(57)【要約】【課題】印刷ヘッドの複数のノズルのうちで目詰まり等の異常状態にあるノズルを検知することができる印刷ヘッド状態検知装置を提供する。【解決手段】複数のノズルを有する印刷ヘッド２０に向けて超音波信号を送信し、その印刷ヘッド２０で反射した超音波信号を受信する超音波センサ１３と、超音波センサ１３による超音波信号の受信結果に応じて、異常状態にあるノズルを検知する異常状態検知部１７とを備え、超音波センサ１３がその複数のノズルに対応させて複数回、超音波信号Ｕ１、Ｕ２を送受信し、異常状態検知部１７が、超音波信号の送信から受信までの複数の時間の変化と所定の基準波形とを比較することで、異常状態にあるノズルを検知する。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のノズルを有する印刷ヘッドに向けて超音波信号を送信し、その印刷ヘッドで反射した超音波信号を受信する超音波信号送受信手段と、
超音波信号送受信手段による超音波信号の受信結果に応じて、異常状態にあるノズルを検知する異常状態検知手段と
を備えることを特徴とする印刷ヘッド状態検知装置。
【請求項２】
前記超音波信号送受信手段が、複数のノズルに対応させて複数回、超音波信号を送受信し、
前記異常状態検知手段が、超音波信号の送信から受信までの複数の時間の変化と所定の基準波形とを比較することで、異常状態にあるノズルを検知することを特徴とする請求項１記載の印刷ヘッド状態検知装置。
【請求項３】
前記超音波信号送受信手段が、複数のノズルに対応させて複数回、超音波信号を送受信し、
前記異常状態検知手段が、超音波信号の送信から受信までの複数の時間の各値又は所定時間の平均値が、所定の基準値よりも小さい場合または大きい場合のいずれかの場合に異常状態にあるノズルを検知することを特徴とする請求項１記載の印刷ヘッド状態検知装置。
【請求項４】
複数のノズルを有する印刷ヘッドに向けて超音波信号を送信し、その印刷ヘッドで反射した超音波信号を受信する超音波信号送受信過程と、
超音波信号送受信過程での超音波信号の受信結果に応じて、異常状態にあるノズルを検知する異常状態検知過程と
を含むことを特徴とする印刷ヘッド状態検知方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットプリンタ等における複数のノズルを有する印刷ヘッドの状態を検知する際に用いて好適な印刷ヘッド状態検知装置及び検知方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットプリンタでは、印刷ヘッドに設けられた複数のノズルから液状のインクを噴射することで印刷が行われる。インクジェットプリンタではインクがノズル部分等に固着して、ノズルが目詰まりを起こす場合がある。従来のインクジェットプリンタでは、始動時や定期的に全ノズルからインクを吸引することで、目詰まりを防止していた。
【０００３】
また、超音波でインクを振動させることでインクの固化を防止する方法なども提案されている（例えば、特許文献１参照）。この文献に記載されたインクジェット装置では、インク中の光透過率等を計測することでインクの状態を検知し、インクの凝縮や沈殿状態を検知した場合に、印刷ヘッド部等に設けられた超音波振動子を振動させるようにしていた。ただし、超音波でインクを振動させる方法は、ノズルの目詰まりを防止する方法としては実用化等の課題が残されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００３−３９６９０号公報（第５−６頁、第１１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のインクを吸引することでノズルの目詰まりを防止する方法では、ノズルの目詰まりが一部なのか全部なのかに関わらず、全ノズルからインクを吸引して目詰まりを防止していた。しかし、目詰まりが無いのにインクを吸引することはインクの無駄遣いになるという一面があり、ある面ではそのことが課題となっていた。
【０００６】
全ノズルからインクを吸引するようにしていた要因のひとつは、複数のノズルのうちのどのノズルが目詰まりを起こしているのかを効果的に検知することができなかったことである。目詰まりを起こしている部分を検知できれば、その部分だけインクを吸引して目詰まりを解消することが可能となる。すなわち、印刷ヘッドの各ノズルの状態を検知することができれば、目詰まりを起こしているノズルに対応するインクのみを吸引して目詰まりを防止することが可能となる。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、印刷ヘッドが有する複数のノズルのうちで目詰まり等の異常状態にあるノズルを検知することができる印刷ヘッド状態検知装置及び検知方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の態様は、複数のノズルを有する印刷ヘッドに向けて超音波信号を送信し、その印刷ヘッドで反射した超音波信号を受信する超音波信号送受信手段と、超音波信号送受信手段による超音波信号の受信結果に応じて、異常状態にあるノズルを検知する異常状態検知手段とを備えることを特徴とする。インクが固着等の異常状態にあるノズルでは、ノズル中のインクの状態が、正常状態にあるノズル中のインクの状態と異なる。例えばノズル中で、印刷ヘッドの表面に対してインクが盛り上がったり、引っ込んだりした状態となる。すなわち、超音波の反射距離に差違が発生する。この差違は、正常状態にあるノズル部で反射された超音波の送信から受信までの時間と、異常状態にあるノズル部で反射された超音波の送信から受信までの時間とを異ならせることになる。そのため、超音波の送信から受信までの時間を計測した結果等の受信結果に対して所定の判定を行うことで、異常状態にあるノズルを検知することが可能となる。
【０００９】
本発明の他の態様は、前記超音波信号送受信手段が、複数のノズルに対応させて複数回、超音波信号を送受信し、前記異常状態検知手段が、超音波信号の送信から受信までの複数の時間の変化と所定の基準波形とを比較することで、異常状態にあるノズルを検知することを特徴とする。例えば、正常状態における基準波形あるいは異常状態における基準波形を予め所定の記憶手段に記憶しておく。そして、送信から受信までの複数の時間の変化すなわち各ノズルに対応する距離の変化と、基準波形とを比較することで、異常状態にあるノズルを検知することができる。例えば、基準波形に所定の幅を持たせることで、誤検知を容易に防止することができる。
【００１０】
本発明の他の態様は、前記超音波信号送受信手段が、複数のノズルに対応させて複数回、超音波信号を送受信し、前記異常状態検知手段が、超音波信号の送信から受信までの複数の時間の各値又は所定時間の平均値が、所定の基準値よりも小さい場合に異常状態にあるノズルを検知することを特徴とする。例えば、正常状態（インクが印刷ヘッド表面に対して引っ込んだ状態）における反射距離の最小値を予め所定の記憶手段に記憶しておく。そして、送信から受信までの各時間あるいは所定時間幅の平均値と、記憶した基準値とを比較する。ここで、基準値よりも小さい場合、すなわち反射距離が短い場合は、異常状態（インクが印刷ヘッド表面に対して盛り上がった状態）と判定することができる。すなわち、単一の基準値で異常状態の検知をすることができる。
【００１１】
本発明は、また、複数のノズルを有する印刷ヘッドに向けて超音波信号を送信し、その印刷ヘッドで反射した超音波信号を受信する超音波信号送受信過程と、超音波信号送受信過程での超音波信号の受信結果に応じて、異常状態にあるノズルを検知する異常状態検知過程とを含むことを特徴とする。ここで、超音波信号送受信過程では、複数のノズルに対応させて複数回、超音波信号を送受信し、異常状態検知過程では、超音波信号の送信から受信までの複数の時間の変化と所定の基準波形とを比較することで、異常状態にあるノズルを検知することを特徴としてもよい。また、他の態様では、超音波信号送受信手過程で、複数のノズルに対応させて複数回、超音波信号を送受信し、異常状態検知過程で、超音波信号の送信から受信までの複数の時間の各値又は所定時間の平均値が所定の基準値よりも小さい場合または大きい場合のいずれかの場合に異常状態にあるノズルを検知することを特徴としてもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の印刷ヘッド状態検知装置の一実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の印刷ヘッド状態検知装置の構成を示すブロック図、図２が動作波形（各部の電圧の時間変化）を示す波形図である。発振器１０は、周波数２０ｋＨｚ以上の可変周波数で交流信号を発生する。変調器１１は、発振器１０の出力信号で変調した所定の時間幅を持つ矩形波信号を繰り返し出力するとともに、各矩形波信号の出力開始時刻を示すスタート信号を出力する。変調器１１の出力矩形波信号波形Ｖ１を図２に示す。ドライバ１２は、変調器１１の出力信号の振幅を所定の大きさに増幅して出力する。このドライバ１２の出力が超音波センサ１３に印加され、超音波センサ１３のトランスミッタ１３ｔから周波数２０ｋＨｚ以上の超音波信号が送信される。
【００１３】
超音波センサ１３は、超音波を送信するためのトランスミッタ１３ｔと、受信するためのレシーバ１３ｒとから構成されている。トランスミッタ１３ｔで発生された超音波Ｕ１は、超音波の照射対象物である印刷ヘッド２０で反射し（超音波Ｕ２）、レシーバ１３ｒによって受信される。トランスミッタ１３ｔおよびレシーバ１３ｒは、共振型の超音波センサ（超音波トランスデューサ）や静電方式の超音波センサ（超音波トランスデューサ）によって構成される。
【００１４】
レシーバ１３ｒの出力Ｖ２は、増幅器１４で増幅され、波形成形１５で成形されて、図２に示すような２値化信号Ｖ３となる。カウンタ１６は、所定のクロック信号を基準として、スタート信号が入力されてから２値化信号Ｖ３が入力されるまでの経過時間Ｔを測定（計測）し、測定結果を時間信号Ｔ１として出力する。この時間信号Ｔ１は印刷ヘッド２０までの距離（超音波の反射経路の距離）に対応する値を有している。カウンタ１６で測定された時間信号Ｔ１は、異常状態検知部１７へと入力される。
【００１５】
異常状態検知部１７は、ＣＰＵ（中央処理装置）と、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の半導体記憶装置とを有し構成されている。そして、ＲＯＭ等に格納されているプログラムを実行することで、時間信号Ｔ１に応じて印刷ヘッド２０の状態を判定して検知する処理を行う。
【００１６】
ここで図３〜図５を参照して図１に示す超音波センサ１３の構成例について説明する。図３（ａ）および（ｂ）に示す超音波センサは、共振型の超音波センサである。図３（ａ）および（ｂ）に示す超音波センサは、超音波トランスデューサとも呼ばれるもので、振動素子として圧電セラミックを用いて電気の超音波への変換と超音波の電気への変換（超音波の送信と受信）の両方を行う。図３（ａ）に示すバイモルフ型の超音波センサは、２枚の圧電セラミック６１および６２と、コーン６３と、ケース６４と、リード６５および６６と、スクリーン６７とから構成されている。圧電セラミック６１および６２は、互いに貼り合わされていて、その貼り合わせ面と反対側の面にそれぞれリード６５とリード６６が接続されている。
【００１７】
一方、図３（ｂ）に示すユニモルフ型の超音波センサは、１枚の圧電セラミック７１と、ケース７２と、リード７３および７４と、内部配線７５と、ガラス７６とから構成されている。圧電セラミック７１は、内部配線７５を介してリード７３が接続されるとともに、ケース７２にグランドされている。
【００１８】
共振型の超音波センサは、圧電セラミックの共振現象を利用しているので、超音波の送信および受信の特性がその共振周波数周辺の比較的狭い周波数帯域で良好となる（図５）。
【００１９】
これに対して、図４に示すような静電効果で振動する静電方式の超音波センサ（超音波トランスデューサ）は、広帯域型の周波数特性を有している（図５）。図４に示す静電方式の超音波トランスデューサは、振動体として数μｍ（３〜１０μｍ程度）程度の厚さのＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート樹脂）等の誘電体８１（絶縁体）を用いている。誘電体８１に対しては、金属箔として形成される上電極８２がその上面部に蒸着等の処理によって一体形成されるとともに、真鍮の下電極８３が下面部に接触するように設けられている。この誘電体８１が振動膜を形成する。下電極８３は、リード８４が接続されるとともに、ベークライト等からなるベース板８５に固定されている。誘電体８１および上電極８２ならびにベース板８５は、メタルリング８６、８７、および８８、ならびにメッシュ８９とともに、ケース８０によってかしめられてる。
【００２０】
下電極８３の誘電体８１側の面には不均一な形状を有する数十〜数百μｍ程度の微小な溝が複数形成されている。この微小な溝は、下電極８３と誘電体８１との間の空隙となるので、上電極８２および下電極８３間の静電容量の分布が微小に変化する。このランダムな微小な溝は、下電極８３の表面を手作業でヤスリで荒らすことで形成されている。静電方式の超音波センサでは、このようにして空隙の大きさや深さの異なる無数のコンデンサを形成することによって、超音波トランスデューサの周波数特性が広帯域となっている（図５）。
【００２１】
なお、図１の超音波センサ１３を、図４に示すような静電方式の超音波センサを用いて構成する場合、センサの駆動電圧は５０〜１５０Ｖ程度の交流電圧となる。また上電極８２の吸着用のバイアス電圧は直流５０〜１５０Ｖ程度である。さらに下電極８３は、図示のように微小な溝が複数形成されるものにかぎらず、鏡面状のものでもよい。
【００２２】
次に、図６を参照して、図１に示す超音波センサ１３と、印刷ヘッド２０との配置について説明する。この場合、印刷ヘッド２０は、印刷面（あるいは印刷ヘッド表面）にノズルプレート２１が設けられている。ノズルプレート２１には、複数のノズル２２が形成されている。この複数のノズル２２からインク３０がそれぞれ噴射されるようになっている。ただし、噴射機構については従来と同様であり、図示を省略している。この場合、インク３０の表面（液面）３０ａは正常状態の形状をしていて、表面３０ｂはインクが固化した異常状態の形状を示している。
【００２３】
超音波センサ１３は、ノズルプレート２１に対して一定の距離を有して対向するように配置されている。また、超音波センサ１３は、図示していない駆動機構によって矢印の方向に一定速度で移動するようになっている。従って、トランスミッタ１３ｔから間欠的に繰り返し送信された超音波は、ノズルプレート２１の表面と、全ノズル２２およびインク３０の表面とを反射面として移動しながら反射していき、同時にレシーバ１３ｒによって複数回受信される（超音波の反射経路例は波線の矢印）。
【００２４】
次に、図７〜図９を参照して、図１および図６に示す印刷ヘッド状態検知装置の動作について説明する。図７は、図６に示す各ノズル２２がすべて正常な状態の信号波形を示す図であり、横軸に超音波センサ１３の移動距離を、縦軸に送信から受信までの時間（図１の時間信号Ｔ１すなわち超音波の反射経路の距離に対応）を示している。ここで、横軸は、移動距離を示すとともに、計測時の時間経過にも対応している。
【００２５】
図６に示すように、正常時には超音波の反射経路が長くなり（表面３０ａ）、異常時には短くなる（表面３０ｂ）。そのため、図７に示すすべてが正常な動作例では、送信から受信までの時間の波形１０１としては、４個のノズル２２に対応する位置（あるいは時刻）で同一形状の変化（図７で上に凸の波形）が検知される。ここで、送信から受信までの時間の波形１０１を曲線で表示しているが、実際には、所定の時間間隔で測定された離散的な複数の値から形成されるものである。
【００２６】
一方、図８に示す例は、左から２番目のノズル２２が固化インクとして異常状態を示す場合の例である。この場合、送信から受信までの時間波形１０１ａとして、左から２番目の変化のみが固化インクを示す波形（左から２番目の変化が下に凸の波形）となる。この固化インクによる波形の変化は、図１の異常状態検知部１７によって検知される。異常状態検知部１７は、例えば、所定の基準値１０２と、送信から受信までの時間波形１０１ａとを比較し、基準値１０２を下回ったときに異常状態であると判定する。あるいは、異常状態検知部１７は、予めＲＯＭ等の記憶手段に記憶されている基準波形１０３ａおよび１０３ｂと、送信から受信までの時間波形１０１ａとを比較し、基準波形１０３ａおよび１０３ｂとで決められる範囲１０５から外れたときに異常状態であると判定する。図８の例では、基準値１０２を用いる場合と、基準波形１０３ａおよび１０３ｂを用いる場合との両方で、固化インクの状態が検知される。
【００２７】
なお、基準波形１０３ａは上側、基準波形１０３ｂは下側の限度値をそれぞれ示す。基準波形１０３ａおよび１０３ｂは、例えば正常状態（図７）の波形を予め測定することで決定することができる。ただし、基準波形１０３ａおよび１０３ｂは、波形形状を比較することを主要な目的として用いられるようになっている。すなわち、基準波形１０３ａおよび１０３ｂの絶対値は、各装置あるいは各使用時で調整できるようになっている。例えば、ノズル２２がないノズルプレート２１に対応する時間Ｔ２（あるいは移動距離Ｔ２）の間の送信から受信までの時間１０１ａ１が中心値となるように基準波形１０３ａおよび１０３ｂの絶対値を調整するようにしてもよい。
【００２８】
次に、図９を参照して他の動作例について説明する。この例では、左から２番目のノズル２２が液面形状は正常であるが、インクが固化し始めている状態であるとしている。この場合、送信から受信までの時間波形１０１ｂとして、左から２番目の変化のみが他の各ノズル２２に対応する変化と異なる波形（左から２番目の変化の上に凸の度合いが小さい波形）となる。この波形の変化は、図１の異常状態検知部１７によって検知される。ただし、この場合、異常状態検知部１７は、所定の基準値１０２を用いた判定では異常を検知することはできない。しかし、基準波形１０３ａおよび１０３ｂと、送信から受信までの時間波形１０１ａとを比較するときには、波形１０１ａが基準波形１０３ｂを下回る、あるいは上回る部分が検知されるので、そこが異常状態であると判定できる。
【００２９】
このように、本実施の形態によれば、インクジェットプリンタ等の印刷ヘッドの表面を超音波センサでスキャンすることにより印刷ヘッドの状態すなわち各ノズルの状態を把握することができる。したがって、本装置を用いて異常状態すなわち目詰まり等を起こしている部分を検知して、その部分だけインクを吸引して目詰まりを解消することが可能となる。
【００３０】
なお、上記実施の形態の説明では、超音波センサとして共振型と静電方式両方が使用可能としている。ただし、静電方式の広帯域型の超音波センサを用いてた方が、広周波数帯域に渡って一定の高音圧を発生することができるので、より望ましい。また、上記の実施の形態では、印刷ヘッド２０に対して、超音波センサ１３を移動させることとしているが、超音波センサ１３を固定して、印刷ヘッド２０を移動させるようにしたり、あるいは両方を移動させるようにしてもよい。
【００３１】
また、上記では、超音波信号の反射経路の長さすなわち送信から受信までの時間に応じて、異常の有無を判定するようにしているが、反射信号の音圧レベルに応じて異常の有無を判定するようにしてもよい。この場合、音圧値は、反射距離が短い方が大きくなるので、送信から受信までの時間波形とは大きさが逆の特性が測定されることになる（異常の場合には受信信号の音圧値が大きくなる）。この場合、図１の構成では、増幅器１４の後段にＡ／Ｄ変換器（アナログ／デジタル変換器）等を挿入し、そのＡ／Ｄ変換器の出力を異常状態検知部１７へ入力するように変更する。そして、異常状態検知部１７の判定処理を適宜変更する。また、音圧レベルに応じて判定を行う場合には、特に、超音波センサを図４に示すような広帯域型とすることが望ましい。
【００３２】
なお、図１の構成では、超音波センサ１３、あるいは超音波センサ１３を含む発振器１０〜増幅器１４が、複数のノズルを有する印刷ヘッド２０に向けて超音波信号を送信し、その印刷ヘッドで反射した超音波信号を受信する超音波信号送受信手段に対応する。また、超音波信号送受信手段による超音波信号の受信結果に応じて、異常状態にあるノズルを検知する異常状態検知手段が、異常状態検知部１７、あるいは波形成形１５、カウンタ１６等と異常状態検知部１７とを組み合わせたものに対応する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による印刷ヘッド状態検知装置の一実施の形態の構成を示すブロック図。
【図２】図１の構成の動作波形図。
【図３】図１の超音波センサ１３と印刷ヘッド２０の配置を示す模式図。
【図４】圧電方式の共振型の超音波センサの断面構成図。
【図５】静電方式の広帯域超音波センサの断面構成図。
【図６】図４および図５に示す超音波センサの周波数特性図。
【図７】図１の構成における信号特性図（正常状態の場合）。
【図８】図１の構成における信号特性図（異常状態の場合）。
【図９】図１の構成における信号特性図（異常状態の場合）。
【符号の説明】
１０…発振器、１３…超音波センサ、１３ｔ…トランスミッタ、１３ｒ…レシーバ、１６…カウンタ、１７…異常状態検知部、２０…印刷ヘッド
【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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