JP2007030327A - 液滴吐出ヘッド、長尺型ヘッド及び液滴吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高精度で、あるいは各種の条件の下で圧電素子の特性変化を知ることが可能な液滴吐出ヘッドと、この液滴吐出ヘッドが複数つなぎ合わせて構成された長尺型ヘッド、及び、この液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置を得る。
【解決手段】 インク滴を吐出する印字用ノズル群の外側には、測定用イジェクタが設けられ、測定用イジェクタには、印字用ノズルの吐出用圧電素子１７２Ａと同一構成の圧電素子が測定用圧電素子１７２Ｂとして備えられる。圧電素子特性測定回路１８０は記録ヘッド制御手段１５８からは独立しており、その影響を受けないので、測定用圧電素子１７２Ｂの特性を高精度で測定できる。
【選択図】 図７

Description

本発明は、液滴吐出ヘッド、長尺型ヘッド及び液滴吐出装置に関し、さらに詳しくは、圧電素子の駆動によって印字用ノズルから液滴を吐出する液滴吐出ヘッドと、この液滴吐出ヘッドが複数つなぎ合わせて構成された長尺型ヘッド、及び、この液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置に関する。

圧電素子の駆動によって印字用ノズルから液滴を吐出する液滴吐出ヘッドでは、圧電素子の電気的な特性（静電容量、誘電損失、抵抗値及びこれらの周波数特性）を、各印字用ノズルの吐出特性の代用特性とすることができる。

たとえば、特許文献１には、電歪振動子のインピーダンス変化による入力パルスの周波数より高い所定周波数の振動分を振動分検出手段で検出し、整流回路で振動分検出手段の出力を整流するようにしたインク滴噴射装置が記載されている。

しかし、実際の液滴吐出ヘッドの使用状況では、より高精度で、あるいは各種の条件の下で圧電素子の特性変化を知ることが好ましい。
実公昭５９−５５７０号公報

本発明は上記事実を考慮し、高精度で、あるいは各種の条件の下で圧電素子の特性変化を知ることが可能な液滴吐出ヘッドと、この液滴吐出ヘッドが複数つなぎ合わせて構成された長尺型ヘッド、及び、この液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置を得ることを課題とする。

請求項１に記載の発明では、液滴を吐出するための印字用ノズルと、前記印字用ノズルに対応して備えられ印字用ノズルから液滴を吐出するために液体に圧力を作用させる吐出用圧電素子と、前記吐出用圧電素子を駆動する吐出用駆動回路と、液滴を吐出しない非印字ノズルと、前記非印字ノズルに対応して備えられた測定用圧電素子と、前記測定用圧電素子の特性を測定可能な特性測定回路と、を有することを特徴とする。

この液滴吐出ヘッドでは、吐出用駆動回路によって吐出用圧電素子を駆動することで、液体に圧力を作用させて印字用ノズルから液滴を吐出することができるが、さらに、印字用ノズルや吐出用圧電素子とは別に、液滴を吐出しない非印字ノズル及び、この非印字ノズルに対応した測定用圧電素子が備えられており、この測定用圧電素子の特性を特性測定回路で測定することができる。このように、吐出用圧電素子とは別に設けられた測定用圧電素子の特性を測定することで、吐出用圧電素子の特性変化をより高精度で、あるいは各種の条件の下で、知ることが可能となる。

たとえば、請求項２に記載のように、前記測定用圧電素子が、前記吐出用駆動回路と非接続とされていれば、吐出用駆動回路の影響を受けることなく、高精度で測定用圧電素子の特性変化を知ることができる。たとえば、吐出用圧電素子の特性の製造バラツキを測定用圧電素子の特性によって代表させ、これを基に印字用ノズルからの液滴の吐出特性を補正することも可能となる。

また、請求項３に記載のように、前記測定用圧電素子が、前記吐出用駆動回路と接続されていれば、測定用圧電素子吐出用駆動回路で駆動された条件の下（液滴吐出の特性が経時的に、あるいは液滴吐出ヘッドの使用により変化してしまうような場合）での特性変化を知ることができる。

請求項４に記載の発明では、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、前記吐出用駆動回路が、前記吐出用圧電素子の駆動波形を調整する駆動波形調整回路、を有していることを特徴とする。

したがって、印字用ノズルの液滴吐出特性のバラツキを、駆動波形調整回路による駆動波形の調整で補正することができる。たとえば、請求項５に記載のように、複数の印字用ノズルでノズルユニットが構成されている場合には、このノズルユニットごとに駆動波形を調整可能とする構成にできる。また、請求項６に記載のように、印字用ノズルのそれぞれに対し駆動波形を調整可能とする構成としてもよい。

請求項７に記載の発明では、請求項４〜請求項６のいずれか１項に記載の発明において、前記駆動波形調整回路が、前記測定用圧電素子の特性に基づいて推定された温度によって前記駆動波形を調整可能とされていることを特徴とする。

一般に、圧電素子の静電容量は温度で変化し、圧電素子の温度が高くなれば、対応する印字用ノズルでの液滴の吐出特性も変化する。したがって、測定用圧電素子の特性に基づいて推定された温度によって駆動波形を調整することで、液滴の吐出特性のバラツキを補正することが可能となる。

請求項８に記載の発明では、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッドであって、前記非印字ノズル及び前記測定用圧電素子が、この液滴吐出ヘッドの製造ばらつきを低減させるためのダミーパターンを兼ねていることを特徴とする。

一般に、液滴吐出ヘッドでは、製造ばらつきを低減するためのダミーパターンがあらかじめ備えられているものがある。したがって、ダミーパターンが非印字ノズル及び測定用圧電素子をかねるようにすれば、これらをあらためて設ける必要がなく、低コストで構成できる。

請求項９に記載の発明では、請求項３に記載の液滴吐出ヘッドであって、複数の前記印字用ノズルによって印字用ノズル群が構成され、前記非印字ノズルが、前記印字用ノズル群の周囲の少なくとも一部に配置されていることを特徴とする。

したがって、非印字ノズルに影響されることなく、印字用ノズルを印字用ノズル群のなかで所望の位置やピッチで配置できる。

請求項１０に記載の発明では、請求項３に記載の液滴吐出ヘッドであって、前記非印字ノズルから液滴が不吐出とされ、前記吐出用駆動回路が吐出用圧電素子よりも高い負荷を測定用圧電素子に作用させることが可能とされていることを特徴とする。

このように、測定用圧電素子に吐出用圧電素子よりも高い負荷を作用させた状態での特性変化を特性測定回路で測定することで、吐出用圧電素子の劣化を事前に予測可能となる。

なお、非印字ノズルから液滴を不吐出とする具体的構成としては、たとえば、非印字ノズルの開口部分（印字用ノズルでは実際に液滴が吐出される部分）を閉塞してしまう方法や、非印字ノズルに液体を供給しない方法、あるいは、液滴が吐出不能な駆動波形を測定用圧電素子に印加する方法等を挙げることができる。

また、ここでいう「高い負荷」を測定用圧電素子に作用させる具体的方法としては、測定用圧電素子に、吐出用圧電素子よりも多くのパルス数を有する駆動電圧を印加したり、高電圧で駆動したり、あるいは、急峻なパルスの立ち上がりを有する駆動電圧で駆動したりする方法を挙げることができる。

請求項１１に記載の発明では、請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッドを複数つなぎ合わせて構成された長尺型ヘッドであって、隣接する液滴吐出ヘッドの隣接部分近傍では、測定用圧電素子の特性がより近くなる方向でそれぞれの液滴吐出ヘッドが配置されていることを特徴とする。

これにより、全体として長手方向になだらかな吐出特性の変化を有する長尺型ヘッドを構成できる。たとえば、液滴吐出ヘッドの隣接部分での急激な吐出特性の変化を少なくすることが可能となる。

請求項１２に記載の発明では、請求項９に記載の液滴吐出ヘッドと、少なくとも前記液滴吐出ヘッドの印字用ノズルの目詰まりを回復する目詰まり回復手段と、前記非印字ノズルで生じた目詰まりが前記目詰まり回復手段で回復不能の場合に報知する報知手段と、を有することを特徴とする。

一般に、ノズル（印字用ノズルと非印字ノズルとを特に区別しない）の目詰まりは、液滴吐出ヘッド内での周辺のノズルから発生することが多い。本発明では、非印字ノズルが印字用ノズル群の周囲に配置されており、報知手段は、非印字ノズルで生じた目詰まりが前記目詰まり回復手段で回復不能の場合に報知する。このため、印字用ノズルで生じた目詰まりが目詰まり回復手段で回復不能になる前に報知することができる。

請求項１３に記載の発明では、請求項３に記載の液滴吐出ヘッドと、前記液滴吐出ヘッドの印字用ノズル及び非印字ノズルにメンテナンス処理を施すことが可能なメンテナンス手段と、を有することを特徴とする。

この液滴吐出装置を構成する請求項３に記載の液滴吐出ヘッドでは、非印字ノズルに液体が供給されると増粘する可能性があり、しかも、実際には非印字ノズルからは液滴は吐出されないため、印字用ノズルと比較して、より増粘しやすい。そして、液体が増粘した状態や、液滴を吐出不能になった状態では、液体に振動周期が変わるので、圧電素子の振動特性も変化する。これを利用し、測定用圧電素子の振動特性の変化を知ることで、液体の増粘を検知できる。そして、増粘が検知されれば、メンテナンス手段によって印字用ノズル及び非印字ノズルにメンテナンス処理を施したり、メンテナンス時期を報知したりすることが可能となる。

本発明は上記構成としたので、高精度で、あるいは各種の条件の下で圧電素子の特性変化を知ることが可能となる。

図１には、本発明の第１実施形態のインクジェット記録装置１１２が示されている。インクジェット記録装置１１２の筐体１１４内の下部には給紙トレイ１１６が備えられており、給紙トレイ１１６内に積層された用紙Ｐをピックアップロール１１８で１枚ずつ取り出すことができる。取り出された用紙Ｐは、所定の搬送経路１２２を構成する複数の搬送ローラ対１２０で搬送される。以下、単に「搬送方向」というときは、記録媒体である用紙Ｐの搬送方向をいい、「上流」、「下流」というときはそれぞれ、搬送方向の上流及び下流を意味するものとする。

給紙トレイ１１６の上方には、駆動ロール１２４及び従動ロール１２６に張架された無端状の搬送ベルト１２８が配置されている。搬送ベルト１２８の上方には記録ヘッドアレイ１３０が配置されており、搬送ベルト１２８の平坦部分１２８Ｆに対向している。この対向した領域が、記録ヘッドアレイ１３０からインク滴が吐出される吐出領域ＳＥとなっている。搬送経路１２２を搬送された用紙Ｐは、搬送ベルト１２８で保持されてこの吐出領域ＳＥに至り、記録ヘッドアレイ１３０に対向した状態で、記録ヘッドアレイ１３０から画像情報に応じたインク滴が付着される。

そして、用紙Ｐを搬送ベルト１２８で保持した状態で周回させることで、吐出領域ＳＥ内に複数回通過させて、いわゆるマルチパスによる画像記録を行うことも可能となっている。もちろん、用紙Ｐを吐出領域ＳＥ内に１回のみ通過させて、いわゆる１パスで画像記録を行っても良い。

記録ヘッドアレイ１３０は、本実施形態では、有効な記録領域が用紙Ｐの幅（搬送方向と直交する方向の長さ）以上とされた長尺状（いわゆるＦＷＡ（Ｆｕｌｌ Ｗｉｄｔｈ Ａｒｒａｙ））の長尺型ヘッド１４０が、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、サイアン（Ｓ）、及びブラック（Ｋ）の４色それぞれに対応して搬送方向に並べて配置されており、フルカラーの画像を記録可能になっている。

それぞれの長尺型ヘッド１４０は、図２及び図３に示すように搬送方向と直交する幅方向に隣接配置された複数のインクジェット記録ヘッド１３２を有している。インクジェット記録ヘッド１３２においてインク滴を吐出する方法は後述するように圧電方式とされており、図２に示すフレキシブル配線板１５６によって、画像情報に応じた電気信号が各インクジェット記録ヘッド１３２に送られる。

各インクジェット記録ヘッド１３２は、図６に示す記録ヘッド制御手段１５８によって制御されるようになっている。記録ヘッド制御手段１５８は、たとえば、必要に応じて補正された画像データを基に、インク滴の吐出タイミングや使用するインク吐出口（ノズル）を選択し、駆動信号をインクジェット記録ヘッド１３２の吐出用圧電素子１７２Ａに送る。

また、記録ヘッドアレイ１３０は、搬送方向と直交する方向に不動とされていてもよいが、必要に応じて移動するように構成しておくと、マルチパスによる画像記録で、より解像度の高い画像を記録したり、インクジェット記録ヘッド１３２の不具合を記録結果に反映させないようにしたりできる。

記録ヘッドアレイ１３０の上流側には、図示しない電源が接続された帯電ロール１３６が配置されている。帯電ロール１３６は、従動ロール１２６との間で搬送ベルト１２８及び用紙Ｐを挟みつつ従動し、用紙Ｐを搬送ベルト１２８に押圧する押圧位置と、搬送ベルト１２８から離間した離間位置との間を移動可能とされている。押圧位置では、接地された従動ロール１２６との間に所定の電位差が生じるため、用紙Ｐに電荷を与えて搬送ベルト１２８に静電吸着させることができる。

また、電源は、用紙Ｐを所定電位に帯電させることが可能であれば、直流電源でも交流電源でもよい。

なお、帯電ロール１３６よりもさらに上流側には、図示しないレジロールが設けられており、用紙Ｐが搬送ベルト１２８と帯電ロール１３６との間に至る前に位置合わせされる。

記録ヘッドアレイ１３０の下流側には、剥離プレート１３８が配置されており、用紙Ｐを搬送ベルト１２８から剥離することができる。

剥離された用紙Ｐは、剥離プレート１３８の下流側で排出経路１４４を構成する複数の排出ローラ対１４２で搬送され、筐体１１４の上部に設けられた排紙トレイ１４６に排出される。

剥離プレート１３８の下方には、駆動ロール１２４との間で搬送ベルト１２８を挟持可能なクリーニングロール１４８が配置されており、搬送ベルト１２８の表面をクリーニングするようになっている。

給紙トレイ１１６と搬送ベルト１２８の間には、複数の反転用ローラ対１５０で構成された反転経路１５２が設けられており、片面に画像記録された用紙Ｐを反転させて搬送ベルト１２８に保持させることで、用紙Ｐの両面への画像記録を容易に行えるようになっている。

搬送ベルト１２８と排紙トレイ１４６の間には、４色の各インクをそれぞれ貯留するインクタンク１５４が設けられている。インクタンク１５４のインクは、図示しないインク供給配管によって、記録ヘッドアレイ１３０に供給される。さらにこのインクは、インク供給系１５５によって、それぞれのインクジェット記録ヘッド１３２へと送られる。なお、インクとしては、水性インク、油性インク、溶剤系インク等、公知の各種インクを使用できる。

インクジェット記録ヘッド１３２は、図４に示すように、複数の吐出用イジェクタ１６０Ａを有しており、それぞれの吐出用イジェクタ１６０Ａに対応する印字用ノズル１６２Ａからインク滴を吐出可能とされている。吐出用イジェクタ１６０Ａ及び印字用ノズル１６２Ａは、本実施形態ではマトリクス状に配置されており、全体として印字用ノズル群１６２Ｇが構成されている。

図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、インクジェット記録ヘッド１３２は、積層された複数枚のプレート１６３と１枚の振動板１６４によって構成されており、内部にインク供給路１６６、インク供給口１６８、圧力室１７０、印字用ノズル１６２Ａが設けられている。圧力室１７０の一方の端面は振動板１６４によって構成され、圧力室１７０に対応した位置には、吐出用圧電素子１７２Ａが貼着されている。通常は、インク供給路１６６及びインク供給口１６８によってインクが圧力室１７０及び印字用ノズル１６２Ａに供給されて充填されている。ここで、画像情報に応じた駆動電圧が配線１７７を介して吐出用圧電素子１７２Ａに印加されると、吐出用圧電素子１７２Ａに歪みが生じて振動板１６４が振動する。この振動による圧力室１７０の拡縮（容積変化）で、印字用ノズル１６２Ａからインク滴を吐出させたり、圧力室１７０にインクを再充填させたりすることができる。

印字用ノズル群１６２Ｇの外側には、測定用イジェクタ１６０Ｂ、１６０Ｃが１列ずつ設けられている。測定用イジェクタ１６０Ｂ、１６０Ｃは、吐出用イジェクタ１６０Ａと略同一構成とされているが、吐出用圧電素子１７２Ａと同一構成の圧電素子が測定用圧電素子１７２Ｂとして、振動板１６４に貼着されている。

測定用イジェクタ１６０Ｂに対応した非印字ノズル１６２Ｂは、たとえば図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、対応する測定用イジェクタ１６０Ｂのインク供給口１６８を塞ぐ等によって圧力室１７０にインクが供給されないようにすることで、測定用圧電素子１７２Ｂに駆動電圧が印加されても、インク滴を吐出しないように構成されている。

また、測定用イジェクタ１６０Ｃに対しては、図４から分かるように、対応するノズルが形成されていない。したがって、測定用イジェクタ１６０Ｃも、インク滴を吐出しないように構成されている。

なお、インク滴を吐出しない構成としてはこの他に、たとえば、測定用圧電素子１７２Ｂ、１７２Ｃに印加する駆動電圧の駆動波形を、インク滴が吐出しないものにする、等の方法が挙げられる。

ここで、一般的なインクジェット記録ヘッドでは、インク滴を吐出するための複数のノズルをたとえばマトリクス状に配置する場合に、このマトリックス形状の周囲に、製造バラツキを低減させる等の目的のために、実際のインク滴吐出には使用されないダミーパターンが形成されることが多い。上記の測定用イジェクタ１６０Ｂ、１６０Ｃ及び非印字ノズル１６２Ｂがこのダミーパターンを兼ねるようにすると、実質的に測定用イジェクタ１６０Ｂ、１６０Ｃ及び非印字ノズル１６２Ｂをあらためて形成する必要がなくなり、製造工程を簡略化できるので好ましい。

図６に示すように、記録ヘッド制御手段１５８は所定波形の電圧を生成する波形生成回路１７４を有しており、生成された電圧を波形アンプ１７６で調整あるいは増幅等して、個別素子選択回路１７８に送る。個別素子選択回路１７８では、補正済みの画像データから、駆動すべき吐出用圧電素子１７２Ａを選択して駆動電圧を印加する。

また、測定用圧電素子１７２Ｂは個別素子選択回路１７８Ｂを介して圧電素子特性測定回路１８０に接続され、その特性を測定できるようになっている。圧電素子特性測定回路１８０は記録ヘッド制御手段１５８からは独立しており、その影響を受けることなく測定用圧電素子１７２Ｂの特性を測定できる。個別素子選択回路１７８Ｂに接続されている測定用圧電素子１７２Ｂは、吐出用圧電素子１７２Ａに比べ、その数が少なく測定精度に対する影響は少ない。

なお、圧電素子特性測定回路１８０は、インクジェット記録ヘッド１３２内に設けられている必要はなく、配線等を介して、駆動回路等が実装される基板上に設けられていてもよい。また、測定用圧電素子１７２Ｂのそれぞれに対応して圧電素子特性測定回路１８０を設けてもよいが、このように測定用圧電素子１７２Ｂのそれぞれに対応して圧電素子特性測定回路１８０を設けることは必須ではなく、上記のようには個別素子選択回路１７８Ｂを介して接続しても良い。

図１に示すように、記録ヘッドアレイ１３０の近傍（本実施形態では搬送方向の両側）には、それぞれのインクジェット記録ヘッド１３２に対応した４つのメンテナンスユニット１３４が配置されている。インクジェット記録ヘッド１３２に対してメンテナンスを行う場合には、図２に示すように、記録ヘッドアレイ１３０が上方へ移動し、搬送ベルト１２８との間に構成された間隙にメンテナンスユニット１３４が移動して入り込む。そして、ノズル面（図３参照）に対向した状態で、キャップ部材によるキャッピング、ワイパーブレードによるワイピング、等の処理を施すことができる。さらに、キャッピングした状態で、吸引ポンプ１３３を駆動することで、印字用ノズル１６２Ａの目詰まりを解消することができる。したがって、メンテナンスユニット１３４と吸引ポンプ１３３とで、本発明に係る目詰まり回復手段１３５が構成されている。

なお、本実施形態では、４つのメンテナンスユニット１３４を２つずつの２組に分割し、記録ヘッドアレイ１３０、画像記録時には記録ヘッドアレイ１３０の上流側及び下流側にそれぞれ配置されるようにしている。

このような構成とされた本実施形態のインクジェット記録装置１１２では、上記したように、給紙トレイ１１６から取り出された用紙Ｐが搬送され、搬送ベルト１２８に至る。そして、帯電ロール１３６によって搬送ベルト１２８に押し付けられると共に、帯電ロール１３６からの印加電圧によって搬送ベルト１２８に吸着（密着）して保持される。この状態で、搬送ベルトの循環によって用紙Ｐが吐出領域ＳＥを通過しつつ、記録ヘッドアレイ１３０からインク滴が吐出されて、用紙Ｐ上に画像が記録される。１パスのみで画像記録する場合には、剥離プレート１３８で用紙Ｐを搬送ベルト１２８から剥離し、排出ローラ対１４２で搬送して排紙トレイ１４６に排出する。これに対し、マルチパスで画像記録を行う場合には、必要な回数に達するまで用紙Ｐを周回させて吐出領域ＳＥを通過させた後、剥離プレート１３８で用紙Ｐを搬送ベルト１２８から剥離し、排出ローラ対１４２で搬送して排紙トレイ１４６に排出する。

ここで、本実施形態のインクジェット記録ヘッド１３２では、印字用ノズル群１６２Ｇの外側には、測定用イジェクタ１６０Ｂ、１６０Ｃと非印字ノズル１６２Ｂが設けられており、測定用イジェクタ１６０Ｂ、１６０Ｃの測定用圧電素子１７２Ｂの特性を圧電素子特性測定回路１８０で測定できる。図６に示すように、圧電素子特性測定回路１８０は記録ヘッド制御手段１５８からは独立しており、その影響を受けないので、測定用圧電素子１７２Ｂの特性を高精度で測定できる。そして、波形生成回路１７４で生成された駆動電圧を、この測定結果に基づいて波形アンプ１７６で調整することで、高精度でのインク滴吐出が可能となる。

これに対し、たとえば図７に示すように、測定用圧電素子１７２Ｂを設けることなく、波形アンプ１７６と圧電素子特性測定回路１８０とを切り替えスイッチ１８２で切り替えて吐出用圧電素子１７２Ａの特性を測定するようにした構成では、圧電素子特性測定回路１８０が切り替えスイッチ１８２を介して波形アンプ１７６につながっているので、その影響を受ける。このため、図６に示す構成のような高精度での測定が難しくなる。特に、本実施形態のようなインクジェット記録ヘッド１３２に実装可能な切り替えスイッチ１８２としては、コストや大きさ等点から半導体スイッチに限定されてしまうことが多いが、半導体スイッチは、わずかな漏れ電流やいわゆるオン抵抗があるため、吐出用圧電素子１７２Ａのみの特性を測定しようとしても、記録ヘッド制御手段１５８の影響も受けてしまう。

また、図７に示した構成では、記録ヘッド制御手段１５８も、圧電素子特性測定回路１８０の影響を受ける。すなわち、上記の半導体スイッチの漏れ電流やオン抵抗により、高精度でのインク滴吐出が困難になることがある。

しかし、本実施形態では、記録ヘッド制御手段１５８が圧電素子特性測定回路１８０の影響を受けることもないので、より高精度でのインク滴吐出が可能となる。

実際に測定用圧電素子１７２Ｂの特性を測定する場合には、図８に示すように、一般的な圧電素子において静電容量と温度との間に一対一の対応関係があることを利用し、測定用圧電素子１７２Ｂの静電容量から、圧力室１７０内のインクの温度を知ることができる。そして、このインクの温度から粘度等を推定することもできる。このようにして得られたインク粘度に基づいて、波形アンプ１７６で生成される駆動波形を調整すれば、インク滴の吐出特性のバラツキを補正できる。

なお、このように、圧電素子特性測定回路１８０及び測定用圧電素子１７２Ｂが記録ヘッド制御手段１５８から独立していれば上記の効果を奏するので、かかる観点からは、測定用イジェクタ１６０Ｂ、１６０Ｃと、非印字ノズル１６２Ｂ、１６２Ｃを印字用ノズル群１６２Ｇの外側に設ける必要はない。しかしながら、一般的には、単一のインクジェット記録ヘッド１３２のそれぞれで、吐出用圧電素子１７２Ａの特性の全体的な傾向が分かれば十分であることが多い。たとえば、インクジェット記録ヘッド１３２の製造バラツキを測定し、吐出用圧電素子１７２Ａのそれぞれでの駆動条件を変えることで、インク滴の吐出特性を均一にする制御等がある。ここで、図９には、ノズルがマトリクス配置された一般的なインクジェット記録ヘッドの製造バラツキを、ノズル毎の圧電素子の固有振動数のバラツキとして測定した結果が、設計目標値からのズレ量で示されている。この図における１つの四角形が１つのノズルに対応している。この図から、上記のズレ量は概ね対角線上に略一定の割合で変化していることが分かる。したがって、図４及び図５に示すように、印字用ノズル群１６２Ｇの周囲に配置された測定用圧電素子１７２Ｂの特性を知ることができれば、インクジェット記録ヘッド１３２の全体での吐出用圧電素子１７２Ａの特性の全体的な傾向を知ることができる。

また、それぞれのインクジェット記録ヘッド１３２の製造バラツキは人間の視認性よりも大きいため、本実施形態のように複数のインクジェット記録ヘッド１３２を並べて長尺型ヘッド１４０を構成した場合（図２（Ｂ）及び図３参照）には、吐出特性の似通ったインクジェット記録ヘッド１３２を隣接配置して、インクジェット記録ヘッド１３２どうしの隣接部分近傍での吐出特性に急激な変化がないようにすることが好ましい。そして、図４に示すように、印字用ノズル群１６２Ｇの周囲に配置された測定用圧電素子１７２Ｂの特性を知ることができれば、吐出特性の似通ったインクジェット記録ヘッド１３２を隣接配置して、隣接部分近傍での吐出特性の急激な変化を少なくすることが可能になる。

インクジェット記録装置１１２の使用途中では、インクジェット記録ヘッド１３２に対し不具合が発生することがある。たとえば、使用環境中の異物がノズル内にから侵入してインクと反応し、ノズル詰まりを発生すること等が考えられる。そして、このような不具合は、１つのインクジェット記録ヘッド１３２において、周囲部のノズルから発生し始めることが多い。これは、たとえばワイパーブレードによってインクジェット記録ヘッド１３２をワイピングする場合に、周辺部のノズルにはワイパーブレードが最初に当たるので、ワイパーブレード上の異物がノズルに侵入しやすいためとか考えられる。また、周辺部のノズルは使用頻度が低い場合があり、異物の滞留やインクの増粘を助長しやすいことも原因のひとつと考えられる。

本実施形態では、このように不具合が生じやすい周辺部のノズルの一部が、実質的に非印字ノズル１６２Ｂとなっている。したがって、この非印字ノズル１６２Ｂに対応する測定用圧電素子１７２Ｂの特性を測定することで、上記した不具合を効果的に発見可能となる。

図１０には、本発明の第２実施形態のインクジェット記録装置２１２の全体構成が示されている。また、図１１には、このインクジェット記録装置２１２のインクジェット記録ヘッド２３２のブロック構成が示されている。以下では、第２実施形態において第１実施形態と同一の構成要素、部材等については同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。

図１１に示すように、第２実施形態のインクジェット記録ヘッド２３２では、測定用圧電素子１７２Ｂに対して、圧電素子特性測定回路１８０と波形生成回路２７４及び波形アンプ２７６とが切り替えスイッチ２８２によって選択的に接続されている。波形生成回路２７４及び波形アンプ２７６は、吐出用圧電素子１７２Ａに対応した記録ヘッド制御手段１５８とは独立しており、その影響を受けないようになっている。

また、この波形アンプ２７６は、測定用圧電素子１７２Ｂを、波形アンプ１７６とは異なる各種の駆動条件（電圧波形）で駆動することができる。

図１０に示すように、第２実施形態のインクジェット記録装置２１２では、メンテナンスユニット１３４のそれぞれに目詰まりセンサ２８４が取り付けられており、印字用ノズル１６２Ａ（図４及び図５参照）の目詰まりが、目詰まり回復手段１３５で回復可能であるか否かを検出できるようになっている。検出の結果、回復可能であると判断された場合には、目詰まり回復手段１３５によって目詰まり回復の処理が行われる。回復不能であると判断された場合には、筐体１１４に設けられた報知部２８６によってその旨が報知される。なお、報知部２８６による報知の具体的方法は特に限定されないが、たとえば、表示パネルによる表示や表示ランプの点灯（あるいは点滅）、さらに、音声や報知音による報知を挙げることができる。

このような構成とされた第２実施形態のインクジェット記録装置２１２においても、第１実施形態と全く同様に、用紙Ｐに所望の画像を記録することができる。また、測定用圧電素子１７２Ｂの特性を高精度で測定し、波形生成回路１７４で生成された駆動電圧を、この測定結果に基づいて波形アンプ１７６で調整することで、高精度でのインク滴吐出が可能となる。

ここで、第２実施形態のインクジェット記録装置２１２では、測定用圧電素子１７２Ｂに対し、波形アンプ２７６で各種の駆動波形を設定して電圧印加することで、たとえばインク滴吐出の特性が経時的に、あるいはインクジェット記録装置２１１の使用に伴って変化してしまうような各種条件下での特性変化を知ることができる。

また、第２実施形態のインクジェット記録装置２１２では、吐出用圧電素子１７２Ａが寿命を迎える前、すなわち、吐出特性の変化によって記録画像に影響を与える前に、インクジェット記録ヘッド２３２を交換することも可能となる。すなわち、一般に圧電素子の寿命による劣化を高精度で予測することは困難であり、圧電素子による寿命のバラつきも大きい、しかも、インクジェット記録ヘッド２３２に搭載された吐出用圧電素子１７２Ａに対しては破壊検査を行うこともできないため、その劣化を高精度で知ることは難しい。しかし、第２実施形態では、測定用圧電素子１７２Ｂに駆動電圧を印加することにより、その状態（劣化の程度）を高精度で知ることができる。

しかも、波形アンプ２７６からの駆動電圧として、高い負荷をかけることで劣化を促進するような条件（加速条件）で測定用圧電素子１７２Ｂを駆動すれば、使用頻度が最も高い吐出用圧電素子１７２Ａよりも早期に劣化させることができるので、記録画像に影響が出ないようにすることが可能となる。

また、第２実施形態のインクジェット記録装置２１２では、印字用ノズル１６２Ａのノズル詰まりを効率的に（無駄な動作を少なくして）解消することもできる。すなわち、一般的には、最もノズル詰まりが進行した印字用ノズル１６２Ａについて、このノズル詰まりが回復不能となる直前で目詰まり解消の動作（ダミージェットやバキューム等）を行うことが好ましい。そして、本実施形態では、使用頻度が低く、目詰まりが発生しやすい部分に配置された非印字ノズル１６２Ｂにおいて、対応する測定用圧電素子１７２Ｂの特性から目詰まりを検知するので、従来のように余裕を見て早期にノズル詰まり解消の動作を行う必要がなく、効率的にノズル詰まりを解消できる。

しかも、印字用ノズル１６２Ａの目詰まりが、目詰まり回復手段１３５による目詰まり解消動作でも回復不能な場合には、筐体１１４に設けられた報知部２８６によってその旨が報知される。

なお、本発明の上記各実施形態において、波形アンプ１７６での駆動電圧の調整（測定用圧電素子１７２Ｂでの測定結果に基づく波形の調整）は、印字用ノズル１６２Ａのそれぞれに対応して行ってもよいし、複数の印字用ノズル１６２Ａをグループ化して印字用ノズルユニットを構成し、このユニットごとに行ってもよい。前者の構成では、より精密な調整が可能となる。後者の構成では、波形アンプ１７６の構造やシーケンスを簡略化できる。なお、この印字用ノズル１６２Ａのグループは、印字用ノズル群１６２Ｇと一致していてもよいが、印字用ノズル群１６２Ｇとは別に、駆動電圧を調整するための単位として印字用ノズル１６２Ａのユニットが構成されていてもよい。

また、上記各実施形態では、本発明の液滴吐出装置として、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの各色のインク滴を吐出するインクジェット記録ヘッドを備えたインクジェット記録装置を挙げたが、本発明の液滴吐出装置は、用紙Ｐ上へ画像（文字を含む）を記録するものに限定されない。すなわち、記録媒体は紙に限定されるものでなく、また、吐出する液体もインクに限定されるものではない。例えば、インク処理液を併用したり、高分子フィルムやガラス上にインクを吐出してディスプレイ用カラーフィルターを作成したり、溶接状態の半田を基板上に吐出して部品実装用のバンプを形成したりする等、工業用に用いられる液滴吐出装置全般が広く含まれる。

本発明の第１実施形態のインクジェット記録装置の全体構成を示す概略図である。 （Ａ）は本発明のインクジェット記録ヘッドを示す斜視図であり、（Ｂ）はこのインクジェット記録ヘッドで構成された長尺型ヘッドを示す斜視図である。 本発明に係る長尺型ヘッドのノズル配列を示す部分拡大図である。 本発明に係るインクジェット記録ヘッドのイジェクタ及びノズルを示す説明図である。 本発明に係るインクジェット記録ヘッドのイジェクタ及びノズルを拡大して示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。 本発明の第１実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの内部構成を示す概略ブロック図である。 比較例のインクジェット記録ヘッドの内部構成を示す概略ブロック図である。 圧電素子の静電容量と温度との一般的な関係を定性的に示すグラフである。 ノズルがマトリクス配置されたインクジェット記録ヘッドでのノズル毎の圧電素子の固有振動数のバラツキを、設計目標値からのズレ量で示す説明図である。 本発明の第２実施形態のインクジェット記録装置の全体構成を示す概略図である。 本発明の第２実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの内部構成を示す概略ブロック図である。

符号の説明

１１２ インクジェット記録装置
１１４ 筐体
１１６ 給紙トレイ
１１８ ピックアップロール
１２０ 搬送ローラ対
１２２ 搬送経路
１２４ 駆動ロール
１２６ 従動ロール
１２８ 搬送ベルト
１２８Ｆ 平坦部分
１３０ 記録ヘッドアレイ
１３２ インクジェット記録ヘッド
１３３ 吸引ポンプ（目詰まり回復手段）
１３４ メンテナンスユニット（メンテナンス手段、目詰まり回復手段）
１３５ 回復手段
１３６ 帯電ロール
１３８ 剥離プレート
１４０ 長尺型ヘッド
１４２ 排出ローラ対
１４４ 排出経路
１４６ 排紙トレイ
１４８ クリーニングロール
１５０ 反転用ローラ対
１５２ 反転経路
１５４ インクタンク
１５５ インク供給系
１５６ フレキシブル配線板
１５８ 記録ヘッド制御手段（吐出用駆動回路）
１６０Ａ 吐出用イジェクタ
１６０Ｂ 測定用イジェクタ
１６２Ａ 印字用ノズル
１６２Ｇ 印字用ノズル群
１６２Ｂ 非印字ノズル
１６２Ｃ 非印字ノズル
１６４ 振動板
１６６ インク供給路
１６８ インク供給口
１７０ 圧力室
１７２Ａ 吐出用圧電素子
１７２Ｂ 測定用圧電素子
１７４ 波形生成回路
１７６ 波形アンプ（駆動波形調整回路）
１７８ 個別素子選択回路
１７８Ｂ 個別素子選択回路
１８０ 圧電素子特性測定回路
１８２ 切り替えスイッチ
２１２ インクジェット記録装置
２３２ インクジェット記録ヘッド
２７４ 波形生成回路
２７６ 波形アンプ（駆動波形調整回路）
２８２ 切り替えスイッチ
２８４ 目詰まりセンサ
２８６ 報知部（報知手段）
Ｐ 用紙
ＳＥ 吐出領域

Claims (13)

1. 液滴を吐出するための印字用ノズルと、
   前記印字用ノズルに対応して備えられ印字用ノズルから液滴を吐出するために液体に圧力を作用させる吐出用圧電素子と、
   前記吐出用圧電素子を駆動する吐出用駆動回路と、
   液滴を吐出しない非印字ノズルと、
   前記非印字ノズルに対応して備えられた測定用圧電素子と、
   前記測定用圧電素子の特性を測定可能な特性測定回路と、
   を有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
2. 前記測定用圧電素子が、前記吐出用駆動回路と非接続とされていることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
3. 前記測定用圧電素子が、前記吐出用駆動回路と接続されていることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
4. 前記吐出用駆動回路が、前記吐出用圧電素子の駆動波形を調整する駆動波形調整回路、
   を有していることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッド。
5. 前記駆動波形調整回路が、複数の前記印字用ノズルで構成されるノズルユニットごとに前記駆動波形を調整可能とされていることを特徴とする請求項４に記載の液滴吐出ヘッド。
6. 前記駆動波形調整回路が、前記印字用ノズルのそれぞれに対し前記駆動波形を調整可能とされていることを特徴とする請求項４に記載の液滴吐出ヘッド。
7. 前記駆動波形調整回路が、前記測定用圧電素子の特性に基づいて推定された温度によって前記駆動波形を調整可能とされていることを特徴とする請求項４〜請求項６のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッド。
8. 請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッドであって、
   前記非印字ノズル及び前記測定用圧電素子が、この液滴吐出ヘッドの製造ばらつきを低減させるためのダミーパターンを兼ねていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
9. 請求項３に記載の液滴吐出ヘッドであって、
   複数の前記印字用ノズルによって印字用ノズル群が構成され、
   前記非印字ノズルが、前記印字用ノズル群の周囲の少なくとも一部に配置されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
10. 請求項３に記載の液滴吐出ヘッドであって、
    前記非印字ノズルから液滴が不吐出とされ、
    前記吐出用駆動回路が吐出用圧電素子よりも高い負荷を測定用圧電素子に作用させることが可能とされていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
11. 請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッドを複数つなぎ合わせて構成された長尺型ヘッドであって、隣接する液滴吐出ヘッドの隣接部分近傍では、測定用圧電素子の特性がより近くなる方向でそれぞれの液滴吐出ヘッドが配置されていることを特徴とする長尺型ヘッド。
12. 請求項９に記載の液滴吐出ヘッドと、
    少なくとも前記液滴吐出ヘッドの印字用ノズルの目詰まりを回復する目詰まり回復手段と、
    前記非印字ノズルで生じた目詰まりが前記目詰まり回復手段で回復不能の場合に報知する報知手段と、
    を有することを特徴とする液滴吐出装置。
13. 請求項３に記載の液滴吐出ヘッドと、
    前記液滴吐出ヘッドの印字用ノズル及び非印字ノズルにメンテナンス処理を施すことが可能なメンテナンス手段と、
    を有することを特徴とする液滴吐出装置。

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