JP2007001028A

JP2007001028A - インクジェットプリンタのヘッド駆動装置及び駆動方法

Info

Publication number: JP2007001028A
Application number: JP2005180473A
Authority: JP
Inventors: Osamu Shinkawa; 修新川
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-06-21
Filing date: 2005-06-21
Publication date: 2007-01-11

Abstract

【課題】インクジェットプリンタの圧電式アクチュエータ駆動後のノズル正常状態での残留振動を一定化してノズル状態の検出を確実に行えるようにする。
【解決手段】台形状のパルス駆動信号で圧電式アクチュエータを駆動し、駆動信号の立上がりでキャビティの容積を拡大してインクを引き込み、駆動信号の立下がりでキャビティの容積を縮小してインクを押出すようにして圧力変動を発生した後、キャビティ内に発生する残留振動を検出して、その振動の状態からノズル状態を検出する場合、残留振動の振幅が一定になるようにインク温度に応じて駆動信号を設定する。
【選択図】図１３

Description

本発明は、例えば複数色の微小な液体インク滴を複数のノズルから吐出してその微粒子（インクドット）を印刷媒体上に出力することにより、所定の文字や画像を描画するようにしたインクジェットプリンタのヘッド駆動装置及び駆動方法に関するものである。

このようなインクジェットプリンタは、一般に安価で且つ高品質のカラー印刷物が容易に得られることから、パーソナルコンピュータやデジタルカメラなどの普及に伴い、オフィスのみならず一般ユーザにも広く普及してきている。
このようなインクジェットプリンタは、一般に、インクカートリッジと印字ヘッドとが一体的に備えられたキャリッジなどと称される移動体が印刷媒体上をその半焼方向と交差する方向に往復しながらその印字ヘッドのノズルから液体インク滴を吐出して印刷媒体上に微小なインクドットを形成出力することで、当該印刷媒体上に所定の文字や画像を描画して所望の印刷物を作成するようになっている。そして、このキャリッジに黒色（ブラック）を含めた４色（イエロー、マゼンタ、シアン）のインクカートリッジと各色毎の印字ヘッドを備えることで、モノクロ印刷のみならず、各色を組み合わせたフルカラー印刷も容易に行えるようになっている（更に、これらの各色に、ライトシアンやライトマゼンタなどを加えた６色や７色、或いは８色のものも実用化されている）。

ところで、この種のインクジェットプリンタでは、印刷媒体上のインクのにじみを防止するために、乾燥し易いインク又はインク成分を採用している。その結果、印字していないときにはインクジェットヘッドのノズルからインクの溶媒成分（水、溶剤、油など）が蒸発してノズル部のインク粘度が上昇し、インク滴の吐出出力に支障を来すことがある。また、インクジェットヘッドのキャビティ（インク収容部）などに気泡が混入したり、ゴミや紙粉などがノズル面に付着したりした場合にも、インク滴の吐出出力に支障を来すことがある。このようにして、所謂ノズルが目詰まりしてインク滴を吐出できなくなると、印刷媒体上の画像に所謂ドット抜けが生じ、画質を劣化させる原因となる。

そこで、以下の特許文献１では、アクチュエータである圧電素子を電気信号で駆動してインク室からインク滴を噴射させる装置において、圧電素子を駆動した後に圧電素子に発生する過剰電圧（起電圧）を検出し、その振動（残留振動と呼んでいる）の状態、例えば残留振動の周期や振幅からインク室内の気泡の有無、インク未充填を検出してノズル不具合によるプリントミスなどの誤動作を防止している。
特開平１０−１１４０６８号公報

ところで、周囲の温度が変化すると、粘度や表面張力といったインクの物性値が変化し、これに伴って圧力室内の振動の状態も変化する。従って、温度が変化すると圧力室内の残留振動が変化し、前述した残留振動によるノズル状態の検出が困難になるという問題がある。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、圧力室内の圧力変動後の残留振動によるノズル状態の検出を確実に行うことができるインクジェットプリンタのヘッド駆動装置及び駆動方法を提供することを目的とするものである。

［発明１］上記課題を解決するために、発明１のインクジェットプリンタのヘッド駆動装置は、インク滴を吐出する複数のノズルと、各ノズルに夫々連通する圧力室と、各圧力室に対応して設けられ且つ圧電素子で構成されるアクチュエータとを備えたインクジェットプリンタのノズルヘッドに対し、前記アクチュエータに駆動信号を出力する駆動手段と、前記駆動信号による圧力室内の圧力変化発生後の残留振動を、前記アクチュエータを構成する圧電素子の起電力の変化として検出する残留振動検出手段とを備え、前記駆動手段は、温度を検出する温度検出手段と、前記ノズルの状態を検出するためのノズル状態検出用駆動信号を前記温度検出手段で検出された温度に基づいて設定するノズル状態検出用駆動信号設定手段とを備えたことを特徴とするものである。

この発明１に係るインクジェットプリンタのヘッド駆動装置によれば、インク滴を吐出する複数のノズルと、各ノズルに夫々連通する圧力室と、各圧力室に対応して設けられ且つ圧電素子で構成されるアクチュエータとを備えたインクジェットプリンタのノズルヘッドに対し、アクチュエータに駆動信号を出力し、その駆動信号による圧力室内の圧力変化発生後の残留振動を、アクチュエータを構成する圧電素子の起電力の変化として検出するにあたり、ノズルの状態を検出するためのノズル状態検出用駆動信号を検出された温度に基づいて設定する構成としたため、例えば圧力室内の圧力変化発生後の残留振動の振幅を一定化することにより、当該残留振動によるノズル状態の検出を確実に行うことが可能となる。

［発明２］発明２のインクジェットプリンタのヘッド駆動装置は、前記発明１のインクジェットプリンタのヘッド駆動装置において、前記ノズル状態検出用駆動信号設定手段は、前記残留振動検出手段で検出される圧力室内の圧力変化発生後のノズル正常状態での残留振動の振幅が一定になるようにノズル状態検出用駆動信号を設定することを特徴とするものである。

この発明２に係るインクジェットプリンタのヘッド駆動装置によれば、検出される圧力室内の圧力変化発生後のノズル正常状態での残留振動の振幅が一定になるようにノズル状態検出用駆動信号を設定する構成としたため、当該残留振動によるノズル状態の検出を確実に行うことができる。

［発明３］発明３のインクジェットプリンタのヘッド駆動装置は、前記発明２のインクジェットプリンタのヘッド駆動装置において、前記ノズル状態検出用駆動信号設定手段は、前記ノズル状態検出用駆動信号の波高値を変更することで、前記残留振動検出手段で検出される圧力室内の圧力変化発生後のノズル正常状態での残留振動の振幅が一定になるようにノズル状態検出用駆動信号を設定することを特徴とするものである。

この発明３に係るインクジェットプリンタのヘッド駆動装置によれば、ノズル状態検出用駆動信号の波高値を変更することで、検出される圧力室内の圧力変化発生後のノズル正常状態での残留振動の振幅が一定になるようにノズル状態検出用駆動信号を設定する構成としたため、当該残留振動の振幅を容易に一定にすることができる。

［発明４］発明４のインクジェットプリンタのヘッド駆動方法は、インク滴を吐出する複数のノズルと、各ノズルに夫々連通する圧力室と、各圧力室に対応して設けられ且つ圧電素子で構成されるアクチュエータとを備えたインクジェットプリンタのノズルヘッドに対し、前記アクチュエータに駆動信号を出力し、前記駆動信号による圧力室内の圧力変化発生後の残留振動を、前記アクチュエータを構成する圧電素子の起電力の変化として検出するにあたり、前記ノズルの状態を検出するためのノズル状態検出用駆動信号を検出された温度に基づいて設定することを特徴とするものである。

この発明４に係るインクジェットプリンタのヘッド駆動方法によれば、インク滴を吐出する複数のノズルと、各ノズルに夫々連通する圧力室と、各圧力室に対応して設けられ且つ圧電素子で構成されるアクチュエータとを備えたインクジェットプリンタのノズルヘッドに対し、アクチュエータに駆動信号を出力し、その駆動信号による圧力室内の圧力変化発生後の残留振動を、アクチュエータを構成する圧電素子の起電力の変化として検出するにあたり、ノズルの状態を検出するためのノズル状態検出用駆動信号を検出された温度に基づいて設定する構成としたため、例えば圧力室内の圧力変化発生後の残留振動の振幅を一定化することにより、当該残留振動によるノズル状態の検出を確実に行うことが可能となる。

次に、本発明のインクジェットプリンタのヘッド駆動装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態の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及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、且つ歯付きベルト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。

更にキャリッジ４にはエンコーダ１０が取付けられ、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によりキャリッジ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、符号１２はヘッドユニット２とシステムコントローラなどとを電気的に接続するケーブルであり、符号１３は、後述する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り、符号１４は、そのインクジェットヘッドのノズル基板（図４参照）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、加速、一定速度、減速、反転、加速、一定速度、減速、反転…といったように制御される。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のノズルから印刷媒体ａ上にインク滴が吐出される。この結果、印刷媒体ａには、そのインク滴からなるインクドットによって所定の文字や画像が記録（印字）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２ａ及び図４を参照して説明する。このヘッドユニット２は、図２ａに示すようなインクジェットヘッド（ノズルヘッド）２０を複数個備え、各インクジェットヘッド２０は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２ａに示すように、振動板２１と、この振動板２１を変位させる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且つ振動板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に連通し且つ当該キャビティ２３内の圧力の増減によりインクを液的として吐出するノズル２４とを少なくとも備えている。

更に詳述すると、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、キャビティ基板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。キャビティ基板２６は、図示のように所定形状に形成され、これにより、キャビティ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２ａに示すように、中間層３０を介して振動板２１と接合されている。

このような構成からなる圧電式アクチュエータ２２では、第１電極３１と第２電極３２との間に印可される駆動信号源からの駆動信号により、図２ａに矢印で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。従って、圧電式アクチュエータ２２では、例えば図２ａに示すような駆動信号が印可されると、振動板２１に変位が生じてキャビティ２３内の圧力が変化し、ノズル２４からインク滴が吐出されるようになっている。具体的には、後段に詳述するように、キャビティ２３の容積を拡大してインクを引き込み、次いでキャビティ２３の容積を縮小してインク滴を吐出する。なお、図２ａ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毎のノズル２４は、例えば図４に示すように配列されている。この図４の例では、４色のインク（Ｙ：イエロー、Ｍ：マゼンダ、Ｃ：シアン、Ｋ：ブラック）に適用した場合のノズル２４の配列パターンを示しており、これらの色の組合せにより所謂フルカラー印刷が可能となる。

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）、所謂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印刷媒体が記録ローラなどと摩擦接触した際に発生し易く、印刷媒体の一部からなり、繊維状又はその集合体のものを意味する。

ここで、圧電式アクチュエータ２２の他の例を図２ｂに示す。図中の符号は、図２ａのものを流用している。この圧電式アクチュエータは、一般にユニモルフ型アクチュエータと呼ばれ、圧電素子２７を二つの電極３１、３２で挟んだ簡単な構造であるが、駆動信号を印可することによって、図２ａの積層型アクチュエータと同様に、図の上下方向に伸び縮みし、キャビティ２３の容積を拡大してインクを引き込み、次いでキャビティ２３の容積を縮小してノズル２４からインク滴を吐出する。また、図３ａには、更に他の例としてシェアモード１型のアクチュエータの一例を、図３ｂにはシェアモード２型のアクチュエータの一例を示す。シェアモード１型のアクチュエータは、圧電素子２７の両端部に電極３１、３２があり、キャビティ２３が形成されている。このアクチュエータは、駆動信号が与えられると破線で示すようにキャビティ２３内の圧力が変化してインク滴が吐出されるのであるが、ノズル２４を一つおきに駆動するのが特徴である。シェアモード２型のアクチュエータは、圧電素子２７の表面に電極３１、３２が交互に設けられ、駆動信号が与えられると破線で示すように変形してキャビティ２３内の圧力が変化してインク滴が吐出される。

前記インクジェットプリンタ１内には、自身を制御するための制御装置が設けられている。この制御装置は、例えば図５に示すように、例えばパーソナルコンピュータ、デジタルカメラ等のホストコンピュータ６０から入力された印刷データに基づいて、印刷装置や給紙装置等を制御することにより印刷媒体に印刷処理を行うものである。そして、ホストコンピュータ６０から入力された印刷データを受取る入力インタフェース部６１と、この入力インタフェース部６１から入力された印雑データに基づいて印刷処理を実行する例えばマイクロコンピュータで構成される制御部６２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６３と、給紙モータ５１を駆動制御する給紙モータドライバ６４と、インクジェットヘッド２０を駆動制御するヘッドドライバ６５と、各ドライバ６３、６４、６５の出力信号を外部のキャリッジモータ４１、給紙モータ５１、インクジェットヘッド２０で使用する制御信号に変換して出力すると共に、残留振動検出手段１５で検出されたキャビティの残留振動を制御部６２に入力したり、温度センサ１８で検出されたキャビティの温度、即ちインクの温度Ｔを制御部６２に入力したりする入出力インタフェース６７とを備えて構成される。

ここで、制御部６２は、印刷処理等の各種処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）６２ａと、入力インタフェース６１を介して入力された印刷データ或いは当該印刷データ印刷処理等を実行する際の各種データを一時的に格納し、或いは印刷処理等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）６２ｃと、ＣＰＵ６２ａで実行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で構成されるＲＯＭ（Read-Only Memory）６２ｄとを備えている。この制御部６２は、入力インタフェース部６１を介してホストコンピュータ６０から印刷データを入手すると、ＣＰＵ６２ａが、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６３〜６５に制御信号を出力する。各ドライバ６３〜６５から制御信号が出力されると、これらが入出力インタフェース部６７で駆動信号に変換されてインクジェットヘッド２０の複数のノズル２４に対応する圧電式アクチュエータ２２、キャリッジモータ４１、給紙モータ５１が夫々作動して、印刷媒体に印刷処理が実行される。なお、制御部６２内の各構成要素は、図示しないバスを介して電気的に接続されている。

また、制御部６２は、後述する駆動信号を形成するための駆動波形データＤＡＴＡ１、振幅比データＤＡＴＡ２、書込みアドレスデータＡ０〜Ａ３、書込みアドレスデータＢ０〜Ｂ３、書込みイネーブル信号ＤＥＮ、書込みクロック信号ＷＣＬＫをヘッドドライバ６５に出力する。また、この制御部６２は、駆動波形データＤＡＴＡ１と振幅比データＤＡＴＡ２との乗算出力をラッチするタイミングを設定する第１のクロック信号ＡＣＬＫ、ラッチした乗算出力を加算するためのタイミングを設定する第２のクロック信号ＢＣＬＫ及びラッチデータをクリアするクリア信号ＣＬＥＲをヘッドドライバ６５に出力する。

ヘッドドライバ６５は、駆動信号ＣＯＭを形成する駆動信号発生回路７０と、クロック信号ＳＣＫを出力する発振回路７１とを備えている。駆動信号発生回路７０は、図６に示すように、制御部６２から入力される駆動信号生成のための波形形成用データＤＡＴＡを所定のアドレスに対応する記憶素子に記憶する波形メモリ７０１と、この波形メモリ７０１から読出された波形形成用データＤＡＴＡを前述した第１のクロック信号ＡＣＬＫによってラッチするラッチ回路７０２と、ラッチ回路７０２の出力と後述するラッチ回路７０４から出力される波形生成データＷＤＡＴＡとを加算する加算器７０３と、この加算器７０３の加算出力を前述した第２のクロック信号ＢＣＬＫによってラッチするラッチ回路７０４と、このラッチ回路７０４から出力される波形生成データＷＤＡＴＡをアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器７０５と、このＤ／Ａ変換器７０５から出力されるアナログ信号を電圧増幅する電圧増幅部７０６と、この電圧増幅部７０６の出力信号を電流増幅して駆動信号ＣＯＭを出力する電流増幅部７０７とを備えている。ここで、ラッチ回路７０２、７０４には制御部６２から出力されるクリア信号ＣＬＥＲが入力され、このクリア信号ＣＬＥＲがオフ状態となったときに、ラッチデータがクリアされる。

波形メモリ７０１は、図７に示すように、指示したアドレスに夫々数ビットずつのメモリ素子が配列され、アドレスＡ０〜Ａ３と共に波形データＤＡＴＡが記憶される。具体的には、制御部６２から指示したアドレスＡ０〜Ａ３に対して、クロック信号ＷＣＬＫと共に波形データＤＡＴＡが入力され、書込みイネーブル信号ＤＥＮの入力のよってメモリ素子に波形データＤＡＴＡが記憶される。なお、本実施形態では、後述するように、温度センサ１８で検出されるインクの温度に応じて、キャビティ２３内の圧力変動後の残留振動の振幅が一定になるように調整した波形データＤＡＴＡを選択して記憶することができるようになっている。

インクジェットヘッド２０には、入出力インタフェース部６７を介して、駆動信号発生回路７０で生成された駆動信号ＣＯＭ、印刷データに基づいて吐出するノズルを選択するデータ信号ＳＩ、全ノズルにノズル選択データが入力された後、これらのデータにより駆動信号ＣＯＭとインクジェットヘッド２０の圧電式アクチュエータ２２とを接続させるラッチ信号ＬＡＴ、これらの選択データ信号ＳＩをシリアル信号としてインクジェットヘッド２０に送信するためのクロック信号ＳＣＫが入力されている。

次に、前記駆動信号発生回路７０から出力される駆動信号ＣＯＭと圧電式アクチュエータ２２とを接続する構成について説明する。図８は、駆動信号ＣＯＭと圧電式アクチュエータ２２とを接続する選択部のブロック図である。この選択部は、インク滴を吐出させるべきノズルに対応した圧電式アクチュエータ２２を指定するデータを保存するシフトレジスタ２１１と、シフトレジスタ２１１のデータを一時的に保存するラッチ回路２１２と、ラッチ回路２１２の出力をレベル変換するレベルシフタ２１３と、レベルシフタの出力に応じて駆動信号ＣＯＭを圧電式アクチュエータ２２に接続する選択スイッチ２０１によって構成されている。

シフトレジスタ２１１には、印刷データとしてデータ信号ＳＩが順次入力されると共に、クロック信号ＳＣＫの入力パルスに応じて記憶領域が初段から順次後段にシフトする。ラッチ回路２１２は、ノズル数分の印字データがシフトレジスタ２１１に格納された後、入力されるラッチ信号ＬＡＴによってシフトレジスタ２１１の各出力信号をラッチする。ラッチ回路２１２に保存された信号は、レベルシフタ２１３によって次段の選択スイッチ２０１をオンオフできる電圧レベルに変換される。これは、駆動信号ＣＯＭが、ラッチ回路２１２の出力電圧に比べて高い電圧であり、これに合わせて選択スイッチ２０１の動作電圧範囲も高く設定されているためである。選択スイッチ２０１は、ＰチャンネルＦＥＴとＮチャンネルＦＥＴとを組合せたトランスミッションゲートによるアナログスイッチで構成されており、このアナログスイッチを十分に動作させるためにゲート電圧を高い値にレベル変換している。そして、レベルシフタ２１３によって選択スイッチ２０１のゲート電圧が印加されたノズルの圧電式アクチュエータ２２は駆動信号ＣＯＭに接続される。また、シフトレジスタ２１１の印刷データ信号ＳＩがラッチ回路２１２に保存された後、次の印字情報をシフトレジスタ２１１に入力し、インク滴の吐出タイミングに合わせてラッチ回路２１２の保存データを順次更新する。なお、図中の符号ＨＧＮＤは、圧電式アクチュエータ２２のグランド端である。

次に、駆動信号生成の原理について説明する。まず、前述したアドレスＡ０には単位時間当たりの電圧変化量として０となる波形データが書込まれている。同様に、アドレスＡ１には＋ΔＶ１、アドレスＡ２には−ΔＶ２、アドレスＡ３には＋ΔＶ３の波形データが書込まれている。また、クリア信号ＣＬＥＲによってラッチ回路７０２、７０４の保存データがクリアされる。また、駆動信号ＣＯＭは、所望の波形データによって中間電位（オフセット）まで立上げられている。

この状態から、例えば図９に示すようにアドレスＡ１の波形データが読込まれ且つ第１クロック信号ＡＣＬＫが入力されるとラッチ回路７０２に＋ΔＶ１のデジタルデータが保存される。保存された＋ΔＶ１のデジタルデータは加算器７０３を経てラッチ回路７０４に入力され、このラッチ回路７０４では、第２クロック信号ＢＣＬＫの立上がりに同期して加算器７０３の出力を保存する。加算器７０３には、ラッチ回路７０４の出力も入力されるので、ラッチ回路７０４の出力（ＣＯＭ）は、第２クロック信号ＢＣＬＫの立上がりのタイミングで＋ΔＶ１ずつ加算される。この例では、時間幅Ｔ１の間、アドレスＡ１の波形データが読込まれ、その結果、＋ΔＶ１のデジタルデータが３倍になるまで加算されている。

次いで、アドレスＡ０の波形データが読込まれ且つ第１クロック信号ＡＣＬＫが入力されるとラッチ回路７０２に保存されるデジタルデータは０に切替わる。この０のデジタルデータは、前述と同様に、加算器７０３を経て、第２クロック信号ＢＣＬＫの立上がりのタイミングで加算されるが、デジタルデータが０であるので、実質的には、それ以前の値が保持される。この例では、時間幅Ｔ０の間、駆動信号ＣＯＭが一定値に保持されている。

次いで、アドレスＡ２の波形データが読込まれ且つ第１クロック信号ＡＣＬＫが入力されるとラッチ回路７０２に保存されるデジタルデータは−ΔＶ２に切替わる。この−ΔＶ２のデジタルデータは、前述と同様に、加算器７０３を経て、第２クロック信号ＢＣＬＫの立上がりのタイミングで加算されるが、デジタルデータが−ΔＶ２であるので、実質的には第２クロック信号に合わせて駆動信号ＣＯＭは−ΔＶ２ずつ減算される。この例では、時間幅Ｔ２の間、駆動信号ＣＯＭは、−ΔＶ２のデジタルデータが６倍になるまで減算されている。

このようにして生成されアナログ変換・電圧電流増幅されて出力された駆動信号ＣＯＭが、前述した図２ａに示すような波形信号になる。このうち駆動信号ＣＯＭの立上がり部分がキャビティ２３の容積を拡大してインクを引き込む（インクの吐出面を考えればメニスカスを引き込むとも言える）段階であり、駆動信号ＣＯＭの立下がり部分がキャビティ２３の容積を縮小してインク滴を吐出する（インクの吐出面を考えればメニスカスを押出すとも言える）段階である。本実施形態では、前者を第１段階、後者を第２段階と定義する。ちなみに、夫々の段階の時間は、前述からも容易に推察されるように、アドレスＡ０〜Ａ３に書込まれる波形データ０、＋ΔＶ１、−ΔＶ２、＋ΔＶ３、第１クロック信号ＡＣＬＫ、第２クロック信号ＢＣＬＫによって調整可能である。

さて、このようにして各ノズル２４に対応する圧電式アクチュエータ２２に駆動信号ＣＯＭを印加し、インク滴が吐出されると、その際の圧力変動後、キャビティ２３内に残留振動（正確には、図２の振動板２１の自由振動）が発生する。この残留振動の状態から各ノズル２４の状態（キャビティ２３内の状態を含む）を検出することが可能である。例えば図１０に示すように、ノズル正常時に比べて、気泡がインクの流路やノズル先端に混入した場合（図の「気泡混入」に該当）には、気泡が混入した分だけインク重量（＝イナータンス）が減少すると共に、気泡によりノズル径が大きくなった状態と等価となって音響抵抗が減少し、振動周波数が高くなる特徴がある。また、ノズル部のインクが乾燥した場合（図の「乾燥」に該当）には、インクの粘性が増加することによって音響抵抗が増大し、過減衰になるという特徴がある。また、紙粉やゴミがノズル面に付着した場合（図の「紙粉」に該当）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が増加し、またノズルに付着した紙粉の繊維によって音響抵抗が増大し、周期が大きくなる（周波数が低くなる）という特徴がある。

そこで、このような残留振動を検出するための残留振動検出手段１５として、例えば図１１に示す回路が設けられている。この残留振動検出手段１５は、キャビティ２３内の圧力変化が圧電式アクチュエータ２２に伝達されることを利用して検出するものであり、具体的には圧電式アクチュエータ２２の機械的変位によって発生する起電力（起電圧）の変化を検出するものである。この残留振動検出手段１５は、圧電式アクチュエータ２２のグランド端ＨＧＮＤを接地又は開放するスイッチ（トランジスタＱ）と、圧電式アクチュエータ２２に駆動信号ＣＯＭを印加した後にグランド端ＨＧＮＤを接地又は開放することで発生する残留振動の交流成分を増幅する交流増幅器１６と、増幅された残留振動ＶａＯＵＴを基準電圧Ｖｒｅｆ１でパルスＰＯＵＴに変換する比較器１７とで構成されている。このうち、交流増幅器１６は、直流成分を除去するコンデンサＣと、基準電圧Ｖｒｅｆ１の電位を基準として抵抗Ｒ１、Ｒ２で決まる増幅率で反転増幅する演算器ＡＭＰとで構成されている。

従って、例えば図１２に示すように、スイッチ（トランジスタＱ）のゲート電圧ＤＳＥＬをハイレベルにして圧電式アクチュエータ２２と駆動信号発生回路７０とを接続状態とし、その状態で駆動信号（この場合はドット抜け検出用駆動信号）ＣＯＭを圧電式アクチュエータ２２に印加した後、スイッチ（トランジスタＱ）のゲート電圧ＤＳＥＬをローレベルにして圧電式アクチュエータ２２と残留振動検出手段１５の交流増幅器１６とを接続すると、増幅された残留振動ＶａＯＵＴが出力されるので、これを比較器１７で基準電圧Ｖｒｅｆ１と比較してパルスＰＯＵＴが得られる。このドット抜け検出用駆動信号ＣＯＭは、その波形の波高値（電圧値）が２５Ｖのときの振幅比ＶＨを１００％として、インクの温度に応じて波高値（電圧値）を変更できるようになっている。

このインクの温度に応じたドット抜け検出用駆動信号生成のための演算処理を図１３のフローチャートに示す。この演算処理では、まずステップＳ１で、温度センサ１５で検出されたインク温度情報を読込む。
次にステップＳ２に移行して、ステップＳ１で読込まれたインク温度に応じたドット抜け検出用駆動信号の波形データＤＡＴＡをＲＯＭ、ＲＡＭなどの記憶装置から読出す。具体的に、波形データＤＡＴＡは、記憶装置の記憶テーブルに、所定温度毎に記憶されており、所定温度毎に、波形データ＋ΔＶ１、−ΔＶ２、＋ΔＶ３の値が異なる。

次にステップＳ３に移行して、波形メモリ７０１に記憶されている波形データＤＡＴＡをステップＳ２で読出した波形データＤＡＴＡに更新する必要があるか否かを判定し、波形データＤＡＴＡを更新する必要がある場合にはステップＳ４に移行し、そうでない場合にはステップＳ５に移行する。
ステップＳ４では、ステップＳ２で読出した波形データＤＡＴＡを波形メモリ７０１に書込んでからステップＳ５に移行する。

ステップＳ５では、現在がドット抜け検出用駆動信号ＣＯＭの出力タイミングであるか否かを判定し、現在がドット抜け検出用駆動信号ＣＯＭの出力タイミングである場合にはステップＳ６に移行し、そうでない場合にはステップＳ１に移行する。なお、ドット抜け検出のタイミングとしては、例えば電源オンの直後、電源オフの直前、前回の印刷から所定時間が経過したとき、印刷枚数が所定枚数になったとき、所定時間毎、等のタイミングが挙げられる。

ステップＳ６では、波形メモリ７０１からドット抜け検出用波形データＤＡＴＡを読出してからステップＳ７に移行する。
ステップＳ７では、例えば前述した加算器７０３による波形データＤＡＴＡの累積などによってドット抜け検出用駆動信号の波形データ生成を行ってからステップＳ８に移行する。

ステップＳ８では、ステップＳ７で生成されたドット抜け検出用駆動信号ＣＯＭをＤ／Ａ変換して温度補正された駆動信号ＣＯＭを出力してからステップＳ９に移行する。
ステップＳ９では、ドット抜け検出用駆動信号ＣＯＭの出力生成が終了したか否かを判定し、ドット抜け検出用駆動信号ＣＯＭの出力生成が終了した場合にはステップＳ１に移行し、そうでない場合にはステップＳ６に移行する。

この演算処理によって出力されたドット抜け検出用駆動信号ＣＯＭによる種々のインク温度における増幅された残留振動ＶａＯＵＴを図１４ａに、パルスＰＯＵＴを図１４ｂに示す。何れもノズルは正常状態にある。この例では、２５℃のときのドット抜け検出用駆動信号ＣＯＭの波高値の振幅比ＶＨが１００％であり、４０℃のときの振幅比ＶＨを９０％、５℃のときの振幅比ＶＨを１１０％とした。これにより、増幅された残留振動ＶａＯＵＴの振幅Ｖｐｐが、温度にかかわらず一定又はほぼ一定となり、抽出されるパルスＰＯＵＴのパルス幅も一定又はほぼ一定となっていることから、このパルスＰＯＵＴのパルス幅を所定値と比較することにより、前述したようなドット抜けの判定を確実に行うことができる。

これに対し、温度補正しないドット抜け検出用駆動信号ＣＯＭによる種々のインク温度における増幅された残留振動ＶａＯＵＴを図１５ａに、パルスＰＯＵＴを図１５ｂに示す。何れもノズルは正常状態にある。この例では、温度によるインク物性の変化によって増幅された残留振動ＶａＯＵＴが変化し、場合によっては残留振動ＶａＯＵＴが乱れ、その結果、抽出されるパルスＰＯＵＴのパルス幅が変化している。従って、このパルスＰＯＵＴのパルス幅を所定値と比較しても、ドット抜けの判定を行うことは難しい。
このように、本実施形態のインクジェットプリンタのヘッド駆動装置及び駆動方法では、インク滴を吐出する複数のノズル２４と、各ノズル２４に夫々連通するキャビティ（圧力室）２３と、各キャビティ２３に対応して設けられた圧電式アクチュエータ２２とを備えたインクジェットプリンタのノズルヘッドに対し、アクチュエータ２２に駆動信号ＣＯＭを出力し、その駆動信号ＣＯＭによるキャビティ２３内の圧力変化発生後の残留振動を、アクチュエータ２２の起電力の変化として検出するにあたり、ノズル２４の状態を検出するためのノズル状態検出用駆動信号ＣＯＭを検出された温度に基づいて設定することにより、例えばキャビティ２３内の圧力変化発生後の残留振動ＰａＯＵＴの振幅を一定化することにより、当該残留振動ＰａＯＵＴによるノズル２４の状態の検出を確実に行うことが可能となる。

また、検出されるキャビティ２３内の圧力変化発生後のノズル正常状態での残留振動ＰａＯＵＴの振幅Ｖｐｐが一定になるようにノズル状態検出用駆動信号ＣＯＭを設定することにより、当該残留振動ＰａＯＵＴによるノズル２４の状態の検出を確実に行うことができる。
また、ノズル状態検出用駆動信号ＣＯＭの波高値を変更することで、検出されるキャビティ２３内の圧力変化発生後のノズル正常状態での残留振動ＰａＯＵＴの振幅が一定になるようにノズル状態検出用駆動信号ＣＯＭを設定することにより、当該残留振動ＰａＯＵＴの振幅を容易に一定にすることができる。

なお、前記実施形態では、温度センサで直接インクの温度を検出するようにしたが、場合によっては他の部分の温度や雰囲気温度で代用してもよい。
また、前記実施形態では、所謂マルチパス型インクジェットプリンタを対象として本発明のインクジェットプリンタのヘッド駆動装置を適用した例についてのみ詳述したが、本発明のインクジェットプリンタのヘッド駆動装置は、ラインヘッド型プリンタを始めとして、あらゆるタイプのインクジェットプリンタを対象として適用可能である。

本発明のインクジェットプリンタのヘッド駆動装置の一実施形態を示すインクジェットプリンタの平面図である。図１のインクジェットプリンタのインクジェットヘッドの概略構成図である。図１のインクジェットプリンタのインクジェットヘッドの他の例を示す概略構成図である。図２のインクジェットヘッドのノズルの説明図である。図１のインクジェットプリンタに設けられた制御装置のブロック図である。図４の駆動信号発生回路のブロック図である。図５の波形メモリの説明図である。駆動信号を圧電式アクチュエータに接続する選択部のブロック図である。駆動信号生成の説明図である。残留振動の説明図である。残留振動検出手段のブロック図である。ドット抜け検出用駆動信号と残留振動の説明図である。ドット抜け検出用駆動信号生成のための演算処理を示すフローチャートである。駆動信号を温度補正した場合の残留振動及びパルスの説明図である。駆動信号を温度補正しない場合の残留振動及びパルスの説明図である。

符号の説明

１はインクジェットプリンタ、１５は残留振動検出手段、１６は交流増幅器、１７は比較器、１８は温度センサ、２０はインクジェットヘッド、２１は振動板、２２は圧電式アクチュエータ、２３はキャビティ、２４はノズル、６２は制御部、７０は駆動信号発生回路

Claims

インク滴を吐出する複数のノズルと、各ノズルに夫々連通する圧力室と、各圧力室に対応して設けられ且つ圧電素子で構成されるアクチュエータとを備えたインクジェットプリンタのノズルヘッドに対し、前記アクチュエータに駆動信号を出力する駆動手段と、前記駆動信号による圧力室内の圧力変化発生後の残留振動を、前記アクチュエータを構成する圧電素子の起電力の変化として検出する残留振動検出手段とを備え、前記駆動手段は、温度を検出する温度検出手段と、前記ノズルの状態を検出するためのノズル状態検出用駆動信号を前記温度検出手段で検出された温度に基づいて設定するノズル状態検出用駆動信号設定手段とを備えたことを特徴とするインクジェットプリンタのヘッド駆動装置。
前記ノズル状態検出用駆動信号設定手段は、前記残留振動検出手段で検出される圧力室内の圧力変化発生後のノズル正常状態での残留振動の振幅が一定になるようにノズル状態検出用駆動信号を設定することを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリンタのヘッド駆動装置。
前記ノズル状態検出用駆動信号設定手段は、前記ノズル状態検出用駆動信号の波高値を変更することで、前記残留振動検出手段で検出される圧力室内の圧力変化発生後のノズル正常状態での残留振動の振幅が一定になるようにノズル状態検出用駆動信号を設定することを特徴とする請求項２に記載のインクジェットプリンタのヘッド駆動装置。
インク滴を吐出する複数のノズルと、各ノズルに夫々連通する圧力室と、各圧力室に対応して設けられ且つ圧電素子で構成されるアクチュエータとを備えたインクジェットプリンタのノズルヘッドに対し、前記アクチュエータに駆動信号を出力し、前記駆動信号による圧力室内の圧力変化発生後の残留振動を、前記アクチュエータを構成する圧電素子の起電力の変化として検出するにあたり、前記ノズルの状態を検出するためのノズル状態検出用駆動信号を検出された温度に基づいて設定することを特徴とするインクジェットプリンタのヘッド駆動方法。