）１０側に切り替えられ、静電アクチュエーター１２０（発振回路１１のコンデンサーとして利用）は吐出異常検出部１０と接続される。
【００６３】
そして、吐出異常検出部１０は、上述のような吐出異常（ドット抜け）の検出処理を実行し、残留振動検出回路１５の比較器４１７から出力される振動板１２１の残留振動波形データ（矩形波データ）を計測部１７によって残留振動波形の周期や振幅などに数値化する。本実施形態では、計測部１７は、残留振動波形データから特定の振動周期を測定し、その計測結果（数値）を判定部２０に出力する。
【００６４】
判定部２０は、計測部１７によって計測された残留振動波形の特定の振動周期など（計測結果）に基づいて、ノズルの吐出異常の有無、吐出異常の原因、比較偏差量などを判定し、その判定結果を制御部６に出力する。制御部６は、ＥＥＰＲＯＭ（記憶部）６２の所定の格納領域にこの判定結果を保存する。そして、駆動回路１８からの次の駆動信号が入力されるタイミングで、駆動／検出切替信号が切替部２３に再び入力され、駆動回路１８と静電アクチュエーター１２０とを接続する。駆動回路１８は、一旦駆動電圧を印加するとグラウンド（ＧＮＤ）レベルを維持するので、切替部２３によって上記のような切り替えを行っている。これにより、駆動回路１８からの外乱などに影響されることなく、静電アクチュエーター１２０の振動板１２１の残留振動波形を正確に検出することができる。なお、「吐出異常を検出する」とは、「吐出異常を検査する」とも言い換えることができる。つまり、検査した結果、異常があれば異常を検出し、異常がなければ異常を検出しない。したがって、吐出異常検出部１０は、駆動信号によって生じた圧力室１４１内の残留振動の振動パターンに基づいてノズル１１０の吐出異常を検査する検査部であると言える。
【００６５】
＜回復部＞
次に、本発明の液滴吐出装置におけるインクジェットヘッド１００（ヘッドユニット３５）に対し、上述した吐出異常検出部１０による吐出異常検出処理によって検出された吐出異常（ヘッド異常）の原因を解消させる回復処理を実行する回復部２４について説明する。図１２は、図１に示すインクジェットプリンター１の上部から見た概略的な構造（一部省略）を示す説明図である。この図１２に示すインクジェットプリンター１は、図１の斜視図で示した構成以外に、インク滴不吐出（ヘッド異常）の回復処理を実行するためのワイパー３００とキャップ３１０とを備えている。
【００６６】
回復部２４が実行する回復処理としては、各インクジェットヘッド１００のノズル１１０から液滴を予備的に吐出するフラッシング処理と、ワイパー３００によるワイピング処理と、チューブポンプ（不図示）によるポンピング処理（ポンプ吸引処理）とを含む。
回復部２４は、チューブポンプおよびそれを駆動するパルスモーターと、ワイパー３００およびワイパー３００の上下動駆動機構と、キャップ３１０の上下動駆動機構（図示せず）とを備え、フラッシング処理においてはヘッドドライバー３３およびヘッドユニット３５などが、また、ワイピング処理においてはキャリッジモーター４１などが回復部２４の一部として機能する。
【００６７】
ワイピング処理は、ヘッドユニット３５のノズルプレート１５０（ノズル面）に付着した紙粉などの異物をワイパー３００により拭き取る処理のことをいう。
また、ポンピング処理（ポンプ吸引処理）とは、チューブポンプを駆動して、ヘッドユニット３５の各ノズル１１０から、キャビティー１４１内のインクを吸引して排出する処理をいう。
このように、ワイピング処理は、上述のようなインクジェットヘッド１００の液滴の吐出異常の原因の１つである紙粉などの異物付着の状態における回復処理として適切な処理である。また、ポンプ吸引処理は、前述のフラッシング処理では取り除けないキャビティー１４１内の気泡を除去し、あるいは、ノズル１１０付近やキャビティー１４１内のインクが増粘した場合に、増粘したインクを除去する回復処理として適切な処理である。なお、それほど増粘が進んでおらず粘度がそれほど大きくない場合には、上述のフラッシング処理による回復処理も可能になり、この場合、排出するインク量が少ないので、スループットを低下させずに適切な回復処理を行うことができる。
【００６８】
複数のヘッドユニット３５は、キャリッジ３２に搭載され、２本のキャリッジガイド軸４２２にガイドされてキャリッジモーター４１により、図中その上端に備えられた連結部３４を介してタイミングベルト４２１に連結して移動する。キャリッジ３２に搭載されたヘッドユニット３５は、キャリッジモーター４１の駆動により移動するタイミングベルト４２１を介して（タイミングベルト４２１に連動して）主走査方向に移動可能である。なお、キャリッジモーター４１は、タイミングベルト４２１を連続的に回転させるためのプーリーの役割を果たし、他端側にも同様にプーリー４４が備えられている。
【００６９】
キャップ３１０は、ヘッドユニット３５のノズルプレート１５０（図５参照）のキャッピングを行うためのものである。キャップ３１０には、その底部側面に孔が設けられ、その孔にはチューブポンプの構成要素である可撓性のチューブが接続されている（図示せず）。
図１２において、インクジェットプリンター１の記録（印字）動作時には、所定のインクジェットヘッド１００（ヘッド）の静電アクチュエーター１２０を駆動しながら、記録媒体Ｐは、副走査方向、すなわち、図１２中下方に移動し、印字部３は、主走査方向、すなわち、図１２中左右に移動することにより、インクジェットプリンター（液滴吐出装置）１は、ホストコンピューター８から入力された印刷データ（印字データ）に基づいて所定の画像などを記録媒体Ｐに印刷（記録）する。
【００７０】
＜ノズル面の微小異物付着による吐出異常の検出方法＞
ところで、上述した回復部２４による回復処理によっても、吐出異常を解消し切れない吐出異常原因として、インクジェットヘッド１００のノズル面への微小な異物の付着がある。特に、ノズル面に比較的強固に付着する微小な異物として、図１５（ａ）に示すようなインク固化物の付着がある。インク固化物の付着は、インクジェットヘッド１００のノズル面に付着したインクの硬化が進んで固化したり、他の部位で固化したインク固化物が回復処理等によってノズル面に移動して再付着したりすることによって起こるものである。
このようなインク固化物が、インクジェットヘッド１００のノズル面のノズル１１０やその近傍の、吐出されたインク滴の軌道に干渉する位置に付着すると、吐出異常の原因となり得る。しかも、インク固化物は、極薄い膜状であったり、極微小であったりすることが多いので、上述した残留振動の検出による吐出異常検出処理では、正常時に対する残留振動波形の差異が非常に小さいために検出するのが困難である。このため、例えば回復処理後に残ってしまった吐出異常の原因を検出できずに、吐出異常を起こした状態のままインクジェットプリンター１による画像の印刷を再開して、大量の不良印刷物を作ってしまう虞がある。
そこで、本実施形態の吐出異常の検出方法では、ノズル面に吐出異常の原因になり得る異物が存在していた場合にキャビティー１４１内に気泡を取り込ませる気泡取込動作を実行した後で、残留振動検出処理を実施する。気泡取込部を用いるステップの実行により、キャビティー１４１（ノズル先端までのインク流路を含む）に気泡が取り込まれた場合（上述の気泡混入モード）には、残留振動の検出において、正常時の振動波形との差異が明確に現れるので、ノズル面への異物付着による吐出異常を確実に検出することが可能になる。
このとき、制御部６は、インクジェットプリンター１の各部を制御し、吐出異常の検出に係る動作を実行させる。
【００７１】
以下、上記のようなノズル面への微小な異物の付着による吐出異常を、上述の残留振動検出による吐出異常検出処理を用いて検出する方法について、図面を参照しながら説明する。図１３は、インクジェットヘッド１００のノズル面の微小異物（インク固化物）付着による吐出異常検出方法を示すフローチャートである。また、図１４は、残留振動検出処理において印加する駆動波形を説明するものであり、（ａ）は、通常の残留振動検出処理で用いられる駆動信号の波形の一例を模式的に示す説明図、（ｂ）は、ノズル面の微小異物付着による吐出異常検出方法における残留振動検出処理で用いる駆動信号の波形を模式的に示す説明図である。また、図１５は、ノズル面の微小異物付着による吐出異常検出方法におけるインクジェットヘッド１００の状態の推移を概念的に示す模式断面図である。
【００７２】
以下、１つのインクジェットヘッド１００のノズル１１０に対する吐出異常検出処理について説明するが、説明の都合上、図１３に示すフローチャートでは、１つのインクジェットヘッド１００、すなわち、１つのノズル１１０の吐出動作に対応する吐出異常検出処理を示す。図１５（ａ）は、１つのインクジェットヘッド１００のノズル１１０が形成されたノズル面に、吐出異常の原因となり得る微小な異物としてのインク固化物が付着している状態を概念的に示している。このようなノズル面への異物付着に対して、本実施形態の吐出異常検出方法では、まず、図１３のステップＳ０１において、回復部２４（図２を参照）の回復処理の１つであるフラッシング処理を実行する。このフラッシング処理は、ノズル面を濡らす動作である。また、気泡取り込み動作のひとつとして実行するものである。このフラッシング処理により、図１５（ｂ）に示すように、ノズル面がインクにより濡れ、インク固化物にインクが到達する。ノズル面におけるインク固化物のインクによる濡れ方は、図１５（ｂ）のような状態には限らず、インク固化物の大きさや形状（ノズル１１０に対する位置関係や隙間の大きさ）などにより濡れ方は異なる状態を示すが、いずれの状態においても、フラッシング処理によりインクがインク固化物に到達すると、インク固化物などの異物が無い場合に対して、当該ノズル１１０のインクメニスカスが崩れた状態になる。
【００７３】
次に、残留振動検出用の駆動信号が図１０に示すヘッドドライバー３３の駆動回路１８から入力され、その駆動信号のタイミングに基づいて、ヘッドユニット３５の静電アクチュエーター１２０（図１１を参照）の両電極間に駆動信号（電圧信号）が印加される（図１３のステップＳ０２）。そして、制御部６は、駆動／検出切替信号に基づいて、吐出したインクジェットヘッド１００が駆動休止期間であるか否かを判断する（ステップＳ０３）。ここで、駆動／検出切替信号は、駆動信号の立ち下がりエッジに同期してＨｉｇｈレベルとなり、制御部６から切替部２３に入力される。
【００７４】
駆動／検出切替信号が切替部２３に入力されると、切替部２３によって、静電アクチュエーター１２０、すなわち、発振回路１１を構成するコンデンサーは、駆動回路１８から切り離され、吐出異常検出部１０（検出回路）側、すなわち、残留振動検出部１６の発振回路１１に接続される（ステップＳ０４）。そして、残留振動検出処理を実行する（ステップＳ０５）。
【００７５】
ここで、ステップＳ０２からステップＳ０５の残留振動検出処理において印加する駆動波形について説明する。
まず、通常の残留振動検出処理で印加する駆動信号の波形（駆動波形）について説明する。図１４（ａ）は、上述した通常の残留振動検出処理、すなわち、（１）キャビティー１４１内への気泡の混入、（２）ノズル１１０付近でのインクの乾燥・増粘（固着）、（３）ノズル１１０出口付近への紙粉などの異物付着、等に起因する吐出異常の検出・判定における残留振動検出処理で用いられる駆動信号の波形の一例を示している。また、駆動信号の下の信号は前述した駆動／検出切替信号である。この図に示すように、通常の残留振動検出処理で印加する駆動信号は、駆動波形の立ち下がりが一回あってから、フラットな区間があった後、ふたたび駆動波形の立ち上がりがあり、所定の電圧にて残留振動検出処理が実行される。
これに対して、図１４（ａ）は、本実施形態の残留振動検出処理の駆動信号の波形の一例を示している。また、駆動信号の下の信号は前述した駆動／検出切替信号である。本実施形態では、図１４（ｂ）に示すように、駆動波形の立ち下がり、フラット区間、立ち上がりが複数回（本実施形態では３回）あってから、所定の電圧にて残留振動検出処理が実行される。つまり、駆動信号が複数回の振動を有している。しかも、３回の立ち下がりの大きさが、１回目から３回目にかけて徐々に大きくなっており、いわゆる加振波形の駆動信号の印加により残留振動検出処理が行われる。
なお、残留振動検出処理において印加する駆動信号の波形は、キャビティー１４１の固有振動と共振する波形であることにより、キャビティー１４１に気泡が取り込まれやすくなるので好ましい。
【００７６】
以上述べたように、ステップＳ０１のフラッシング処理によりノズル面がインクで濡れた状態で、図１４（ｂ）に示す加振波形の駆動信号が印加されると、ノズル面のノズル１１０またはその近傍にインク固化物のような異物が付着していた場合には、ノズル面を濡らしていたインクがノズル１１０（キャビティー１４１）に戻る際に、インク固化物に接触していたインクの戻りが乱れてノズル１１０のインクメニスカスのバランスが崩れ、ノズル１１０内やキャビティー１４１内のインクに気泡の混入が生じる（図１５（ｃ）を参照）。特に本実施形態では、複数回（３回）の立ち下がりおよび立ち上がりを有する波形の駆動信号を印加することによって、ノズル面にインク固化物（異物）が付着していた場合に、より確実にノズル１１０内やキャビティー１４１内のインクに気泡が取り込まれるようにすることができる。
しかも、駆動信号の複数回の立ち下がりと立ち上がりにおける立ち下がりの大きさが、１回目から３回目にかけて徐々に大きくなる加振波形となっている。これは、一回目からいきなり大きな振幅の振動を有する波形を印加した場合に、ノズルのメニスカスが大きく崩れて、ノズル面の異物付着以外の要因によりノズル１１０内やキャビティー１４１内のインクに気泡が取り込まれる、という恐れがあるためである。したがって、振動の振幅が徐々に大きくなる徐々に大きくなる加振波形を与えることで、ノズル面の異物付着以外の要因によりノズル１１０内やキャビティー１４１内のインクに気泡が取り込まれることを抑止することができる。
なお、ステップＳ０１のフラッシング処理によるノズル面のインクの濡れ状態は、時間経過とともに変化し、やがて気泡取込動作の１つとしての効果がなくなってしまうので、フラッシング処理してから残留振動検出処理（ステップＳ０２〜ステップＳ０５）までの時間は、例えば数秒以内の所定の時間内に管理する。
【００７７】
ステップＳ０５の残留振動検出処理後、計測部１７は、その残留振動検出処理において検出された残留振動波形データから所定の数値を計測する（ステップＳ０６）。ここで計測部１７は、残留振動波形データからその残留振動の周期、位相差、振幅などを計測する。
次いで、判定部２０によって、計測部１７の計測結果に基づいて、後述する吐出異常判定処理が実行される（ステップＳ０７）。
図１６は、本実施形態の残留振動検出処理において得られた典型的な残留振動波形データを示す説明図である。図１６に示すように、本実施形態の吐出異常検出方法によれば、ノズル面のインク固化物（異物付着）は、上述した「気泡混入」の検出波形として検出することができる。すなわち、残留振動検出処理で検出される残留振動は、ノズル正常時の残留振動の状態（図中の「正常」に該当）に比べて、インク重量によるイナータンスｍが減少すると共に、気泡によりノズル径が大きくなった状態と等価となって音響抵抗ｒが減少し、振動周波数が高くなり、異常として確実に検出することができる。
【００７８】
ステップＳ０７の吐出異常判定処理の判定結果は、制御部６のＥＥＰＲＯＭ（記憶部）６２の所定の格納領域に保存する。
そして、ステップＳ０９において、インクジェットヘッド１００が駆動期間であるか否かが判断される。すなわち、駆動休止期間が終了して、次の駆動信号が入力されたか否かが判断され、次の駆動信号が入力されるまで、このステップＳ０９で待機している。
【００７９】
次の駆動信号のパルスが入力されるタイミングで、駆動信号の立ち上がりエッジに同期して駆動／検出切替信号がＬｏｗレベルになると（ステップＳ０９で「ｙｅｓ」）、切替部２３は、静電アクチュエーター１２０との接続を、吐出異常検出部（検出回路）１０から駆動回路１８に切り替えて（ステップＳ１０）、一連の吐出異常検出処理を終了する。
【００８０】
上記実施形態の吐出異常検出方法によれば、フラッシング処理を実行することによりノズル面をインクで濡らしてから、加振波形の駆動信号を印加することによって、ノズル面にインク固化物などの異物付着があった場合にノズル１１０内やキャビティー１４１内のインクに気泡を取り込ませるステップを実行し、残留振動検出処理によりその気泡混入を検出することによって、ノズル面へのインク固化物などの微小な異物付着による吐出異常を検出する。ノズル１１０内またはキャビティー１４１内のインクに気泡が取り込まれた場合には、ノズル正常時の残留振動の状態に比べて、インク重量によるイナータンスｍが減少すると共に、気泡によりノズル径が大きくなった状態と等価となって音響抵抗ｒが減少し、振動周波数が高くなって、異常として確実に検出することができる。
したがって、通常の紙粉などの異物付着モードとしては検出が困難なノズル面への微小な異物付着による吐出異常を確実に検出して、連続印刷不良の発生を回避することが可能なインクジェットプリンター１を提供することができる。
なお、インクジェットプリンター１が、光重合開始剤を含むインクを用いて、ＵＶ光源等によってインクを硬化させるタイプの装置であった場合、ノズル面にインク固化物が発生しやすくなる。したがって、光重合開始剤を含むインクを用いて、ＵＶ光源等によってインクを硬化させるタイプの装置において、上記のように気泡取込動作を行ってからノズル１１０の吐出異常を検査することが特に有効である。
【００８１】
ここで、ノズル面の異物付着による吐出異常を検出するための動作についてまとめると、以下のようになる。
まず、駆動部は第１駆動信号を出力して、ノズル１１０から液体を排出させる。これにより、ノズル１１０に付着した異物を液体で濡らす。ここでの「排出」とは、ノズル１１０から液体を吐出させたり、ノズル１１０から液体をしみ出させたりすることを含む。次に、駆動部は第２駆動信号を出力して、圧電素子に振動板１２１を振動させる。次に、検査部は第２駆動信号によって生じた圧力室１４１内の残留振動の振動パターンに基づいてノズル１１０の吐出異常を検査する。
したがって、制御部６は、駆動部に、第１駆動信号を出力させた後に第２駆動信号を出力させ、その後で検査部にノズル１１０の吐出異常を検査させる、という動作を実行している。第１駆動信号と第２駆動信号とが出力された後にノズル１１０の吐出異常の検査を行うことで、正常なノズル１１０の残留振動の振動パターンと異常なノズル１１０の残留振動の振動パターンとの差が広がった状態で、ノズル１１０の吐出異常を検査することができる。
これは、次のような作用によるものである。第１駆動信号に基づいてノズル１１０から排出された液体により、ノズル１１０とノズル１１０に付着した異物の間に液体が存在する状態になる。そこに、第２駆動信号に基づいてノズル１１０から液体が排出されて、ノズル１１０とノズル１１０に付着した異物との間で、液体が大きく振動する。これにより、ノズル１１０の液面（メニスカス）が壊れ、ノズル１１０の中や、ノズル１１０と連通した圧力室１４１の中に気泡が入る。気泡が入ったノズル１１０は残留振動の振動パターンが正常時から変化するため、このタイミングで検査部による検査を行うことにより、異物が付着したノズル１１０を検出することができる。なお、この作用は異物が付着したノズル１１０について述べたものであり、異物が付着していないノズル１１０には、このような作用は起こらない。
【００８２】
上記の動作における第１駆動信号は、ノズル１１０から液体を排出させる駆動信号であればよい。例えば、液体を液滴としてノズル１１０から吐出させるものでもよいし、液体をノズル１１０からしみ出させるものでもよい。これにより、異物が付着したノズル１１０に対しては、ノズル１１０とノズル１１０に付着した異物との間に、液体が存在する状態にすることができる。
また、第２駆動信号は、圧力室１４１の固有振動と共振する共振波形の駆動信号であることが好ましい。これにより、正常なノズル１１０の残留振動の振動パターンと異常なノズル１１０の残留振動の振動パターンとの差をより広げることができる。
このとき、第１駆動信号の波形は、第２駆動信号の波形と同じとしてもよいし、異ならせてもよい。
また、共振波形は、Ｎ回（Ｎは２以上の整数）の振動を有する。これにより、異物が付着したノズル１１０における液体のメニスカスを壊れやすくし、正常なノズル１１０の残留振動の振動パターンと異常なノズル１１０の残留振動の振動パターンとの差をより広げることができる。
また、共振波形において、Ｎ回目の振動の振幅は、１回目の振動の振幅より大きくすることが好ましい。このようにすれば、１回目の振動の振幅は、最終回の振動の振幅より小さくなる。これにより、異物が付着したノズルにおける液体のメニスカスが、一度に大きく壊れることを防ぐことができる。
【００８３】
ノズル面の異物付着による吐出異常を検出するための動作は、異物が付着したノズル１１０である異物付着ノズル内や、異物付着ノズルと連通する圧力室内に気泡を取り込ませてから検査部による検査を行う動作である、と言い換えることもできる。
したがって、制御部６は、吐出異常の原因になり得る異物が付着しているノズル１１０である異物付着ノズル１１０内の液体および異物付着ノズル１１０と連通する圧力室１４１内の液体のうち少なくとも一方に気泡を取り込ませてから、検査部にノズル１１０の吐出異常を検査させる、という動作を実行している。気泡を取り込むことより、異物付着ノズルの残留振動の振動パターンが変化する。このため、正常なノズル１１０の残留振動の振動パターンと異常なノズル１１０の残留振動の振動パターンとの差が広がった状態で、ノズル１１０の吐出異常を検査することができる。
【００８４】
また、ノズル面の異物付着による吐出異常を検出するための動作は、異物付着ノズルにおける液体のメニスカスを壊してから、検査部による検査を行う動作である、と言い換えることもできる。
したがって、制御部６は、異物が付着したノズル１１０である異物付着ノズルにおける液体のメニスカスを壊した後に、検査部にノズル１１０の吐出異常を検査させる、という動作を実行している。メニスカスを壊すことにより、異物付着ノズル内や異物付着ノズルと連通する圧力室内に気泡が取り込まれ、異物付着ノズルの残留振動の振動パターンが変化する。このため、正常なノズル１１０の残留振動の振動パターンと異常なノズル１１０の残留振動の振動パターンとの差が広がった状態で、ノズル１１０の吐出異常を検査することができる。
【００８５】
以上、発明者によってなされた本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記した実施の形態およびその変形例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。
【００８６】
例えば、上記実施形態では、所謂マルチパス型のインクジェットプリンター１を対象として本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、ラインヘッド型プリンターを始めとして、あらゆるタイプのインクジェットプリンター（液体吐出装置）を対象として適用可能である。
【００８７】
また、上記実施形態では、残留振動検出処理前のノズル面を濡らす動作としてフラッシング処理を実行する例を説明したが、これに限らず、ノズル面をインクなどの液体により濡らせればよい。例えば、シャワー、ディッピング、スタンプなど、フラッシング以外の種々の方法を適用することができる。
また、上記実施形態では、ノズル面濡らし動作（フラッシング処理）においてノズル面を濡らすための液体は、画像形成に用いるインクと共通のインクを用いているが、これに限定されない。フラッシング等のノズル面濡らし動作で用いる液体として、別の液体を用いてもよい。ノズル面を濡らすための液体を別に用意することで、画像形成等に用いる液体を節約することができる。別の液体としては、例えば、インクの溶媒のみを使用したり、インクの溶媒以外の、インクと親和性が高い溶剤を用いたりしてもよい。また、水や洗浄液を用いてもよい。また、別の液体を用いる場合、ノズル１１０とは別に、ノズル面濡らし部を新たに設け、ノズル面濡らし部から別の液体を吐出することによってノズル面を濡らしてもよい。
【符号の説明】
【００８８】
１…液体吐出装置としてのインクジェットプリンター、６…制御部、８…ホストコンピューター、９…ＩＦ（インターフェイス部）、１０…吐出異常検出部、１１…発振回路、１５…波形整形回路、１５…残留振動検出回路、１６…残留振動検出部、１７…計測部、１８…駆動回路、２０…判定部、２３…切替部、２４…回復部、３１…インクカートリッジ、３２…キャリッジ、３３…ヘッドドライバー、３４…連結部、３５…ヘッドユニット、４１…キャリッジモーター、６１…ＣＰＵ、６２…ＥＥＰＲＯＭ（記憶部）、６３…ＲＡＭ、６４…ＰＲＯＭ、１００…インクジェットヘッド（ヘッド）、１１０…ノズル、１２０…（圧電素子により構成された）静電アクチュエーター、１２１…振動板（底壁）、１２２…セグメント電極、１２３…絶縁層、１２４…共通電極、１２４ａ…入力端子、１３０…ダンパー室、１３１…インク取入れ口、１３２…ダンパー、１４０…シリコン基板、１４１…キャビティー（圧力室）、１４２…インク供給口、１４３…リザーバー、１４４…側壁（隔壁）、１５０…ノズルプレート、１６０…ガラス基板、１６１…凹部、１６２…対向壁、１７０…基体、３００…ワイパー、３１０…キャップ、３１１…インク供給チューブ、４１６…交流増幅器、４１７…比較器。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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