JP2005271555A

JP2005271555A - 液滴吐出装置およびその吐出異常検出方法

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Publication number: JP2005271555A
Application number: JP2004092357A
Authority: JP
Inventors: Osamu Shinkawa; 修新川
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2024-03-26
Also published as: JP4561144B2

Abstract

【課題】積層型の圧電式アクチュエータを使用する場合に、比較的簡易な構成により、ノズルの吐出異常の判定を確実に行うことができる液滴吐出装置の提供。
【解決手段】この発明は、ノズルの吐出異常の検出時に、駆動回路４１からの駆動信号を圧電式アクチュエータ２２に印加させ、そのノズルからインクを吐出させる。この吐出時に、インクジェットヘッドは残留振動を発生し、この残留振動には圧電式アクチュエータ２２の固有振動とインク室の振動とが混在し、ノズルの吐出異常の検出に必要なものは、インク室の残留振動である。そこで、このときに切り替えスイッチ４２を切り替え、残留振動検出回路４３は、圧電式アクチュエータ２２が検出するインクジェットヘッドの残留振動中から、２つのバンドパスフィルタ４３１、４３２と、演算処理回路４３４とを使用して、目的とするインク室の残留振動を検出する。
【選択図】図１０

Description

本発明は、インクジェットプリンタなどの液滴吐出装置、およびその吐出異常検出方法に関するものである。

液滴吐出装置の１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う。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）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、塵や紙粉の付着などの原因によって、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、画像内にドット抜けが生じ、画質を劣化させる原因となる。

従来、このような不具合を解消するために、インクをノズルから吐出するための圧電素子の駆動時に、その圧電素子の振動波形の繰り返し周期を検出し、印刷ヘッド内の気泡の有無を検知する装置が知られている（例えば、特許文献１など参照）。
特開昭６３−１４１７５０号公報

しかし、特許文献１に記載の従来装置において、インクを吐出させるために、積層型の圧電素子を用いた圧電式アクチュエータを使用する場合には、積層圧電素子のイナータンスが無視できないので、圧電式アクチュエータは固有振動を持つと考えられる。
このため、圧電式アクチュエータの駆動によりインクの吐出時に発生する振動は、インク室内の振動と圧電式アクチュエータの固有振動とが混在した波形となる。従って、その混在波形を検出し、これに基づいてノズルの吐出異常の判定を確実に行うことは難しいという不具合がある。

このため、積層型の圧電素子を用いた圧電式アクチュエータを使用する場合に、比較的簡易な構成により、ノズルの吐出異常の判定を確実に行うことができる新規な装置の出現が望まれる。
そこで、本発明の目的は、上記の点に鑑み、積層型の圧電式アクチュエータを使用する場合に、比較的簡易な構成により、ノズルの吐出異常の判定を確実に行うことができる液滴吐出装置、およびそ吐出異常検出方法を提供することにある。

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、振動板と、前記振動板を変位させる積層型の圧電式アクチュエータと、内部に液体が充填され前記振動板の変位により内部の圧力が増減されるインク室と、前記インク室に連通し前記インク室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とを有する液滴吐出ヘッドと、前記圧電式アクチュエータを駆動する駆動信号を出力する駆動手段と、前記ノズルの吐出異常の検出時に、前記駆動手段からの駆動信号で前記圧電式アクチュエータが駆動されて前記ノズルからの液滴の吐出後に、前記圧電式アクチュエータが検出する前記液滴吐出ヘッドの残留振動に対して所定のフィルタ処理および所定の演算処理を行なって前記インク室の残留振動を検出する残留振動検出手段と、を備えている。

第２の発明は、第１の発明において、前記残留振動検出手段は、前記液滴吐出ヘッドの残留振動に含まれる前記インク室の振動成分を多く含む波形を抽出する第１フィルタと、前記液滴吐出ヘッドの残留振動に含まれる前記圧電式アクチュエータの固有振動成分を多く含む波形を抽出する第２フィルタと、前記第１フィルタの出力と前記第２フィルタの出力との減算処理を少なくとも行う演算処理回路と、を備えている。

第３の発明は、第２の発明において、前記第１フィルタおよび前記第２フィルタは、低域の遮断周波数にそれぞれ差異を設けるようにし、前記第１フィルタの低域の遮断周波数は、抽出すべき残留振動周波数よりも低く設定するようにし、かつ、前記第２フィルタの低域の遮断周波数は、抽出すべき残留振動周波数よりも高く設定するようにした。
第４の発明は、第２または第３の発明において、前記演算処理回路は、前記第１フィルタおよび前記第２フィルタの各出力を異なる増幅率で処理するように構成され、前記第２フィルタの出力の増幅率は、前記第１フィルタの出力の増幅率よりも低く設定されている。

第５の発明は、振動板と、前記振動板を変位させる積層型の圧電式アクチュエータと、内部に液体が充填され前記振動板の変位により内部の圧力が増減されるインク室と、前記インク室に連通し前記インク室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とを有する液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置において、前記ノズルの吐出異常を検出するときには、前記圧電式アクチュエータを駆動信号で駆動させて前記ノズルから液滴を吐出させ、その液滴の吐出後に、前記圧電式アクチュエータで前記液滴吐出ヘッドの残留振動を検出する第１ステップと、その検出した残留振動に対して、所定のフィルタ処理および所定の演算処理を行なって前記インク室の残留振動を検出する第２ステップと、その検出したインク室の残留振動に基づいて、前記ノズルの吐出異常を判定する第３ステップと、からなる各処理を行うようにした。

第６の発明は、第５の発明において、前記第２ステップは、前記液滴吐出ヘッドの残留振動中に含まれる前記インク室の振動成分を多く含む波形を抽出して第１波形を取得するとともに、その残留振動中に含まれる前記圧電式アクチュエータの固有振動成分を多く含む波形を抽出して第２波形を取得するフィルタ処理ステップと、そのフィルタ処理ステップで取得した第１波形と第２波形との減算処理を少なくとも行う演算処理ステップと、からなるようにした。

第７の発明は、第６の発明において、前記演算処理ステップは、前記減算処理に先立って、前記第１波形と前記第２波形を異なる増幅率で処理する前処理を含み、前記第２波形の増幅率は、前記第１波形の増幅率よりも低く設定されているようにした。
このような構成からなる本発明によれば、積層型の圧電式アクチュエータを使用する場合であっても、比較的簡易な構成により、ノズルの吐出異常の判定を確実に行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の液滴吐出装置、およびその吐出異常検出方法の実施形態について説明する。
図１は、本発明の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の概略構成を示す平面図である。
この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。

さらに、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でキャリッジ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。
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。
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ａ上にインク滴が吐出される。この結果、記録紙ａ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。
このヘッドユニット２は、図２に示すようなインクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド）２０を複数個備え、各インクジェットヘッド２０は後述の圧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を変位させる積層型の圧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インク室（圧力室）２３と、このインク室２３に連通しインク室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。

さらに詳述すると、インクジェットヘッド２０は、ノズル２４が形成されたノズル基板２５と、インク室基板２６と、振動板２１と、複数の圧電素子２７を積層した積層型の圧電式アクチュエータ２２とを備えている。
インク室基板２６は、図示のように所定形状に形成され、これにより、インク室２３と、これに連通するリザーバ２８とが形成されている。また、リザーバ２８は、インク供給チューブ２９を介してインクカートリッジ３に接続されている。

圧電式アクチュエータ２２は、対向して配置される櫛歯状の電極３１、３２と、その電極３１、３２の各櫛歯と交互に配置される圧電素子２７とからなる。また、圧電式アクチュエータ２２は、その一端側が図２に示すように中間層３０を介して振動板２１と接合され、その他端側が図２に示すように固定されている。
このような構成からなる圧電式アクチュエータ２２では、電極３１と電極３２との間に印加される駆動信号により、図２に示すように上下方向に伸び縮みするモードを利用している。この圧電式アクチュエータ２２は、ピエゾ素子などからなる圧電素子２７が積層されているために、大きな駆動力が得られるのが特徴である。

従って、圧電式アクチュエータ２２では、図２に示すような駆動信号が印加されると、振動板２１に変位が生じてインク室内２３内の圧力が変化して、ノズル２４からインク滴が吐出されるようになっている。
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。

このようなインクジェットヘッド２０を備えたインクジェットプリンタ１では、インク切れ、気泡の発生、目詰まり（乾燥）、紙粉付着などの原因によって、ノズル２４からインク滴が吐出すべきときに吐出しないというインク滴の吐出異常（不吐出）、いわゆるドット抜け現象を生じることがある。
ここで、紙粉とは、木材パルプを原料とする記録紙が紙送りローラなどと摩擦接触した際に発生しやすく、記録紙の一部からなり繊維状またはその集合体のものを意味する。

次に、上記のような構成からなる圧電式アクチュエータ２２を含むインクジェットヘッド２０の等価回路を、図４に示す。
図４に示すように、静電式アクチュエータ２２は、そのアクチュエータのコンプライアンス（単位圧力あたりの容積変化）Ｃａと、そのアクチュエータのイナータンス（質量）Ｍａとで表すことができる。また、インク室２３は、インク室のコンプライアンスＣｃで表すことができ、そのコンプライアンスＣｃは、インクの圧縮性によるコンプライアンスＣｉと振動板２１のコンプライアンスＣｖとからなる。

さらに、ノズル流路は、メニスカスの表面張力によるコンプライアンスＣｎと、ノズル流路のイナータンスＭｎと、ノズル流路の抵抗Ｒｎとで表すことができる。また、インク供給路は、インク供給路のイナータンスＭｓと、インク供給路の抵抗Ｒｓとで表すことができる。
ここで、コンプライアンスＣは、次の（１）式で表される。

Ｃ＝ΔＶ／ΔＰ・・・（１）
（１）式において、ΔＰは媒体に加えた圧力、ΔＶは圧力ΔＰが作用したときの容積変化である。
また、図５に示すような断面積Ｓ、長さＬの管路中の媒質のイナータンスＭは、次の（２）式で表される。

Ｍ＝（ρ×Ｌ）／Ｓ・・・（２）
（２）式において、ρは管路内の媒質の密度である。
図６に、図２に示すインクジェットヘッド２０の概略断面図を示す。
（１）式より、コンプライアンスは、圧力を作用させたときの圧力変化量である。積層型の圧電式アクチュエータ２２の場合には、図２に示すように圧電素子２７として薄いピエゾ素子を積層し、縦型振動モードで使用する。このため、圧電式アクチュエータ２２のコンプライアンスＣａは、振動板２１のコンプライアンスＣｖに比べて小さな値となる。また、圧電式アクチュエータ２２は図６に示すように振動方向の長さＬが長く、イナータンスＭａを無視することができない。

従って、インクの吐出時に発生するインクジェットヘッド２０の残留振動の成分は、主に、圧電式アクチュエータ２２の固有振動モードとインク室２３の振動モードとの２種類が混在したものとなる。
ここで、圧電式アクチュエータ２２の固有振動モードは、図７（Ａ）に示すように、圧電式アクチュエータ２２のコンプライアンスＣａとイナータンスＭａとによる固有振動である。また、インク室の振動モードは、図７（Ｂ）に示すように、インク室２２のコンプライアンスＣｃと、ノズル供給路およびインク供給路の両イナータンスＭｎ，Ｍｓが並列合成されたイナータンスとによる振動である。

次に、本発明のインク滴の吐出異常の検出原理について、図２、図７〜図９を参照して説明する。
図２に示す圧電式アクチュエータ２２に後述の駆動回路から駆動信号が供給されると、振動板２１が撓み、インク室２３内の容積が拡大し収縮する。このとき、インク室２３内に発生する圧力により、インク室２３内を満たすインクの一部が、インク室２３に連通しているノズル２４からインク滴として吐出される。

これらの一連の動作により、図７（Ａ）に示す圧電式アクチュエータ２２の固有振動モードの場合は、機械的に設計された圧電式アクチュエータ２２のコンプライアンスＣａとイナータンスＭａとによって決まる振動となる。
一方、インク室２３の振動モードの場合は、概略してノズル２４、インク供給口やインク粘度などによる音響抵抗ｒ、流路内のインク重量によるイナータンスｍ、インク室２３のコンプライアンスは、Ｃｖ＞Ｃｉであることから、主に振動板２１のコンプライアンスをＣｖとすると、これらの音響インピーダンスで決定される周波数で振動板２１が自由振動を起こすと考えられる。

図８に、振動板２１の残留振動を想定した単振動の計算モデルを示す。この計算モデルに音圧Ｐを与えたときのステップ応答を体積速度ｕについて計算すると、次式を得ることができる。

ここで、図２に示すインクジェットヘッド２０が正常にインクを吐出し、音響抵抗ｒ、イナータンスｍ、およびコンプライアンスＣｖに変化がなければ、常に一定のインク室２３の残留振動波形が得られる。
しかし、インクの吐出が不良でドット抜けが発生する場合には、各音響インピーダンスが変化し、正常の吐出時とは異なる振動になる。図９に、この計算結果の一例を示す。この計算結果によれば、以下のことがわかった。
（１）気泡がインクの流路や、ノズルの先端に詰まった場合には、気泡が混入した分のインク重量が減ってイナータンスｍが減少し、気泡によりノズル径が大きくなった状態と等価となり音響抵抗ｒが減少し、周波数が高くなるという特徴的な残留振動波形として検出できる（図９の「気泡混入」参照）。
（２）ノズル部のインクが乾燥して吐出しなくなった場合には、その乾燥によりノズル付近のインクの粘性が増加し、音響抵抗ｒが増大し、過減衰になるという特徴的な残留振動波形として検出できる（図９の「乾燥」参照）。
（３）紙粉やゴミがノズル面に付着した場合には、紙粉によりノズルからインクが染み出すことによって、振動板から見たインク重量が増加してイナータンスｍが増加する。また、ノズルに付着した紙粉の繊維によって音響抵抗ｒが増大し、正常吐出の周期と比べて周期が大きくなる（周波数が低くなる）という特徴的な残留振動波形として検出することができる（図９の「紙粉付着」参照）。

以上から、インク室２３の残留振動の波形の差異によってインクジェットヘッド２０のインク滴の吐出異常を検出するとともに、その目詰まりの原因を特定できる。
本発明は、このようなインク室２３の残留振動を検出することにより、インクジェットヘッド２０のインク滴の吐出異常（ノズルの吐出異常）を検出するものである。
しかし、上記のように、インクの吐出時に発生するインクジェットヘッド２０の残留振動には、ノズルの吐出異常の検出に必要なインク室２３の振動の他に、その検出には不用な圧電式アクチュエータ２２の固有振動が混在する。しかも、その両振動の周波数は比較的接近している。

そこで、これらの点を考慮し、インクジェットヘッド２０のノズルの吐出異常の検出が必要なときに、インク室２３の振動だけを検出し、ノズルの吐出異常の検出を確実に行うことができるようにした本発明の実施形態について、図２および図１０〜図１２を参照して説明する。
この実施形態は、図１０に示すように、駆動手段である駆動回路４１と、積層型の圧電式アクチュエータ２２と、切り替えスイッチ４２と、残留振動検出手段である残留振動検出回路４３と、を少なくとも備えている。

駆動回路４１は、圧電式アクチュエータ２２を駆動する所定の駆動信号（駆動電圧）を出力する回路である。
圧電式アクチュエータ２２は、図２に示すように構成され、その電極３１、３２間に駆動回路４１から駆動信号が印加されると変位し、この変位が振動板２１に変位を生じさせてインク室内２３内の圧力が変化し、これによりノズル２４からインク滴が吐出されるようになっている。また、圧電式アクチュエータ２２は、ノズル２４の吐出異常の検出時には、インクジェットヘッド２０の残留振動を検出し、この検出される残留振動を残留振動検出回路４３に対して供給するようになっている。

切り替えスイッチ４２は、通常は図１０に示すようにその接点が駆動回路４１と圧電式アクチュエータ２２とを接続させた状態にある。また、この切り替えスイッチ４２は、ノズル２４の吐出異常の検出を行う場合に、システムコントローラ（図示せず）から切り替え信号が出力されるので、これにより、その接点が駆動回路４１側から残留振動検出回路４３側に切り替わるようになっている。

残留振動検出回路４３は、ノズル２４の吐出異常の検出時に、圧電式アクチュエータ２２が検出するインクジェットヘッド２０の残留振動（その残留振動に応じた圧電式アクチュエータ２２の発生電圧）に電圧に基づき、後述のように目的とするインク室２３の残留振動を検出するものであり、この具体的な検出方法については後述する。
次に、図１０に示す残留振動検出回路４３の具体的な構成例について、図１１を参照して説明する。

残留振動検出回路４３は、図１１に示すように、第１フィルタである第１ハイパスフィルタ４３１および第２フィルタである第２ハイパスフィルタ４３２からならなり、全体としてバンドパスフィルタの機能を有するフィルタ処理回路４３３と、演算処理回路４３４と、を少なくとも備えている。
第１ハイパスフィルタ４３１は、ノズル２４の吐出異常の検出時に、圧電式アクチュエータ２２が検出するインクジェットヘッド２０の残留振動に基づき、その残留振動中からインク室２３の振動成分を多く含んだ波形を抽出するものである。このため、第１ハイパスフィルタ４３１の周波数特性は、例えば図１２に示すように、低域の遮断周波数がｆｚ１、高域の遮断周波数がｆｐ１になるように設定されている。

第２ハイパスフィルタ４３２は、ノズル２４の吐出異常の検出時に、圧電式アクチュエータ２２が検出するインクジェットヘッド２０の残留振動に基づき、その残留振動中から圧電式アクチェエータ２２の固有振動成分を多く含んだ波形を抽出するものである。このため、第２ハイパスフィルタ４３２の周波数特性は、例えば図１２に示すように、低域の遮断周波数がｆｚ２、高域の遮断周波数がｆｐ２になるように設定されている。

これらの第１ハイパスフィルタ４３１および第２ハイパスフィルタ４３２は、例えばオペアンプ、抵抗、コンデンサなどからなるアクティブフィルタから構成される。すなわち、オペアンプを使用した微分回路で構成され、圧電式アクチュエータ２２のが検出するインクジェットヘッド２０の残留振動中から直流成分をカットすると同時に、低域の周波数成分を遮断し、高域の周波数成分を通過させるようになっている（図１２参照）。なお、第１ハイパスフィルタ４３１および第２ハイパスフィルタ４３２は、上記の微分回路に増幅機能を持たせるようにしても良い。

図１２において、点ａはインク室２３の振動周波数であり、点ｂは圧電式アクチュエータ２２の固有振動周波数である。
このような構成からなる第１ハイパスフィルタ４３１および第２ハイパスフィルタ４３２は、その遮断周波数ｆｚ１，ｆｚ２，ｆｐ１，ｆｐ２は、次のような関係にある（図１２参照）。

ｆｚ１＜ｆｚ２＜ｆｐ１＜ｆｐ２
このため、第１ハイパスフィルタ４３１と第２ハイパスフィルタ４３２の両周波数特性は、図１２に示すようにその一部で重なり、第２ハイパスフィルタ４３２は、第１ハイパスフィルタ４３１の出力する高周波成分を同時に出力することになる。
演算処理回路４３４は、第１ハイパスフィルタ４３１の出力Ａと、第２ハイパスフィルタ４３２の出力Ｂとの間で、次式のような演算処理を行い、その演算結果Ｃを出力する回路である。

Ｃ＝Ａ−（Ｇ・Ｂ）・・・（６）
ここで、Ｇは増幅率（利得）であり、この増幅率Ｇは、１以下の値であり、好ましくは０．２以上から０．８以下の範囲、より好ましくは０．３以上から０．７以下の範囲の任意の値に設定されるようになっている。
（６）式によれば、演算処理回路４３４は、第１ハイパスフィルタ４３１の出力Ａと、第２ハイパスフィルタ４３２の出力Ｂとに対して異なる増幅率で増幅処理し、その後に、その両者の減算処理を行い、目的とするインク室２３の残留振動を求めることになる。

次に、このような構成からなる実施形態の動作例について、図１０〜図１７を参照して説明する。
まず、この実施形態がインクジェットヘッド２０のノズル２４からのインク滴の吐出により記録紙に画像形成を行う場合の動作について説明する。
このときには、図１０に示すように、図示しないシステムコントローラから出力されるスイッチ切り替え信号は「Ｌレベル」のままである。このため、切り替えスイッチ４２の接点は図１０の位置のままとなり、駆動回路４１と圧電式アクチュエータ２２とが接続されたままとなる。そして、この状態で、駆動回路４１からは駆動信号が出力されるので、この駆動信号によって圧電式アクチュエータ２２が駆動され、インクジェットヘッド２０のノズル２４から記録紙にインク滴が吐出されて画像形成が行われる。

次に、この実施形態がインクジェットヘッド２０のノズル２４の吐出異常の検出を行う場合の動作について説明する。
このときには、システムコンロトーラから出力されるスイッチ切り替え信号は、例えば「Ｌレベル」になる。このため、切り替えスイッチ４２はその接点が図１０に示す状態になり、駆動回路４１と圧電式アクチュエータ２２とが接続された状態になる。。

この状態において、駆動回路４１からの駆動信号が圧電式アクチュエータ２２に印加されると、圧電式アクチュエータ２２が駆動される。この結果、振動板２１が撓み、インク室２３内の容積が拡大縮小する。このとき、インク室２３内に発生する圧力により、インク室２３内を満たすインクの一部が、ノズル２４からインク滴として吐出される（図２参照）。

このインク滴の吐出後（駆動信号の印加後）に、システムコントローラから出力されるスイッチ切り替え信号が「Ｈレベル」となり、切り替えスイッチ４２の接点が駆動回路４１側から残留振動検出回路４３側に切り替わる。
このとき、インクジェットヘッド２０は残留振動を発生し、圧電式アクチュエータ２１にその残留振動に応じた電圧が発生する。すなわち、圧電式アクチュエータ２１は、インクジェットヘッド２０の残留振動を検出することになる（ステップＳ１）。このインクジェットヘッド２０の残留振動の一例を、図１４に示す。

上記のように、インクジェットヘッド２０の残留振動は、圧電式アクチュエータ２２の固有振動とインク室２３の振動とが混在し、しかも、その両振動の周波数は比較的接近している。すなわち、図１２に示すように、例えばインク室２３の振動周波数は点ａとなり、圧電式アクチュエータ２２の固有振動周波数は点ｂとなる。
ここで、インクジェットヘッド２０のノズル２４の吐出異常の検出に必要なものは、上記のようにインク室２３の残留振動である。

そこで、残留振動検出回路４３は、その圧電式アクチュエータ２２が検出するインクジェットヘッド２０の残留振動に基づいて、目的とするインク室２３の残留振動を以下のような手順で検出する（図１２〜図１３参照）。
まず、圧電式アクチェエータ２１が検出したインクジェットヘッド２０の残留振動は、第１ハイパスフィルタ４３１に入力され、ここで直流成分がカットされるとともに（ステップＳ２）、インク室２３の振動成分を多く含んだ波形が抽出され（ステップＳ３）、この抽出された出力Ａが演算処理回路４３４に入力される。この抽出された、インク室２３の振動成分を多く含んだ波形の一例を、図１５に示す。

一方、その残留振動は、同時に第１ハイパスフィルタ４３２にも入力され、ここで直流成分がカットされるとともに（ステップＳ２）、圧電式アクチュエータ２２の固有振動成分を多く含んだ波形が抽出され（ステップＳ４）、この抽出された出力Ｂが演算処理回路４３４に入力される。この抽出された、圧電式アクチュエータ２２の固有振動成分を多く含んだ波形の一例を、図１６に示す。

演算処理回路４３４は、第１ハイパスフィルタ４３１の出力Ａと、第２ハイパスフィルタ４３２の出力Ｂとの間で、（６）式のような演算処理を行い、その演算結果Ｃを出力する。すなわち、演算処理回路４３４は、第１ハイパスフィルタ４３１の出力Ａを１倍するとともに、第２ハイパスフィルタ４３２の出力ＢをＧ倍し、その両者の減算処理を行い、目的とするインク室２３の残留振動を出力する。このように出力された、インク室２３の残留振動の波形の一例を、図１７に示す。

このように残留振動検出回路４３が検出したインク室２３の残留振動は、その後段に接続される吐出異常判定回路（図示せず）に供給される。すると、吐出異常判定回路は、その残留振動の波形に基づいて、インク滴の吐出異常の有無を判定し、かつその異常の内容（インクの目詰まりの原因）を特定する。
なお、以上の説明は、図１１に示す第１ハイパスフィルタ４３１と第２ハイパスフィルタ４３２は同じ増幅度に設定され、演算処理回路４３４の増幅度Ｇが「１」以下に設定される場合について説明した。

しかし、図１２に示すように、両フィルタ４３１、４３２に異なる増幅度を設定し、フィルタ処理を行うようにしても良い。この場合には、演算処理回路４３４の増幅度Ｇが「１」に設定される。
以上説明したように、本発明の実施形態では、ノズルの吐出異常の検出時に、積層型の圧電式アクチュエータが検出するインクジェットヘッドの残留振動中から、ノズルの吐出異常の検出に必要なインク室の残留振動を、２つのフィルタ４３１、４３２と演算処理回路４３４とを用いて検出するようにした。

このため、実施形態によれば、積層型の圧電式アクチュエータ２２を使用する場合であっても、比較的簡易な構成で、ノズル２４の吐出異常の判定を確実に行うことができる。
さらに、実施形態によれば、インクジェットヘッド２０の残留振動には、圧電式アクチュエータ２２の固有振動とインク室２３の振動とが混在し、その両振動の周波数は比較的接近しているが、目的とするインク室２３の残留振動を容易に検出できる。

本発明の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の概略構成を示す平面図である。図１に示すインクジェットプリンタのインクジェットヘッドの構成を示す断面図である。図２に示すヘッドのノズル基板の構成を示す平面図である。図２に示す圧電式圧チクチュエータを含むインクジェットヘッドの等価回路である。コンプライアンスを説明するための図である。インクジェットヘッドの概略断面図である。ノズルの吐出異常の検出時に生ずる、インクジェットヘッドの残留変動の主な振動モードに対応する等価回路である。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図である。インク室の残留振動の各種の場合の計算結果を示す図である。本発明の実施形態の構成を示すブロック図である。図１０に示す残留振動検出回路の具体的な構成を示すブロック図である。図１１に示すハイパスフィルタの周波数特性を示す図である。図１１に示す残留振動検出回路の各部の処理手順を説明するフローチャートである。図１１に示す第１ハイパスフィルタおよび第２ハイパスフィルタに入力されるインクジェットヘッドの残留振動の波形の一例を示す図である。図１１に示す第１ハイパスフィルタにより抽出されたインク室の振動成分を多く含む波形の一例を示す図である。図１１に示す第２ハイパスフィルタにより抽出された圧電式アクチュエータの固有振動成分を多く含む波形の一例を示す図である。図１１に示す演算処理回路から出力されたインク室の残留振動の波形の一例を示す図である。

符号の説明

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、２１・・・振動板、２２・・・積層型の圧電式アクチュエータ、２３・・・インク室、２４・・・ノズル、４１・・・駆動回路、４２・・・切り替えスイッチ、４３・・・残留振動検出回路、４３１・・・第１ハイパスフィルタ、４３２・・・第２ハイパスフィルタ、４３３・・・フィルタ処理回路、４３４・・・演算処理回路。

Claims

振動板と、前記振動板を変位させる積層型の圧電式アクチュエータと、内部に液体が充填され前記振動板の変位により内部の圧力が増減されるインク室と、前記インク室に連通し前記インク室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とを有する液滴吐出ヘッドと、
前記圧電式アクチュエータを駆動する駆動信号を出力する駆動手段と、
前記ノズルの吐出異常の検出時に、前記駆動手段からの駆動信号で前記圧電式アクチュエータが駆動されて前記ノズルからの液滴の吐出後に、前記圧電式アクチュエータが検出する前記液滴吐出ヘッドの残留振動に対して所定のフィルタ処理および所定の演算処理を行なって前記インク室の残留振動を検出する残留振動検出手段と、
を備えていることを特徴とする液滴吐出装置。
前記残留振動検出手段は、
前記液滴吐出ヘッドの残留振動に含まれる前記インク室の振動成分を多く含む波形を抽出する第１フィルタと、
前記液滴吐出ヘッドの残留振動に含まれる前記圧電式アクチュエータの固有振動成分を多く含む波形を抽出する第２フィルタと、
前記第１フィルタの出力と前記第２フィルタの出力との減算処理を少なくとも行う演算処理回路と、
を備えていることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出装置。
前記第１フィルタおよび前記第２フィルタは、低域の遮断周波数にそれぞれ差異を設けるようにし、前記第１フィルタの低域の遮断周波数は、抽出すべき残留振動周波数よりも低く設定するようにし、かつ、前記第２フィルタの低域の遮断周波数は、抽出すべき残留振動周波数よりも高く設定するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の液滴吐出装置。
前記演算処理回路は、前記第１フィルタおよび前記第２フィルタの各出力を異なる増幅率で処理するように構成され、前記第２フィルタの出力の増幅率は、前記第１フィルタの出力の増幅率よりも低く設定されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の液滴吐出装置。
振動板と、前記振動板を変位させる積層型の圧電式アクチュエータと、内部に液体が充填され前記振動板の変位により内部の圧力が増減されるインク室と、前記インク室に連通し前記インク室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とを有する液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置において、
前記ノズルの吐出異常を検出するときには、
前記圧電式アクチュエータを駆動信号で駆動させて前記ノズルから液滴を吐出させ、その液滴の吐出後に、前記圧電式アクチュエータで前記液滴吐出ヘッドの残留振動を検出する第１ステップと、
その検出した残留振動に対して、所定のフィルタ処理および所定の演算処理を行なって前記インク室の残留振動を検出する第２ステップと、
その検出したインク室の残留振動に基づいて、前記ノズルの吐出異常を判定する第３ステップと、
からなる各処理を行うことを特徴とする液滴吐出装置の吐出異常検出方法。
前記第２ステップは、
前記液滴吐出ヘッドの残留振動中に含まれる前記インク室の振動成分を多く含む波形を抽出して第１波形を取得するとともに、その残留振動中に含まれる前記圧電式アクチュエータの固有振動成分を多く含む波形を抽出して第２波形を取得するフィルタ処理ステップと、
そのフィルタ処理ステップで取得した第１波形と第２波形との減算処理を少なくとも行う演算処理ステップと、
からなることを特徴とする請求項５に記載の液滴吐出装置の吐出異常検出方法。
前記演算処理ステップは、
前記減算処理に先立って、前記第１波形と前記第２波形を異なる増幅率で処理する前処理を含み、
前記第２波形の増幅率は、前記第１波形の増幅率よりも低く設定されていることを特徴とする請求項６に記載の液滴吐出装置の吐出異常検出方法。