(57)【要約】【課題】液滴吐出動作後におけるアクチュエータの静電容量の変化により発振するパルスを基準値から減算し、その減算結果に基づいて、液滴吐出ヘッドの吐出異常とその原因を判定することができる液滴吐出装置及び液滴吐出ヘッドの吐出異常判定方法を提供する。【解決手段】本発明の液滴吐出装置は、振動板１２１と、振動板１２１を変位させる静電アクチュエータ１２０とを有する複数の液滴吐出ヘッドと、静電アクチュエータ１２０を駆動する駆動回路１８と、駆動回路１８によって静電アクチュエータ１２０が駆動された後、振動板１２１の残留振動に基づいて発振する発振回路１１と、発振回路１１によって発振した信号の所定の期間におけるパルス数を所定の基準値から減算する減算カウンタ４５と、減算カウンタ４５の減算結果に基づいて、液滴吐出ヘッドに吐出異常が発生しているか否かを判定する判定手段２０とを備える。【選択図】図１６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動板と、前記振動板を変位させるアクチュエータと、内部に液体が充填され、前記振動板の変位により、該内部の圧力が増減されるキャビティと、前記キャビティに連通し、前記キャビティ内の圧力の増減により前記液体を液滴として吐出するノズルとを有する複数の液滴吐出ヘッドと、
前記アクチュエータを駆動する駆動回路と、
前記駆動回路によって前記アクチュエータが駆動された後、前記アクチュエータにより変位された前記振動板の残留振動に基づいて、発振する発振手段と、
前記発振手段によって発振した信号の所定の期間におけるパルス数を所定の基準値から減算する減算手段と、
前記減算手段の減算結果に基づいて、前記液滴吐出ヘッドに吐出異常が発生しているか否かを判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項２】
前記判定手段は、前記吐出異常が発生していると判定した際、その吐出異常の原因を判定する請求項１に記載の液滴吐出装置。
【請求項３】
前記判定手段は、前記減算結果が第１の閾値よりも小さいときには、前記キャビティ内に気泡が混入したものと判定する請求項１又は２に記載の液滴吐出装置。
【請求項４】
前記判定手段は、前記減算結果が第２の閾値よりも大きいときには、前記ノズル付近の液体が乾燥により増粘したものと判定する請求項１又は２に記載の液滴吐出装置。
【請求項５】
前記判定手段は、前記減算結果が第２の閾値よりも小さく、第３の閾値よりも大きいときには、前記ノズルの出口付近に紙粉が付着したものと判定する請求項１又は２に記載の液滴吐出装置。
【請求項６】
前記判定手段によって判定された判定結果を記憶する記憶手段を更に備える請求項２乃至５のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項７】
前記アクチュエータの駆動による前記液滴の吐出動作後、前記アクチュエータを前記駆動回路から前記吐出異常検出手段に切り替える切替手段を更に備える請求項１乃至６のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項８】
前記発振手段は、前記アクチュエータの静電容量成分と、前記アクチュエータに接続される抵抗素子の抵抗成分とによるＣＲ発振回路を構成する請求項１乃至７のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項９】
前記所定の期間は、前記液滴吐出ヘッドから液滴が正常に吐出された際の前記振動板の残留振動波形における１又は複数箇所の期間である請求項１乃至８のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項１０】
前記所定の期間は、前記液滴吐出ヘッドから液滴が正常に吐出された後、前記残留振動が発生するまでの期間である請求項９に記載の液滴吐出装置。
【請求項１１】
前記所定の期間は、前記液滴吐出ヘッドから液滴が正常に吐出された際の前記振動板の残留振動の半周期までの期間である請求項９に記載の液滴吐出装置。
【請求項１２】
前記所定の期間は、前記液滴吐出ヘッドから液滴が正常に吐出された際の前記振動板の残留振動の半周期毎の期間である請求項９に記載の液滴吐出装置。
【請求項１３】
前記所定の期間は、前記液滴吐出ヘッドから液滴が正常に吐出された際の前記振動板の残留振動の１／４周期までの期間である請求項９に記載の液滴吐出装置。
【請求項１４】
前記所定の期間は、前記液滴吐出ヘッドから液滴が正常に吐出された際の前記振動板の残留振動の１／４周期毎の期間である請求項９に記載の液滴吐出装置。
【請求項１５】
前記所定の基準値は、前記液滴吐出ヘッドから液滴が正常に吐出されたとき、前記所定の期間における前記発振手段により発振されたパルス数である請求項１乃至１４のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項１６】
前記判定手段は、前記複数の液滴吐出ヘッドを走査して発振手段により発振させ、前記減算手段により得られた減算結果に基づいて、それぞれの液滴吐出ヘッドに対し吐出異常が発生しているか否かを判定する請求項１乃至１５のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項１７】
前記アクチュエータは、静電式アクチュエータである請求項１乃至１６のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項１８】
前記アクチュエータは、圧電素子のピエゾ効果を利用した圧電アクチュエータである請求項１乃至１６のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項１９】
前記液滴吐出装置は、インクジェットプリンタを含む請求項１乃至１８のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項２０】
アクチュエータを駆動して振動板を振動させることにより、キャビティ内の液体を液滴としてノズルから吐出する動作を行った後、前記振動板の残留振動に基づいて発振させ、この発振した信号の所定の期間におけるパルス数を所定の基準値から減算し、該減算結果に基づいて、吐出異常が発生しているか否かを判定することを特徴とする液滴吐出ヘッドの吐出異常判定方法。
【請求項２１】
前記吐出異常が発生していると判定した際、その吐出異常の原因を判定する請求項２０に記載の液滴吐出ヘッドの吐出異常判定方法。
【請求項２２】
前記減算結果が第１の閾値よりも小さいときには、前記キャビティ内に気泡が混入したものと判定し、前記減算結果が第２の閾値よりも大きいときには、前記ノズル付近の液体が乾燥により増粘したものと判定し、前記減算結果が第２の閾値よりも小さく、第３の閾値よりも大きいときには、前記ノズルの出口付近に紙粉が付着したものと判定する請求項２１に記載の液滴吐出ヘッドの吐出異常判定方法。
【請求項２３】
前記判定された判定結果を記憶部に記憶する請求項２１又は２２に記載の液滴吐出ヘッドの吐出異常判定方法。
【請求項２４】
前記アクチュエータの駆動による前記液滴の吐出動作後、前記アクチュエータを前記駆動回路から前記吐出異常検出手段に切り替える請求項２０乃至２３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの吐出異常判定方法。
【請求項２５】
前記所定の期間は、前記液滴吐出ヘッドから液滴が正常に吐出された際の前記振動板の残留振動波形における１又は複数箇所の期間、前記液滴吐出ヘッドから液滴が正常に吐出された際の前記振動板の残留振動の半周期までの期間、前記液滴吐出ヘッドから液滴が正常に吐出された際の前記振動板の残留振動の半周期毎の期間、前記液滴吐出ヘッドから液滴が正常に吐出された際の前記振動板の残留振動の１／４周期までの期間、前記液滴吐出ヘッドから液滴が正常に吐出された際の前記振動板の残留振動の１／４周期毎の期間のいずれかである請求項２０乃至２４のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの吐出異常判定方法。
【請求項２６】
前記所定の基準値は、前記液滴吐出ヘッドから液滴が正常に吐出されたとき、前記所定の期間における発振されたパルス数である請求項２０乃至２５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの吐出異常判定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液滴吐出装置及び液滴吐出ヘッドの吐出異常判定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液滴吐出装置の一つであるインクジェットプリンタは、複数のノズルからインク滴（液滴）を吐出して所定の用紙上に画像形成を行っている。インクジェットプリンタの印刷ヘッド（インクジェットヘッド）には、多数のノズルが設けられているが、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、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っている。
【０００３】
従来、このようなインク滴の吐出異常（以下、「ドット抜け」ともいう）を検出する方法として、インクジェットヘッドのノズルからインク滴が吐出されない状態（インク滴吐出異常状態）をインクジェットヘッドのノズル毎に光学的に検出する方法が考案されている（例えば、特許文献１など）。この方法により、ドット抜け（吐出異常）を発生しているノズルを特定することが可能となっている。
【０００４】
しかしながら、上述の光学式のドット抜け（液滴吐出異常）検出方法では、光源及び光学センサを含む検出器が液滴吐出装置（例えば、インクジェットプリンタ）に取付けられている。この検出方法では、一般に、液滴吐出ヘッド（インクジェットヘッド）のノズルから吐出する液滴が光源と光学センサの間を通過し、光源と光学センサの間の光を遮断するように、光源及び光学センサを精密な精度で（高精度に）設定（設置）しなければならないという問題がある。また、このような検出器は通常高価であり、インクジェットプリンタの製造コストが増大してしまうという問題もある。さらに、ノズルからのインクミストや印刷用紙等の紙粉によって、光源の出力部や光学センサの検出部が汚れてしまい、検出器の信頼性が問題となる可能性もある。
【０００５】
また、上述の光学式のドット抜け検出方法では、ノズルのドット抜け、すなわち、インク滴の吐出異常（不吐出）を検出することはできるが、その検出結果に基づいてドット抜け（吐出異常）の原因を特定（判定）することができず、ドット抜けの原因に対応する適切な回復処理を選択し、実行することが不可能であるという問題もある。そのため、例えば、ワイピング処理で回復可能な状態であるにもかかわらず、インクジェットヘッドからインクをポンプ吸引などすることにより、排インク（無駄なインク）が増加することや、適切な回復処理が行われないために複数の回復処理を実施することによって、インクジェットプリンタ（液滴吐出装置）のスループットを低下あるいは悪化させてしまう。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−３０９９６３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、液滴吐出動作後におけるアクチュエータの静電容量の変化により発振するパルスを基準値から減算し、その減算結果に基づいて、液滴吐出ヘッドの吐出異常とその原因を判定することができる液滴吐出装置及び液滴吐出ヘッドの吐出異常判定方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の一態様において、本発明の液滴吐出装置は、
振動板と、前記振動板を変位させるアクチュエータと、内部に液体が充填され、前記振動板の変位により、該内部の圧力が増減されるキャビティと、前記キャビティに連通し、前記キャビティ内の圧力の増減により前記液体を液滴として吐出するノズルとを有する複数の液滴吐出ヘッドと、
前記アクチュエータを駆動する駆動回路と、
前記駆動回路によって前記アクチュエータが駆動された後、前記アクチュエータにより変位された前記振動板の残留振動に基づいて、発振する発振手段と、
前記発振手段によって発振した信号の所定の期間におけるパルス数を所定の基準値から減算する減算手段と、
前記減算手段の減算結果に基づいて、前記液滴吐出ヘッドに吐出異常が発生しているか否かを判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の液滴吐出装置によれば、アクチュエータの駆動により、液体を液滴として吐出する動作を行った際に、アクチュエータによって変位させられた振動板の残留振動に基づいて発振回路が発振し、所定の基準値（正常カウント値）から発振パルスを減算し、その減算結果に基づいて、液滴が正常に吐出されたか、あるいは吐出されなかったか（吐出異常）を検出する。
【００１０】
本発明の液滴吐出装置によって、従来のドット抜け検出方法を備える液滴吐出装置に比べ、他の部品（例えば、光学式検出装置など）を必要としないので、液滴吐出ヘッドのサイズを大きくすることなく液滴の吐出異常を検出することができるとともに、製造コストを低く抑えることができる。また、本発明の液滴吐出ヘッドでは、液滴吐出動作後の振動板の残留振動を用いて液滴の吐出異常を検出しているので、印字動作の途中でも液滴の吐出異常を検出することができる。
ここで、前記振動板の残留振動とは、前記アクチュエータが前記駆動回路の駆動信号（電圧信号）により液滴吐出動作を行った後、次の駆動信号が入力されて再び液滴吐出動作を実行するまでの間に、この液滴吐出動作により前記振動板が減衰しながら振動を続けている状態をいう。
【００１１】
また、好ましくは、前記判定手段は、前記吐出異常が発生していると判定した際、その吐出異常の原因を判定する。そして、前記判定手段は、好ましくは、前記減算結果が第１の閾値よりも小さいときには、前記キャビティ内に気泡が混入したものと判定し、前記減算結果が第２の閾値よりも大きいときには、前記ノズル付近の液体が乾燥により増粘したものと判定し、前記減算結果が第２の閾値よりも小さく、第３の閾値よりも大きいときには、前記ノズルの出口付近に紙粉が付着したものと判定する。なお、好ましくは、本発明の液滴吐出装置は、前記判定手段によって判定された判定結果を記憶する記憶手段を更に備えてもよい。なお、本発明において、「紙粉」とは、単に記録用紙などから発生した紙粉のみに限らず、例えば、紙送りローラ（給紙ローラ）などのゴムの切れ端や、空気中に浮遊するごみなどを含むノズル付近に付着して液滴吐出の妨げとなるすべてのものをいう。
【００１２】
さらに、好ましくは、本発明の液滴吐出装置は、前記アクチュエータの駆動による前記液滴の吐出動作後、前記アクチュエータを前記駆動回路から前記吐出異常検出手段に切り替える切替手段を更に備えてもよい。また、前記発振手段は、前記アクチュエータの静電容量成分と、前記アクチュエータに接続される抵抗素子の抵抗成分とによるＣＲ発振回路を構成してもよい。
【００１３】
ここで、好ましくは、前記所定の期間は、前記液滴吐出ヘッドから液滴が正常に吐出された際の前記振動板の残留振動波形における１又は複数箇所の期間である。そして、前記所定の期間は、前記残留振動が発生するまでの期間であってもよく、前記液滴吐出ヘッドから液滴が正常に吐出された際の前記振動板の残留振動の半周期までの期間であってもよい。さらに、前記所定の期間は、前記液滴吐出ヘッドから液滴が正常に吐出された際の前記振動板の残留振動の半周期毎の期間であってもよく、前記液滴吐出ヘッドから液滴が正常に吐出された際の前記振動板の残留振動の１／４周期までの期間であってもよく、前記液滴吐出ヘッドから液滴が正常に吐出された際の前記振動板の残留振動の１／４周期毎の期間であってもよい。
【００１４】
また、好ましくは、前記所定の基準値は、前記液滴吐出ヘッドから液滴が正常に吐出されたとき、前記所定の期間における前記発振手段により発振されたパルス数である。ここで、前記判定手段は、前記複数の液滴吐出ヘッドを走査して発振手段により発振させ、前記減算手段により得られた減算結果に基づいて、それぞれの液滴吐出ヘッドに対し吐出異常が発生しているか否かを判定するよう構成されてもよい。
なお、前記アクチュエータは、静電式アクチュエータであってもよく、圧電素子のピエゾ効果を利用した圧電アクチュエータであってもよい。また、好ましくは、前記液滴吐出装置は、少なくともインクジェットプリンタを含む。
【００１５】
また、本発明の別の態様において、本発明の液滴吐出ヘッドの吐出異常判定方法は、
アクチュエータを駆動して振動板を振動させることにより、キャビティ内の液体を液滴としてノズルから吐出する動作を行った後、前記振動板の残留振動に基づいて発振させ、この発振した信号の所定の期間におけるパルス数を所定の基準値から減算し、該減算結果に基づいて、吐出異常が発生しているか否かを判定することを特徴とする。そして、好ましくは、前記吐出異常が発生していると判定した際、その吐出異常の原因を判定する。これにより、上記液滴吐出装置における効果と同様の効果を得ることができる。
【００１６】
ここで、好ましくは、前記減算結果が第１の閾値よりも小さいときには、前記キャビティ内に気泡が混入したものと判定し、前記減算結果が第２の閾値よりも大きいときには、前記ノズル付近の液体が乾燥により増粘したものと判定し、前記減算結果が第２の閾値よりも小さく、第３の閾値よりも大きいときには、前記ノズルの出口付近に紙粉が付着したものと判定してもよい。なお、好ましくは、前記判定において判定された判定結果が記憶部に記憶される。
【００１７】
また、好ましくは、前記アクチュエータの駆動による前記液滴の吐出動作後、前記アクチュエータを前記駆動回路から前記吐出異常検出手段に切り替えてもよい。ここで、前記所定の期間は、前記液滴吐出ヘッドから液滴が正常に吐出された際の前記振動板の残留振動波形における１又は複数箇所の期間、前記液滴吐出ヘッドから液滴が正常に吐出された際の前記振動板の残留振動の半周期までの期間、前記液滴吐出ヘッドから液滴が正常に吐出された際の前記振動板の残留振動の半周期毎の期間、前記液滴吐出ヘッドから液滴が正常に吐出された際の前記振動板の残留振動の１／４周期までの期間、前記液滴吐出ヘッドから液滴が正常に吐出された際の前記振動板の残留振動の１／４周期毎の期間のいずれかである。
なお、好ましくは、前記所定の基準値は、前記液滴吐出ヘッドから液滴が正常に吐出されたとき、前記所定の期間における発振されたパルス数である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図３４を参照して本発明の液滴吐出装置及び液滴吐出ヘッドの吐出異常判定方法の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態は例示として挙げるものであり、これにより本発明の内容を限定的に解釈すべきではない。なお、以下、本実施形態では、本発明の液滴吐出装置の一例として、インク（液状材料）を吐出して記録用紙に画像をプリントするインクジェットプリンタを用いて説明する。
【００１９】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態における液滴吐出装置の一種であるインクジェットプリンタ１の構成を示す概略図である。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。まず、このインクジェットプリンタ１の構成について説明する。
【００２０】
図１に示すインクジェットプリンタ１は、装置本体２を備えており、上部後方に記録用紙Ｐを設置するトレイ２１と、下部前方に記録用紙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。
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。
また、装置本体２の内部には、主に、往復動する印字手段（移動体）３を備える印刷装置（印刷手段）４と、記録用紙Ｐを１枚ずつ印刷装置４に送り込む給紙装置（給紙手段）５と、印刷装置４及び給紙装置５を制御する制御部（制御手段）６とを有している。
【００２１】
制御部６の制御により、給紙装置５は、記録用紙Ｐを一枚ずつ間欠送りする。この記録用紙Ｐは、印字手段３の下部近傍を通過する。このとき、印字手段３が記録用紙Ｐの送り方向とほぼ直交する方向に往復移動して、記録用紙Ｐへの印刷が行なわれる。すなわち、印字手段３の往復動と記録用紙Ｐの間欠送りとが、印刷における主走査及び副走査となって、インクジェット方式の印刷が行なわれる。
【００２２】
印刷装置４は、印字手段３と、印字手段３を主走査方向に移動させる駆動源となるキャリッジモータ４１と、キャリッジモータ４１の回転を受けて、印字手段３を往復動させる往復動機構４２とを備えている。
印字手段３は、その下部に、多数のノズル１１０を備えるインクの種類に対応した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複数のインクカートリッジ（Ｉ／Ｃ）３１と、各ヘッドユニット３５及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。
【００２３】
また、ヘッドユニット３５は、図３において後述するように、それぞれ一つの、ノズル１１０と、振動板１２１と、静電アクチェータ１２０と、キャビティ１４１と、インク供給口１４２等で構成されたインクジェット式記録ヘッド（インクジェットヘッドあるいは液滴吐出ヘッド）１００を多数備えている。なお、ヘッドユニット３５は、図１ではインクカートリッジ３１を含んだ構成を示しているが、このような構成に限定されない。例えば、インクカートリッジ３１を別に固定し、チューブなどによってヘッドユニット３５に供給されるようなものでもよい。したがって、以下において、印字手段３とは別に、それぞれ一つの、ノズル１１０と、振動板１２１と、静電アクチェータ１２０と、キャビティ１４１と、インク供給口１４２等で構成されたインクジェットヘッド１００を複数設けたものをヘッドユニット３５と称するものとする。
【００２４】
なお、インクカートリッジ３１として、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック（黒）の４色のインクを充填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、印字手段３には、各色にそれぞれ対応したヘッドユニット３５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、印字手段３は、その他の色、例えば、ライトシアン、ライトマゼンダ、ダークイエロー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。
【００２５】
往復動機構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、往復動機構４２のキャリッジガイド軸４２２に往復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。
【００２６】
キャリッジモータ４１の作動により、プーリ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、印字手段３が往復動する。そして、この往復動の際に、印刷されるイメージデータ（印刷データ）に対応して、ヘッドユニット３５内の複数のインクジェットヘッド１００のノズル１１０から適宜インクが吐出され、記録用紙Ｐへの印刷が行われる。
【００２７】
給紙装置５は、その駆動源となる給紙モータ５１と、給紙モータ５１の作動により回転する給紙ローラ５２とを有している。
給紙ローラ５２は、記録用紙Ｐの送り経路（記録用紙Ｐ）を挟んで上下に対向する従動ローラ５２ａと駆動ローラ５２ｂとで構成され、駆動ローラ５２ｂは給紙モータ５１に連結されている。これにより、給紙ローラ５２は、トレイ２１に設置した多数枚の記録用紙Ｐを、印刷装置４に向かって１枚ずつ送り込めるようになっている。なお、トレイ２１に代えて、記録用紙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。
【００２８】
制御部６は、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）やディジタルカメラ（ＤＣ）等のホストコンピュータ８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用紙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。
【００２９】
図２は、本発明のインクジェットプリンタの主要部を概略的に示すブロック図である。この図２において、本発明のインクジェットプリンタ１は、ホストコンピュータ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ース部（ＩＦ：Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）９と、制御部６と、キャリッジモータ４１と、キャリッジモータ４１を駆動制御するキャリッジモータドライバ４３と、給紙モータ５１と、給紙モータ５１を駆動制御する給紙モータドライバ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３３と、吐出異常検出手段１０とを備える。なお、吐出異常検出手段１０については、詳細を後述する。
【００３０】
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）（記憶手段）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。
【００３１】
上述のように、印字手段３は、各色のインクに対応した複数のヘッドユニット３５から構成され、この各ヘッドユニット３５は、複数のノズル１１０と、これらの各ノズル１１０に対応する静電アクチュエータ１２０と（複数のインクジェットヘッド１００）を備える。すなわち、ヘッドユニット３５は、１組のノズル１１０及び静電アクチュエータ１２０を有してなるインクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド）１００を複数個備えた構成になっている。そして、ヘッドドライバ３３は、各インクジェットヘッド１００の静電アクチュエータ１２０を駆動して、インクの吐出タイミングを制御する駆動回路１８と、切替手段２３とから構成される（図１６参照）。なお、インクジェットヘッド１００及び静電アクチュエータ１２０の構成については後述する。
【００３２】
また、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、印字手段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が、それぞれ電気的に接続されている。
制御部６は、ＩＦ９を介して、ホストコンピュータ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、この処理データ及び各種センサからの入力データに基づいて、各ドライバ３３、４３、５３に駆動信号を出力する。各ドライバ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の複数のインクジェットヘッド１００に対応する静電アクチュエータ１２０、印刷装置４のキャリッジモータ４１及び給紙装置５がそれぞれ作動する。これにより、記録用紙Ｐに印刷処理が実行される。
【００３３】
次に、各ヘッドユニット３５内の各インクジェットヘッド１００の構造を説明する。図３は、図２に示すヘッドユニット３５内の１つのインクジェットヘッド１００の概略的な断面図（インクカートリッジ３１などの共通部分を含む）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に示すインクジェットヘッド１００を複数適用したヘッドユニット３５のノズル面の一例を示す平面図である。なお、図３及び図４は、通常使用される状態とは上下逆に示されており、図５は、図３に示すインクジェットヘッド１００を図中上方から見たときの平面図である。
【００３４】
図３に示すように、ヘッドユニット３５は、インク取り入れ口１３１、ダンパ室１３０及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、ダンパ室１３０は、ゴムからなるダンパ１３２を備えている。このダンパ室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及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の各インクジェットヘッド１００に所定量のインクを安定的に供給することができる。
【００３５】
また、ヘッドユニット３５は、シリコン基板１４０を挟んで、上側に同じくシリコン製のノズルプレート１５０と、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（圧力室）１４１（図４では、７つのキャビティを示す）と、１つのリザーバ（共通インク室）１４３と、このリザーバ１４３を各キャビティ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１４１、リザーバ１４３、各インク供給口１４２が区画形成されている。
【００３６】
これらのキャビティ１４１は、それぞれ短冊状（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（インクノズル）１１０からインク（液状材料）を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、これらが各キャビティ１４１に連通している。また、リザーバ１４３が位置しているガラス基板１６０の部分には、リザーバ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、ダンパ室１３０を経てインク取入れ口１３１を通り、リザーバ１４３に供給される。リザーバ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１４１に供給される。なお、各キャビティ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。
【００３７】
独立した各キャビティ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）。
【００３８】
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、前記凹部１６１は、例えば、エッチングなどで形成することができる。
【００３９】
ここで、各キャビティ１４１の底壁（振動板）１２１は、ヘッドドライバ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１２０の対向電極（コンデンサの対向電極）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及び空隙とにより、静電アクチュエータ１２０の主要部が構成される。
【００４０】
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（電圧印加手段）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。
【００４１】
図４に示すように、ヘッドユニット３５は、複数のインクジェットヘッド１００に対応する複数のノズル１１０が形成されたノズルプレート１５０と、複数のキャビティ１４１、複数のインク供給口１４２、１つのリザーバ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。
【００４２】
なお、ノズルプレート１５０に形成された複数のノズル１１０は、図４では簡潔に示すためにリザーバ１４３に対して略並行に直線的に配列されているが、ノズル１１０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、印刷精度（ｄｐｉ）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。
【００４３】
図６は、図３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１４１の容積が急激に収縮する（図２（ｃ））。このときキャビティ１４１内に発生する圧縮圧力により、キャビティ１４１を満たすインク（液状材料）の一部が、このキャビティ１４１に連通しているインクノズル１１０からインク滴として吐出される。
【００４４】
各キャビティ１４１の振動板１２１は、この一連の動作（ヘッドドライバ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。
【００４５】
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回路図である。このように、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及び音響抵抗ｒとで表せる。そして、図７の回路に音圧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、次式が得られる。
【００４６】
【数１】
2004284191.tif 000003
この式から得られた計算結果と、別途行ったインク吐出後の振動板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。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。
【００４７】
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。この吐出異常が発生する原因としては、後述するように、▲１▼キャビティ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出口付近への紙粉付着、等が挙げられる。
【００４８】
この吐出異常が発生すると、その結果としては、典型的にはノズル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、その場合、記録用紙Ｐに印刷（描画）した画像における画素のドット抜けを生じる。また、吐出異常の場合には、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）がずれたりして適正に着弾しないので、やはり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」という場合もある。
【００４９】
以下において、図８に示す比較結果に基づいて、インクジェットヘッド１００のノズル１１０に発生する印刷処理時のドット抜け（吐出異常）現象（インク不吐出現象）の原因別に、振動板１２１の残留振動の計算値と実験値がマッチ（概ね一致）するように、音響抵抗ｒ及び／又はイナータンスｍの値を調整する。なお、ここでは、気泡混入、乾燥増粘及び紙粉付着の３種類について検討する。
【００５０】
まず、ドット抜けの１つの原因であるキャビティ１４１内への気泡の混入について検討する。図９は、図３のキャビティ１４１内に気泡Ｂが混入した場合のノズル１１０付近の概念図である。この図９に示すように、発生した気泡Ｂは、キャビティ１４１の壁面に発生付着しているものと想定される（図９では、気泡Ｂの付着位置の一例として、気泡Ｂがノズル１１０付近に付着している場合を示す）。
【００５１】
このように、キャビティ１４１内に気泡Ｂが混入した場合には、キャビティ１４１内を満たすインクの総重量が減り、イナータンスｍが低下するものと考えられる。また、気泡Ｂは、キャビティ１４１の壁面に付着しているので、その径の大きさだけノズル１１０の径が大きくなったような状態となり、音響抵抗ｒが低下するものと考えられる。
【００５２】
したがって、インクが正常に吐出された図８の場合に対して、音響抵抗ｒ、イナータンスｍを共に小さく設定して、気泡混入時の残留振動の実験値とマッチングすることにより、図１０のような結果（グラフ）が得られた。図８及び図１０のグラフから分かるように、キャビティ１４１内に気泡が混入した場合には、正常吐出時に比べて周波数が高くなる特徴的な残留振動波形が得られる。なお、音響抵抗ｒの低下などにより、残留振動の振幅の減衰率も小さくなり、残留振動は、その振幅をゆっくりと下げていることも確認することができる。
【００５３】
次に、ドット抜けのもう１つの原因であるノズル１１０付近でのインクの乾燥（固着、増粘）について検討する。図１１は、図３のノズル１１０付近のインクが乾燥により固着した場合のノズル１１０付近の概念図である。この図１１に示すように、ノズル１１０付近のインクが乾燥して固着した場合、キャビティ１４１内のインクは、キャビティ１４１内に閉じこめられたような状況となる。このように、ノズル１１０付近のインクが乾燥、増粘した場合には、音響抵抗ｒが増加するものと考えられる。
【００５４】
したがって、インクが正常に吐出された図８の場合に対して、音響抵抗ｒを大きく設定して、ノズル１１０付近のインク乾燥固着（増粘）時の残留振動の実験値とマッチングすることにより、図１２のような結果（グラフ）が得られた。なお、図１２に示す実験値は、数日間図示しないキャップを装着しない状態でヘッドユニット３５を放置し、キャビティ１４１内のノズル１１０付近のインクが乾燥、増粘したことによりインクを吐出することができなくなった（インクが固着した）状態における振動板１２１の残留振動を測定したものである。図８及び図１２のグラフから分かるように、ノズル１１０付近のインクが乾燥により固着した場合には、正常吐出時に比べて周波数が極めて低くなるとともに、残留振動が過減衰となる特徴的な残留振動波形が得られる。これは、インク滴を吐出するために振動板１２１が図３中下方に引き寄せられることによって、キャビティ１４１内にリザーバ１４３からインクが流入した後に、振動板１２１が図３中上方に移動するときに、キャビティ１４１内のインクの逃げ道がないために、振動板１２１が急激に振動できなくなるため（過減衰となるため）である。
【００５５】
次に、ドット抜けのさらにもう１つの原因であるノズル１１０出口付近への紙粉付着について検討する。図１３は、図３のノズル１１０出口付近に紙粉が付着した場合のノズル１１０付近の概念図である。この図１３に示すように、ノズル１１０の出口付近に紙粉が付着した場合、キャビティ１４１内から紙粉を介してインクが染み出してしまうとともに、ノズル１１０からインクを吐出することができなくなる。このように、ノズル１１０の出口付近に紙粉が付着し、ノズル１１０からインクが染み出している場合には、振動板１２１からみてキャビティ１４１内及び染み出し分のインクが正常時よりも増えることにより、イナータンスｍが増加するものと考えられる。また、ノズル１１０の出口付近に付着した紙粉の繊維によって音響抵抗ｒが増大するものと考えられる。
【００５６】
したがって、インクが正常に吐出された図８の場合に対して、イナータンスｍ、音響抵抗ｒを共に大きく設定して、ノズル１１０の出口付近への紙粉付着時の残留振動の実験値とマッチングすることにより、図１４のような結果（グラフ）が得られた。図８及び図１４のグラフから分かるように、ノズル１１０の出口付近に紙粉が付着した場合には、正常吐出時に比べて周波数が低くなる特徴的な残留振動波形が得られる（ここで、紙粉付着の場合、インクの乾燥の場合よりは、残留振動の周波数が高いことも、図１２及び図１４のグラフから分かる。）。なお、図１５は、この紙粉付着前後におけるノズル１１０の状態を示す写真である。ノズル１１０の出口付近に紙粉が付着すると、紙粉に沿ってインクがにじみ出している状態を、図１５（ｂ）から見出すことができる。
【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。
【００５８】
次に、本発明の一実施形態における吐出異常検出手段１０について説明する。ここでは、正常吐出時に振動板１２１の減衰振動が発生するまでの期間に基づいて、吐出異常を検出する場合について説明する。図１６は、本発明の一実施形態における図２に示す吐出異常検出手段１０を概略的に示すとともに、発振回路（発振手段）１１と駆動回路１８との切替動作を示すブロック図である。この図１６に示すように、本発明の吐出異常検出手段１０は、発振手段１１と、減算カウンタ４５と、正常カウント値メモリ４６と、比較基準値メモリ４７と、判定手段２０とから構成される。なお、判定手段２０の判定結果は、所定のタイミング（Ｌｓ信号の入力のタイミング）で記憶手段６２に記憶される。以下、図１６に示す各構成要素を説明する。
【００５９】
発振手段（発振回路）１１は、静電アクチュエータ１２０の振動板１２１の残留振動に基づいて発振する発振回路であり、その発振信号（パルス信号）を減算カウンタ４５に出力するものである。まず、発振手段１１の動作について説明する。図１７は、図３の静電アクチュエータ１２０を平行平板コンデンサとした場合の概念図であり、図１８は、図３の静電アクチュエータ１２０から構成されるコンデンサを含む発振回路１１の回路図である。なお、図１８に示す発振回路１１は、シュミットトリガのヒステリシス特性を利用するＣＲ発振回路であるが、本発明はこのようなＣＲ発振回路に限定されず、アクチュエータ（振動板を含む）の静電容量成分（コンデンサＣ）を用いる発振回路であればどのような発振回路でもよい。発振回路１１は、例えば、ＬＣ発振回路を利用した構成としてもよい。また、本実施形態では、シュミットトリガインバータ１１１を用いた例を示して説明しているが、例えば、インバータを３段用いたＣＲ発振回路を構成してもよい。
【００６０】
図３に示すインクジェットヘッド１００では、上述のように、振動板１２１と非常にわずかな間隔（空隙）を隔てたセグメント電極１２２とが対向電極を形成する静電アクチュエータ１２０を構成している。この静電アクチュエータ１２０は、図１７に示すような平行平板コンデンサと考えることができる。このコンデンサの静電容量をＣ、振動板１２１及びセグメント電極１２２のそれぞれの表面積をＳ、２つの電極１２１、１２２の距離（ギャップ長）をｇ、両電極に挟まれた空間（空隙）の誘電率をε（真空の誘電率をε０、空隙の比誘電率をεｒとすると、ε＝ε０・εｒ）とすると、図１７に示すコンデンサ（静電アクチュエータ１２０）の静電容量Ｃ（ｘ）は、次式で表される。
【００６１】
【数２】
2004284191.tif 000004
なお、式（４）のｘは、図１７に示すように、振動板１２１の残留振動によって生じる振動板１２１の基準位置からの変位量を示している。
【００６２】
この式（４）から分かるように、ギャップ長ｇ（ギャップ長ｇ−変位量ｘ）が小さくなれば、静電容量Ｃ（ｘ）は大きくなり、逆にギャップ長ｇ（ギャップ長ｇ−変位量ｘ）が大きくなれば、静電容量Ｃ（ｘ）は小さくなる。このように、静電容量Ｃ（ｘ）は、（ギャップ長ｇ−変位量ｘ）（ｘが０の場合は、ギャップ長ｇ）に反比例している。なお、図３に示す静電アクチュエータ１２０では、空隙は空気で満たされているので、比誘電率εｒ＝１である。
【００６３】
また、一般に、液滴吐出装置（本実施形態では、インクジェットプリンタ１）の解像度が高まるにつれて、吐出されるインク滴（インクドット）が微小化されるので、この静電アクチュエータ１２０は、高密度化、小型化される。それによって、インクジェットヘッド１００の振動板１２１の表面積Ｓが小さくなり、小さな静電アクチュエータ１２０が構成される。さらに、インク滴吐出による残留振動によって変化する静電アクチュエータ１２０のギャップ長ｇは、初期ギャップｇ０の１割程度となるため、式（４）から分かるように、静電アクチュエータ１２０の静電容量の変化量は非常に小さな値となる。
【００６４】
この静電アクチュエータ１２０の静電容量の変化量（残留振動の振動パターンにより異なる）を検出するために、以下のような方法、すなわち、静電アクチュエータ１２０の静電容量に基づいた図１８のような発振回路を構成し、発振された信号に基づいて残留振動の周波数（周期）を解析する方法を用いる。図１８に示す発振回路１１は、静電アクチュエータ１２０から構成されるコンデンサ（Ｃ）と、シュミットトリガインバータ１１１と、抵抗素子（Ｒ）１１２とから構成される。
【００６５】
シュミットトリガインバータ１１１の出力信号がＨｉｇｈレベルの場合、抵抗素子１１２を介してコンデンサＣを充電する。コンデンサＣの充電電圧（振動板１２１とセグメント電極１２２との間の電位差）が、シュミットトリガインバータ１１１の入力スレッショルド電圧ＶＴ＋に達すると、シュミットトリガインバータ１１１の出力信号がＬｏｗレベルに反転する。そして、シュミットトリガインバータ１１１の出力信号がＬｏｗレベルとなると、抵抗素子１１２を介してコンデンサＣに充電されていた電荷が放電される。この放電によりコンデンサＣの電圧がシュミットトリガインバータ１１１の入力スレッショルド電圧ＶＴ−に達すると、シュミットトリガインバータ１１１の出力信号が再びＨｉｇｈレベルに反転する。以降、この発振動作が繰り返される。
【００６６】
ここで、上述のそれぞれの現象（気泡混入、乾燥、紙粉付着、及び正常吐出）におけるコンデンサＣの静電容量の時間変化を検出するためには、この発振回路１１による発振周波数は、残留振動の周波数が最も高い気泡混入時（図１０参照）の周波数を検出することができる発振周波数に設定される必要がある。そのため、発振回路１１の発振周波数は、例えば、検出する残留振動の周波数の数倍から数十倍以上、すなわち、気泡混入時の周波数よりおよそ１桁以上高い周波数となるようにしなければならない。この場合、好ましくは、気泡混入時の残留振動の周波数が正常吐出の場合と比較して高い周波数を示すため、気泡混入時の残留振動周波数が検知可能な発振周波数に設定するとよい。そうしなければ、吐出異常の現象に対して正確な残留振動の周波数を検出することができない。そのため、本実施形態では、発振周波数に応じて、発振回路１１のＣＲの時定数を設定している。このように、発振回路１１の発振周波数を高く設定することにより、この発振周波数の微小変化に基づいて、より正確な残留振動波形を検出することができる。
【００６７】
駆動回路１８は、後述する図１９のタイミングチャートにおいて示すように、静電アクチュエータ１２０の駆動波形を生成する回路である。なお、図示していないが、この駆動回路１８は、複数あるインクジェットヘッド１００のいずれのインクジェットヘッド１００のノズル１１０からインク滴を吐出するかを選択する吐出選択手段（セレクタ）を備えている。
【００６８】
切替手段２３は、静電アクチュエータ１２０との接続を、駆動回路１８と発振回路１１とで切り替えるスイッチ（スイッチング回路）である。切替手段２３は、静電アクチュエータ１２０を駆動するために、駆動回路１８側に接続されている。上述のように、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。
【００６９】
駆動信号のパルスが立ち下がると、その立ち下がりエッジに同期して駆動／検出切替信号（図１９のタイミングチャート参照）が切替手段２３に入力され、切替手段２３は、駆動回路１８から吐出異常検出手段（検出回路）１０側に切り替えられ、静電アクチュエータ１２０（発振回路１１のコンデンサとして利用）は吐出異常検出手段１０と接続される。これにより、発振回路１１が発振し、その発振信号が減算カウンタ４５に出力される。
【００７０】
減算カウンタ４５は、正常カウント値メモリ４６から所定のカウント値を入力されると、それを保持する。そして、発振回路１１から発振信号（パルス信号）が入力されると、減算カウンタ４５は、所定の期間（所定の時間）、その所定のカウント値からパルス数を減算する。なお、所定の期間とは、例えば、インクジェットヘッド１００から正常にインク滴が吐出された場合に振動板１２１の残留振動が発生するまでの時間、正常吐出時の残留振動の半周期、正常吐出時の残留振動の１／４周期などである。また、正常カウント値メモリ４６に記憶されている所定のカウント値としては、正常吐出時における上述の所定の時間にカウントされたパルス数である。
【００７１】
減算カウンタ４５は、図１９のタイミングチャートに示すように、Ｌｏａｄ信号の入力のタイミングで正常カウント値メモリ４６から所定のカウント値（正常カウント値）を取得し、駆動／検出切替信号がＨｉｇｈレベルの間、ゲートを開いて、発振回路１１の出力信号である発振パルスを受け、正常カウント値から減算する。
【００７２】
判定手段２０は、減算カウンタ４５の減算処理により得られた減算結果を比較基準値メモリ４７から入力される所定の基準値と比較する。そして、Ｌｓ信号の入力のタイミングで、判定手段２０の判定結果が保持され、その判定結果は、記憶手段６２に出力される。なお、所定の基準値としては、いくつかの基準値（閾値）が設けられ、判定結果をこのいくつかの基準値とそれぞれ比較することにより、上述した吐出異常（気泡混入、紙粉付着及び乾燥増粘）を検出し、判定することができる。詳細については後述する。
【００７３】
なお、正常カウントとメモリ４６及び比較基準値メモリ４７は、それぞれ別々のメモリとしてインクジェットプリンタ１に設けられてもよく、制御部６のＥＥＰＲＯＭ（記憶手段）６２と共用されてもよい。また、このような減算カウント処理は、インクジェットプリンタ１の静電アクチュエータ１２０が駆動していない駆動休止期間に行われる。これにより、インクジェットプリンタ１のスループットを低下させることなく、吐出異常の検出を行うことができる。
【００７４】
次に、図１９のタイミングチャートを参照して、本発明の吐出異常検出手段１０の動作について説明する。まず、図１６及び図１９に示すＬｏａｄ信号、Ｌｓ信号及びＣＬＲ信号の生成方法について説明する。図１９のタイミングチャートに示すように、Ｌｏａｄ信号は、駆動回路１８から出力される駆動信号の立ち上がりエッジの直前に短時間だけＨｉｇｈレベルとなる信号であり、Ｌｓ信号は、切替手段２３に入力される駆動／検出切替信号の立ち下がりエッジに同期して所定の時間（記憶手段６２に判定結果を保存するのに十分な時間）Ｈｉｇｈレベルになる信号である。また、図１９のタイミングチャートでは示していないが、ＣＬＲ信号は、減算処理により減算カウンタ４５に保持されている減算結果をクリアするための信号であり、Ｌｓ信号の出力後、Ｌｏａｄ信号の入力されるまでの間の所定のタイミングで減算カウンタ４５に入力されるものである。
【００７５】
このように生成された信号群に基づいて、吐出異常検出手段１０は動作する。駆動回路１８から出力される駆動信号の立ち上がりエッジの直前にＬｏａｄ信号が減算カウンタ４５に入力されると、そのタイミングで正常カウント値メモリ４６から正常カウント値が入力され、保持される。なお、Ｌｏａｄ信号の入力タイミングは、上記タイミングに限定されるものではなく、Ｌｓ信号入力後から駆動期間が終了するまでのいずれのタイミングであってもよい。インクジェットヘッド１００の吐出駆動動作が終了すると、駆動信号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手段２３に入力される。そして、この駆動／検出切替信号により、切替手段２３は、静電アクチュエータ１２０との接続を駆動回路１８から発振回路１１に切り替える。
【００７６】
振動板１２１の残留振動により発振回路１１の静電容量成分（Ｃ）が変化し、それに基づいて、発振回路１１が発振を開始する。減算カウンタ４５は、駆動／検出切替信号の立ち上がりに同期してゲートを開き、駆動／検出切替信号がＨｉｇｈレベルの間（Ｔｓの間）正常カウント値からパルス数を減算処理する。このＴｓは、正常吐出時の振動板１２１が残留振動を開始するまで（残留振動が発生するまで）の時間であり、インクジェットヘッド１００がインク滴を吐出後、静電アクチュエータ１２０が駆動されていない状態における振動板１２１の位置に戻ってくるまでの時間である。
【００７７】
この図１９のタイミングチャートでは、駆動回路１８と吐出異常検出手段１０とを切り替えた後、振動板の残留振動が発生するまでの期間の正常カウント値に基づいて、吐出異常の判定を行っている。したがって、残留振動が発生するタイミング（振動板１２１が初期状態の位置に戻ったタイミング）で駆動／検出切替信号がＬｏｗレベルに立ち下がるとともに、Ｌｓ信号が発生し、減算カウンタ４５の減算結果に基づいて、判定手段２０が所定の判定を行った判定結果が記憶手段６２に保持（保存）される。なお、基準値Ｎ１、Ｎ２、Ｐ１及びＰ２については後述する。
【００７８】
図２０は、駆動信号が印加された後、切替手段２３によって静電アクチュエータ１２０と発振回路１１が接続され、発振回路１１から出力される発振周波数の変化を縦軸に、その経過時間を横軸に設けることにより、発振周波数の時間推移を示した図である。この発振周波数の時間推移による変化は、インクジェットヘッドのそれぞれの状態における残留振動波形を示すことになる。この図２０に示すように、正常吐出時に比べ、気泡混入時には残留振動の周期が短くなり、紙粉付着又は乾燥増粘時には残留振動の周期が長くなる結果が得られている。ここで、駆動信号の印加後、発振回路１１の発振周波数は、各残留振動の状態によって変化している。正常吐出時において、静電アクチュエータ１２０が駆動されていない状態（初期状態）における振動板１２１の位置（初期位置）に振動板１２１が戻ってくるまでの時間Ｔｓまでの状態を比較すると、気泡混入の場合には、残留振動波形がＴｓになるまでに立ち上がり、発振回路１１の発振周波数が主に正常吐出時よりも高い発振パルスが出力されている。これに対して、乾燥（増粘）の場合には、残留振動波形がＴｓになるまで立ち上がらないため、発振回路１１の発振周波数が主に正常吐出時よりも低い発振パルスが出力されていることを意味する。したがって、この残留振動の周期の違い、すなわち、残留振動の周波数の違いに応じて、発振回路１１の発振パルスの数が変化するため、減算カウンタ４５の減算結果に基づいて、判定手段２０による吐出異常判定処理を行うことができる。
【００７９】
次に、減算カウンタ４５の減算結果の一例を示す。図２１は、減算カウンタ４５の減算結果と、それに基づく判定手段２０の判定結果の一例を示すグラフである。上述のように、残留振動の周期は、正常吐出時の場合と比べ、気泡混入時には短く、乾燥増粘又は紙粉付着時には長い。したがって、比較基準値メモリ４７に記憶しておく基準値として、少なくとも２つの基準値を設定しておくことにより、正常吐出時と吐出異常時を区別することができる（この場合は、基準値Ｎ１とＰ１のみを設定）。しかしながら、より好ましくは、３又は４つの基準値を設け、減算処理された減算結果がこれらの基準値よりも大きいか否かに基づいて、上記３種類の吐出異常の状態を判定することができる。
【００８０】
図２１のグラフでは、減算結果に対する基準値として、基準値Ｐ２、Ｐ１、Ｎ１及びＮ２の４つを設定している。第１の閾値として基準値Ｎ１及び基準値Ｎ２を設定し、判定手段２０は、減算結果がこの第１の閾値よりも小さい場合には、吐出異常の原因を気泡混入と判定する。なお、基準値Ｎ１以下でかつ基準値Ｎ２以上の減算結果が出た場合は、微小な気泡が混入していると判断し、基準値Ｎ２よりも小さい場合には、大量の気泡が混入していると判断することができる。この場合、気泡混入の大小に基づいて、例えば、ポンプ吸引時間を変更し、あるいは、ポンプ吸引圧を変更することにより、適切な回復処理を実行することができる。このような判断を特に必要としない場合は、基準値Ｎ１だけにより気泡混入を判断してもよい。第２の閾値として基準値Ｐ２を設定し、判定手段２０は、減算結果がこの第２の閾値よりも大きい場合には、吐出異常の原因を乾燥増粘と判定する。また、第３の閾値として基準値Ｐ１を設定し、判定手段２０は、減算結果が第３の閾値よりも大きく、第２の閾値よりも小さい場合には、吐出異常の原因を紙粉付着と判定する。
【００８１】
なお、これらの基準値として、図２１では、Ｐ１＝＋３、Ｐ２＝＋１０、Ｎ１＝−３、Ｐ２＝−１０としている。判定手段２０から出力される判定結果としては、減算結果の絶対値が各基準値を超えた場合に“１”を出力するものとする。吐出異常の原因と各基準値の出力との関係を図２２に示す。判定手段２０は、各基準値の値により、吐出異常の有無及びその原因を判定することができる。
また、これらの基準値は、予め実験により求めておく方がよい。なぜならば、インクジェットヘッド１００からインク滴を吐出したときの振動板１２１の残留振動の周期は、インクジェットヘッド１００の構造、すなわち、キャビティ１４１の構造などにより決定されるからである。
【００８２】
次に、振動板１２１の減衰振動が発生するまでの期間に基づいて、吐出異常を検出する場合における吐出異常検出処理を説明する。図２３は、本発明の一実施形態における吐出異常検出処理を示すフローチャートである。印刷される印字データ（フラッシング動作における吐出データでもよい）がホストコンピュータ８からインターフェース（ＩＦ）９を介して制御部６に入力されると、所定のタイミングでこの吐出異常検出処理が実行される。なお、説明の都合上、この図２４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。
【００８３】
まず、駆動信号の入力直前のタイミング（このタイミングに限らない）でＬｏａｄ信号が減算カウンタ４５に入力され、正常カウント値メモリ４６から正常カウント値が入力（プリセット）される（ステップＳ１０１）。そして、印字データ（吐出データ）に対応する駆動信号がヘッドドライバ３３の駆動回路１８から入力され、それにより、図１９のタイミングチャートに示すような駆動信号のタイミングに基づいて、静電アクチュエータ１２０の両電極間に駆動信号（電圧信号）が印加される（ステップＳ１０２）。そして、制御部６は、駆動信号（電圧信号）の静電アクチュエータ１２０への入力が終了したか否かを判断し（ステップＳ１０３）、駆動信号の入力が終了すると、駆動／検出切替信号が、制御部６から切替手段２３に入力される。
【００８４】
駆動／検出切替信号が切替手段２３に入力されると、切替手段２３によって、静電アクチュエータ１２０、すなわち、発振回路１１を構成するコンデンサは、駆動回路１８から切り離され、吐出異常検出手段１０（検出回路）側、すなわち、発振回路１１に接続される（ステップＳ１０４）。そして、静電アクチュエータ１２０の静電容量に基づいて、発振回路１１を構成し（ステップＳ１０５）、発振回路１１から発振パルスが出力される（ステップＳ１０６）。この発振パルスは減算カウンタ４５に入力され、減算カウンタ４５は、正常カウント値から発振パルスを減算カウントする（ステップＳ１０７）。予め設定されたカウント期間、この場合、切替手段２３によって切り替えられてから減衰振動が発生するまでの期間が終了するまで減算カウント処理を実行し、カウント期間が終了すると（ステップＳ１０８）、判定処理に移行する。
【００８５】
ステップＳ１０９において、判定手段２０は、減算カウンタ４５の減算結果に基づいて、発振パルスの数が正常カウント数の範囲（すなわち、基準値Ｎ１〜Ｐ１）にあるか否かを判定する。正常カウント数の範囲内にある場合、判定手段２０は、正常に吐出されたと判定し（ステップＳ１１０）、逆に、正常カウント数の範囲内にない場合には、そのインクジェットヘッド１００は吐出異常である（不具合ノズル１１０である）と判定する（ステップＳ１１１）。
【００８６】
そして、この判定手段２０による判定結果を記憶手段６２に記憶（保持）し（ステップＳ１１２）、駆動／検出切替信号に基づいて、静電アクチュエータ１２０との接続を発振回路１１から駆動回路１８に切り替えて、発振回路１１の発振を停止する（ステップＳ１１３）。ステップＳ１１４において、そのインクジェットヘッド１００による吐出駆動処理が終了したか否かが判断され、終了していると判断された場合にはこの吐出異常検出処理を終了する。また、まだ終了していないと判断された場合にはステップＳ１０１に移行して、同様の処理を繰り返す。
このように、本発明の吐出異常検出処理では、正常カウント値から発振パルスを減算し、その減算結果を所定の基準値と比較することより、インクジェットヘッド１００の吐出異常の有無及び吐出異常がある場合にはその原因を簡単な構成で検出することができる。
【００８７】
次に、本発明のもう一つの実施形態における吐出異常検出手段１０について説明する。ここでは、正常吐出時の半周期毎又は１／４周期毎の期間に基づいて、吐出異常を検出する場合について説明する。図２４は、本発明の他の実施形態における図２に示す吐出異常検出手段１０の概略的なブロック図である。なお、図１６と異なる構成のみを説明することとし、図１６のブロック図と同様の機能を有する構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００８８】
この吐出異常検出手段１０は、発振回路１１と、減算カウンタ４５と、複数の正常値メモリ４６ａ〜４６ｎを有する正常値メモリ４６と、この正常値メモリを切り替える第１のセレクタ４８ａと、第１比較基準値メモリ４７ａと、第１判定手段２０ａと、複数の記憶手段６２ａ〜６２ｎを有する記憶手段６２と、記憶手段６２を切り替える第２のセレクタ４８ｂと、第２比較基準値メモリ４７ｂと、第２判定手段２０ｂとから構成される。
【００８９】
第１のセレクタ４８ａは、正常吐出時の残留振動の所定のタイミングに基づいて、減算カウンタ４５に入力する正常カウント値を切り替えるものであり、第２のセレクタ４８ｂは、第１のセレクタ４８ａによって選択された正常カウント値メモリ４６ａ〜４６ｎに対応して、第１判定手段２０ａ（上記例の判定手段２０と同じ構成である）の判定結果を保存する記憶手段６２を切り替えるものである。
【００９０】
第２判定手段２０ｂは、図２９のグラフに示すような複数の記憶手段６２ａ〜６２ｎに記憶（保存）されている判定結果に基づいて、インクジェットヘッド１００の吐出異常の有無及び吐出異常の原因を最終的に判定するものである。なお、図２９の表に示すような数列が第２比較基準値メモリ４７ｂに格納されている。
【００９１】
図２５にカウント期間が正常吐出時の残留振動の半周期の場合における残留振動波形を示し、図２６にカウント期間が正常吐出時の残留振動の１／４周期の場合における残留振動波形を示す。この実施形態では、正常吐出時の残留振動の最初の半周期もしくは１／４周期、又はその半周期毎もしくは１／４周期毎に、減算カウンタ４５が減算処理をし、その複数の減算結果に基づいて吐出異常の検出、判定を行っている。
【００９２】
次に、図２７のタイミングチャートを参照して、本実施形態の吐出異常検出手段１０の動作を説明する。図２７は、図２４に示す減算カウンタ４５の減算処理のタイミングチャート（半周期毎）である。駆動信号の直前に最初のＬｏａｄ信号が入力され、正常カウント値１が減算カウンタ４５に入力される。減算カウンタ４５は、駆動信号の立ち下がりエッジに同期してゲートを開き、減算処理を開始する。残留振動の発生時（すなわち、振動板１２１が最初に定常位置に戻ったとき）に、Ｌｓ信号が記憶手段６２に入力され、それまでの減算結果を記憶手段６２ａに保存するとともに、ＣＬＲ信号及びＬｏａｄ信号が減算カウンタ４５に入力され、今までの減算結果をクリアして、次の正常カウント値２を入力する。
【００９３】
以下同様に、減算処理を繰り返し、それぞれの正常カウント値からの減算結果を記憶手段６２に記憶する。第２判定手段２０ｂは、第２比較基準値４７ｂから比較基準値（図２９の表参照）を入力され、その比較基準値に基づいて、対応するインクジェットヘッド１００の吐出異常の有無及び吐出異常の原因を最終的に判定する。
【００９４】
なお、図２８は、減算カウンタの減算結果と、それに基づく判定手段の判定結果の一例（半周期毎を（Ａ）に、１／４周期毎を（Ｂ）に示す）を示す図であり、図２９は、吐出異常の原因と各基準値の出力との関係（半周期毎を（Ａ）に、１／４周期毎を（Ｂ）に示す）を示す図である。このように、複数箇所の期間の減算結果を用いて判定することにより、より正確な吐出異常の判定処理を実行することができる。
【００９５】
次に、正常吐出時の残留振動の半周期毎又は１／４周期毎の期間に基づいて、吐出異常を検出する場合における吐出異常検出処理を説明する。図３０は、本発明の他の実施形態における吐出異常検出処理を示すフローチャートである。図２３のフローチャートと同様に、印字データがインクジェットプリンタ１に入力されたときなどの所定のタイミングで吐出異常検出処理が実行される。
【００９６】
まず、駆動信号の入力直前のタイミング（このタイミングに限らない）でＬｏａｄ信号が減算カウンタ４５に入力され、正常カウント値メモリ４６から正常カウント値が入力（プリセット）される（ステップＳ２０１）。そして、印字データ（吐出データ）に対応する駆動信号がヘッドドライバ３３の駆動回路１８から入力され、それにより、図２７のタイミングチャートに示すような駆動信号のタイミングに基づいて、静電アクチュエータ１２０の両電極間に駆動信号（電圧信号）が印加される（ステップＳ２０２）。そして、制御部６は、駆動信号（電圧信号）の静電アクチュエータ１２０への入力が終了したか否かを判断し（ステップＳ２０３）、駆動信号の入力が終了すると、駆動／検出切替信号が、制御部６から切替手段２３に入力される。
【００９７】
駆動／検出切替信号が切替手段２３に入力されると、切替手段２３によって、静電アクチュエータ１２０、すなわち、発振回路１１を構成するコンデンサは、駆動回路１８から切り離され、吐出異常検出手段１０（検出回路）側、すなわち、発振回路１１に接続される（ステップＳ２０４）。そして、静電アクチュエータ１２０の静電容量に基づいて、発振回路１１を構成し（ステップＳ２０５）、発振回路１１から発振パルスが出力される（ステップＳ２０６）。この発振パルスは減算カウンタ４５に入力され、減算カウンタ４５は、第１の正常カウント値１から発振パルスを減算カウントする（ステップＳ２０７）。予め設定されたカウント期間、この場合、切替手段２３によって切り替えられてから減衰振動が発生するまでの期間が終了するまで減算カウント処理を実行し、カウント期間が終了すると（ステップＳ２０８）、判定処理に移行する。
【００９８】
ステップＳ２０９において、第１判定手段２０ａは、減算カウンタ４５の減算結果に基づいて、発振パルスの数が正常カウント数の範囲（すなわち、基準値Ｎ１〜Ｐ１）にあるか否かを判定する。正常カウント数の範囲内にある場合、第１判定手段２０ａは、正常に吐出されたと判定し（ステップＳ２１０）、逆に、正常カウント数の範囲内にない場合には、そのインクジェットヘッド１００は吐出異常である（不具合ノズル１１０である）と判定する（ステップＳ２１１）。
【００９９】
そして、この第１判定手段２０ａによる判定結果を第１の記憶手段６２ａに記憶（保持）し（ステップＳ２１２）、制御部６は、すべてのカウント期間について減算処理が終了したか否かを判断する（ステップＳ２１３）。まだ残留振動の半周期又は１／４周期毎の減算処理が実行されていないので、ステップＳ２１４に移行して、カウント期間指示信号を１つインクリメントし（図２７のタイミングチャート参照）、第２のセレクタ４８ｂによって次の記憶手段６２ｂを選択するとともに（ステップＳ２１５）、第１のセレクタ４８ａにより次の正常カウント値メモリ４６ｂを選択して、その正常カウント値２を減算カウンタ４５にプリセットする（ステップＳ２１６）。そして、ステップＳ２０７以降の処理を繰り返す。
【０１００】
ステップＳ２１３においてすべてのカウント期間について減算処理（第１の判定処理）が終了したと判断された場合には、駆動／検出切替信号に基づいて、静電アクチュエータ１２０との接続を発振回路１１から駆動回路１８に切り替えて、発振回路１１の発振を停止し（ステップＳ２１７）、第２判定手段２０ｂは、複数の記憶手段６２ａ〜６２ｎに記憶されている第１判定結果と第２比較基準値とに基づいて、そのインクジェットヘッド１００の吐出異常の判定処理を実行する（ステップＳ２１８）。そして、ステップＳ２１９において、そのインクジェットヘッド１００による吐出駆動処理が終了したか否かが判断され、終了していると判断された場合にはこの吐出異常検出処理を終了する。また、まだ終了していないと判断された場合にはステップＳ２０１に移行して、同様の処理を繰り返す。
このように、本発明の吐出異常検出処理では、複数のタイミングにおいて正常カウント値から発振パルスを減算し、それらの減算結果を所定の基準値と比較することより、インクジェットヘッド１００の吐出異常の有無及び吐出異常がある場合にはその原因を簡単な構成で、より正確に検出することができる。
【０１０１】
以上のように、本実施形態の液滴吐出装置（インクジェットプリンタ１）及び吐出異常判定方法では、静電アクチュエータ１２０の駆動により、液滴吐出ヘッド１００から液体を液滴として吐出する動作を行った際に、その静電アクチュエータ１２０の静電容量の変化に基づいて発振回路１１が発振し、減算カウンタ４５は、正常吐出時のカウント値である正常カウント値からこの発振パルスを減算し、その減算結果に基づいて、判定手段２０は、液滴が正常に吐出されたか、あるいは吐出されなかったか（吐出異常）、吐出異常の場合には、その原因が何であるかを判定することとした。
【０１０２】
したがって、本発明の液滴吐出装置及び液滴吐出ヘッドの吐出異常判定方法によって、従来のドット抜け検出方法（例えば、光学式検出方法など）を備える液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置に比べ、他の部品（例えば、光学式のドット抜け検出装置など）を必要としないので、液滴吐出ヘッドのサイズを大きくすることなく液滴の吐出異常を正確に検出することができるとともに、回路構成が複雑でないので、吐出異常（ドット抜け）検出を行うことができる液滴吐出装置の製造コストを低く抑えることができる。また、本発明の液滴吐出装置では、液滴吐出動作後の振動板の残留振動を用いて液滴の吐出異常を検出しているので、印字動作の途中でも液滴の吐出異常を検出することができる。したがって、印字動作中に本発明の吐出異常判定方法を実行しても、液滴吐出装置のスループットを低下又は悪化させることはない。
また、本発明の液滴吐出装置によって、光学式検出装置など従来のドット抜け検出を行うことができる装置では判定不可能である液滴の吐出異常の原因を判定することができ、それによって、必要に応じ、その原因に対し適切な回復処理を選択し、実行することができる。
【０１０３】
＜第２実施形態＞
次に、本発明におけるインクジェットヘッドの他の構成例について説明する。図３１〜図３４は、それぞれ、インクジェットヘッド１００の他の構成例の概略を示す断面図である。以下、これらの図に基づいて説明するが、前述した実施形態と相違する点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。
【０１０４】
図３１に示すインクジェットヘッド１００Ａは、圧電素子２００の駆動により振動板２１２が振動し、キャビティ２０８内のインク（液体）がノズル２０３から吐出するものである。ノズル（孔）２０３が形成されたステンレス鋼製のノズルプレート２０２には、ステンレス鋼製の金属プレート２０４が接着フィルム２０５を介して接合されており、さらにその上に同様のステンレス鋼製の金属プレート２０４が接着フィルム２０５を介して接合されている。そして、その上には、連通口形成プレート２０６及びキャビティプレート２０７が順次接合されている。
【０１０５】
ノズルプレート２０２、金属プレート２０４、接着フィルム２０５、連通口形成プレート２０６及びキャビティプレート２０７は、それぞれ所定の形状（凹部が形成されるような形状）に成形され、これらを重ねることにより、キャビティ２０８及びリザーバ２０９が形成される。キャビティ２０８とリザーバ２０９とは、インク供給口２１０を介して連通している。また、リザーバ２０９は、インク取り入れ口２１１に連通している。
【０１０６】
キャビティプレート２０７の上面開口部には、振動板２１２が設置され、この振動板２１２には、下部電極２１３を介して圧電素子（ピエゾ素子）２００が接合されている。また、圧電素子２００の下部電極２１３と反対側には、上部電極２１４が接合されている。ヘッドドライバ２１５は、駆動電圧波形を生成する駆動回路を備え、上部電極２１４と下部電極２１３との間に駆動電圧波形を印加（供給）することにより、圧電素子２００が振動し、それに接合された振動板２１２が振動する。この振動板２１２の振動によりキャビティ２０８の容積（キャビティ内の圧力）が変化し、キャビティ２０８内に充填されたインク（液体）がノズル２０３より液滴として吐出する。
液滴の吐出によりキャビティ２０８内で減少した液量は、リザーバ２０９からインクが供給されて補給される。また、リザーバ２０９へは、インク取り入れ口２１１からインクが供給される。
【０１０７】
図３２に示すインクジェットヘッド１００Ｂも前記と同様に、圧電素子２００の駆動によりキャビティ２２１内のインク（液体）がノズルから吐出するものである。このインクジェットヘッド１００Ｂは、一対の対向する基板２２０を有し、両基板２２０間に、複数の圧電素子２００が所定間隔をおいて間欠的に設置されている。
隣接する圧電素子２００同士の間には、キャビティ２２１が形成されている。キャビティ２２１の図３２中前方にはプレート（図示せず）、後方にはノズルプレート２２２が設置され、ノズルプレート２２２の各キャビティ２２１に対応する位置には、ノズル（孔）２２３が形成されている。
【０１０８】
各圧電素子２００の一方の面及び他方の面には、それぞれ、一対の電極２２４が設置されている。すなわち、１つの圧電素子２００に対し、４つの電極２２４が接合されている。これらの電極２２４のうち所定の電極間に所定の駆動電圧波形を印加することにより、圧電素子２００がシェアモード変形して振動し（図３２において矢印で示す）、この振動によりキャビティ２２１の容積（キャビティ内の圧力）が変化し、キャビティ２２１内に充填されたインク（液体）がノズル２２３より液滴として吐出する。すなわち、インクジェットヘッド１００Ｂでは、圧電素子２００自体が振動板として機能する。
【０１０９】
図３３に示すインクジェットヘッド１００Ｃも前記と同様に、圧電素子２００の駆動によりキャビティ２３３内のインク（液体）がノズル２３１から吐出するものである。このインクジェットヘッド１００Ｃは、ノズル２３１が形成されたノズルプレート２３０と、スペーサ２３２と、圧電素子２００とを備えている。圧電素子２００は、ノズルプレート２３０に対しスペーサ２３２を介して所定距離離間して設置されており、ノズルプレート２３０と圧電素子２００とスペーサ２３２とで囲まれる空間にキャビティ２３３が形成されている。
【０１１０】
圧電素子２００の図３３中上面には、複数の電極が接合されている。すなわち、圧電素子２００のほぼ中央部には、第１電極２３４が接合され、その両側部には、それぞれ第２の電極２３５が接合されている。第１電極２３４と第２電極２３５との間に所定の駆動電圧波形を印加することにより、圧電素子２００がシェアモード変形して振動し（図３３において矢印で示す）、この振動によりキャビティ２３３の容積（キャビティ内の圧力）が変化し、キャビティ２３３内に充填されたインク（液体）がノズル２３１より液滴として吐出する。すなわち、インクジェットヘッド１００Ｃでは、圧電素子２００自体が振動板として機能する。
【０１１１】
図３４に示すインクジェットヘッド１００Ｄも前記と同様に、圧電素子２００の駆動によりキャビティ２４５内のインク（液体）がノズル２４１から吐出するものである。このインクジェットヘッド１００Ｄは、ノズル２４１が形成されたノズルプレート２４０と、キャビティプレート２４２と、振動板２４３と、複数の圧電素子２００を積層してなる積層圧電素子２０１とを備えている。
【０１１２】
キャビティプレート２４２は、所定の形状（凹部が形成されるような形状）に成形され、これにより、キャビティ２４５及びリザーバ２４６が形成される。キャビティ２４５とリザーバ２４６とは、インク供給口２４７を介して連通している。また、リザーバ２４６は、インク供給チューブ３１１を介してインクカートリッジ３１と連通している。
【０１１３】
積層圧電素子２０１の図３４中下端は、中間層２４４を介して振動板２４３と接合されている。積層圧電素子２０１には、複数の外部電極２４８及び内部電極２４９が接合されている。すなわち、積層圧電素子２０１の外表面には、外部電極２４８が接合され、積層圧電素子２０１を構成する各圧電素子２００同士の間（又は各圧電素子の内部）には、内部電極２４９が設置されている。この場合、外部電極２４８と内部電極２４９の一部が、交互に、圧電素子２００の厚さ方向に重なるように配置される。
【０１１４】
そして、外部電極２４８と内部電極２４９との間にヘッドドライバ３３より駆動電圧波形を印加することにより、積層圧電素子２０１が図３４中の矢印で示すように変形して（図３４中上下方向に伸縮して）振動し、この振動により振動板２４３が振動する。この振動板２４３の振動によりキャビティ２４５の容積（キャビティ内の圧力）が変化し、キャビティ２４５内に充填されたインク（液体）がノズル２４１より液滴として吐出する。
液滴の吐出によりキャビティ２４５内で減少した液量は、リザーバ２４６からインクが供給されて補給される。また、リザーバ２４６へは、インクカートリッジ３１からインク供給チューブ３１１を介してインクが供給される。
【０１１５】
以上のような圧電素子を備えるインクジェットヘッド１００Ａ〜１００Ｄにおいても、前述した静電容量方式のインクジェットヘッド１００と同様にして、振動板又は振動板として機能する圧電素子の残留振動に基づき、液滴吐出の異常を検出しあるいはその異常の原因を特定することができる。なお、インクジェットヘッド１００Ｂ及び１００Ｃにおいては、キャビティに面した位置にセンサとしての振動板（残留振動検出用の振動板）を設け、この振動板の残留振動を検出するような構成とすることもできる。
【０１１６】
以上のように、本発明の液滴吐出装置及び液滴吐出ヘッドの吐出異常判定方法は、静電アクチュエータ又は圧電アクチュエータの駆動により、液滴吐出ヘッドから液体を液滴として吐出する動作を行った際に、このアクチュエータによって変位させられた振動板の残留振動を検出し、その振動板の残留振動に基づいて、液滴が正常に吐出されたか、あるいは吐出されなかったか（吐出異常）を検出することとした。
【０１１７】
また、本発明は、上記振動板の残留振動の振動パターン（例えば、残留振動波形の周期など）に基づいて、このようにして得られた液滴の吐出異常の原因を判定することとした。
したがって、本発明によって、従来のドット抜け検出方法を備える液滴吐出装置に比べ、他の部品（例えば、光学式のドット抜け検出装置など）を必要としないので、液滴吐出ヘッドのサイズを大きくすることなく液滴の吐出異常を検出することができるとともに、製造コストを低く抑えることができる。また、本発明の液滴吐出ヘッドでは、液滴吐出動作後の振動板の残留振動を用いて液滴の吐出異常を検出しているので、印字動作の途中でも液滴の吐出異常を検出することができる。
また、本発明によって、光学式検出装置など従来のドット抜け検出を行うことができる装置では判定不可能である液滴の吐出異常の原因を判定することができ、それによって、必要に応じ、その原因に対し適切な回復処理を選択し、実行することができる。
【０１１８】
以上、本発明の液滴吐出装置及び液滴吐出ヘッドの吐出異常判定方法を図示の各実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、液滴吐出ヘッドあるいは液滴吐出装置を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、本発明の液滴吐出ヘッドあるいは液滴吐出装置に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
【０１１９】
なお、本発明の液滴吐出装置の液滴吐出ヘッド（上述の実施形態では、インクジェットヘッド１００）から吐出する吐出対象液（液滴）としては、特に限定されず、例えば以下のような各種の材料を含む液体（サスペンション、エマルション等の分散液を含む）とすることができる。すなわち、カラーフィルタのフィルタ材料を含むインク、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）装置におけるＥＬ発光層を形成するための発光材料、電子放出装置における電極上に蛍光体を形成するための蛍光材料、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｐａｎｅｌ）装置における蛍光体を形成するための蛍光材料、電気泳動表示装置における泳動体を形成する泳動体材料、基板Ｗの表面にバンクを形成するためのバンク材料、各種コーティング材料、電極を形成するための液状電極材料、２枚の基板間に微小なセルギャップを構成するためのスペーサを構成する粒子材料、金属配線を形成するための液状金属材料、マイクロレンズを形成するためのレンズ材料、レジスト材料、光拡散体を形成するための光拡散材料などである。
また、本発明では、液滴を吐出する対象となる液滴受容物は、記録用紙のような紙に限らず、フィルム、織布、不織布等の他のメディアや、ガラス基板、シリコン基板等の各種基板のようなワークであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液滴吐出装置の一種であるインクジェットプリンタの構成を示す概略図である。
【図２】本発明のインクジェットプリンタの主要部を概略的に示すブロック図である。
【図３】図１に示すインクジェットヘッドの概略的な断面図である。
【図４】図１に示す１色のインクに対応するヘッドユニット３５の構成を示す分解斜視図である。
【図５】４色インクを用いるヘッドユニットのノズルプレートのノズル配置パターンの一例である。
【図６】図３のＩＩＩ−ＩＩＩ断面の駆動信号入力時の各状態を示す状態図である。
【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回路図である。
【図８】図３の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である。
【図９】図３のキャビティ内に気泡が混入した場合のノズル付近の概念図である。
【図１０】キャビティへの気泡混入によりインク滴が吐出しなくなった状態における残留振動の計算値及び実験値を示すグラフである。
【図１１】図３のノズル付近のインクが乾燥により固着した場合のノズル付近の概念図である。
【図１２】ノズル付近のインクの乾燥増粘状態における残留振動の計算値及び実験値を示すグラフである。
【図１３】図３のノズル出口付近に紙粉が付着した場合のノズル付近の概念図である。
【図１４】ノズル出口に紙粉が付着した状態における残留振動の計算値及び実験値を示すグラフである。
【図１５】ノズル付近に紙粉が付着した前後におけるノズルの状態を示す写真である。
【図１６】図２に示す吐出異常検出手段を概略的に示すとともに、発振回路（発振手段）と駆動回路との切替動作を示すブロック図である。
【図１７】図３の静電アクチュエータを平行平板コンデンサとした場合の概念図である。
【図１８】図３の静電アクチュエータから構成されるコンデンサを含む発振回路の回路図である。
【図１９】図１６に示す減算カウンタの減算処理のタイミングチャートである。
【図２０】インクジェットヘッドのそれぞれの状態における残留振動波形を示す図である。
【図２１】減算カウンタの減算結果と、それに基づく判定手段の判定結果の一例を示す図である。
【図２２】吐出異常の原因と各基準値の出力との関係を示す図である。
【図２３】本発明の一実施形態における吐出異常検出処理を示すフローチャートである。
【図２４】本発明の他の実施形態における図２に示す吐出異常検出手段の概略的なブロック図である。
【図２５】カウント期間が正常吐出時の残留振動の半周期の場合における残留振動波形を示す。
【図２６】カウント期間が正常吐出時の残留振動の１／４周期の場合における残留振動波形を示す。
【図２７】図２４に示す減算カウンタの減算処理のタイミングチャート（半周期毎）である。
【図２８】減算カウンタの減算結果と、それに基づく判定手段の判定結果の一例（半周期毎及び１／４周期毎）を示す図である。
【図２９】吐出異常の原因と各基準値の出力との関係（半周期毎及び１／４周期毎）を示す図である。
【図３０】本発明の他の実施形態における吐出異常検出処理を示すフローチャートである。
【図３１】本発明におけるインクジェットヘッドの他の構成例の概略を示す断面図である。
【図３２】本発明におけるインクジェットヘッドの他の構成例の概略を示す断面図である。
【図３３】本発明におけるインクジェットヘッドの他の構成例の概略を示す断面図である。
【図３４】本発明におけるインクジェットヘッドの他の構成例の概略を示す断面図である。
【符号の説明】
１……インクジェットプリンタ  ２……装置本体  ２１……トレイ  ２２……排紙口  ３……印字手段  ３１……インクカートリッジ  ３１１……インク供給チューブ  ３２……キャリッジ  ３３……ヘッドドライバ  ３５……ヘッドユニット  ４……印刷装置  ４１……キャリッジモータ  ４２……往復動機構  ４２１……タイミングベルト  ４２２……キャリッジガイド軸  ４３……キャリッジモータドライバ  ５……給紙装置  ５１……給紙モータ  ５２……給紙ローラ  ５２ａ……従動ローラ  ５２ｂ……駆動ローラ  ５３……給紙モータドライバ  ６……制御部  ６１……ＣＰＵ  ６２……ＥＥＰＲＯＭ（記憶手段）  ６３……ＲＡＭ  ６４……ＰＲＯＭ  ７……操作パネル  ８……ホストコンピュータ  ９……ＩＦ  １０……吐出異常検出手段  １１……発振回路  １１１……シュミットトリガインバータ  １１２……抵抗素子  １８……駆動回路  ２０……判定手段  ２３……切替手段  ４５……減算カウンタ  ４６……正常カウント値メモリ４７……比較基準値メモリ  ４８ａ、４８ｂ……セレクタ  １００、１００Ａ〜１００Ｄ……インクジェットヘッド  １１０……ノズル  １２０……静電アクチュエータ  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……ダンパ室  １３１……インク取入れ口  １３２……ダンパ  １４０……シリコン基板  １４１……キャビティ  １４２……インク供給口  １４３……リザーバ  １４４……側壁  １５０……ノズルプレート  １６０……ガラス基板  １６１……凹部  １６２……対向壁  １７０……基体  ２００……圧電素子  ２０１……積層圧電素子  ２０２、２２２、２３０、２４０……ノズルプレート  ２０３、２２３、２３１、２４１……ノズル  ２０４……金属プレート  ２０５……接着フィルム  ２０６……連通口形成プレート  ２０７、２４２……キャビティプレート  ２０８、２２１、２３３、２４５……キャビティ  ２０９、２４６……リザーバ  ２１０、２４７……インク供給口  ２１１……インク取り入れ口  ２１２、２４３……振動板  ２１３……下部電極  ２１４……上部電極  ２１５……ヘッドドライバ  ２２０……基板  ２２４……電極  ２３２……スペーサ  ２３４……第１電極  ２３５……第２電極  ２４８……外部電極  ２４９……内部電極  Ｐ……記録用紙  Ｓ１０１〜Ｓ１１４、Ｓ２０１〜Ｓ２１９……ステップ
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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