(57)【要約】【課題】液滴を検出するセンサと液滴吐出ヘッドとの相対位置の精度が低くても検出が可能であり、高圧を必要とせずに低い電圧で検出できる液滴検出装置の提供。【解決手段】ヘッドユニット２のノズルからインク滴を複数回吐出させると、インク滴はセンサ４０の電極４２、４３に着弾して付着する。このため、電極４２、４３間の静電容量は、急激に増加するので、発振器５４の発振周波数がインク滴の着弾前に比べて急激に変化する。この発振器５４の発振周波数の急激な変化は、周波数−電圧変換器５５により電圧の変化に変換され、この電圧の変化が交流増幅器５６で増幅される。このため、交流増幅器５６の出力電圧は、急激に上昇し、これがＡ／Ｄ変換器５７でＡ／Ｄ変換され、その変換データはＣＰＵ５８に出力される。ＣＰＵ５８は、そのＡ／Ｄ変換器５７の出力値を所定値と比較し、ノズルからのインク滴の吐出の有無を判定する。【選択図】  図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に所定間隔をおいて配置させた一対の電極を有し、その一対の電極間に液滴吐出ヘッドのノズルから吐出される液滴を付着させるセンサと、
前記センサの電極間に液滴が付着するときに一時的に変化する両電極間の静電容量を検出し、この一時的に検出される静電容量の変化に基づき、前記ノズルから液滴が吐出されたか否かを検出する検出手段と、
を備えていることを特徴とする液滴検出装置。
【請求項２】
基板上に所定間隔をおいて配置させた一対の電極を有し、その一対の電極間に液滴吐出ヘッドのノズルから吐出される液滴を付着させるセンサと、
前記センサの電極間に液滴が付着するときに一時的に変化する両電極間の静電容量を使用して発振周波数を変化させ、この発振周波数の変化に基づき、前記ノズルから液滴が吐出されたか否かを検出する検出手段と、
を備えていることを特徴とする液滴検出装置。
【請求項３】
前記検出手段は、
前記センサの両電極間で形成されるコンデンサを少なくとも含み、前記コンデンサの静電容量の変化に従って発振周波数が変化する発振器と、
前記発振器の発振周波数の変化を電圧変化に変換する周波数−電圧変換器と、
前記周波数−電圧変換回路で変換された電圧変化を増幅する交流増幅器と、
を備えていることを特徴とする請求項２に記載の液滴検出装置。
【請求項４】
前記センサの一対の電極は、電極パターンがそれぞれ微細な櫛歯状からなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちのいずれかに記載の液滴検出装置。
【請求項５】
前記センサの一対の電極は、微細な電極パターンからなり、前記電極パターンの長さ方向に電極パターンの厚みを利用して所定の深さの溝を形成し、前記ノズルから吐出されて着弾した液滴が前記溝に沿って移動できるようになっていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちのいずれかに記載の液滴検出装置。
【請求項６】
前記センサは、前記基板と前記両電極との各表面を保護膜で被覆するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちのいずれかに記載の液滴検出装置。
【請求項７】
前記センサは、前記溝の端部に前記液滴を吸収する吸収体を配置するようにしたことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の液滴検出装置。
【請求項８】
前記検出手段は、
前記交流増幅器の出力を所定値と比較し、この比較結果に基づいて前記ノズルから液滴が吐出されたか否かを判定する判定部を、さらに含むことを特徴とする請求項３乃至請求項７のうちのいずれかに記載の液滴検出装置。
【請求項９】
前記センサは、インクジェットプリンタが備えるインク吐出ヘッドの印刷領域以外の移動可能部分に配置させ、前記電極間に前記インク吐出ヘッドのノズルから吐出されるインク滴を付着させるようにし、
前記検出手段は、前記インク吐出ヘッドのノズルからインク滴が吐出されたか否かを検出するようになっていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のうちのいずれかに記載の液滴検出装置。
【請求項１０】
液滴吐出ヘッドのノズルから液滴が吐出されたか否かを検出する液滴検出方法であって、
液滴吐出ヘッドと、基板上に所定間隔をおいて配置させた一対の電極を有するセンサとを、前記液滴吐出ヘッドのノズル面と前記センサの電極面とが一定の関係で対向するようにセットし、
この状態で、前記ノズルから液滴を吐出させ、その液滴が前記センサの電極間に付着するときに一時的に変化する両電極間の静電容量を検出し、この一時的に検出される静電容量の変化に基づき、前記ノズルから液滴が吐出されたか否かを検出することを特徴とする液滴検出方法。
【請求項１１】
インクジェットプリンタのノズルからインク滴が吐出されたか否かを検出する液滴検出方法であって、
液滴吐出ヘッドを、基板上に所定間隔をおいて配置させた一対の電極を有するセンサの位置に移動させ、前記液滴吐出ヘッドのノズル面と前記センサの電極面とが一定の関係になるように対向させる第１ステップと、
この対向した状態で、前記ノズルからインク滴を複数回吐出させ、そのインク滴を前記センサの電極間の一部に着弾させる第２ステップと、
前記インク滴の着弾時に一時的に変化する前記センサの両電極間の静電容量を使用して発振周波数を変化させ、この発振周波数の変化に基づき、前記ノズルからインク滴が吐出されたか否かを検出する第３ステップと、
を備えたことを特徴とする液滴検出方法。
【請求項１２】
前記インクジェットプリンタが複数のノズルを有する場合には、
前記第２ステップと、前記第３ステップとの各処理を繰り返すことにより、前記インクジェットプリンタの各ノズルのインク滴の吐出の有無を検出するようにしたことを特徴とする請求項１１に記載の液滴検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットプリンタなどに適用され、インクジェットプリンタなどの液滴吐出ヘッドのノズルから吐出されるインク滴などの液滴の吐出の有無を検出する液滴検出装置、および液滴検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液滴吐出装置の１つであるインクジェットプリンタのインクジェットヘッド（印刷ヘッド）のノズルが詰まったり、ノズルに紙粉や異物が付着したり、または気泡がインクジェットヘッドのキャビティ（インク室）などに入った場合には、本来インク滴が吐出されるべきときに吐出されないということがまれに発生していた。
このような不具合を解消するために、インク滴が吐出されたか否かを検出する各種の方法が提案されている。これらは、主に、インク滴を検出する各種のセンサを用いる方法である。
【０００３】
その中でも、光学式センサを用いてインク滴がノズルから吐出されたか否かを検出する方法は、インクの粒径と光ビームの径を適切に選び、かつ、精度良く位置合わせを行うことによって確実に検出できるため、多くの提案がなされている。
この光学式センサを用いる方法は、インクジェットプリンタのインク滴の吐出原理（ピエゾ方式、サーマルジェット方式、ソリッドインク方式など）が異なっていても適用できる点で優れている。また、インク滴が真っ直ぐに飛行せずに、曲がって飛行し記録紙上の着弾位置がずれる場合も、インク滴が検出領域を通過しないので、検出することが可能である。
【０００４】
図１６には、従来の光学式のインク滴の検出方法の原理が例示されている。この方法は、発光素子からの光が発光領域１０１を出て、受光素子が設置されている受光領域１０２に入るようになっている。この発光領域１０１と受光領域１０２の共通領域が検出領域になる。その検出領域に対して上方からインク滴ａが吐出されてくると、インク滴ａは染料や顔料などの色材を含んでいるため、光の透過率が低く光を遮ることになる。すると、フォトトランジスタなどの受光素子に入る光量が減少するため、電気信号に変化された時の電圧が小さくなり、インク滴が検出できる。検出領域と受光領域１０２が同じと仮定すると、その受光領域１０２の面積Ｓ２とインク滴ａの投影部１０３の面積Ｓ１から、Ｓ１／Ｓ２がその減少分に相当することになる。
【０００５】
図１７には、キャリッジ軸１０４上をヘッドユニット１０５が移動しつつインク滴ａをインク滴受け１０６に向けて吐出され、ちょうど受光領域１０２をインク滴ａが通過する様子を例示してある。インク滴ａが上方から速度Ｖ１で吐出され、ヘッドユニット１０５が速度Ｖ２で移動していると、インク滴ａはその合成速度（Ｖ１＋Ｖ２）となり、受光領域１０２へ確実に通過させるにはかなりの精度が要求される。検出感度を高めようとすると、Ｓ１／Ｓ２を大きくする、すなわち受光領域１０２の面積Ｓ２を小さくすれば良いが、そうすると、インク滴ａが受光領域１０２を通過する検出のタイミングを精度良くしなければならない。逆に、インク滴ａが受光領域１０２を通過する検出のタイミングを緩やかにすれば、検出感度が低下してしまう。
【０００６】
これらの不具合を解決するために、以下のような提案がされている。
すなわち、インクジェットヘッドのインク吐出口の並び方向に対して、インク吐出を検出するフォトセンサの発光素子と受光素子とで決定される検出光軸を相対的に所定角度なすように配置し、フォトセンサによる検出範囲を広くする発明が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
また、別な検出方法として、インクに対する撥水性の高い反射板と反射光量を検知するセンサを有し、インク滴を吐出させ、反射板からの反射光量をセンサで検出して吐出インク滴の状態を検出する発明が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
一方、上記のような光学式のインク滴の検出方法に対して、以下のような検出方法を採用するものが提案されている。
【０００８】
この検出方法は、プリントヘッドから出射される一連のインク滴を受け取る感知要素を備え、検出時に、プリントヘッドと感知要素との間に電界を形成させ、インク滴がその感知要素に接触する際に、感知要素上に電荷のスパイクまたはパルスを与えるようにし、これを検出することによりインク滴の吐出の有無を判定するものである（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平９−９４９４８号公報
【特許文献２】特開平８−３３２７３６号公報
【特許文献３】特開平１１−１７０５６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１に記載の発明では、感度を低下させずに受光領域を斜めにインク滴が透過する分だけ検出タイミングはその分緩やかになるが、依然としてその改善効果は比較的小さい。
また、特許文献２に記載の発明では、反射板に着弾したインク滴に浮遊する紙粉やゴミなどが付着すると、反射板の反射率が低下することもあり、長期間の信頼性という点では十分ではない。
【００１０】
さらに、特許文献３に記載の発明では、プリントヘッドと感知要素との間に電界を形成するために、感知要素に例えば１００Ｖというように比較的高い電圧を印加させる必要がある上に、その高圧を発生するための電源が必要となる。
そこで、本発明の目的は、上記の点に鑑み、インク滴などの液滴を検出するセンサと液滴吐出ヘッドとの相対位置の精度が低くても検出が可能であり、高圧を必要とせずに低い電圧で検出できるようにした液滴検出装置および液滴検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決し本発明の目的を達成するために、各発明は、以下のように構成するようにした
すなわち、第１の発明は、基板上に所定間隔をおいて配置させた一対の電極を有し、その一対の電極間に液滴吐出ヘッドのノズルから吐出される液滴を付着させるセンサと、前記センサの電極間に液滴が付着するときに一時的に変化する両電極間の静電容量を検出し、この一時的に検出される静電容量の変化に基づき、前記ノズルから液滴が吐出されたか否かを検出する検出手段と、を備えている。
【００１２】
第２の発明は、基板上に所定間隔をおいて配置させた一対の電極を有し、その一対の電極間に液滴吐出ヘッドのノズルから吐出される液滴を付着させるセンサと、前記センサの電極間に液滴が付着するときに一時的に変化する両電極間の静電容量を使用して発振周波数を変化させ、この発振周波数の変化に基づき、前記ノズルから液滴が吐出されたか否かを検出する検出手段と、を備えている。
【００１３】
第３の発明は、第２の発明において、前記検出手段は、前記センサの両電極間で形成されるコンデンサを少なくとも含み、前記コンデンサの静電容量の変化に従って発振周波数が変化する発振器と、前記発振器の発振周波数の変化を電圧変化に変換する周波数−電圧変換器と、前記周波数−電圧変換回路で変換された電圧変化を増幅する交流増幅器と、を備えている。
【００１４】
第４の発明は、第１乃至第３のうちのいずれかの発明において、前記センサの一対の電極は、電極パターンがそれぞれ微細な櫛歯状からなる。
第５の発明は、第１乃至第４のうちのいずれかの発明において、前記センサの一対の電極は、微細な電極パターンからなり、前記電極パターンの長さ方向に電極パターンの厚みを利用して所定の深さの溝を形成し、前記ノズルから吐出されて着弾した液滴が前記溝に沿って移動できるようになっていること。
【００１５】
第６の発明は、第１乃至第５のうちのいずれかの発明において、前記センサは、前記基板と前記両電極との各表面を保護膜で被覆するようにした。
第７の発明は、第５または第６の発明において、前記センサは、前記溝の端部に前記液滴を吸収する吸収体を配置するようにした。
第８の発明は、第３乃至第７のうちのいずれかの発明において、前記検出手段は、前記交流増幅器の出力を所定値と比較し、この比較結果に基づいて前記ノズルから液滴が吐出されたか否かを判定する判定部を、さらに含んでいる。
【００１６】
第９の発明は、第１乃至第８のうちのいずれかの発明において、前記センサは、インクジェットプリンタが備えるインク吐出ヘッドの印刷領域以外の移動可能部分に配置させ、前記電極間に前記インク吐出ヘッドのノズルから吐出されるインク滴を付着させるようにし、前記検出手段は、前記インク吐出ヘッドのノズルからインク滴が吐出されたか否かを検出するようになっている。
【００１７】
第１０の発明は、液滴吐出ヘッドのノズルから液滴が吐出されたか否かを検出する液滴検出方法であって、液滴吐出ヘッドと、基板上に所定間隔をおいて配置させた一対の電極を有するセンサとを、前記液滴吐出ヘッドのノズル面と前記センサの電極面とが一定の関係で対向するようにセットし、この状態で、前記ノズルから液滴を吐出させ、その液滴が前記センサの電極間に付着するときに一時的に変化する両電極間の静電容量を検出し、この一時的に検出される静電容量の変化に基づき、前記ノズルから液滴が吐出されたか否かを検出するものである。
【００１８】
第１１の発明は、インクジェットプリンタのノズルからインク滴が吐出されたか否かを検出する液滴検出方法であって、液滴吐出ヘッドを、基板上に所定間隔をおいて配置させた一対の電極を有するセンサの位置に移動させ、前記液滴吐出ヘッドのノズル面と前記センサの電極面とが一定の関係になるように対向させる第１ステップと、この対向した状態で、前記ノズルからインク滴を複数回吐出させ、そのインク滴を前記センサの電極間の一部に着弾させる第２ステップと、前記インク滴の着弾時に一時的に変化する前記センサの両電極間の静電容量を使用して発振周波数を変化させ、この発振周波数の変化に基づき、前記ノズルからインク滴が吐出されたか否かを検出する第３ステップと、を備えている。
【００１９】
第１２の発明は、第１１の発明において、前記インクジェットプリンタが複数のノズルを有する場合には、前記第２ステップと、前記第３ステップとの各処理を繰り返すことにより、前記インクジェットプリンタの各ノズルのインク滴の吐出の有無を検出するようにした。
このような構成からなる本発明によれば、インク滴などの液滴を検出するセンサと液滴吐出ヘッドとの相対位置の精度が低くても検出が可能であり、かつ、高圧を必要とせずに低い電圧で検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の液滴検出装置、および液滴検出方法の実施形態について説明する。
図１は、本発明の液滴検出装置が適用されるインクジェットプリンタ１の概略構成を示す平面図である。
この液滴吐出装置の一種であるインクジェットプリンタ１は、図１に示すように、ヘッドユニット２およびインクカートリッジ３を搭載したキャリッジ４を備え、このキャリッジ４は１組のキャリッジ軸５に案内されて主走査方向に移動できるようになっている。また、キャリッジ４の一部は歯付きベルト９に固定され、かつ歯付きベルト９は、モータ６の回転軸に固定された駆動プーリ７と従動プーリ８との間に掛け渡されている。
【００２１】
また、キャリッジ４にはエンコーダ１０が取り付けられ、キャリッジ４の移動方向に沿ってリニアスケール１１が設けられている。これにより、エンコーダ１０はキャリッジ４上のヘッドユニット２の位置を検出するようになっている。
さらに、このインクジェットプリンタ１は、後述のようにヘッドユニット２のノズルの検査時に、そのノズルから液滴であるインク滴が吐出されたか否かを検出する本発明の液滴検出装置を備え、この装置のセンサ４０が、図１に示すようにヘッドユニット２の印刷領域以外の移動可能部分に配置されている。
【００２２】
なお、図１において、１２は、ヘッドユニット２とシステムコントローラなどと電気的な接続を行うケーブルである。１３は、後述のインクジェットヘッドの表面をクリーニングするワイパである。１４は、そのインクジェットヘッドのノズル基板（図３参照）のキャッピングを行うキャップである。
このような構成からなるインクジェットプリンタ１では、エンコーダ１０の検出信号がモータ制御回路（図示せず）に入力されると、そのモータ制御回路によりモータ６の回転動作が次のように制御される。すなわち、加速、一定速度、減速、反転、加速、一定速度、減速、反転・・・というように制御される。
【００２３】
このようなモータ６の動作に伴って、キャリッジ４が主走査方向に往復移動を繰り返し、一定速度の区間が印刷領域に相当するので、その一定速度の際にキャリッジ４に搭載されるヘッドユニット２のノズルから記録紙ｂ上にインク滴が吐出される。この結果、記録紙ｂには、そのインク滴により所定の文字や画像が記録される。
次に、図１に示すヘッドユニット２の具体的な構成について、図２および図３を参照して説明する。
【００２４】
このヘッドユニット２は、図２に示すように、多数のインクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド）２０を備え、各インクジェットヘッド２０は静電式アクチュエータを用いたものである。
インクジェットヘッド２０は、図２に示すように、振動板２１と、この振動板２１を含み振動板２１を変位させる静電式アクチュエータ２２と、内部に液体であるインクが充填され振動板２１の変位により内部の圧力が増減されるキャビティ（圧力室）２３と、このキャビティ２３に連通しキャビティ２３内の圧力の増減によりインクを液滴として吐出するノズル２４とを少なくとも備えている。
【００２５】
さらに詳述すると、ヘッドユニット２は、中央のシリコン基板２５を挟んで、上側にシリコン製のノズル基板２６と、下側にガラス基板２７とが積層された３層構造からなる。中央のシリコン基板２５と上側のノズル基板２６との間には、キャビティ２３と、これに連通するリザーバ２８とが区画形成されている。また、リザーバ２８は、ガラス基板２７に設けたインク取り入れ口２９と連通している。
【００２６】
さらに、中央のシリコン基板２５により形成されキャビティ２３の底板として機能する振動板２１と、ガラス基板２７上に設けた個別電極３０との間には、空隙３１が形成されている。そして、振動板２１は、共通電極３２に接続されている。
従って、静電式アクチュエータ２２は、その主要部が振動板２１と、個別電極３０と、これらの間に形成される空隙３１とにより形成され、個別電極３０と共通電極３２との間に印加される駆動信号により駆動されるようになっている。
【００２７】
なお、図２に示すノズル基板２６に形成されるインクジェットヘッド２０ごとのノズル２４は、例えば図３に示すように配列されている。この図３の例では、４色のインク（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）に適用した場合のノズル２４の配列パターンを示している。
次に、このような構成からなるインクジェットプリンタにおいて、インク滴の不吐出の原因別に、その現象とその場合の回復動作についてそれぞれ説明する。
【００２８】
まず、インクジェットヘッド２０のノズル面に紙粉や浮遊するゴミなどが付着した場合には、インク滴を吐出してもその飛行経路が妨げられ不吐出になり、インク滴は紙粉などに衝突して浸透し、ノズル面に残留する。このまま回復動作をせずにインク滴が吐出されると、インク滴がノズル面に溜まってしまう。この場合には、ワイパ１３でノズル面を擦って原因となる紙粉などを除去することが有効な回復動作である。
【００２９】
カラーインクジェットプリンタの場合には、ワイパ１３による回復動作を行った後には、ノズル面の各色インクが混合状態になっている恐れがあるため、予備吐出を行い、ノズル面に余分な混合インクをいっしょに吐出することが行われる。ノズル面の残留インクが多い場合には、ノズル面に密着させたキャップ１４に連通されているポンプで吸引することもある。
【００３０】
ここで、予備吐出とは、記録紙に印刷するためではなく、キャップやインク吸収体など向かってインク滴を吐出することを意味する。因みに、インク滴を吐出しないのに、インクジェットヘッドのアクチュエータを駆動することを空駆動ということにし、ノズル孔部のインクのメニスカスを振動させる時に行うものである。
次に、インクジェットヘッドやプリンタ本体に衝撃などが加わり、キャビティ２３内に気泡が生じた時には、インク滴を吐出しようとしても気泡のため不吐出になってしまう。この場合には通常ポンプで吸引することが有効な回復動作となる。ノズル孔付近の小さな気泡の時には、予備吐出でも回復することがある。
【００３１】
さらに、インクジェットプリンタを長期間使用しない場合には、ノズル面にキャップを密着させていても、ノズル孔からインクの溶媒成分がわずかに蒸発して、インクの固形分の濃度が濃くなって目詰まりを起こすことがある。軽微な目詰まりの場合には、予備吐出することによって回復することもあるが、通常ポンプで吸引しノズル孔にインクを強制的に流入させて固形分の濃度を低下させて回復させる。
【００３２】
次に、図１に示すインクジェットプリンタに適用される本発明の液滴の検出原理について、図面を参照して説明する。
本発明の液滴の検出には、図４〜図６に示すようなセンサ４０を使用するので、まず、このセンサ４０の構成について説明する。
このセンサ４０の概要について、図４を参照して説明する。このセンサ４０は、図４に示すように、センサ基板４１と、このセンサ基板４１上に配置された導体からなる一対の電極４２、４３とを備えている。
【００３３】
センサ基板４１は、ガラスエポキシ基板、アルミ基板、ガラス基板などの積層基板からなる。
電極４２、４３は、図４に示すように所定の厚みと幅とを有する微細な各電極パターンが交互に配列され、その電極パターンの各一端が電極４２、４３ごとに共通接続されている。さらに、その電極パターンの長さ方向に、各電極パターンで囲まれ所定幅と所定の深さの溝４７が形成されている。従って、各溝４７は、電極４２、４３の電極パターンの厚みを利用している。
電極４２、４３は、後述のマイグレーションを考慮して決定するのが好ましい。すなわち、マイグレーションは、一般にＡｇ＞Ｐｂ≧Ｃｕ＞Ｓｎ＞Ａｕの順で発生し易くＦｅ，Ｐｄ，Ｐｔでは起こりにくいとされている。従って、電極４２、４３の材料は、これらを考慮して、マイグレーションの発生しにくい金属や合金からなる導体を用いるのが好ましい。
【００３４】
さらに詳述すると、電極４２、４３は、上記の電極パターンが例えば図５に示すように微細な櫛歯状からなり、両電極４２、４３は図示のように対向して配置されている。
すなわち、電極４２は、所定の間隔をおいて配列される多数の電極指４２１を備え、その各電極指４２１の一端側が共通接続され、この共通接続部の一端に検出端子４２２を設けている。また、電極４３は、電極指４２１と同様の多数の電極指４３１を備え、その各電極指４３１の一端側が共通接続され、この共通接続部の一端に検出端子４３２を設けている。
【００３５】
電極４２と電極４３とは、センサ基板４１上に配置された際に、図５に示すように、電極４２側の電極指４２１と電極４３側の電極指４３１とが交互に配列されるようになっている。そして、電極指４２１と電極指４３１との間には、その長さ方向に向けて、電極指４２１、４３１の厚みを利用した溝４７が、それぞれ形成されるようになっている。溝４７の深さは、例えば１８〜３５〔μｍ〕程度である。
【００３６】
ここで、センサ基板４１の構成材料は上記のような積層基板であればいずれでも良いが、電極４２、４３間の絶縁材料における吸湿、水分の吸収に伴って、電極４２、４３を構成する金属が絶縁材料の表面あるいは内部に移行して絶縁不良を起こす現象、いわゆるマイグレーション現象の発生を防止するために、図６に示すように、センサ基板４１、電極４２、４３の各表面に、薄い保護膜４８Ａと４８Ｂとを塗布（コーティング）するのが好ましい。
なお、保護膜（アンダーコート）４８Ａはなくても良いが、耐マイグレーション効果をあげるために、必要に応じて設けるのが好ましい。
【００３７】
次に、このような構成からなるセンサ４０を使用し、インクジェットプリンタのヘッドユニットの各ノズルのインク滴の吐出の有無を検出する基本的な原理について、図７〜図９を参照して説明する。
いま、センサ４０を構成するセンサ基板４１をガラスエポキシのプリント基板として考えると、図７に示すように、電極４２と電極４３との間の静電容量は、プリント基板内の静電容量Ｃｐと空気中の静電容量Ｃａとが並列接続された合成容量となっている。
【００３８】
プリント基板の比誘電率は、一般的なガラスエポキシ（Ｇ−１０）の場合では４．８程度である。また、インク滴の比誘電率は約８０程度であり、空気の誘電率は約１程度である。そこで、これらの比誘電率の関係は以下のようになる。
インク滴＞＞プリント基板＞空気
従って、インク滴が電極４２、４３間に着弾することにより、空気の比誘電率が急激に変化する。そこで、本発明では、この空気の比誘電率の変化の有無を検出してインク滴のような液滴の吐出状態を検出するようにした。
【００３９】
換言すると、本発明は、液滴であるインク滴が電極４２、４３間に着弾することによる、その両電極４２、４３間の静電容量の変化の有無を後述のように検出するようにし、これにより、インク滴の吐出状態を検出するようにしたものである。
なお、図７において、図６に示すような保護膜４８については省略している。
次に、このような本発明の検出原理における電極４２、４３間の静電容量の変化について、図８に示す等価回路を参照して説明する。
【００４０】
図８（ａ）は、初期状態、すなわちセンサ４０の電極面にインク滴が着弾する以前の電極４２、４３間の等価回路である。この初期状態では、電極４２、４３間の静電容量は、プリント基板の静電容量Ｃｐと空気中の静電容量Ｃａとが並列接続され、これらの合成値（Ｃｐ＋Ｃａ）となる。
図８（ｂ）は、インク滴が電極４２、４３間の一部に複数着弾し、その電極４２、４３間にインク滴が付着し（図９の状態Ａに対応）、この状態の等価回路である。この場合には、インク滴の付着により、その電極４２、４３間の電界が高い誘電率を有するインク間を通るため、図示のように電極４２、４３間に静電容量Ｃｉｎｋが追加された状態になる。このため、このときの電極４２、４３間の静電容量の合成値は、（Ｃｐ＋Ｃａ＋Ｃｉｎｋ）となり、初期状態に比べて大幅に増加する。
【００４１】
図８（ｃ）は、付着したインクが溝４７の毛管力により電極４２、４３の溝４７内に引き込まれ（図９の状態Ｂに対応）、この状態の等価回路である。この場合には、電極４２、４３からインクを通過する電界が減少するので、電極４２、４３間の静電容量は初期状態に近くなる。ただし、電極４２、４３の溝４７内が徐々にインクで満たされ、新たな静電容量Ｃｉｎｋ’として初期状態の静電容量に並列接続される。このため、このときの電極４２、４３間の静電容量の合成値は、（Ｃｐ＋Ｃａ＋Ｃｉｎｋ’）となり、初期状態に比べてわずかに増加する。
【００４２】
図９（ｄ）は、インク滴が電極４２、４３間の一部に再び着弾し、その電極４２、４３間にインク滴が再び付着した場合の等価回路である。この場合には、新たに大きな静電容量Ｃｉｎｋが追加された状態になる。また、前回のインク滴により着弾したインクは状態Ｂによって溝４７内に固定されているため、このときには電極４２、４３間の静電容量は初期状態に近い。このため、再度同じ着弾位置にインク滴が吐出されても、繰返し静電容量の変化を検出する事ができる。
【００４３】
この静電容量の変化は、インクが累積して電極４２、４３の全てを覆うようになるまで検出が可能である。このため、電極４２、４３面のインクをワイピングによりある程度除去し、状態Ｂとインク再着弾の状態を保持させる事ができれば、繰返しインク滴の検出を行うことができる。
次に、このような検出原理に基づく本発明の液滴検出装置を、図１に示すインクジェットプリンタに適用した第１実施形態の構成について、図１０を参照して説明する。
【００４４】
この液滴検出装置の第１実施形態は、図１０に示すように、インクジェットプリンタ１のプリンタ部５１のヘッドユニット２のノズルからのインク滴ａの吐出の有無を検出するインク滴検出部５２を備えている。
インク滴検出部５２は、図１０に示すように、センサ４０と、このセンサ４０を含む発振器５４と、周波数−電圧変換器（Ｆ／Ｖ変換器）５５と、交流増幅器５６と、を備えている。
【００４５】
センサ４０は、インクジェットプリンタ１のヘッドユニット２の印刷領域以外の移動可能部分に配置されている（図１参照）。また、このセンサ４０は、上記のように、センサ基板４１上に配置された一対の電極４２、４３を有し、その一対の電極４２、４３間に、ヘッドユニット２のノズルから吐出される液滴であるインク滴を付着させて検出するようになっている。
【００４６】
また、センサ４０の一方の電極４２は接地され、その他方の電極４３は発振器５４を構成するシュミットトリガ・インバータ６２の入力側に接続されている。
発振器５４は、センサ４０の電極４２、４３により形成されるコンデンサと、抵抗６１と、シュミットトリガ・インバータ６２とから構成されるＣＲ発振器である。このため、この発振器５４は、電極４２、４３により形成されるコンデンサの静電容量値の変化に依存して、その発振周波数が変化するようになっている。
【００４７】
周波数−電圧変換器５５は、発振器５４の発振周波数の変化を電圧変化に変換するものであり、この変換された電圧変化は交流増幅器５６に出力するようになっている。
交流増幅器５６は、周波数−電圧変換器５５の出力から直流オフセットなどの直流成分をカットし、交流変化分のみを増幅するものであり、この増幅された交流変化分はＡ／Ｄ変換器５７に出力するようになっている。
【００４８】
プリンタ部５１は、図１０に示すように、ヘッドユニット２の他に、上記のＡ／Ｄ変換器５７と、ＣＰＵ（中央処理装置）５８とを、少なくとも備えている。
Ａ／Ｄ変換器５７は、交流増幅器５６の出力をアナログ−デジタル変換するものであり、その変換したデジタルデータはＣＰＵ５８に出力するようになっている。
ＣＰＵ５８は、ヘッドユニット２のノズルからのインク滴ａの吐出の有無を検出するときに、ヘッドユニット２がセンサ４０の配置位置に移動する指示を行うようになっている。この指示による移動の結果、検出時には、ヘッドユニット２のノズル面がセンサ４０の電極面と対向するようになる（図１１参照）。
【００４９】
また、ＣＰＵ５８は、その検出のときに、検査するノズルと、そのノズルからのインク滴の吐出回数とをヘッドユニット２に対して指示するようになっている。この指示に基づき、ヘッドユニット２は、その指定されたノズルから指定された吐出回数のインク滴を吐出させる。この結果、検出時には、吐出されたインク滴は、センサ４０の電極４２、４３間に付着される。
【００５０】
さらに、ＣＰＵ５８は、その検出のときに、Ａ／Ｄ変換器５７の出力値を所定値と比較し、ノズルからのインク滴ａの吐出の有無を判定するようになっている。すなわち、ＣＰＵ５８は、ノズルからのインク滴ａの吐出の有無を判定する吐出判定部としての機能を含んでいる。
次に、このようの構成からなる第１実施形態で、ヘッドユニット２の全てのノズルのインク滴の吐出の有無を検出する場合の動作例について、図１０〜図１３を参照して説明する。
【００５１】
この検出の場合には、図１１に示すように、キャリッジ軸５にあるヘッドユニット２をセンサ４０の位置に移動させ、ヘッドユニット２のノズル面とセンサ４０の電極面とを概ね対向させる。この結果、ヘッドユニット２の各ノズル２４から吐出される各インク滴が、センサ４０の電極４２、４３の各着弾位置に着弾可能となる（図１２参照）。
次に、この状態で、ヘッドユニット２の予め定めた最初のノズル２４からインク滴を複数回（例えば、数１０回）吐出させる。この結果、その吐出されたインク滴ａは、図９に示すように、ほぼ電極４２、４３との間の溝４７の部分に着弾して図９のＡの状態となる。このため、電極４２、４３間の静電容量は、図８（ｂ）の状態となって急激に増加するので、発振器５４の発振周波数がインク滴ａの着弾前に比べて急激に変化する。
【００５２】
この発振器５４の発振周波数の急激な変化は、周波数−電圧変換器５５により電圧の変化に変換され、この電圧の変化が交流増幅器５６で増幅される。このため、交流増幅器５６の出力電圧は、例えば図１３に示すように、液滴吐出期間（インク滴吐出期間）に急激に上昇し、インク滴の吐出の終了により徐々に減少していく。
このような交流増幅器５６の出力電圧の変化は、センサ４０の電極４２、４３間の静電容量の変化であり、その静電容量がインク滴の着弾時に急激に上昇した後、徐々に低下していくことを示している。
【００５３】
すなわち、インク滴の電極４２、４３への着弾時には、着弾したインク滴が着弾部に累積してインク溜まりが発生し（図９のＡの状態）、これにより交流増幅器５６の出力電圧（検出電圧）が最大となる。その後、インク溜まりは、電極４２、４３間の溝４７に発生する毛管力で吸引され、その溝４７内にインクが固定される。
従って、インクの着弾時点では、インクの水分により急激に電極４２、４３間の静電容量が増加し、インク滴が吐出されたことを検出できる。その後、電極４２、４３間の溝４７の毛管力によってインクが吸引されて溝４７に固定されるため、センサ４０静電容量の値は低下し、ある程度のオフセット量を保った状態で安定する（図８（ｃ）参照）。
【００５４】
このように得られた交流増幅器５６の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器５７でアナログ−デジタル変換され、その変換されたデジタルデータはＣＰＵ５８に出力される。ＣＰＵ５８は、そのＡ／Ｄ変換器５７の出力値を所定値（例えば最大値：図１３参照）と比較し、ノズルからのインク滴ａの吐出の有無を判定する。
すなわち、ＣＰＵ５８は、Ａ／Ｄ変換器５７からの出力値が所定値以上の場合には、その検査対象の最初のノズルからインク滴が吐出されたものと判定し、その出力値が所定値以下の場合には、そのノズルからインク滴が吐出されなかったものと判定する。
【００５５】
このようにして最初のノズルからのインク滴の吐出の有無の検査が終了すると、ヘッドユニット２は固定されたままの状態で次のノズルからインク滴を複数回吐出させ、次のノズルからのインク滴の吐出の有無の検査を上記と同様に行う。
以上述べたように、ヘッドユニット２の各ノズルのインク滴の吐出の有無の検査は、その全てのノズルの検査が終了するまで、１ノズルづつ順次行う。
【００５６】
なお、図１０の例では、交流増幅器５６の出力をＡ／Ｄ変換器５７でＡ／Ｄ変化し、このＡ／Ｄ変換値をＣＰＵ５８に入力するようにした。しかし、交流増幅器５６の電圧変化出力をコンパレータなどの比較器によって所定の基準値と比較し、「Ｈレベル」または「Ｌレベル」に２値化し、これをＣＰＵ５８に入力してインク滴の吐出の有無の判定を行うようにしても良い。
【００５７】
以上説明したように、第１実施形態によれば、上記のように構成したので、センサが簡単な構造で、微小なインク滴を直接検出できる。
また、第１実施形態によれば、インク滴を検出するセンサ４０とヘッドユニット２との相対位置の精度が低くても検出が可能であり、かつ、高圧を必要とせずに低い電圧で検出できる。
【００５８】
さらに、第１実施形態によれば、ヘッドユニット２を停止した状態でノズルから吐出されるインク滴を検出できる。
次に、本発明の液滴検出装置を、図１に示すインクジェットプリンタに適用した場合の第２実施形態の構成について、図１４を参照して説明する。
この第２実施形態に係る液滴検出装置は、図１０に示す第１実施形態のセンサ４０を、図１４に示すようなセンサ４０Ａに置き換えたものである。
【００５９】
センサ４０Ａは、図４〜図６に示すセンサ４０の構成を基本とし、そのセンサ４０の各溝４７の両端部に、各溝４７内に固定されるインクを吸収するインク吸収体４９、５０を設けるようにしたものである。
このセンサ４０Ａの他の部分の構成は、図４〜図６に示すセンサ４０の構成と同じであるので、同一の構成要素には同一符号を付してその説明は省略する。
【００６０】
このような構成からなる第２実施形態では、第１実施形態と同様にヘッドユニット２の各ノズルのインク滴の吐出の有無を検査できる。従って、その検査時に、電極４２、４３に着弾したインク滴は、電極４２、４３間の溝４７によって吸引固定され、再度検出が可能な状態となる。
しかし、第２実施形態では、その溝４７に固定されたインクを溝４７の両端に設置した吸収体４９、５０によって吸収することができるので、電極面のワイピング清掃を省略して繰り返し検出が可能な上、検出感度を保つことができる。
【００６１】
図１５は、吸収体のないセンサ４０と吸収体のあるセンサ４０Ａを使用し、電極４２、４３の同じ部分にインク的滴を吐出させ、繰り返し１００ショット毎に検出電圧のピーク値を測定した結果を示す。図１５によれば、吸収体のあるセンサ４０Ａの場合には、吸収体がないセンサ４０の場合に比べてインク滴が蓄積しても検出感度の低下が抑制されることがわかる。
【００６２】
なお、上記のインクジェットプリンタの説明では、ヘッドユニット２を構成するインクジェットヘッド２０のインク滴の吐出の方式として、静電方式の場合について説明した。しかし、そのインクジェットヘッド２０のインク滴の吐出方式としては、上記の静電方式の他に、ピエゾ素子を使用した各種のピエゾ方式、膜沸騰インクジェット方式などの各種の方式が適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の液滴検出装置が適用されるインクジェットプリンタの概略構成を示す平面図である。
【図２】図１に示すインクジェットプリンタのヘッドユニットの構成を示す断面図である。
【図３】図２に示すヘッドユニットのノズル基板の構成を示す平面図である。
【図４】本発明の液滴検出装置に使用されるセンサの一例の構成の概要を示す斜視図である。
【図５】そのセンサの電極パターンの詳細な一例を示す平面図である。
【図６】そのセンサに保護膜をコーティングした場合の部分的な断面図である。
【図７】本発明の検出原理を説明するためのセンサの断面図である。
【図８】本発明の検出原理を説明するためのセンサの静電容量の変化状態を説明する説明図である。
【図９】センサに対してインク滴が吐出された場合であって、インク滴の着弾時と、着弾後との各状態を説明する図である。
【図１０】本発明の液滴検出装置を、図１に示すインクジェットプリンタに適用した場合の第１実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１１】ノズルの検査時におけるヘッドユニットとセンサとの位置関係を説明する説明図である。
【図１２】ノズルの検査時において、ヘッドユニットの各ノズルからの吐出されるインク滴と、その各インク滴のセンサの電極面上の各着弾位置との関係を説明する説明図である。
【図１３】ノズルの検査時における交流増幅器の出力電圧（検出電圧）の測定結果を示す図である。
【図１４】本発明の液滴検出装置の第２実施形態に使用されるセンサの一例を示す平面図である。
【図１５】吸収体のないセンサと吸収体のあるセンサを使用し、電極の同じ部分にインク的滴を吐出させ、繰り返し１００ショット毎に検出電圧のピーク値を測定した結果を示す図である。
【図１６】従来の光学式のインク滴の検出方法の原理を説明する図である。
【図１７】その検出方法の不具合を説明する図である。
【符号の説明】
【００６４】
ａ・・・インク滴（液滴）、１・・・インクジェットプリンタ、２・・・ヘッドユニット、２０・・・インクジェットヘッド、２２・・・静電式アクチュエータ、４０、４０Ａ・・・センサ、４２、４３・・・電極、４７・・・溝、４８・・・保護膜、４９、５０・・・吸収体、５１・・・プリンタ部、５２・・・インク滴検出部、５４・・・発振器、５５・・・周波数−電圧変換器、５６・・・交流増幅器、５７・・・Ａ／Ｄ変換器、５８・・・ＣＰＵ。
【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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