(57)【要約】【課題】液滴吐出動作後における所定の期間に発生した基準パルスをカウントすることにより、液滴吐出ヘッドの吐出異常を検出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検出方法を提供する。【解決手段】本発明の液滴吐出装置は、振動板と、振動板を変位させるアクチュエータとを有する複数の液滴吐出ヘッドと、アクチュエータを駆動する駆動回路と、基準パルスを発生させるパルス生成手段と、所定の期間内に発生する基準パルスをカウントする減算カウンタ４５と、所定の期間内のカウンタのカウント値に基づいて、液滴の吐出異常を検出する吐出異常検出手段とを備えている。【選択図】図２４
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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、
基準パルスを発生させるパルス生成手段と、
所定の期間内に発生する前記基準パルスをカウントするカウンタと、
前記所定の期間内のカウンタのカウント値に基づいて、液滴の吐出異常を検出する吐出異常検出手段と、
を備えることを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項２】
前記所定の期間は、液滴を正常に吐出した際に前記アクチュエータにより変位された前記振動板が残留振動を発生させるまでの期間である請求項１に記載の液滴吐出装置。
【請求項３】
前記所定の期間は、前記残留振動の最初の半周期の期間である請求項１に記載の液滴吐出装置。
【請求項４】
前記所定の期間は、前記残留振動の最初の１周期の期間である請求項１に記載の液滴吐出装置。
【請求項５】
前記吐出異常検出手段は、前記アクチュエータの駆動により液滴が正常に吐出されたときの基準パルスの正常カウント範囲と、前記所定の期間内における前記カウンタのカウント値と比較することにより、前記吐出異常を検出する請求項１乃至４のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項６】
前記吐出異常検出手段は、前記カウント値が前記正常カウント範囲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検出する請求項５に記載の液滴吐出装置。
【請求項７】
前記吐出異常検出手段は、前記カウント値が前記正常カウント範囲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か、あるいは、前記ノズル出口付近に紙粉が付着したものと検出する請求項５に記載の液滴吐出装置。
【請求項８】
前記カウンタは、所定の基準値から前記所定の期間においてカウントされた基準パルスの数を減算カウントし、前記吐出異常検出手段は、この減算結果に基づいて、前記吐出異常を検出する請求項１乃至７のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項９】
前記吐出異常検出手段は、前記減算結果が第１の閾値よりも小さいときには、吐出異常の原因として前記キャビティ内に気泡が混入したものと検出する請求項８に記載の液滴吐出装置。
【請求項１０】
前記吐出異常検出手段は、前記減算結果が第２の閾値よりも大きいときには、吐出異常の原因として前記ノズル付近の液体が乾燥により増粘したものと検出する請求項８に記載の液滴吐出装置。
【請求項１１】
前記吐出異常検出手段は、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、吐出異常の原因として前記ノズルの出口付近に紙粉が付着したものと検出する請求項８に記載の液滴吐出装置。
【請求項１２】
前記吐出異常検出手段によって検出された検出結果を記憶する記憶手段を更に備える請求項１乃至１１のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項１３】
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１２のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項１４】
前記吐出異常検出手段は、発振回路を備え、前記振動板の残留振動によって変化する前記アクチュエータの静電容量成分に基づいて、該発振回路が発振する請求項１乃至１３のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項１５】
前記発振回路は、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１４に記載の液滴吐出装置。
【請求項１６】
前記吐出異常検出手段は、前記発振回路の出力信号における発振周波数の変化に基づいて生成される所定の信号群により、前記振動板の残留振動の電圧波形を生成するＦ／Ｖ変換回路を含む請求項１４又は１５に記載の液滴吐出装置。
【請求項１７】
前記吐出異常検出手段は、前記Ｆ／Ｖ変換回路によって生成された前記振動板の残留振動の電圧波形を所定の波形に整形する波形整形回路を含む請求項１６に記載の液滴吐出装置。
【請求項１８】
前記波形整形回路は、前記Ｆ／Ｖ変換回路によって生成された前記振動板の残留振動の電圧波形から直流成分を除去するＤＣ成分除去手段と、このＤＣ成分除去手段によって直流成分を除去された電圧波形と所定の電圧値とを比較する比較器とを含み、該比較器は、該電圧比較に基づいて、矩形波を生成して出力する請求項１７に記載の液滴吐出装置。
【請求項１９】
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１８のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項２０】
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１８のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項２１】
液体が充填されるキャビティと、前記キャビティに連通するノズルと、前記キャビティ内に充填された液体の圧力を変動し、この圧力変動により液体を液滴として前記ノズルから吐出させる圧電アクチュエータとを有する複数の液滴吐出ヘッドと、
前記圧電アクチュエータを駆動する駆動回路と、
基準パルスを発生させるパルス生成手段と、
所定の期間内に発生する前記基準パルスをカウントするカウンタと、
前記所定の期間内のカウンタのカウント値に基づいて、液滴の吐出異常を検出する吐出異常検出手段と、
を備えることを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項２２】
前記所定の期間は、液滴を正常に吐出した後の前記圧電アクチュエータの起電圧による電圧の残留振動を発生させるまでの期間である請求項２１に記載の液滴吐出装置。
【請求項２３】
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２２のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項２４】
アクチュエータを駆動して振動板を振動することにより、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、基準パルスを発生させるとともに、所定の期間を計測し、その計測された所定の期間内に発生した基準パルスをカウントし、このカウント値に基づいて、液滴の吐出異常を検出することを特徴とする液滴吐出ヘッドの吐出異常検出方法。
【請求項２５】
所定の基準値から前記所定の期間においてカウントされた基準パルスの数を減算し、この減算結果に基づいて、前記吐出異常を検出する請求項２４に記載の液滴吐出ヘッドの吐出異常検出方法。
【請求項２６】
圧電アクチュエータを駆動して液滴を吐出する動作を行った後、基準パルスを発生させるとともに、所定の期間を計測し、その計測された所定の期間内に発生した基準パルスをカウントし、このカウント値に基づいて、液滴の吐出異常を検出することを特徴とする液滴吐出ヘッドの吐出異常検出方法。
【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検出方法に関する。
【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所定の期間に発生した基準パルスをカウントすることにより、液滴吐出ヘッドの吐出異常を検出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検出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、本発明の一実施形態において、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、
基準パルスを発生させるパルス生成手段と、
所定の期間内に発生する前記基準パルスをカウントするカウンタと、
前記所定の期間内のカウンタのカウント値に基づいて、液滴の吐出異常を検出する吐出異常検出手段と、
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、所定の期間内に発生するパルスをカウントし、そのカウント値に基づいて、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）を検出している。
したがって、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。
【００１０】
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。
また、好ましくは、前記所定の期間は、液滴を正常に吐出した際に前記アクチュエータにより変位された前記振動板が残留振動を発生させるまでの期間でもよく、前記残留振動の最初の半周期の期間でもよく、あるいは、前記残留振動の最初の１周期の期間でもよい。そして、好ましくは、前記吐出異常検出手段は、前記アクチュエータの駆動により液滴が正常に吐出されたときの基準パルスの正常カウント範囲と、前記所定の期間内における前記カウンタのカウント値と比較することにより、前記吐出異常を検出する。
【００１１】
ここで、好ましくは、前記吐出異常検出手段は、前記カウント値が前記正常カウント範囲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検出し、前記カウント値が前記正常カウント範囲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か、あるいは、前記ノズル出口付近に紙粉が付着したものと検出する。
【００１２】
好ましくは、前記カウンタは、所定の基準値から前記所定の期間においてカウントされた基準パルスの数を減算カウントし、前記吐出異常検出手段は、この減算結果に基づいて、前記吐出異常を検出する。この場合、好ましくは、前記吐出異常検出手段は、前記減算結果が第１の閾値よりも小さいときには、吐出異常の原因として前記キャビティ内に気泡が混入したものと検出し、前記減算結果が第２の閾値よりも大きいときには、吐出異常の原因として前記ノズル付近の液体が乾燥により増粘したものと検出し、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、吐出異常の原因として前記ノズルの出口付近に紙粉が付着したものと検出する。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。
【００１３】
さらに、好ましくは、本発明の液滴吐出装置は、前記吐出異常検出手段によって検出された検出結果を記憶する記憶手段を更に備えてもよい。また、本発明の液滴吐出装置は、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る切替手段を更に備える。
【００１４】
ここで、好ましくは、前記吐出異常検出手段は、発振回路を備え、前記振動板の残留振動によって変化する前記アクチュエータの静電容量成分に基づいて、該発振回路が発振するように構成されてもよい。ここで、好ましくは、前記発振回路は、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。また、前記吐出異常検出手段は、前記発振回路の出力信号における発振周波数の変化に基づいて生成される所定の信号群により、前記振動板の残留振動の電圧波形を生成するＦ／Ｖ変換回路を含んでもよい。さらに、好ましくは、前記吐出異常検出手段は、前記Ｆ／Ｖ変換回路によって生成された前記振動板の残留振動の電圧波形を所定の波形に整形する波形整形回路を含む。この場合、好ましくは、前記波形整形回路は、前記Ｆ／Ｖ変換回路によって生成された前記振動板の残留振動の電圧波形から直流成分を除去するＤＣ成分除去手段と、このＤＣ成分除去手段によって直流成分を除去された電圧波形と所定の電圧値とを比較する比較器とを含み、該比較器は、該電圧比較に基づいて、矩形波を生成して出力する。
【００１５】
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。本発明の液滴吐出装置は、上記のようなコンデンサからなる静電アクチュエータのみならず、圧電アクチュエータも用いることができるので、既存のほとんどの液滴吐出装置に本発明を適用することができる。また、好ましくは、本発明の液滴吐出装置は、インクジェットプリンタを含む。
【００１６】
また、本発明の別の実施形態では、本発明の液滴吐出装置は、
液体が充填されるキャビティと、前記キャビティに連通するノズルと、前記キャビティ内に充填された液体の圧力を変動し、この圧力変動により液体を液滴として前記ノズルから吐出させる圧電アクチュエータとを有する複数の液滴吐出ヘッドと、
前記圧電アクチュエータを駆動する駆動回路と、
基準パルスを発生させるパルス生成手段と、
所定の期間内に発生する前記基準パルスをカウントするカウンタと、
前記所定の期間内のカウンタのカウント値に基づいて、液滴の吐出異常を検出する吐出異常検出手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１７】
このように、本発明の液滴吐出装置は、圧電アクチュエータを利用して、その起電圧により、上述と同様の構成を採用することができる。なお、好ましくは、前記所定の期間は、液滴を正常に吐出した後の前記圧電アクチュエータの起電圧による電圧の残留振動を発生させるまでの期間である。なお、好ましくは、本発明の液滴吐出装置は、インクジェットプリンタを含む。
【００１８】
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検出方法は、アクチュエータを駆動して振動板を振動することにより、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、基準パルスを発生させるとともに、所定の期間を計測し、その計測された所定の期間内に発生した基準パルスをカウントし、このカウント値に基づいて、液滴の吐出異常を検出することを特徴とする。
ここで、好ましくは、所定の基準値から前記所定の期間においてカウントされた基準パルスの数を減算し、この減算結果に基づいて、前記吐出異常を検出する。
【００１９】
また、本発明の別の実施形態では、液滴吐出ヘッドの吐出異常検出方法は、圧電アクチュエータを駆動して液滴を吐出する動作を行った後、基準パルスを発生させるとともに、所定の期間を計測し、その計測された所定の期間内に発生した基準パルスをカウントし、このカウント値に基づいて、液滴の吐出異常を検出することを特徴とする。これにより、圧電アクチュエータの起電圧に基づく残留振動においても同様に吐出異常を検出することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図３８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検出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。
【００２１】
＜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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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、静電アクチュエータ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、静電アクチュエータ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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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及びヘッドドライバ３３については、詳細を後述する。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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）。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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６（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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
【数１】
2004299139.tif 000003
【００４９】
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。
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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）。
【００５３】
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。
【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、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。
【００５５】
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。
【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、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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
次に、本発明の吐出異常検出手段１０について説明する。図１６は、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。この図１６に示すように、本発明の吐出異常検出手段１０は、発振回路１１と、Ｆ／Ｖ変換回路１２と、波形整形回路１５とから構成される残留振動検出手段１６と、この残留振動検出手段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手段１７と、この計測手段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手段２０とを備えている。吐出異常検出手段１０では、残留振動検出手段１６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、発振回路１１が発振し、その発振周波数からＦ／Ｖ変換回路１２及び波形整形回路１５において振動波形を形成して、検出する。そして、計測手段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を計測し、判定手段２０は、計測された残留振動の周期など（残留振動の振動パターン）に基づいて、ヘッドユニット３５内のインクジェットヘッド１００の吐出異常を検出、判定する。以下、吐出異常検出手段１０の各構成要素について説明する。
【００６１】
まず、静電アクチュエータ１２０の振動板１２１の残留振動の周波数（振動数）を検出するために、発振回路１１を用いる方法を説明する。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。
【００６２】
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。
【００６３】
【数２】
2004299139.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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
なお、発振回路１１から出力される発振信号の発振周波数の周期（パルス）毎に、測定用のカウントパルス（カウンタ）を用いてそのパルスをカウントし、初期ギャップｇ０におけるコンデンサＣの静電容量で発振させた場合の発振周波数のパルスのカウント量を測定したカウント量から減算することにより、残留振動波形について発振周波数毎のデジタル情報が得られる。これらのデジタル情報に基づいて、デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換を行うことにより、概略的な残留振動波形が生成され得る。このような方法を用いてもよいが、測定用のカウントパルス（カウンタ）には、発振周波数の微小変化を測定することができる高い周波数（高解像度）のものが必要となる。このようなカウントパルス（カウンタ）は、コストをアップさせるため、本発明の吐出異常検出手段１０では、図１９に示すＦ／Ｖ変換回路１２を用いている。
【００７０】
図１９は、図１６に示す吐出異常検出手段１０のＦ／Ｖ変換回路１２の回路図である。この図１９に示すように、Ｆ／Ｖ変換回路１２は、３つのスイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３と、２つのコンデンサＣ１、Ｃ２と、抵抗素子Ｒ１と、定電流Ｉｓを出力する定電流源１３と、バッファ１４とから構成される。このＦ／Ｖ変換回路１２の動作を図２０のタイミングチャート及び図２１のグラフを用いて説明する。
【００７１】
まず、図２０のタイミングチャートに示す充電信号、ホールド信号及びクリア信号の生成方法について説明する。充電信号は、発振回路１１の発振パルスの立ち上がりエッジから固定時間ｔｒを設定し、その固定時間ｔｒの間Ｈｉｇｈレベルとなるようにして生成される。ホールド信号は、充電信号の立ち上がりエッジに同期して立ち上がり、所定の固定時間だけＨｉｇｈレベルに保持され、Ｌｏｗレベルに立ち下がるようにして生成される。クリア信号は、ホールド信号の立ち下がりエッジに同期して立ち上がり、所定の固定時間だけＨｉｇｈレベルに保持され、Ｌｏｗレベルに立ち下がるようにして生成される。なお、後述するように、コンデンサＣ１からコンデンサＣ２への電荷の移動及びコンデンサＣ１の放電は瞬時に行われるので、ホールド信号及びクリア信号のパルスは、発振回路１１の出力信号の次の立ち上がりエッジまでにそれぞれ１つのパルスが含まれればよく、上記のような立ち上がりエッジ、立ち下がりエッジに限定されない。
【００７２】
きれいな残留振動の波形（電圧波形）を得るために、図２１を参照して、固定時間ｔｒ及びｔ１の設定方法を説明する。固定時間ｔｒは、静電アクチュエータ１２０が初期ギャップ長ｇ０のときにおける静電容量Ｃで発振した発振パルスの周期から調整され、充電時間ｔ１による充電電位がＣ１の充電範囲のおよそ１／２付近となるように設定される。また、ギャップ長ｇが最大（Ｍａｘ）の位置における充電時間ｔ２から最小（Ｍｉｎ）の位置における充電時間ｔ３の間で、コンデンサＣ１の充電範囲を超えないように充電電位の傾きが設定される。すなわち、充電電位の傾きは、ｄＶ／ｄｔ＝Ｉｓ／Ｃ１によって決定されるため、定電流源１３の出力定電流Ｉｓを適当な値に設定すればよい。この定電流源１３の出力定電流Ｉｓをその範囲内でできるだけ高く設定することによって、静電アクチュエータ１２０によって構成されるコンデンサの微小な静電容量の変化を高感度で検出することができ、静電アクチュエータ１２０の振動板１２１の微小な変化を検出することが可能となる。
【００７３】
次いで、図２２を参照して、図１６に示す波形整形回路１５の構成を説明する。図２２は、図１６の波形整形回路１５の回路構成を示す回路図である。この波形整形回路１５は、残留振動波形を矩形波として判定手段２０に出力するものである。この図２２に示すように、波形整形回路１５は、２つのコンデンサＣ３（ＤＣ成分除去手段）、Ｃ４と、２つの抵抗素子Ｒ２、Ｒ３と、２つの直流電圧源Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２と、増幅器（オペアンプ）１５１と、比較器（コンパレータ）１５２とから構成される。なお、残留振動波形の波形整形処理において、検出される波高値をそのまま出力して、残留振動波形の振幅を計測するように構成してもよい。
【００７４】
Ｆ／Ｖ変換回路１２のバッファ１４の出力には、静電アクチュエータ１２０の初期ギャップｇ０に基づくＤＣ成分（直流成分）の静電容量成分が含まれている。この直流成分は各インクジェットヘッド１００によりばらつきがあるため、コンデンサＣ３は、この静電容量の直流成分を除去するものである。そして、コンデンサＣ３は、バッファ１４の出力信号におけるＤＣ成分を除去し、残留振動のＡＣ成分のみをオペアンプ１５１の反転入力端子に出力する。
【００７５】
オペアンプ１５１は、直流成分が除去されたＦ／Ｖ変換回路１２のバッファ１４の出力信号を反転増幅するとともに、その出力信号の高域を除去するためのローパスフィルタを構成している。なお、このオペアンプ１５１は、単電源回路を想定している。オペアンプ１５１は、２つの抵抗素子Ｒ２、Ｒ３による反転増幅器を構成し、入力された残留振動（交流成分）は、−Ｒ３／Ｒ２倍に振幅される。
【００７６】
また、オペアンプ１５１の単電源動作のために、その非反転入力端子に接続された直流電圧源Ｖｒｅｆ１によって設定された電位を中心に振動する、増幅された振動板１２１の残留振動波形が出力される。ここで、直流電圧源Ｖｒｅｆ１は、オペアンプ１５１が単電源で動作可能な電圧範囲の１／２程度に設定されている。さらに、このオペアンプ１５１は、２つのコンデンサＣ３、Ｃ４により、カットオフ周波数１／（２π×Ｃ４×Ｒ３）となるローパスフィルタを構成している。そして、直流成分を除去された後に増幅された振動板１２１の残留振動波形は、図２０のタイミングチャートに示すように、次段の比較器（コンパレータ）１５２でもう一つの直流電圧源Ｖｒｅｆ２の電位と比較され、その比較結果が矩形波として波形整形回路１５から出力される。なお、直流電圧源Ｖｒｅｆ２は、もう一つの直流電圧源Ｖｒｅｆ１を共用してもよい。
【００７７】
次に、図２０に示すタイミングチャートを参照して、図１９のＦ／Ｖ変換回路１２及び波形整形回路１５の動作を説明する。上述のように生成された充電信号、クリア信号及びホールド信号に基づいて、図１９に示すＦ／Ｖ変換回路１２は動作する。図２０のタイミングチャートにおいて、静電アクチュエータ１２０の駆動信号がヘッドドライバ３３を介してヘッドユニット３５のインクジェットヘッド１００に入力されると、図６（ｂ）に示すように、静電アクチュエータ１２０の振動板１２１がセグメント電極１２２側に引きつけられ、この駆動信号の立ち下がりエッジに同期して、図６中上方に向けて急激に収縮する（図６（ｃ）参照）。
【００７８】
この駆動信号の立ち下がりエッジに同期して、駆動回路１８と吐出異常検出手段１０とを切り替える駆動／検出切替信号がＨｉｇｈレベルとなる。この駆動／検出切替信号は、対応するインクジェットヘッド１００の駆動休止期間中、Ｈｉｇｈレベルに保持され、次の駆動信号が入力される前に、Ｌｏｗレベルになる。この駆動／検出切替信号がＨｉｇｈレベルの間、図１８の発振回路１１は、静電アクチュエータ１２０の振動板１２１の残留振動に対応して発振周波数を変えながら発振している。
【００７９】
上述のように、駆動信号の立ち下がりエッジ、すなわち、発振回路１１の出力信号の立ち上がりエッジから、残留振動の波形がコンデンサＣ１に充電可能な範囲を超えないように予め設定された固定時間ｔｒだけ経過するまで、充電信号は、Ｈｉｇｈレベルに保持される。なお、充電信号がＨｉｇｈレベルである間、スイッチＳＷ１はオフの状態である。
【００８０】
固定時間ｔｒが経過し、充電信号がＬｏｗレベルになると、その充電信号の立ち下がりエッジに同期して、スイッチＳＷ１がオンされる（図１９参照）。そして、定電流源１３とコンデンサＣ１とが接続され、コンデンサＣ１は、上述のように、傾きＩｓ／Ｃ１で充電される。充電信号がＬｏｗレベルである期間、すなわち、発振回路１１の出力信号の次のパルスの立ち上がりエッジに同期してＨｉｇｈレベルになるまでの間、コンデンサＣ１は充電される。
【００８１】
充電信号がＨｉｇｈレベルになると、スイッチＳＷ１はオフ（オープン）となり、定電流源１３とコンデンサＣ１は切り離される。このとき、コンデンサＣ１には、充電信号がＬｏｗレベルの期間ｔ１の間に充電された電位（すなわち、理想的にはＩｓ×ｔ１／Ｃ１（Ｖ））が保存されている。この状態で、ホールド信号がＨｉｇｈレベルになると、スイッチＳＷ２がオンされ（図１９参照）、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２が、抵抗素子Ｒ１を介して接続される。スイッチＳＷ２の接続後、２つのコンデンサＣ１、Ｃ２の充電電位差によって互いに充放電が行われ、２つのコンデンサＣ１、Ｃ２の電位差が概ね等しくなるように、コンデンサＣ１からコンデンサＣ２に電荷が移動する。
【００８２】
ここで、コンデンサＣ１の静電容量に対してコンデンサＣ２の静電容量は、約１／１０以下程度に設定されている。そのため、２つのコンデンサＣ１、Ｃ２間の電位差によって生じる充放電で移動する（使用される）電荷量は、コンデンサＣ１に充電されている電荷の１／１０以下となる。したがって、コンデンサＣ１からコンデンサＣ２へ電荷が移動した後においても、コンデンサＣ１の電位差は、それほど変化しない（それほど下がらない）。なお、図１９のＦ／Ｖ変換回路１２では、コンデンサＣ２に充電されるときＦ／Ｖ変換回路１２の配線のインダクタンス等により充電電位が急激に跳ね上がらないようにするために、抵抗素子Ｒ１とコンデンサＣ２により一次のローパスフィルタを構成している。
【００８３】
コンデンサＣ２にコンデンサＣ１の充電電位と概ね等しい充電電位が保持された後、ホールド信号がＬｏｗレベルとなり、コンデンサＣ１はコンデンサＣ２から切り離される。さらに、クリア信号がＨｉｇｈレベルとなり、スイッチＳＷ３がオンすることにより、コンデンサＣ１がグラウンドＧＮＤに接続され、コンデンサＣ１に充電されていた電荷が０となるように放電動作が行なわれる。コンデンサＣ１の放電後、クリア信号はＬｏｗレベルとなり、スイッチＳＷ３がオフすることにより、コンデンサＣ１の図１９中上部の電極がグラウンドＧＮＤから切り離され、次の充電信号が入力されるまで、すなわち、充電信号がＬｏｗレベルになるまで待機している。
【００８４】
コンデンサＣ２に保持されている電位は、充電信号の立ち上がりのタイミング毎、すなわち、コンデンサＣ２への充電完了のタイミング毎に更新され、バッファ１４を介して振動板１２１の残留振動波形として図２２の波形整形回路１５に出力される。したがって、発振回路１１の発振周波数が高くなるように静電アクチュエータ１２０の静電容量（この場合、残留振動による静電容量の変動幅も考慮しなければならない）と抵抗素子１１２の抵抗値を設定すれば、図２０のタイミングチャートに示すコンデンサＣ２の電位（バッファ１４の出力）の各ステップ（段差）がより詳細になるので、振動板１２１の残留振動による静電容量の時間的な変化をより詳細に検出することが可能となる。
【００８５】
以下同様に、充電信号がＬｏｗレベル→Ｈｉｇｈレベル→Ｌｏｗレベル・・・と繰り返し、上記所定のタイミングでコンデンサＣ２に保持されている電位がバッファ１４を介して波形整形回路１５に出力される。波形整形回路１５では、バッファ１４から入力された電圧信号（図２０のタイミングチャートにおいて、コンデンサＣ２の電位）の直流成分がコンデンサＣ３によって除去され、抵抗素子Ｒ２を介してオペアンプ１５１の反転入力端子に入力される。入力された残留振動の交流（ＡＣ）成分は、このオペアンプ１５１によって反転増幅され、コンパレータ１５２の一方の入力端子に出力される。コンパレータ１５２は、予め直流電圧源Ｖｒｅｆ２によって設定されている電位（基準電圧）と、残留振動波形（交流成分）の電位とを比較し、矩形波を出力する（図２０のタイミングチャートにおける比較回路の出力）。
【００８６】
次に、インクジェットヘッド１００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。図２３は、駆動回路１８と吐出異常検出手段１０との切替手段２３の概略を示すブロック図である。なお、この図２３では、図１６に示すヘッドドライバ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。図２０のタイミングチャートでも示したように、本発明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。
【００８７】
図２３において、静電アクチュエータ１２０を駆動するために、切替手段２３は、最初は駆動回路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。
【００８８】
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２０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。
【００８９】
そして、吐出異常検出手段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、波形整形回路１５の比較器１５２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）を計測手段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、計測手段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）を判定手段２０に出力する。なお、計測手段１７は、残留振動の周期だけでなく、残留振動波形の所定の期間、例えば、駆動信号の立ち下がり（あるいは駆動／検出切替信号の立ち上がり）から残留振動が発生するまでの期間、残留振動発生後の最初の半周期（あるいは、半周期毎）、残留振動発生後の最初の１周期（あるいは、１周期毎）などを計測してもよい。また、計測手段１７は、最初の立ち上がりエッジから次の立ち下がりエッジまでの時間を計測し、その計測された時間（すなわち、半周期）の２倍の時間を残留振動の周期として判定手段２０に出力してもよい。
【００９０】
図２４は、計測手段１７の一例を示すブロック図である。計測手段１７は、比較器１５２の出力信号の波形（矩形波）の最初の立ち上がりエッジまでの期間や最初の立ち上がりエッジから次の立ち上がりエッジまでの時間（残留振動の周期）を計測するために、減算カウンタ４５を用いて基準パルスを減算カウントし、その減算結果から残留振動の所定の期間を計測している。この図２４において、計測手段１７は、論理積回路ＡＮＤと、減算カウンタ４５と、正常カウント値メモリ４６とから構成される。なお、基準パルスは、図示しないパルス生成手段により生成される。
【００９１】
図２４に示すように、論理積回路ＡＮＤは、駆動／検出切替信号と基準パルスとの論理積を減算カウンタ４５に出力する。すなわち、駆動／検出切替信号がＨｉｇｈレベルであるとき、基準パルスが減算カウンタ４５に出力される。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、基準パルスが入力されると、減算カウンタ４５は、所定の時間、その所定のカウント値から基準パルスのパルス数を減算する。なお、所定の時間とは、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基準パルスでカウントされたパルス数である。
【００９２】
減算カウンタ４５は、図２５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、基準パルスを受け、それを正常カウント値から減算する。そして、減算カウンタ４５は、その減算結果を判定手段２０に出力する。
【００９３】
タイミング生成手段３６は、残留振動検出手段１６から入力される残留振動波形に基づいて、Ｌｓ信号を生成し、このＬｓ信号を記憶手段６２に出力する。なお、各インクジェットヘッド１００に対応するＬｓ信号は、静電アクチュエータ１２０の吐出駆動後、随時検出される残留振動波形の立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジに同期して生成されるものであり、このエッジの任意の期間を基準パルスでカウントし、判定結果をＬｓ信号のタイミングとして記憶するように構成してもよい。
【００９４】
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、ＨｉｇｈレベルのＬｓ信号の入力のタイミング（Ｌｓ信号がＨｉｇｈレベルになるタイミング）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。
【００９５】
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。
【００９６】
判定手段２０は、計測手段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（記憶手段）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手段２３に再び入力され、駆動回路１８と静電アクチュエータ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、切替手段２３によって上記のような切り替えを行っている（図２０のタイミングチャート参照）。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。
【００９７】
なお、本発明では、残留振動波形データは、比較器１５２により矩形波化したものに限定されない。上述の図２４の構成のように、オペアンプ１５１から出力された残留振動振幅データは、比較器１５２により比較処理を行うことなく、Ａ／Ｄ変換を行う計測手段１７によって随時数値化され、その数値化されたデータに基づいて、判定手段２０により吐出異常の有無などを判定し、この判定結果を記憶手段６２に記憶するように構成してもよい。
【００９８】
また、ノズル１１０のメニスカス（ノズル１１０内インクが大気と接する面）は、振動板１２１の残留振動に同期して振動するため、インクジェットヘッド１００は、インク滴の吐出動作後、このメニスカスの残留振動が音響抵抗ｒによって概ね決まった時間で減衰するのを待ってから（所定の時間待機して）、次の吐出動作を行っている。本発明では、この待機時間を有効に利用して振動板１２１の残留振動を検出しているので、インクジェットヘッド１００の駆動に影響しない吐出異常検出を行うことができる。すなわち、インクジェットプリンタ１（液滴吐出装置）のスループットを低下させることなく、インクジェットヘッド１００のノズル１１０の吐出異常検出処理を実行することができる。
【００９９】
上述のように、インクジェットヘッド１００のキャビティ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。また、ノズル１１０付近のインクが乾燥により増粘、固着した場合には、残留振動が過減衰となり、正常吐出時の残留振動波形に比べて、周波数が相当低くなるので、その周期は正常吐出時の残留振動の周期よりもかなり長くなる。また、ノズル１１０の出口付近に紙粉が付着した場合には、残留振動の周波数は、正常吐出時の残留振動の周波数よりも低く、しかし、インクの乾燥時の残留振動の周波数よりも高くなるので、その周期は、正常吐出時の残留振動の周期よりも長く、インク乾燥時の残留振動の周期よりも短くなる。
【０１００】
したがって、正常吐出時の残留振動の周期として、所定の範囲Ｔｒを設け、また、ノズル１１０出口に紙粉が付着した場合における残留振動の周期と、ノズル１１０の出口付近でインクが乾燥した場合における残留振動の周期とを区別するために、所定のしきい値（所定の閾値）Ｔ１を設定することにより、このようなインクジェットヘッド１００の吐出異常の原因を決定することができる。判定手段２０は、上記吐出異常検出処理によって検出された残留振動波形の周期Ｔｗが所定の範囲の周期であるか否か、また、所定のしきい値よりも長いか否かを判定し、それによって、吐出異常の原因を判定している。
【０１０１】
次に、図２５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２４及び図２５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２５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及び論理積回路ＡＮＤ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２５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。
【０１０２】
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減算カウンタ４５に入力され、保持される。インクジェットヘッド１００の吐出駆動動作（駆動期間）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及び論理積回路ＡＮＤ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（図２３参照）。
【０１０３】
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（なお、論理積回路ＡＮＤにより駆動／検出切替信号がＨｉｇｈレベルのときでなければ基準パルスが減算カウンタ４５には入力されないので、ゲートは開いたままでもよい）、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基準パルスの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がインク滴を吐出動作後、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。
【０１０４】
この図２５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、この図２５における基準値Ｎ１、Ｎ２及びＰ１は、図２８の表１に示すように、所定の閾値であり、これらの閾値と減算結果（減算カウント値）との大小に基づいて、吐出異常の原因が判定される。
【０１０５】
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２６は、本発明の一実施形態における液滴吐出ヘッドの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。
【０１０６】
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２０又は図２５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。
【０１０７】
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、発振回路１１から発振パルスが出力されることにより、振動板１２１の残留振動が検出される（ステップＳ１０５）。それとともに、基準パルスが出力され（ステップＳ１０６）、減算カウンタ４５に入力される。減算カウンタ４５は、減算カウンタ４５は、比較基準値メモリ４７から入力された比較基準値から基準パルスを減算カウントする（ステップＳ１０７）。
【０１０８】
そして、ステップＳ１０８において、制御部６は、タイミング生成手段３６によってＬｓ信号が生成されたか否か、すなわち、時間がＴｓだけ経過したか否かを判断する。減算カウンタ４５は、Ｌｓ信号が発生するまで減算処理を実行し、Ｌｓ信号が発生すると、その減算処理により得られた減算結果は、判定手段２０に出力される。判定手段２０は、その減算結果が正常範囲であるか否かを判断する（ステップＳ１０９）。
【０１０９】
そして、減算結果が正常範囲内にある場合、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）。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）。
【０１１０】
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、終了していないと判断された場合には、次の駆動信号が入力されるまで、このステップＳ１１４で待機している。また、終了したと判断された場合には、発生していた基準パルスを停止して（ステップＳ１１５）、この吐出異常検出処理を終了する。
このように、本発明の液滴吐出ヘッドの吐出異常検出処理では、比較基準値から基準パルスを減算し、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。
【０１１１】
次に、本発明の残留振動検出処理について説明する。図２７は、本発明の残留振動検出処理を示すフローチャートである。上述のように、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とを接続すると、発振回路１１は、ＣＲ発振回路を構成し、静電アクチュエータ１２０の静電容量の変化（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（ステップＳ２０１）。
【０１１２】
上述のタイミングチャート（図２０又は図２５参照）などに示すように、発振回路１１の出力信号（パルス信号）に基づいて、Ｆ／Ｖ変換回路１２において、充電信号、ホールド信号及びクリア信号が生成され、これらの信号に基づいてＦ／Ｖ変換回路１２によって発振回路１１の出力信号の周波数から電圧に変換するＦ／Ｖ変換処理が行われ（ステップＳ２０２）、Ｆ／Ｖ変換回路１２から振動板１２１の残留振動波形データが出力される。Ｆ／Ｖ変換回路１２から出力された残留振動波形データは、波形整形回路１５のコンデンサＣ３により、ＤＣ成分（直流成分）が除去され（ステップＳ２０３）、オペアンプ１５１により、ＤＣ成分が除去された残留振動波形（ＡＣ成分）が増幅される（ステップＳ２０４）。
【０１１３】
増幅後の残留振動波形データは、所定の処理により波形整形され、パルス化される（ステップＳ２０５）。すなわち、本実施形態では、比較器１５２において、直流電圧源Ｖｒｅｆ２によって設定された電圧値（所定の電圧値）とオペアンプ１５１の出力電圧とが比較される。比較器１５２は、この比較結果に基づいて、２値化された波形（矩形波）を出力する。この比較器１５２の出力信号は、残留振動検出手段１６の出力信号であり、所定の吐出異常判定処理を行うために、計測手段１７に出力され、この残留振動検出処理が終了する。
【０１１４】
次に、本発明のもう一つの実施形態における計測手段１７について説明する。ここでは、正常吐出時の半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２９は、計測手段１７の他の例を示すブロック図である。なお、図２４と異なる構成のみを説明することとし、図２４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。
【０１１５】
この計測手段１７は、論理積回路ＡＮＤと、減算カウンタ４５と、複数の正常カウント値メモリ４６ａ〜４６ｎを有する正常カウント値メモリ４６とから構成される。なお、図２９では、この正常カウント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とについても示している。
【０１１６】
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。
【０１１７】
第２判定手段２０ｂは、図３３の表２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３３の表２に示すような数列が第２比較基準値メモリ４７ｂに格納されており、それらは所定のタイミングで第２判定手段２０ｂに出力される。
【０１１８】
図３０は、インクジェットヘッド１００に吐出異常が発生している場合と正常吐出の場合における残留振動波形を示す図である。この図３０に示すように、各状態において残留振動が発生するまでの期間Ｔｓが正常吐出時に比べて、短ければ気泡混入、長ければ紙粉付着又は乾燥増粘と吐出異常の原因を特定することができる。また、残留振動の最初の半周期を比べた場合においても、同様の結果が得られる。本発明では、より正確に吐出異常の原因を特定（検出）するために、残留振動の発生までの時間Ｔｓでの判定結果よりも、残留振動の周期での判定結果を優先させてもよい。
【０１１９】
次に、図３１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３１は、図２９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。カウント期間指示信号が０のとき、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。
【０１２０】
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３３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。
【０１２１】
次に、正常吐出時の残留振動の半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３２は、本発明の他の実施形態における液滴吐出ヘッドの吐出異常検出処理を示すフローチャートである。図２６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。
【０１２２】
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信号雅言算カウンタ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Ｓ３０１）。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３１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Ｓ３０２）。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Ｓ３０３）、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。
【０１２３】
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Ｓ３０４）。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、発振回路１１から発振パルスが出力されることにより、振動板１２１の残留振動が検出される（ステップＳ３０５）。それとともに、基準パルスが出力され（ステップＳ３０６）、減算カウンタ４５に入力される。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Ｓ３０７）。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、すなわち、Ｌｓ信号が発生すると（ステップＳ３０８）、判定処理に移行する。
【０１２４】
ステップＳ３０９において、第１判定手段２０ａは、減算カウンタ４５の減算結果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Ｓ３１０）、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Ｓ３１１）。
【０１２５】
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Ｓ３１２）、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Ｓ３１３）。まだ残留振動の半周期毎の減算処理が実行されていないので、ステップＳ３１４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３１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Ｓ３１５）、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Ｓ３１６）。そして、ステップＳ３０７以降の処理を繰り返す。
【０１２６】
ステップＳ３１３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Ｓ３１７）、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Ｓ３１８）。そして、ステップＳ３１９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、発生していた基準パルスを停止して（ステップＳ３２０）、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Ｓ３０１に移行して、同様の処理を繰り返す。
【０１２７】
このように、本発明の液滴吐出ヘッド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基準パルスを減算し、それらの減算結果を所定の基準値と比較しているので、本発明の液滴吐出装置及び液滴吐出ヘッドの吐出異常検出処理は、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。
【０１２８】
以上のように、本発明の液滴吐出装置（インクジェットプリンタ１）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、内部に液体（インク）が充填され、振動板１２１の変位により、該内部の圧力が増減されるキャビティ１４１と、キャビティ１４１に連通し、キャビティ１４１内の圧力の増減により液体を液滴として吐出するノズル１１０とを有する複数の液滴吐出ヘッド（インクジェットヘッド１００）と、静電アクチュエータ１２０を駆動する駆動回路１８と、基準パルスを発生させるパルス生成手段と、所定の期間内に発生する基準パルスをカウントするカウンタ（減算カウンタ４５）と、所定の期間内のカウンタ４５のカウント値に基づいて、液滴の吐出異常を検出する吐出異常検出手段１０とを備えることとした。
【０１２９】
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検出方法によって、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、吐出異常を検出するために他の部品（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、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液滴吐出ヘッドの吐出異常検出方法（吐出異常検出処理）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。
【０１３０】
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。
さらに、本発明の液滴吐出装置では、振動板の残留振動の発生までの時間と、その残留振動の周期とに基づいて、吐出異常の原因を検出、特定しているので、この吐出異常の原因の特定をより精度良く行うことができる。
【０１３１】
＜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３４〜図３７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。
【０１３２】
図３４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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
図３５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３５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。
【０１３６】
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３５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。
【０１３７】
図３６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。
【０１３８】
圧電素子２００の図３６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３６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。
【０１３９】
図３７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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
積層圧電素子２０１の図３７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。
【０１４２】
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３７中の矢印で示すように変形して（図３７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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
図３８は、圧電アクチュエータ（圧電素子２００）を用いる場合の駆動回路１８と検出回路１６（ここでは、残留振動検出手段）との切替手段２３の概略を示すブロック図である。このような構成にすることにより、圧電アクチュエータの圧電素子２００の吐出駆動動作後の起電圧を、バッファ５４を介して波形整形回路１５に入力し、波形整形回路１５によって矩形波を整形することができる。したがって、圧電素子２００の起電圧を利用することによって、上記第１実施形態と同様の検出処理を実行することができる。
【０１４５】
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検出方法は、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又は圧電素子の起電圧を検出し、その振動板の残留振動又は圧電素子の起電圧に基づいて、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。
【０１４６】
また、本発明は、上記振動板の残留振動（起電圧の電圧パターンを含む）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。
【０１４７】
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。
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検出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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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３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に示す吐出異常検出手段のＦ／Ｖ変換回路の回路図である。
【図２０】本発明の発振回路から出力する発振周波数に基づく各部の出力信号などのタイミングを示すタイミングチャートである。
【図２１】固定時間ｔｒ及びｔ１の設定方法を説明するための図である。
【図２２】図１６の波形整形回路の回路構成を示す回路図である。
【図２３】駆動回路と検出回路との切替手段の概略を示すブロック図である。
【図２４】本発明の計測手段の一例を示すブロック図である。
【図２５】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である。
【図２６】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２７】本発明の残留振動検出処理を示すフローチャートである。
【図２８】本発明の吐出異常検出処理における吐出異常の原因の判定結果の一例である。
【図２９】本発明の計測手段の他の例を示すブロック図である。
【図３０】インクジェットヘッドに吐出異常が発生している場合と正常吐出の場合における残留振動波形を示す図である。
【図３１】図２９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３２】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３３】残留振動発生までの時間及び残留振動の半周期と、吐出異常の原因との関係を示す表である。
【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。
【図３５】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３６】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３７】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３８】圧電アクチュエータを用いる場合の駆動回路と検出回路との切替手段の概略を示すブロック図である。
【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  １２……Ｆ／Ｖ変換回路  １３……定電流源  １４……バッファ  １５……波形整形回路  １５１……増幅器（オペアンプ）  １５２……比較器（コンパレータ）  １６……残留振動検出手段  １７……計測手段  １８……駆動回路  ２０……判定手段  ３６……タイミング生成手段  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  ５４……バッファ  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〜Ｓ１１５、Ｓ２０１〜Ｓ２０５、Ｓ３０１〜Ｓ３２０……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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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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