(57)【要約】【課題】使用中の液体吐出ヘッドの状態を正確に評価する手法がなく、その経時的変化に応じて液体吐出ヘッドの駆動条件を正確に修正することができない。【解決手段】電気熱変換体１８に電力を付与することにより吐出口１２から液体Ｌを吐出する液体吐出ヘッドの一回の吐出操作における液体Ｌの発泡開始からキャビテーション発生までに至る一連の発泡現象に要する発泡ライフタイムの測定装置であって、液体吐出ヘッドの吐出口１２が開口する吐出口面１９と隙間１３を隔てて正対する計測面１４を有し、この計測面１４と吐出口面１９との間に液体ＬＩが保持される音響センサ１５と、この音響センサ１５によって検出される液体Ｌの発泡を伴う第１の音響信号における最初のピークと、キャビテーションの発生に伴う第２の音響信号における最初のピークとの時間差を求める解析手段とを具える。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐出口とこの吐出口から液体を吐出させるための電気熱変換体とを有する液体吐出ヘッドを用い、前記電気熱変換体に電力を付与して前記吐出口から液体を吐出させる液体吐出ヘッドの駆動条件設定方法であって、
一回の吐出操作における液体の発泡開始からキャビテーション発生までに至る一連の発泡現象に要する発泡ライフタイムを測定するステップと、
この発泡ライフタイムに基づいて前記電気熱変換体に対する駆動条件を設定するステップと
を具えたことを特徴とする液体吐出ヘッドの駆動条件設定方法。
【請求項２】
前記発泡ライフタイムを測定するステップは、前記一連の発泡現象の際に生ずる衝撃波を音響信号として液体を介して吐出口の前方で受信するステップと、この音響信号を解析して前記発泡ライフタイムを導くステップとを有することを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの駆動条件設定方法。
【請求項３】
前記音響信号を受信する際に前記液体吐出ヘッドの前記吐出口の前方に介在する液体は、前記吐出口から吐出される液体を含むことを特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッドの駆動条件設定方法。
【請求項４】
前記音響信号を受信する際に前記液体吐出ヘッドの前記吐出口の前方に介在する液体は、前記吐出口から吐出される液体と同じ液体であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の液体吐出ヘッドの駆動条件設定方法。
【請求項５】
前記音響信号を受信するステップは、液体の発泡を伴う第１の音響信号を受信するステップと、キャビテーションの発生に伴う第２の音響信号を受信するステップとを有し、前記音響信号を解析して前記発泡ライフタイムを導くステップは、前記第１の音響信号における最初のピークと前記第２の音響信号における最初のピークとの時間差を求めるステップを有することを特徴とする請求項２から請求項４の何れかに記載の液体吐出ヘッドの駆動条件設定方法。
【請求項６】
電気熱変換体に電力を付与することにより吐出口から液体を吐出する液体吐出ヘッドの一回の吐出操作における液体の発泡開始からキャビテーション発生までに至る一連の発泡現象に要する発泡ライフタイムの測定方法であって、
前記一連の発泡現象の際に生ずる衝撃波を音響信号として液体を介して吐出口の前方で受信するステップと、
この音響信号を解析して前記発泡ライフタイムを導くステップと
を具えたことを特徴とする発泡ライフタイムの測定方法。
【請求項７】
前記音響信号を受信する際に前記液体吐出ヘッドの前記吐出口の前方に介在する液体は、前記吐出口から吐出される液体を含むことを特徴とする請求項６に記載の発泡ライフタイムの測定方法。
【請求項８】
前記音響信号を受信する際に前記液体吐出ヘッドの前記吐出口の前方に介在する液体は、前記吐出口から吐出される液体と同じ液体であることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の発泡ライフタイムの測定方法。
【請求項９】
前記音響信号を受信するステップは、液体の発泡を伴う第１の音響信号を受信するステップと、キャビテーションの発生に伴う第２の音響信号を受信するステップとを有し、前記音響信号を解析して前記発泡ライフタイムを導くステップは、前記第１の音響信号における最初のピークと前記第２の音響信号における最初のピークとの時間差を求めるステップを有することを特徴とする請求項６から請求項８の何れかに記載の発泡ライフタイムの測定方法。
【請求項１０】
電気熱変換体に電力を付与することにより吐出口から液体を吐出する液体吐出ヘッドの一回の吐出操作における液体の発泡開始からキャビテーション発生までに至る一連の発泡現象に要する発泡ライフタイムの測定装置であって、
前記液体吐出ヘッドの前記吐出口が開口する吐出口面と隙間を隔てて正対する計測面を有し、この計測面と前記吐出口面との間に液体が保持される音響センサと、
この音響センサによって検出される液体の発泡を伴う第１の音響信号における最初のピークと、キャビテーションの発生に伴う第２の音響信号における最初のピークとの時間差を求める解析手段と
を具えたことを特徴とする発泡ライフタイムの測定装置。
【請求項１１】
前記音響信号を受信する際に前記液体吐出ヘッドの前記吐出口の前方に介在する液体は、前記吐出口から吐出される液体と同じ液体であることを特徴とする請求項１０に記載の発泡ライフタイムの測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吐出口から液体を吐出させるための電気熱変換体を有する液体吐出ヘッドに対する駆動条件の設定方法ならびに一回の吐出操作における液体の発泡開始からキャビテーション発生までに至る一連の発泡現象に要する発泡ライフタイムの測定方法およびその測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のインクジェットプリンタの急激な性能の向上には目を見張るものがあり、中でもインクジェットヘッドはインクジェットプリンタの性能とコストとを決定付ける最も重要な要素であることから、今後もさらなる性能の向上やコストダウンが最も要求されるものである。一方、近年のインクジェットヘッドは、民生用のみならず産業用としての用途も増えつつあり、さらなるプリント品位や耐久性の向上が急速に求められている。特に、１つの吐出口から吐出されるインクなどの液体の１回の吐出量に関しては、その絶対量を数十ピコリットル程度から数ピコリットル程度へとより少なく推移しており、その吐出量のばら付きもよリ小さくすることが求められている。
【０００３】
このような状況において、吐出エネルギーとして液体に膜沸騰を生じさせ、その気化に伴う膨張圧を利用した、いわゆるバブルジェット（登録商標）方式のインクジェットヘッドにおいては、吐出口からの液体の吐出回数の累計（以下、これを累積吐出回数と呼称する）が増加するに伴い、発泡現象に付随するキャビテーションによって電気熱変換体を保護する保護層の剥離が発生したり、電気変換体やこれを保護する保護層などの物理的または化学的劣化が生じたり、電気熱変換体の表面に液体中に含まれる析出成分の炭化物が付着成長する結果、電気熱変換体に対して一定の電力を与えていても、吐出エネルギー自体が経時的に変化する結果、個々の吐出口からの液体の吐出量も経時的に変化してしまうという問題を抱えており、早急な対策が求められている。
【０００４】
そこで、従来では電気熱変換体の材質や膜厚などを選択してその耐久性を向上させたり、使用する液体、特にインクの組成を工夫して炭化物の析出や電気変換体および保護層などの物理的または化学的劣化が起こり難くなるようにしたインクジェットヘッドが採用されている。また、インクジェットヘッドの累積吐出回数に応じて電気熱変換体に対する電圧や駆動パルス幅などの駆動条件を補正することも考えられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
電気熱変換体の材質や膜厚などの耐久性を向上させたり、炭化物の析出や電気変換体および保護層などの物理的または化学的劣化が起こり難くなるようにしたインクジェットヘッドであっても、電気熱変換体の寿命に至るまでにプリント品位が損なわれる程度の吐出量の変動が生ずることを避けることができない。
【０００６】
また、インクジェットヘッドの累積吐出回数に応じて電気熱変換体に対する電圧や駆動パルス幅などの駆動条件を補正する方法では、インクジェットヘッドの個体差、すなわち個々の製品における特性のばらつきに対応することができない。従って、このようなインクジェットヘッドの個体差にも対応させるためには、個々のインクジェットヘッドにおける液体の吐出特性をあらかじめ何らかの方法で評価しておく必要がある。理想的には、インクジェットヘッドの個体差やその累積吐出回数に拘らず、評価時点でのインクジェットヘッドの状態、例えば１回の吐出操作における１つの吐出口からの液体の吐出量を把握し、その電気熱変換体に対する駆動条件を補正できるようにすることが望ましい。
【０００７】
しかしながら、従来では使用中にあるインクジェットヘッドの状態を正確に評価する手法がないため、実際にプリント操作を行って液体の吐出量の変動をを把握した後、インクジェットヘッドに対する駆動条件を修正するか、あらかじめ設定された累積吐出回数における液体の吐出量の変動値を予測しておき、これに基づいてインクジェットヘッドに対する駆動条件を修正するしか方法がなく、これらの方法では、概略的な吐出変動の抑制にはなり得るが、よリ高精度な吐出精度が求められている昨今の状況では、その要求を満足することが難しくなってきている。
【０００８】
【発明の目的】
本発明の目的は、液体吐出ヘッドの電気熱変換体に対して最適な駆動条件を容易に設定し得る方法を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、液体吐出ヘッドの発泡ライフタイムを容易に測定し得る方法およびその装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、一回の吐出操作における液体の発泡開始からキャビテーション発生までに至る一連の発泡現象に要する時間、すなわち「発泡ライフタイム」と、吐出口から実際に吐出される液体の吐出量とに強い相関関係があることに着目し、発泡ライフタイムを把握することにより、その時点でのインクジェットヘッドの状態を把握できると考えた。
【００１１】
ここで、一回の吐出操作における一連の発泡現象を図４〜図１２を用いて説明すると、図４に示すような基板１上に形成された電気熱変換体２に電力を与えると、電気熱変換体２の表面に臨む液体３が膜沸騰し（図５参照）、これが成長して図６に示すような気泡４となり、この気泡４が最大に成長する図７に示す過程で図示しない吐出口から液体が吐出される。そして、電気熱変換体２に対する電力の供給停止に伴って図８に示すように気泡４が収縮し始め、図９に示す状態から図１０に示す消泡状態となる。この急激な気泡４の膨張および収縮に伴い、キャビテーションが発生して再び電気熱変換体２の表面に気泡５が図１１に示すように発生するが、吐出口から液体を吐出させるまでには至らず、最終的にこの気泡も図１２に示すように消泡する。
【００１２】
上述した発泡ライフタイムとは、図５に示す膜沸騰から図１１に示すキャビテーションの発生までに要する時間であり、これら膜沸騰時およびキャビテーション発生時には、非常に大きなエネルギーが衝撃波として発生することを利用し、音響センサを用いてこの衝撃波を定量的に検知することにより、上述した発泡ライフタイムを計測することができる。
【００１３】
この発泡ライフタイムの計測方法として、図４〜図１２に示す一連の発泡現象の過程における膜沸騰形成時とキャビテーション発生時に生じる衝撃波を音響信号として音響センサにより検知し、ここの音響信号を解析して発泡ライフタイムを導くことが有効であると考えられる。その理由は、衝撃波が発泡源であるインクなどの液体３を伝播することから、これを計測用の液体を介してインクジェットヘッドの外部にて音響センサに受信させ、これによって実際に使用しているインクジェットヘッドの状態をそのまま計測することができるためである。特に、吐出口が開口するインクジェットヘッドの吐出口面の直近は、インクジェットヘッドの外側において液体に発泡を生じさせる電気熱変換体２に最も近い場所であって、大きな音響信号を得ることができることから、ここに計測用の液体を介して音響センサの受信面を配置することが有効であると考えられる。
【００１４】
このようにして音響センサにより検知された衝撃波は、図１３に示すように音響信号に対応する電圧波形として得ることができる。図１３における横軸は時間を表し、電気熱変換体２に対する駆動信号が０の位置にて出力される。この図１３から明らかなように、一連の発泡現象中には２つの衝撃波Ｗ１，Ｗ２が存在しており、１つ目は膜沸騰現象により発生した衝撃波Ｗ１であり、２つ目はキャビテーションによって生じた衝撃波Ｗ２である。上述した発泡ライフタイムＴは、これらの衝撃波Ｗ１，Ｗ２をそれぞれ構成する顕著な電圧変化の最初のピークの時間間隔で表される。
【００１５】
なお、これら２つの衝撃波がそれぞれ膜沸騰現象およびキャビテーション現象によるものであることを検証するため、インクジェットヘッドを透明な樹脂にて形成して外部から電気熱変換体２の状態を顕微鏡観察できるようにしておき、吐出口からの液体の吐出タイミングに同期するようにストロボ光源の発光タイミングを調整し、電気熱変換体２の表面の変化を観察することにより、膜沸騰が観察されるタイミング、すなわちストロボが発光してからキャビテーションが観察されるタイミングとの時間差を計測したところ、図１３に示した発泡ライフタイムＴで示される時間間隔とほぼ一致していることを確認できた。さらに、電気熱変換体２に与えられる駆動信号の電圧や駆動時間などを変更して意図的に発泡ライフタイムＴを変化させ（この場合、インクジェットヘッドからの液体の吐出量も変化する）、上述した２つの方法にて計測を行ったところ、音響センサから得られた電圧波形に基づいて求められる発泡ライフタイムＴと、ストロボ発光による観察から得られた時間間隔とが、どの条件においても一致することを確認できた。
【００１６】
これらの検証結果から、音響センサによって得られた２つの衝撃波Ｗ１，Ｗ２をそれぞれ構成する顕著な電圧変化の最初のピークの時間間隔が発泡ライフタイムＴであるという確証を得ることができた。
【００１７】
本発明はかかる知見に鑑みてなされたものであり、その第１の形態は、吐出口とこの吐出口から液体を吐出させるための電気熱変換体とを有する液体吐出ヘッドを用い、前記電気熱変換体に電力を付与して前記吐出口から液体を吐出させるようにした液体吐出ヘッドの駆動条件設定方法であって、一回の吐出操作における液体の発泡開始からキャビテーション発生までに至る一連の発泡現象に要する発泡ライフタイムを測定するステップと、この発泡ライフタイムに基づいて前記電気熱変換体に対する駆動条件を設定するステップとを具えたことを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の第２の形態は、電気熱変換体に電力を付与することにより吐出口から液体を吐出する液体吐出ヘッドの一回の吐出操作における液体の発泡開始からキャビテーション発生までに至る一連の発泡現象に要する発泡ライフタイムの測定方法であって、前記一連の発泡現象の際に生ずる衝撃波を音響信号として液体を介して吐出口の前方で受信するステップと、この音響信号を解析して前記発泡ライフタイムを導くステップとを具えたことを特徴とするものである。
【００１９】
本発明の第３の形態は、電気熱変換体に電力を付与することにより吐出口から液体を吐出する液体吐出ヘッドの一回の吐出操作における液体の発泡開始からキャビテーション発生までに至る一連の発泡現象に要する発泡ライフタイムの測定装置であって、前記液体吐出ヘッドの前記吐出口が開口する吐出口面と隙間を隔てて正対する計測面を有し、この計測面と前記吐出口面との間に液体が保持される音響センサと、この音響センサによって検出される液体の発泡を伴う第１の音響信号における最初のピークと、キャビテーションの発生に伴う第２の音響信号における最初のピークとの時間差を求める解析手段とを具えたことを特徴とするものである。
【００２０】
本発明では、液体吐出ヘッドの電気熱変換体に所定の電力を付与して吐出口から液体を吐出させる一回の吐出操作において、一連の発泡現象の際に生ずる衝撃波を液体吐出ヘッドの吐出口が開口する吐出口面と隙間を隔てて正対する計測面を持った音響センサにて計測面と吐出口面との間に介在する液体を介して受信し、液体の発泡を伴う第１の音響信号における最初のピークと、キャビテーションの発生に伴う第２の音響信号における最初のピークとの時間差を発泡ライフタイムとして解析手段により求める。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の形態による液体吐出ヘッドの駆動条件設定方法において、発泡ライフタイムを測定するステップは、一連の発泡現象の際に生ずる衝撃波を音響信号として液体を介して吐出口の前方で受信するステップと、この音響信号を解析して発泡ライフタイムを導くステップとを有するものであってよい。この場合、音響信号を受信する際に液体吐出ヘッドの吐出口の前方に介在する液体は、吐出口から吐出される液体を含むものであってもよく、あるいは吐出口から吐出される液体と同じ液体であってもよい。また、音響信号を受信するステップは、液体の発泡を伴う第１の音響信号を受信するステップと、キャビテーションの発生に伴う第２の音響信号を受信するステップとを有し、音響信号を解析して発泡ライフタイムを導くステップは、第１の音響信号における最初のピークと第２の音響信号における最初のピークとの時間差を求めるステップを有するものであってよい。
【００２２】
本発明の第２の形態による発泡ライフタイムの測定方法において、音響信号を受信する際に液体吐出ヘッドの吐出口の前方に介在する液体は、吐出口から吐出される液体を含むものであってもよく、あるいは吐出口から吐出される液体と同じ液体であってもよい。また、音響信号を受信するステップは、液体の発泡を伴う第１の音響信号を受信するステップと、キャビテーションの発生に伴う第２の音響信号を受信するステップとを有し、音響信号を解析して発泡ライフタイムを導くステップは、第１の音響信号における最初のピークと第２の音響信号における最初のピークとの時間差を求めるステップを有するものであってよい。
【００２３】
本発明の第３の形態による発泡ライフタイムの測定装置において、音響信号を受信する際に液体吐出ヘッドの吐出口の前方に介在する液体は、吐出口から吐出される液体と同じ液体であってよい。
【００２４】
【実施例】
本発明による液体吐出ヘッドの駆動条件設定方法ならびに発泡ライフタイムの測定方法およびその装置の一実施例について、図１〜図３を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこのような実施例のみに限らず、特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が可能であり、従って本発明の精神に帰属する他の技術にも当然応用することができる。
【００２５】
本実施例の概念を図１に示す。すなわち、インクなどの液体Ｌが吐出可能な状態にあるインクジェットヘッドの吐出口板１１に形成されている吐出口１２と隙間１３を隔てて受信面（計測面）１４が正対するように音響センサ（ＡＥセンサと呼称される場合もある）１５を配置する。インクジェットヘッドの基板１６に取り付けられたヒータボード１７上の電気熱変換体１８側からの衝撃波を音響センサ１５が可能な限り効率よく受信できるようにする必要があるため、吐出口板１１の吐出口１２が開口する吐出口面１９と音響センサ１５の受信面１４との間隔を狭くすることが好ましいけれども、吐出口１２からの液体Ｌの吐出が妨げられないように、例えば約１．５〜２ｍｍの間隔に設定することが有効である。
【００２６】
本実施例において使用した音響センサ１５は、株式会社ＮＦ回路設計ブロック製の「ＡＥ９００Ｍ」という超小型ＡＥセンサであり、電圧波形を出力させるために同社製の「９５０１」というＡＥテスタを併用しており、音響センサ１５からの検出信号を受ける解析手段２０により、第１の音響信号における最初のピークと、キャビテーションの発生に伴う第２の音響信号における最初のピークとの時間差が求められる。この音響センサ１５の受信面１４は平面状をなしており、受信効率を高めるために吐出口面１９とほぼ平行に設定するが、好ましくは吐出口１２の中心軸線に対して直角に位置決めする。
【００２７】
音響センサ１５の受信面１４とインクジェットヘッドの吐出口面１９との間に信号伝播用の液体ＬＩを介在させるため、スポイトなどを用いてこれらの間に液体ＬＩを供給し、毛細管現象およびその表面張力を利用して音響センサ１５の受信面１４と吐出口面１９との間に液体ＬＩを保持させる。この場合、インクジェットヘッドの吐出口１２内から音響センサ１５の受信面１４に至る液体Ｌ，ＬＩ中に気泡などが巻き込まれないように慎重な操作が必要であり、音響センサ１５とインクジェットヘッドとの相対位置を設定する前に、音響センサ１５の受信面１４またはインクジェットヘッドの吐出口面１９に液体ＬＩをその表面張力を利用して保持させておくようにしてもよい。
【００２８】
音響センサ１５の受信面１４とインクジェットヘッドの吐出口面１９との間に保持される液体ＬＩは、発泡によって生ずる衝撃波を音響センサ１５が効率良く受信することができ、しかも吐出口面１９に形成された図示しない撥水膜や音響センサ１５の受信面１４などを化学的に腐食せず、測定後に容易に払拭することができるものであれば、どのようなものであっても構わない。このような観点から、インクジェットヘッドの吐出口１２から吐出されるインクなどの液体Ｌと同じ液体Ｌを用いることが可能であり、この場合には上述したようなスポイトなどを用いずに音響センサ１５の受信面１４とインクジェットヘッドの吐出口面１９との間に液体Ｌを保持させることが可能となる。つまり、あらかじめ音響センサ１５の受信面１４とインクジェットヘッドの吐出口面１９とを所定の間隔に設定し、音響センサ１５の受信面１４との間の隙間１３が液体Ｌで塞がれるまでインクジェットヘッドの吐出口１２から液体Ｌを吐出させる方法を採用すればよい。ただし、インクジェットヘッドに貯溜された大量の液体Ｌの消費が望ましくない場合には、上述したようにスポイトなどを利用して音響センサ１５の受信面１４とインクジェットヘッドの吐出口面１９との間に液体ＬＩを供給すれば良い。
【００２９】
ところで、電気熱変換体１８が組み込まれたインクジェットヘッドは、その内部の液体Ｌの圧力が大気圧よりもやや負圧となるように設計されているため、発泡ライフタイムを測定するために音響センサ１５の受信面１４とインクジェットヘッドの吐出口面１９との隙間１３に液体ＬＩを介在させると、この液体ＬＩが吐出口１２からこれに続く液路２１に吸い込まれ、インクジェットヘッド内に逆流してしまう。しかしながら、この液体ＬＩが吐出口１２から液路２１に吸い込まれて音響センサ１５の受信面１４とインクジェットヘッドの吐出口１２との間に液体ＬＩが介在しなくなるまでに数秒以上の時間的猶予があるため、この間に計測が終了すれば何ら問題は生じない。ただし、音響センサ１５の受信面１４とインクジェットヘッドの吐出口面１９との隙間１３に介在する液体ＬＩが、インクジェットヘッドから吐出される液体Ｌと異なる場合や、長時間に亙って発泡ライフタイムを計測し続けるような場合には、音響センサ１５の受信面１４とインクジェットヘッドの吐出口面１９との隙間１３に介在する液体ＬＩがインクジェットヘッド内に吸い込まれないように配慮する必要がある。
【００３０】
本実施例では、インクジェットヘッドに対して液体Ｌを循環供給しており、その概略システムを図２に示す。すなわち、サブタンク２２内に貯溜された液体Ｌは、液体Ｌ中に含まれる気泡などを除去する脱気装置２３を介して供給管路２４によりインクジェットヘッド１０の図示しない共通液室に供給され、この共通液室内の余剰の液体Ｌは排出管路２５によりメインタンク２６内に排出される。メインタンク２６内に貯溜された液体Ｌは、循環ポンプ２７により補給管路２８を介してサブタンク２２内に圧送される。サブタンク２２は、昇降装置２９に取り付けられた溢流タンク３０内に収容されており、補給管路２８から補給されてサブタンク２２の上端から溢流する液体Ｌは、戻し管路３１によりメインタンク２６内に戻されるようになっている。このように、脱気装置２３を組み込んだ液体Ｌの循環経路を形成することにより、液体Ｌ中に溶存している空気（酸素）を少なくすることが可能となり、インクジェットヘッド１０の吐出口１２から液体Ｌの吐出を安定して行うことができる。
【００３１】
図２に示したような液体Ｌの循環系において、インクジェットヘッド１０内の液体Ｌの圧力は、昇降装置２９によって昇降可能なサブタンク２２に貯溜された液体Ｌの液面ＬＦとインクジェットヘッド１０の吐出口面１９との水頭差ＨＳおよびサブタンク２２に貯溜された液体Ｌの液面ＬＦとメインタンク２６に通じる排出管路２５の下端３２との水頭差ＨＭにより決まるので、これらの関係が常に一定に維持されるように、メインタンク２６からサブタンク２２へと循環ポンプ２７により液体Ｌを補給し続ける一方、サブタンク２２に貯溜された液体Ｌの液面ＬＦの高さが一定となるように液体Ｌをサブタンク２２から溢流タンク３０へと溢流させ、溢流タンク３０に溢流した液体Ｌを戻し管路３１によりメインタンク２６へと戻すようにしている。
【００３２】
プリント作業時などのように、インクジェットヘッド１０の吐出口１２から通常の吐出を行う場合では、上述した水頭差Ａ，Ｂは、インクジェットヘッド１０内に介在する液体Ｌの圧力が大気圧よりも僅かに負圧になるように設定されているため、この状態のままで発泡ライフタイムの計測を行うと、前述したように音響センサ１５の受信面１４とインクジェットヘッド１０の吐出口面１９との隙間１３に介在する液体ＬＩがインクジェットヘッド１０の吐出口１２からインクジェットヘッド１０内に吸引されてしまう不具合を生ずる。そこで、長時間に亙る発泡ライフタイムの計測を行う場合には、インクジェットヘッド１０の吐出口面１９と排出管路２５の下端３２との位置関係をそのままに維持する一方、昇降装置２９を作動してサブタンク２２の位置を通常の位置よりもやや高めに設定し、音響センサ１５の受信面１４とインクジェットヘッド１０の吐出口面１９との隙間１３に介在する液体ＬＩがインクジェットヘッド１０の吐出口１２から吸引されず、発泡ライフタイムの計測が行なわれない他の吐出口１２からは液体Ｌが自然に溢れ落ちない程度にしておくことが好ましい。
【００３３】
このようにして計測した発泡ライフタイムの一例を図３に示す。図３において横軸は吐出回数であり、縦軸は発泡ライフタイムの長さである。本実施例では、新品のインクジェットヘッドを用いて約２万回の吐出回数毎に発泡ライフタイムの計測を行い、吐出回数が３００万回までの場合の発泡ライフタイムの変動を計測した。これによると、発泡ライフタイムが最初の計測値に対して最終的に約７％長くなっていることが判明した。これと並行して同じ累積吐出回数のインクジェットヘッドを用い、液体Ｌの吐出量をプリント媒体にプリントされる液滴の光の透過率に置き換えて測定したところ、ほぼ同様な変動の傾向を示すことを確認でき、発泡ライフタイムがインクジェットヘッドからの液体Ｌの吐出量とほぼ一次的な相関関係があることを実証できた。
【００３４】
上記の結果を応用することにより、例えば累積吐出回数が不明なインクジェットヘッドや、累積吐出回数の異なるインクジェットヘッドを複数使用する場合、あるいは同じ累積吐出回数でも吐出量の変動がインクジェットヘッドの個体差によってばらつく可能性がある場合など、吐出量がばらつくと思われるあらゆる場合を想定しても、その現状での発泡ライフタイムを計測することにより、これに基づいて電気熱変換体１８に対する電圧値や駆動時間，駆動回数などの駆動条件を最適に設定することにより、常に一定量の液体Ｌを吐出させることが可能になる。
【００３５】
例えば、使用累積吐出回数が０のインクジェットヘッドの電気熱変換体１８に３．０μｓのパルス幅を持つ２５Ｖの駆動電圧を与え、その発泡ライフタイムを計測したところ、約２７．５μｓであった。このインクジェットヘッドの電気熱変換体１８に３．１μｓのパルス幅を持つ２５Ｖの駆動電圧を与えると、発泡ライフタイムが約２８．５μｓとなった。その後、電気熱変換体１８に対する駆動条件を最初の状態に戻して延べ３００万回の吐出操作を続けた後、再びその発泡ライフタイムを計測した結果、約２９．５μｓとなっていたので、このインクジェットヘッドに２．９μｓのパルス幅を持つ２５Ｖの駆動電圧を与えて発泡ライフタイムを計測したところ、初期の発泡ライフタイムとほぼ同じ約２８．５μｓにすることができた。
【００３６】
これから明らかなように、インクジェットヘッドが吐出操作を累積する間のある一定期間にその発泡ライフタイムの計測を行い、この計測結果に応じて電気熱変換体１８に対する駆動条件を変更することにより、累積吐出回数を重ねる以前の初期の発泡ライフタイムを再現することが可能となる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の液体吐出ヘッドの駆動条件設定方法によると、一回の吐出操作における液体の発泡開始からキャビテーション発生までに至る一連の発泡現象に要する発泡ライフタイムを測定し、この発泡ライフタイムに基づいて電気熱変換体に対する駆動条件を設定するようにしたので、実際に使用中の液体吐出ヘッドであっても、その使用状態を把握して電気熱変換体の駆動条件を最適に修正することができ、液体吐出ヘッドが経時的に変化しても常に一定量の液体を吐出させることができる。また、製品間にばらつきがあっても個々の液体吐出ヘッドに応じた駆動条件を設定できるので、従来では液体吐出ヘッドの個体差によって生じていたプリント品位の差を著しく小さくすることができる。さらに、液体吐出ヘッドの製造時におけるエージング工程において、従来では製品間のばらつきを考慮して相当量の液体をあらかじめ吐出させる必要があるけれども、本発明によるとこのようなエージング工程を最小限に抑えることができ、液体吐出ヘッドの製造タクトを短縮させることも可能となる。
【００３８】
発泡ライフタイムを測定するステップが一連の発泡現象の際に生ずる衝撃波を音響信号として液体を介して吐出口の前方で受信するステップと、この音響信号を解析して発泡ライフタイムを導くステップとを有する場合、音響センサを用いることで容易かつ正確に発泡ライフタイムを計測することができる。
【００３９】
本発明の発泡ライフタイムの測定方法によると、一連の発泡現象の際に生ずる衝撃波を音響信号として液体を介して吐出口の前方で受信し、この音響信号を解析して発泡ライフタイムを導くようにしたので、実際に使用中の液体吐出ヘッドであっても、容易かつ正確に発泡ライフタイムを計測することができる。
【００４０】
音響信号を受信するステップが、液体の発泡を伴う第１の音響信号を受信するステップと、キャビテーションの発生に伴う第２の音響信号を受信するステップとを有し、音響信号を解析して発泡ライフタイムを導くステップが、第１の音響信号における最初のピークと第２の音響信号における最初のピークとの時間差を求めるステップを有する場合、音響センサを用いて容易かつ正確に発泡ライフタイムを計測することができる。
【００４１】
本発明の発泡ライフタイムの測定装置によると、液体吐出ヘッドの吐出口が開口する吐出口面と隙間を隔てて正対する計測面を有する音響センサの計測面と吐出口面との間に液体を介在させ、解析手段により液体の発泡を伴う第１の音響信号における最初のピークと、キャビテーションの発生に伴う第２の音響信号における最初のピークとの時間差を求めるようにしたので、液体吐出ヘッドを何ら改造することなく、音響センサを用いて容易かつ正確に発泡ライフタイムを計測することができる。
【００４２】
音響信号を受信する際に液体吐出ヘッドの吐出口の前方に介在する液体が吐出口から吐出される液体を含むものであったり、あるいは吐出口から吐出される液体と同じ液体の場合、計測のために特別な液体を使用する必要がない上、実際に使用中の液体吐出ヘッドをそのまま使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による発泡ライフタイムの測定方法の一実施例を模式的に表す作業概念図である。
【図２】図１に示したインクジェットヘッドに対する液体供給系の一例を表す概念図である。
【図３】図１に示した実施例において液体の吐出回数と発泡ライフタイムの経時的変化と関係を表すグラフである。
【図４】インクジェットヘッドの一回の吐出操作における液体の発泡の成長から消泡に至る過程を図５〜図１２と共に示す模式図であり、電気熱変換体に対する通電直前の状態を表す。
【図５】インクジェットヘッドの一回の吐出操作における液体の発泡の成長から消泡に至る過程を図４，図６〜図１２と共に示す模式図であり、膜沸騰状態を表す。
【図６】インクジェットヘッドの一回の吐出操作における液体の発泡の成長から消泡に至る過程を図４，図５，図７〜図１２と共に示す模式図であり、気泡が膨張しつつある状態を表す。
【図７】インクジェットヘッドの一回の吐出操作における液体の発泡の成長から消泡に至る過程を図４〜図６，図８〜図１２と共に示す模式図であり、気泡が最大に成長した状態を表す。
【図８】インクジェットヘッドの一回の吐出操作における液体の発泡の成長から消泡に至る過程を図４〜図７，図９〜図１２と共に示す模式図であり、気泡が収縮し始めた状態を表す。
【図９】インクジェットヘッドの一回の吐出操作における液体の発泡の成長から消泡に至る過程を図４〜図８，図１０〜図１２と共に示す模式図であり、気泡が収縮しつつある状態を表す。
【図１０】インクジェットヘッドの一回の吐出操作における液体の発泡の成長から消泡に至る過程を図４〜図９，図１１，図１２と共に示す模式図であり、ほぼ消泡状態を表す。
【図１１】インクジェットヘッドの一回の吐出操作における液体の発泡の成長から消泡に至る過程を図４〜図１０，図１２と共に示す模式図であり、キャビテーションによって気泡が生成した状態を表す。
【図１２】インクジェットヘッドの一回の吐出操作における液体の発泡の成長から消泡に至る過程を図４〜図１１と共に示す模式図であり、キャビテーションによる気泡が消泡した状態を表す。
【図１３】インクジェットヘッドの一回の吐出操作に伴って発生する音響信号の電圧変化を表すグラフである。
【符号の説明】
１　基板
２　電気熱変換体
３　液体
４，５　気泡
１０　インクジェットヘッド
１１　吐出口板
１２　吐出口
１３　隙間
１４　受信面
１５　音響センサ
１６　基板
１７　ヒータボード
１８　電気熱変換体
１９　吐出口面
２０　解析手段
２１　液路
２２　サブタンク
２３　脱気装置
２４　供給管路
２５　排出管路
２６　メインタンク
２７　循環ポンプ
２８　補給管路
２９　昇降装置
３０　溢流タンク
３１　戻し管路
３２　排出管路の下端
Ｗ１，Ｗ２　衝撃波
Ｔ　発泡ライフタイム
Ｌ，ＬＩ　液体
ＬＦ　液面
ＨＳ，ＨＭ　水頭差
【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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