(57)【要約】      （修正有）【課題】電圧外乱やドリフトの影響を受けずに、精度良くリーク電流を測定することができるようにする。【解決手段】リーク電流測定回路１４は、圧電素子２８に直流電圧を印加すると共に、圧電素子２８に流れるリーク電流を検出して、検出されたリーク電流を電圧信号に変換して出力する電流電圧変換回路３２と、周波数特性を有し、かつ、入力された電圧信号の所定の周波数の交流成分を除去すると共に、入力された電圧信号と同位相で出力する演算回路３４と、演算回路３４の出力を電流電圧変換回路３２の入力に帰還させるための帰還回路３６とを備え、演算回路３４の出力電圧が、測定対象となるリーク電流に応じた電圧として、リーク電流測定回路１４から出力される。【選択図】図３
2008044304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧が印加された容量性素子に流れるリーク電流を電圧に変換して出力する電流電圧変換手段と、
前記電流電圧変換手段の出力電圧から所定の周波数の交流成分を除去すると共に、該出力電圧と同位相で出力する除去手段と、
前記除去手段の出力を前記電流電圧変換手段の入力へ帰還させるための帰還手段とを含み、
前記除去手段の出力を、測定対象となるリーク電流に応じた電圧として出力することを特徴とする容量性素子の電流測定回路。
【請求項２】
前記除去手段は、入力と出力とが同位相となる積分回路であることを特徴とする請求項１記載の容量性素子の電流測定回路。
【請求項３】
前記除去手段は、入力と出力とが同位相及び逆位相の何れか一方となる積分回路と、前記積分回路の出力をフィルタにかけて所定の周波数成分を除去し、かつ、入力と出力とが同位相及び逆位相の前記何れか一方となるフィルタ回路とを縦続接続した回路であることを特徴とする請求項１記載の容量性素子の電流測定回路。
【請求項４】
前記除去手段は、前記電流電圧変化手段の出力をフィルタにかけ、かつ、入力と出力とが同位相及び逆位相の何れか一方となるフィルタ回路と、前記フィルタ回路の出力を入力とし、かつ、入力と出力とが同位相及び逆位相の前記何れか一方となる積分回路と縦続接続した回路であることを特徴とする請求項１記載の容量性素子の電流測定回路。
【請求項５】
前記電流電圧変換手段は、容量性素子に直流電圧を印加するために正端子に印加された電圧、及び前記容量性素子に接続された負端子に印加された電圧を比較して出力する演算増幅器と、演算増幅器の出力端子と前記負端子との間に設けられた抵抗とを備え、前記演算増幅器の出力端子の電圧を出力する請求項１〜請求項４の何れか１項記載の容量性素子の電流測定回路。
【請求項６】
液体が充填される圧力室、前記圧力室に前記液体を供給するための液体供給路、前記圧力室から液滴を噴射させるノズル、及び前記圧力室に圧力を加える容量性素子である圧電素子を有する圧電ヘッドの故障検出装置であって、
請求項１〜請求項５の何れか１項記載の容量性素子の電流測定回路と、
前記電流測定回路の出力に基づいて、前記圧電ヘッドの圧電素子の故障を検出する検出手段とを含む圧電ヘッドの故障検出装置。
【請求項７】
前記圧電ヘッドは、前記圧電素子を複数有すると共に、各圧電素子と前記直流電圧変換手段との間に設けられた複数のスイッチ素子を備え、
前記検出手段は、前記複数のスイッチ素子を順番にオンし、オンされたスイッチ素子に対応する圧電素子の故障を検出する請求項６記載の圧電ヘッドの故障検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、容量性素子の電流測定回路及び圧電ヘッドの故障検出装置に係り、特に、容量性素子に流れる電流を測定する容量性素子の電流測定回路、及び圧電素子に流れる電流を測定して、圧電ヘッドの故障を検出する圧電ヘッドの故障検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電素子（ピエゾアクチュエータなど）を用いた圧電ヘッドの製造工程において、圧電素子の短絡故障を検出するための検査が行われている。
【０００３】
圧電素子の短絡故障が発生する場合として、図２、７に示すように、振動板、圧電素子をインク（液体）が浸潤することにより、圧電素子の電極間が短絡してしまう場合があり、このときの圧電素子の等価抵抗は数１００ＫΩとなる。また、図８に示すように、ＣＭＯＳスイッチ素子がラッチアップなどにより破損し、圧電素子の電極とＧＮＤとの間が短絡してしまう場合があり、このときの圧電素子の等価抵抗は、１０ＫΩ以下となる。
【０００４】
これらの短絡故障を検出するために、一対の静電センサを用いて、静電容量の差により、圧電チップの電極間短絡を検出する電極間ショート検出装置が知られている（特許文献１）。この装置では、短絡故障時の静電容量が、正常時の静電容量より著しく低くなることを利用して、短絡故障の検出を行っており、原理的に圧電チップへの交流電圧の印加が必要となる。
【０００５】
圧電素子へ交流電圧を印加した場合には、圧電素子本来の静電容量成分と短絡による抵抗成分との両方に電流が流れる。ここで、正常状態の抵抗成分は約１ＭΩもあり、ＣＭＯＳスイッチ素子がラッチアップした場合については、正常状態と短絡状態との差が大きいので、容易に検出可能である。しかし、インクが浸潤して短絡した場合については、正常状態と短絡状態との差が比較的小さいので、上記の交流電圧を印加する方法では故障の検出が難しい。
【０００６】
ところで、圧電素子は直流電流を流さないが、もし圧電素子がＧＮＤへ短絡していれば、直流電流が流れるため、直流電流の大きさを知れば、短絡状態を検知することが出来る。直流電流を流すために印加する直流電圧を、例えば１Ｖオーダとすれば、圧電素子の抵抗成分は、正常状態で１μＡ、異常状態でも高々１０μＡであり、この微小電流を測定する必要があるため、演算増幅回路を用いた電流電圧変換回路を用いることが一般的である。
【特許文献１】特開平９−１５９７１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記のように電流電圧変換回路を用いた場合に、変換率を大きくすると、演算増幅回路のオフセット電流の変動（ドリフト）の影響を受けやすくなり、また、電圧外乱の影響も受けるため、精度良く電流を測定することができない、という問題がある。
【０００８】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、直流電圧を容量性素子に印加して、流れるリーク電流を測定する場合に、電圧外乱やドリフトの影響を受けずに、精度良くリーク電流を測定することができる容量性素子の電流測定回路及び圧電ヘッドの故障検査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】
【０００９】
上記の目的を達成するために本発明に係る容量性素子の電流測定装置は、直流電圧が印加された容量性素子に流れるリーク電流を電圧に変換して出力する電流電圧変換手段と、前記電流電圧変換手段の出力電圧から所定の周波数の交流成分を除去すると共に、該出力電圧と同位相で出力する除去手段と、前記除去手段の出力を前記電流電圧変換手段の入力へ帰還させるための帰還手段とを含み、前記除去手段の出力を、測定対象となるリーク電流に応じた電圧として出力することを特徴としている。
【００１０】
本発明に係る容量性素子の電流測定装置によれば、容量素子に直流電圧を印加し、電流電圧変換手段によって、直流電圧が印加された容量性素子に流れるリーク電流を電圧に変換して出力する。そして、除去手段によって、電流電圧変換手段の出力電圧から所定の周波数の交流成分を除去すると共に、電流電圧変換手段の出力電圧と同位相で出力し、電流電圧変換手段の出力電圧からドリフト成分が除去される。
【００１１】
このとき、帰還手段によって、除去手段の出力を電流電圧変換手段の入力へ帰還させる。これにより、電流電圧変換手段の入力の電位が上がったとすると、電流電圧変換手段は一般的に反転動作するため、電流電圧変換手段の出力電圧が下がる。そして、除去手段は非反転型なので、除去手段の出力電圧が下がり、その結果、帰還手段に備えられた抵抗に、電流電圧変換手段の入力側から除去手段の出力側に流れる電流が増え、電流電圧変換手段の入力の電位が下がる。このように、結果として電圧外乱の影響が除去され、電流電圧変換手段の入力の電位は一定に保たれる。
【００１２】
そして、除去手段の出力を、測定対象となるリーク電流に応じた電圧として、電流測定回路から出力する。
【００１３】
従って、直流電圧を容量性素子に印加して、流れるリーク電流を測定する場合に、除去手段によって、電流電圧変換手段の出力電圧から所定の周波数の交流成分を除去し、帰還手段によって、除去手段の出力を電流電圧変換手段の入力へ帰還させることにより、電流電圧変換手段の入力の電位を一定に保つため、電圧外乱やドリフトの影響を受けずに、精度良くリーク電流を測定することができる。
【００１４】
本発明に係る除去手段を、入力と出力とが同位相となる積分回路とすることができる。これにより、積分回路が有する周波数特性に応じた所定の周波数の交流成分を除去することができる。
【００１５】
また、本発明に係る除去手段を、入力と出力とが同位相及び逆位相の何れか一方となる積分回路と、積分回路の出力をフィルタにかけて所定の周波数成分を除去し、かつ、入力と出力とが同位相及び逆位相の何れか一方となるフィルタ回路とを縦続接続した回路とすることができる。これにより、積分回路が有する周波数特性に応じた所定の周波数の交流成分を除去すると共に、更にフィルタ回路によって所定の周波数の交流成分を除去することができるため、より精度高くリーク電流を計測することができる。
【００１６】
また、本発明に係る除去手段を、電流電圧変化手段の出力をフィルタにかけ、かつ、入力と出力とが同位相及び逆位相の何れか一方となるフィルタ回路と、フィルタ回路の出力を入力とし、かつ、入力と出力とが同位相及び逆位相の何れか一方となる積分回路と縦続接続した回路とすることができる。これにより、フィルタ回路によって所定の周波数の交流成分を除去すると共に、更に積分回路が有する周波数特性に応じた所定の周波数の交流成分を除去することができるため、より精度高くリーク電流を計測することができる。
【００１７】
本発明に係る電流電圧変換手段は、容量性素子に直流電圧を印加するために正端子に印加された電圧、及び容量性素子に接続された負端子に印加された電圧を比較して出力する演算増幅器と、演算増幅器の出力端子と負端子との間に設けられた抵抗とを備え、演算増幅器の出力端子の電圧を出力することができる。
【００１８】
この構成により、演算増幅器の負端子の電位が上がったとすると、演算増幅器の出力端子と負端子との間に設けられた抵抗を介して、負端子から出力端子へ流れる電流が増加し、その結果、演算増幅器の出力電圧が下がる。そして、除去手段は非反転型なので、除去手段の出力電圧が下がり、その結果、帰還手段に備えられた抵抗に、電流電圧変換手段の入力側から除去手段の出力側に流れる電流が増え、演算増幅器の負端子の電位が下がる。このように、結果として電圧外乱の影響が除去され、演算増幅器の負端子の電位は一定に保たれる。
【００１９】
また、本発明に係る圧電ヘッドの故障検出装置は、液体が充填される圧力室、前記圧力室に前記液体を供給するための液体供給路、前記圧力室から液滴を噴射させるノズル、及び前記圧力室に圧力を加える容量性素子である圧電素子を有する圧電ヘッドの故障検出装置であって、上記の容量性素子を圧電素子とした容量性素子の電流測定回路と、前電流測定回路の出力に基づいて、前記圧電ヘッドの圧電素子の故障を検出する検出手段とを含んで構成されている。
【００２０】
圧電素子は容量性素子の一形態であり、本発明に係る圧電ヘッドの故障検出装置によれば、電流測定回路によって、外来ノイズやドリフトの影響を受けずに、圧電素子に流れるリーク電流に応じた電圧を精度良く出力し、検出手段によって、電流測定回路の出力に基づいて、圧電ヘッドの圧電素子の故障を検出する。
【００２１】
このように、直流電圧を圧電素子に印加して、流れるリーク電流を測定する場合に、電圧外乱やドリフトの影響を受けずに、精度良くリーク電流を測定することができ、また、測定されたリーク電流に基づいて、精度よく圧電ヘッドの圧電素子の故障を検出することができる。
【００２２】
また、本発明に係る圧電ヘッドの故障検出装置の圧電ヘッドは、圧電素子を複数有すると共に、各圧電素子と直流電圧変換手段との間に設けられた複数のスイッチ素子を備え、検出手段は、複数のスイッチ素子を順番にオンし、オンされたスイッチ素子に対応する圧電素子の故障を検出することができる。これにより、複数の圧電素子を有している圧電ヘッドに対して、順番に圧電素子の故障を検出することができる。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明の容量性素子の電流測定回路及び圧電ヘッドの故障検出装置によれば、直流電圧を容量性素子に印加して、流れるリーク電流を測定する場合に、除去手段によって、電流電圧変換手段の出力電圧から所定の周波数の交流成分を除去し、帰還手段によって、除去手段の出力を電流電圧変換手段の入力へ帰還させることにより、電流電圧変換手段の入力の電位を一定に保つため、電圧外乱やドリフトの影響を受けずに、精度良くリーク電流を測定することができる、という効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態では、インクジェット記録装置に用いる圧電型インクジェットヘッド（以下、圧電ヘッドと称す）の故障を検出する場合について説明する。圧電ヘッドに含まれる圧電素子は、容量性素子の一形態である。
【００２５】
図１に示すように、第１の実施の形態に係る故障検出装置１０は、複数の圧電素子２８を備えた検査対象となる圧電ヘッド１２と、圧電ヘッド１２の圧電素子２８に直流電圧を印加すると共に、短絡故障している圧電素子２８に直流電圧が印加されたときに流れるリーク電流を測定するために、リーク電流に応じた電圧を出力するリーク電流測定回路１４と、リーク電流測定回路１４の出力電圧をアナログ−デジタル変換するＡＤ変換器１６とを備えている。
【００２６】
圧電ヘッド１２には、複数の圧電素子２８の各々に対応してスイッチ素子３０が設けられており、オンされたスイッチ素子３０に対応する圧電素子２８に、リーク電流測定回路１４から直流電圧が印加される。
【００２７】
また、故障検出装置１０は、検査する圧電素子２８を選択するためにスイッチ素子３０をオンオフさせる選択制御信号をスイッチ素子３０に出力するセレクタ１８と、ＡＤ変換器１６から順次出力される電圧データを示すデジタルデータを収集して記憶するメモリ２０と、スイッチ素子３０の選択切り替えを行うためのセレクタ１８の制御、ＡＤ変換器１６からのデータ収集、及び検出した電圧データから故障か正常かを判断する制御を行うＣＰＵ２２と、ＡＤ変換器１６、セレクタ１８、メモリ２０、及びＣＰＵ２２を相互に接続するためのバス２４とを備えている。
【００２８】
圧電ヘッド１２は、図２に示すように、圧力室５６にインクを供給するためのインク供給路５４、インクが充填される圧力室５６、圧力室５６からインク滴を噴射させるノズル５８、及び圧力室５６に圧力を加える圧電素子（ピエゾアクチュエータ）２８を有し、圧電素子２８で圧力室５６内を加圧して、ノズル５８からインク滴を吐出するようになっている。
【００２９】
また、圧電ヘッド１２は、インクが充填されたインクタンク（図示省略）から、インク供給路５４を介して圧力室５６にインクが充填され、圧力室５６に連通したノズル５８にインクが供給される。
【００３０】
圧力室５６の壁面の一部は振動板５６Ａからなり、振動板５６Ａに圧電素子２８が設けられており、圧電素子２８によって振動板５６Ａを変形させて振動させることで、圧力室５６内に圧力を加える。すなわち、圧電素子２８の振動によって加えられる圧力によって、圧力室５６内に充填されたインクがインク滴としてノズル５８から吐出され、圧力室５６にはインク供給路５４を介してインクタンクからインクが補充されるようになっている。
【００３１】
圧電ヘッド１２には、例えば１０２４個のノズル５８があり、例えば、記録用紙幅方向にノズル５８が複数配列されており、記録用紙幅方向の画像を記録し、記録用紙と記録ヘッドとを相対的に移動することで記録用紙に画像を記録することができる。また、ノズル５８毎に圧力室５６、振動板５６Ａ、圧電素子２８、及び電極（図示省略）が設けられている。
【００３２】
この圧電ヘッド１２において、振動板５６Ａと圧電素子２８とをインク（液体）が浸潤すると、圧電素子２８の電極間が短絡してしまうため、圧電素子２８に直流電流が印加されると、リーク電流が流れる。
【００３３】
リーク電流測定回路１４は、図３に示すように、圧電素子２８に直流電圧を印加すると共に、圧電素子２８に流れるリーク電流を検出して、検出されたリーク電流を電圧信号に変換して出力する電流電圧変換回路３２と、周波数特性を有し、かつ、入力された電圧信号の所定の周波数の交流成分を除去すると共に、入力された電圧信号と同位相で出力する除去手段としての演算回路３４と、演算回路３４の出力を電流電圧変換回路３２の入力に帰還させるための帰還回路３６とを備えている。
【００３４】
電流電圧変換回路３２は、正端子の電圧と負端子の電圧とを比較して出力する演算増幅器としてのオペアンプ４０と、直流電圧ＶＢを印加する直流電圧源４２と、オペアンプ４０の正端子と直流電圧源４２とを接続するように設けられた抵抗４４（抵抗値をＲｃとする）と、オペアンプ４０の出力端子と負端子とを接続するように設けられた抵抗４６（抵抗値をＲ１とする）とを備えている。また、電流電圧変換回路３２の入力端子は、オペアンプ４０の負端子に接続されており、電流電圧変換回路３２の出力端子は、オペアンプ４０の出力端子に接続されている。
【００３５】
演算回路３４は、周波数特性を有する回路となっており、帰還回路３６には、抵抗値Ｒ２である抵抗４８が、演算回路３４の出力端子と電流電圧変換回路３２の入力端子とを接続するように設けられている。また、演算回路３４の出力電圧が、測定対象となるリーク電流に応じた電圧として、リーク電流測定回路１４から出力される。
【００３６】
次に、理想状態の電流電圧変換回路３２の動作について図４を用いて説明する。なお、帰還回路３６がない場合を想定して説明する。
【００３７】
まず、電流電圧変換回路３２のオペアンプ４０の負端子の電位は、仮想接地によりＶＢとなり、また、圧電素子２８の静電容量２８Ｂには直流電流が流れないが、圧電素子２８が短絡故障している場合には、短絡抵抗２８Ａにリーク電流ＩＬが流れる。このリーク電流ＩＬは、抵抗４６の抵抗値Ｒ１によって、以下に示すように、電流電圧変換回路３２の出力電圧Ｖｏに変換される。
【００３８】
【数１】
2008044304.tif 000003
上記の式は、オフセットがない場合の式であり、１μＡオーダの電流が流れる場合には、オペアンプ４０のオフセット電流を考慮する必要があるため、リーク電流ＩＬは、以下の式によって、出力電圧Ｖｏに変換される。
【００３９】
【数２】
2008044304.tif 000004
ここで、Ｉｏｓは、オフセット電流であり、以下の式によって表され、また、抵抗４４の抵抗値Ｒｃは以下の式で表される。
【００４０】
【数３】
2008044304.tif 000005
【００４１】
【数４】
2008044304.tif 000006
ただし、ＩＢ１をオペアンプ４０の負端子に流れる電流とし、ＩＢ２をオペアンプ４０の正端子に流れる電流とする。
【００４２】
オフセット電流はオペアンプ４０の初段部分の入力電流の差であり、理想的にはオフセット電流がゼロであるが、オフセット電流が温度変化などによって交流的な変動（ドリフト）となって発生する。ここで、ドリフトするオフセット電流をドリフト電流ＩＤＦとし、例えば、ＩＤＦが１μＡの電流であり、抵抗４６の抵抗値Ｒ１が、１ＭΩであると、ＩＤＦがＩＬに対して無視できないオーダであり、また、抵抗４６の抵抗値Ｒ１が前述のように高抵抗であるため、出力Ｖｏには、Ｒ１・ＩＤＦなる交流的な変動が発生する。なお、このドリフト電流ＩＤＦは、時間よって変動する交流成分である。
【００４３】
また、図３に示すように、電流電圧変換回路３２に演算回路３４を接続し、その出力から電流電圧変換回路３２に帰還をかけても、ドリフト電流ＩＤＦは、帰還によってキャンセルされずに残ってしまう。このドリフト電流ＩＤＦを考慮すると、リーク電流測定回路１４の出力電圧Ｖ３は、以下のように算出される。
【００４４】
まず、リーク電流測定回路１４では、以下の回路方程式が成り立つ。
【００４５】
【数５】
2008044304.tif 000007
【００４６】
【数６】
2008044304.tif 000008
【００４７】
【数７】
2008044304.tif 000009
【００４８】
【数８】
2008044304.tif 000010
ここで、Ｉ２が、抵抗４８に流れる電流であり、Ｈが、入力Ｖ２及び出力Ｖ３とする伝達関数である。また、簡単にするために、以下の式により、便宜的な仮定をする。
【００４９】
【数９】
2008044304.tif 000011
そして、上記の回路方程式を解くことにより、出力電圧Ｖ３は以下の式で求めることができる。
【００５０】
【数１０】
2008044304.tif 000012
上記の式において、第１項は  直流電圧ＶＢとリーク電流ＩＬとから成り立っており、この部分は直流電圧を示している。これに対し、第２項はドリフト成分の電流ＩＤＦを含んでいるため、交流電圧を示している。従って、第１項の直流電圧と第２項の交流電圧とを分離する必要があるため、演算回路３４が周波数特性を有し、除去する交流成分の周波数を選択する機能を有する必要がある。
【００５１】
そこで、本実施の形態において、演算回路３４として積分回路を用いている。図５に示すように、演算回路３４は、抵抗６２、６４、オペアンプ６６、及びコンデンサ６８、７０から構成される積分回路である。また、入力をリーク電流測定回路１４の入力電圧Ｖ１、出力をリーク電流測定回路１４の出力電圧Ｖ３とする伝達関数Ｆは以下の式のように表されるため、積分回路が１次の低域通過フィルタとなる。
【００５２】
【数１１】
2008044304.tif 000013
ここで、周波数をｆとし、遮断周波数をｆ０とすると、Ｈ、ｓ、ω０は以下の式で表される。
【００５３】
【数１２】
2008044304.tif 000014
【００５４】
【数１３】
2008044304.tif 000015
【００５５】
【数１４】
2008044304.tif 000016
【００５６】
【数１５】
2008044304.tif 000017
上記の式のように、積分回路が低域通過フィルタとして機能するため、ドリフト成分は低減され、直流分だけが取り出される。なお、図５の回路定数とω0とには以下の関係がある。
【００５７】
【数１６】
2008044304.tif 000018
また、何らかの要因で、仮想接地点の電位が変動（電圧外乱）すると、その影響が出力電圧Ｖ３に現れる。例えば、仮想接地点（オペアンプ４０の負端子）の電位が上がったとすると、抵抗４６を介してオペアンプ４０の負端子から出力端子へ流れる電流Ｉ１が増加し、その結果、電流電圧変換回路３２の出力電圧Ｖ２が下がる。そして、積分回路である演算回路３４は非反転型なので、演算回路３４の出力電圧Ｖ３が下がり、帰還回路３６の抵抗４８に流れる電流Ｉ２が増え、仮想接地点（オペアンプ４０の負端子）の電位が下がる。このように、結果として、電圧外乱の影響がキャンセルされ、オペアンプ４０の負端子の電位が一定に保たれるため、上述した理想状態に近い動作を行うことが可能となる。
【００５８】
次に、第１の実施の形態に係る故障検出装置１０の作用について説明する。まず、検査対象となる圧電ヘッド１２が、故障検出装置１０に装着されると、ＣＰＵ２２によって、圧電ヘッド１２の複数の圧電素子２８の短絡故障の有無を検出する処理が行われる。ＣＰＵ２２によって、セレクタ１８を制御して、複数のスイッチ素子３０をオンするための選択制御信号が順次出力され、スイッチ素子３０に対応する圧電素子２８に直流電圧を印加する。
【００５９】
そして、リーク電流測定回路１４によって、圧電素子２８に流れたリーク電流に対応する電圧が出力され、出力された電圧を示す電圧データが、ＡＤ変換器１６を介して、メモリ２０に記憶される。
【００６０】
全ての圧電素子２８について、測定された電圧データが収集されて、メモリ２０に記憶されると、ＣＰＵ２２によって、電圧データに基づいて、各圧電素子２８が短絡故障しているか否かを判断し、圧電素子２８に直流電流が流れず、電圧データが非常に高い電圧を示している場合には、正常状態であると判断し、一方、圧電素子２８の短絡抵抗に相当するリーク電流としての直流電流が流れ、電圧データが所定のリーク電流に応じた電圧を示している場合には、圧電素子２８が短絡故障していると判断する。
【００６１】
この判断結果を出力することにより、圧電ヘッドの故障の有無を出力して、短絡故障の有無を検出する処理を終了する。
【００６２】
以上説明したように、第１の実施の形態に係る故障検出装置によれば、直流電圧を圧電素子に印加して、流れるリーク電流を測定する場合に、積分回路によって、電流電圧変換回路の出力電圧から、積分回路が有する周波数特性に応じた所定の周波数の交流成分を除去し、帰還回路によって、積分回路の出力を電流電圧変換回路の入力へ帰還させることにより、オペアンプの負端子の入力の電位を一定に保つため、電圧外乱やドリフトの影響を受けずに、精度良くリーク電流を測定することができる。
【００６３】
また、直流電圧を圧電素子に印加して、流れるリーク電流を測定し、測定されたリーク電流に基づいて、精度よく圧電ヘッドの圧電素子の短絡故障を検出することができる。
【００６４】
また、複数の圧電素子を有している圧電ヘッドに対して、順番に圧電素子の故障を検出することができる。
【００６５】
また、測定対象となるリーク電流としての直流電流は１〜１０μＡのオーダであり、一般に知られている電流電圧変換回路では、電圧外乱やドリフトの影響を受けてしまうため、リーク電流を精度良く測定することが困難であるが、帰還回路や積分回路を用いて、これらの影響を低減することができる。
【００６６】
次に、第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同様の部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【００６７】
第２の実施の形態では、演算回路が、積分回路とフィルタとから構成されている点が第１の実施の形態と異なっている。
【００６８】
図６に示すように、第２の実施の形態に係るリーク電流測定回路２１４は、電流電圧変換回路３２と、演算回路２３４と、帰還回路３６とを備えており、演算回路２３４は、積分回路２３４Ａと低域通過フィルタ２３４Ｂとが縦続（カスケード）接続されて構成されている。
【００６９】
積分回路２３４Ａは、抵抗２６２、２６４、オペアンプ２６６、及びコンデンサ２７０で構成されており、入力と出力との位相が逆になる反転回路となっている。
【００７０】
また、低域通過フィルタ２３４Ｂは、抵抗２７２、２７４、２８２、オペアンプ２７６、及びコンデンサ２８０で構成されており、積分回路２３４Ａと同様に、入力と出力との位相が逆になる反転回路となっている。また、低域通過フィルタ２３４Ｂは、入力から所定の高周波成分の交流成分を除去し、低周波数の成分を通過させて出力する。
【００７１】
演算回路２３４において、低域通過フィルタ２３４Ｂのオペアンプ２７６から出力される出力電圧Ｖ４は、以下の式で表わされる。
【００７２】
【数１７】
2008044304.tif 000019
ここで、Ｈを、入力Ｖ２及び出力Ｖ４とする伝達関数とし、伝達関数Ｈは、以下の式で表される。
【００７３】
【数１８】
2008044304.tif 000020
また、Ｆを、入力をリーク電流測定回路２１４の入力電圧Ｖ１、出力をリーク電流測定回路２１４の出力電圧Ｖ４とする伝達関数とすると、伝達関数Ｆは以下の式のように表されるため、演算回路２３４が２次の低域通過フィルタとなる。
【００７４】
【数１９】
2008044304.tif 000021
なお、図６の回路定数とω０、ω１には以下の関係がある。
【００７５】
【数２０】
2008044304.tif 000022
【００７６】
【数２１】
2008044304.tif 000023
また、積分回路２３４Ａ及び低域通過フィルタ２３４Ｂは、両方とも反転回路であるため、演算回路２３４全体としては、非反転回路となり、第１の実施の形態と同様に、電圧外乱の影響がキャンセルされ、オペアンプ４０の負端子の電位が一定に保たれるため、上述した理想状態に近い動作を行うことが可能となる。
【００７７】
なお、第２の実施の形態に係る故障検出回路の動作は、第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
【００７８】
このように、積分回路が有する周波数特性に応じた所定の周波数の交流成分を除去すると共に、更に低域通過フィルタによって所定の高周波数の交流成分を除去することができるため、より精度高くリーク電流を測定することができる。
【００７９】
また、演算回路に関するフィルタの次数が高いので、ドリフト除去の効果が大きくなる。
【００８０】
なお、上記の実施の形態では、電流電圧変換回路の出力が積分回路に入力され、積分回路の出力が、低域通過フィルタに入力される場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、順番を逆にしてもよい。この場合には、電流電圧変換回路の出力が低域通過フィルタに入力され、低域通過フィルタの出力が、積分回路に入力されるように構成すればよい。
【００８１】
また、積分回路及び低域通過フィルタの双方が、入力と出力の位相が逆になる反転動作を行う構成となっているが、積分回路及び低域通過フィルタの双方が、非反転動作を行う構成となっていてもよい。
【００８２】
上記の実施の形態では、圧電ヘッドに含まれる圧電素子の故障を検出する場合を説明したが、本発明は圧電素子に限られず、圧電素子以外の容量性素子についても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る故障検出装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る圧電ヘッドの構成を示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るリーク電流測定回路の構成を示す概略図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る電流電圧変換回路の構成を示す回路図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係るリーク電流測定回路の構成を示す回路図ある。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係るリーク電流測定回路の構成を示す回路図ある。
【図７】インク浸潤により圧電素子が短絡故障した場合を示すイメージ図である。
【図８】スイッチ故障により圧電素子が短絡故障した場合を示すイメージ図である。
【符号の説明】
【００８４】
１０  故障検出装置
１２  圧電ヘッド
１４、２１４  リーク電流測定回路
１６  ＡＤ変換器
１８  セレクタ
２０  メモリ
２２  ＣＰＵ
２８  圧電素子
２８Ｂ  静電容量
２８Ａ  短絡抵抗
３０  スイッチ素子
３２  電流電圧変換回路
３４、２３４  演算回路
３６  帰還回路
４０  オペアンプ
４２  直流電圧源
４４、４６、４８  抵抗
２３４Ａ  積分回路
２３４Ｂ  低域通過フィルタ
ＩＬ  リーク電流
【図１】
2008044304.tif 000024
【図２】
2008044304.tif 000025
【図３】
2008044304.tif 000026
【図４】
2008044304.tif 000027
【図５】
2008044304.tif 000028
【図６】
2008044304.tif 000029
【図７】
2008044304.tif 000030
【図８】
2008044304.tif 000031