JP2007090654A - 液体吐出装置及び気泡判断方法 - Google Patents

液体吐出装置及び気泡判断方法 Download PDF

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Abstract

【課題】簡易な構成及び方法によって吐出異常の有無を判断可能な液体吐出装置及び気泡判断方法を提供する。
【解決手段】センサ５９から得られたセンシング信号は、チャージアンプ２０８で増幅され、ピーク検出回路２１０でピーク値が検出される。閾値可変回路２２２では、予めメモリ２１６に記憶されている基準ピーク値とピーク検出回路２１０で検出されたピーク値の差分が抽出され、この差分が閾値に設定される。比較回路２２４では、この閾値とセンシング信号が比較された比較結果から圧力室に存在する気泡のサイズを判断することができ、圧力室に存在する気泡のサイズに応じたメンテナンス動作が実行される。
【選択図】 図８

Description

本発明は、液体吐出装置及び気泡判断方法に係り、特にノズルから液体を吐出させてメディア上に画像等を形成する液体吐出装置における吐出検出に関する。
多数のノズルを有するインクジェットヘッドを備え、このインクジェットヘッドからメディアに向けてインクを吐出することにより、メディア上に画像を記録するインクジェット記録装置が知られている。
インクジェット記録装置では、インクの粘度の増加やインクジェットヘッド内への気泡混入、インク吐出面へのほこりや紙粉などの異物の付着等が起こると、ノズルが目詰まりしてインク液滴を吐出できない場合がある。ノズルが目詰まりするとメディア上に形成された画像にドット抜けが生じ、該画像の品質を劣化させる原因となる。インクジェット記録装置は、このようなノズル詰まりを検出し、検出されたノズルにはメンテナンス動作が施されるように構成されている。
ここで、図１７(a)〜(d)を用いて、従来技術に係るノズルの吐出異常判定の一例を説明する。従来技術に係る吐出異常判定では、圧力室に備えられた圧力センサによって当該圧力室の発生圧力を検出し、該発生圧力の波形のピーク値Ｖｐと所定の閾値電圧Ｖｔｈとの大小関係によって当該圧力室と連通するノズルの吐出異常が判断される。
図１７(a)には、圧力センサから得られたセンシング信号３００を示す。図１７に示すセンシング信号３００は圧力室の圧力（圧力波形）に比例した電圧（波形）を有しており、このセンシング信号３００のピーク値Ｖｐと予め設定された閾値電圧Ｖｔｈとの大小関係から当該圧力室の圧力異常が判断される。
センシング信号３００のピーク値Ｖｐが閾値電圧Ｖｔｈよりも大きい場合には、図１７(b)に示すように、パルス信号３０２が得られるように構成されており、このパルス信号３０２が得られた場合には圧力室の圧力は正常であり、当該圧力室と連通するノズルは正常吐出状態であると判断される。
一方、図１７(c)に示すセンシング信号３０４は、閾値電圧Ｖｔｈよりも小さなピークＶｐ’を有しているので、図１７(d)に示すようにパルス信号（図１７(b)に符号３０２で図示）が得られない。このようにパルス信号が得られない場合には当該圧力室に圧力異常が発生していると判断され、当該圧力室と連通するノズルは吐出異常状態であると判断される。即ち、閾値電圧Ｖｔｈを適宜設定することで、圧力室の圧力異常を判断し、圧力異常が発生している圧力室と連通するノズルは吐出異常状態であると判断することができる。
また、ノズルの吐出異常を何らかの方法によって検出することなく、一定のインターバルでノズルに対してメンテナンス処理を施すように構成されるシステムが提案されている。このように吐出異常が発生する前にノズルに対してメンテナンス処理を施すシステムによれば、メンテナンス処理のインターバルを適宜設定することで、吐出異常の発生を未然に防ぐことが可能になる。
特許文献１に記載された発明は、複数のノズルのインク流路のそれぞれに電歪振動子を設け、該電歪振動子に駆動電圧を印加することにより、インク液滴の吐出を行うインクジェット記録ヘッドにおいて、インク流路の容積変化により電歪振動子に発生する電圧が駆動電圧以上の過剰電圧になるか否かを、印画動作中に常に検出して前記インク流路内の気泡の有無を検出する気泡検出手段を備えている。
特開平１０−１１４０７４号公報
しかしながら、図１７(a)〜(d)に示す例では、固定された１つの閾値電圧に基づいて圧力室の圧力異常が判断されるので、吐出に影響を与えない程度の圧力異常が発生しても、該圧力異常に基づき吐出異常が発生していると判断されて、当該ノズルに対してメンテナンス処理が施されてしまう。
また、一定のインターバルで、メンテナンス処理が行われるように構成されたシステムでは、メンテナンス処理のインターバルを管理するために高価な時計（タイマー）回路が必要であり、また、吐出異常の有無にかかわらずメンテナンス処理が実行されるのでインクの消費量が増えてしまい経済的ではない。
上記特許文献１に記載の発明は、電歪振動子に発生する電圧が駆動電圧以上の過剰電圧になるか否かによって気泡の有無を検出しているので、インク液滴の吐出に影響しない程度の小さなサイズの気泡も吐出異常として検出してしまう。したがって、無駄な回復処理を行うことになり、インクの消費量が増加し経済的ではない。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、簡易な構成及び方法によって吐出異常の有無を判断可能な液体吐出装置及び気泡判断方法を提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、本発明に係る液体吐出装置は、液体を吐出させるノズルと、前記ノズルに対応して設けられた圧力室と、前記圧力室を構成する壁面に設けられ前記圧力室に圧力を発生させる圧力発生素子と、前記圧力室を構成する壁面に設けられ、前記圧力発生素子によって発生させた圧力室の圧力を検出する検出素子と、を有する液体吐出ヘッドと、前記検出素子から得られる検出信号の波形に応じて閾値を設定する閾値設定手段と、前記閾値設定手段によって設定された閾値と前記検出信号とを比較する比較手段と、前記比較手段の比較結果に基づいて当該圧力室に存在する気泡の大きさを判断する判断手段と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、検出素子から得られる圧力室の圧力に比例した検出信号に基づいて閾値が設定され、この閾値と検出信号の波形とを比較した比較結果から圧力室に存在する気泡の大きさが判断されるので、簡易な構成により圧力室に発生した気泡の大きさを判断することができ、また、検出精度の向上が見込まれる。
即ち、圧力室内に気泡が発生すると該圧力室には気泡の大きさに比例した圧力損失が生じ、検出信号にはこの圧力損失に応じた波形の変動（圧力損失に比例した電圧降下）が現れるので、この検出信号波形の変動に対応して閾値を設定することで、気泡の大きさの判断に好適な閾値が設定される。
検出素子には、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）などのフッ化樹脂系圧電素子が好適に用いられる。また、圧力発生素子には、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などのセラミック系圧電素子（圧電アクチュエータ）が好適に用いられる。検出素子及び圧力発生素子として複数の圧電素子を備える態様では、複数の圧力室に対して一体に圧電体を形成して圧力室に対応する部分に駆動信号印加電極を設ける態様を適用してもよいし、各圧力室に対して圧電体を形成して各圧電体に駆動信号印加電極を設ける態様を適用してもよい。
なお、検出素子から得られた検出信号に増幅やノイズ除去などの信号処理を施す信号処理手段を備えてもよい。
液体吐出ヘッドには、記録媒体の全幅（記録媒体の画像形成可能幅）に対応した長さの吐出孔列を有するライン型ヘッドや、記録媒体の全幅に満たない長さの吐出孔列を有する短尺ヘッドを記録媒体の幅の方向へ走査させるシリアル型ヘッドがある。
ライン型の液体吐出ヘッドには、記録媒体の全幅に対応する長さに満たない短尺の吐出孔列を有する短尺ヘッドを千鳥状に配列して繋ぎ合わせて、記録媒体の全幅に対応する長さとしてもよい。
圧力発生素子を駆動して圧力室に所定の圧力を発生させる状態には、圧力室に発生させた圧力を吐出力としてノズルから所定量の液体を吐出する状態が含まれる。即ち、圧力発生素子は圧力室内の液体に吐出力を与える吐出力発生素子としての機能を有する。
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の液体吐出装置の一態様に係り、前記液体吐出ヘッドに対して気泡除去処理を施す気泡除去手段と、前記判断手段の判断結果に基づいて前記気泡除去手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
請求項２に係る発明によれば、判断手段の判断結果に応じて液体吐出ヘッドに気泡除去処理が施されるので、圧力室に存在する気泡の大きさに対応した好ましい気泡除去処理が実行される。
例えば、液体吐出に影響を与えない程度の大きさを有する（小さな）気泡が圧力室に存在する場合には、気泡除去処理を実行しないように制御する態様がある。このように吐出に影響しない小さな気泡が圧力室に存在する場合に気泡除去動作を行わない態様では、気泡除去処理によるインク消費量を抑制することができる。また、気泡除去処理の回数を減らすことができるので、気泡除去処理負荷が低減される。
気泡除去処理には、パージや吸引等のメンテンナンス処理と呼ばれる処理を含み、圧力室内の気泡排除と同時にノズル内の増粘インクの除去などの処理が行われる態様がある。気泡除去処理として、電源オン時や設定変更等に伴う初期化（イニシャライズ）時に実行される回復処理を適用してもよい。
請求項３に記載の発明は、請求項２記載の液体吐出装置の一態様に係り、前記制御手段は、前記判断手段によって前記圧力室に存在する気泡が吐出異常となる大きさを有すると判断されると、前記液体吐出ヘッドの気泡除去を実行するように前記気泡除去手段を制御することを特徴とする。
請求項３に記載の発明によれば、液体の吐出に影響を与えるような（吐出異常なり得る）気泡が圧力室に存在する場合には気泡除去処理が実行されるので、圧力室に気泡が存在することによる吐出異常を未然に防ぐことが可能になる。
請求項４に記載の発明は、請求項１、２又は３記載の液体吐出装置の一態様に係り、前記閾値設定手段は、前記検出素子から得られた前記検出信号の最大値に基づいて前記閾値を設定することを特徴とする。
請求項４に記載の発明によれば、気泡の大きさに比例する検出信号の最大値に基づいて閾値が設定されるので、簡易な方法によって気泡の大きさを判断可能である。
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の液体吐出装置の一態様に係り、前記検出信号の最大値を基準最大値として記憶する基準最大値記憶手段を備え、前記閾値設定手段は、前記基準最大値記憶手段に記憶される基準最大値と、前記検出素子から得られる検出信号の最大値との差分を閾値として設定することを特徴とする。
請求項５に記載の発明によれば、予め記憶されている基準最大値と検出手段から得られた検出信号と差分を抽出し、この差分が閾値に設定されるので、気泡の大きさを精度よく判断することができる。
最大値記憶手段は他の記憶手段（記憶素子）と兼用することもできる。
基準最大値と検出素子から得られる検出信号の最大値との差分を予め決められた基準閾値に加算した結果を閾値として設定することも可能である。閾値の基準となる初期値（デフォルト値）を記憶する記憶手段（閾値記憶手段）を備えるとよい。
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のうち何れか１項に記載の液体吐出装置の一態様に係り、前記液体吐出ヘッドは、複数の前記ノズルと、複数の前記ノズルに対応する複数の前記圧力室と、複数の前記圧力室に対応する複数の前記検出素子を有し、前記閾値設定手段は、複数の前記圧力室のそれぞれに対応して前記閾値を設定することを特徴とする。
請求項６に記載の発明によれば、複数のノズル及び複数の圧力室のそれぞれに対して閾値が設定されるので、各圧力室に設けられる検出素子の個体差（バラつき）などが考慮された好ましい気泡判断が実行される。
また、本発明は上記目的を達成する方法発明を提供する。即ち、請求項７に係る気泡判断方法は、液体を吐出させるノズルと、前記ノズルに対応して設けられた圧力室と、前記圧力室を構成する壁面に設けられ前記圧力室に圧力を発生させる圧力発生素子と、前記圧力室を構成する壁面に設けられ、前記圧力発生素子によって前記圧力室に発生させた圧力を検出する検出素子と、を有する液体吐出ヘッドの気泡判断方法であって、前記圧力発生素子を駆動して前記圧力室に圧力を発生させる圧力発生工程と、前記圧力発生工程によって前記圧力室に圧力を発生させた際に前記検出素子から検出信号を取得する検出信号取得工程と、前記検出信号取得工程によって取得された検出信号に基づいて、閾値を設定する閾値設定工程と、前記閾値設定工程によって設定された閾値と前記検出信号とを比較する比較工程と、前記比較工程の比較結果に基づいて、前記圧力室に存在する気泡の大きさを判断する判断工程とを含むことを特徴とする。
圧力発生工程では、ノズルから所定量の液体を吐出させるように圧力発生素子から圧力室に対して所定の圧力を発生させる態様が含まれる。
請求項８に記載の発明は、請求項７記載の気泡判断方法の一態様に係り、前記判断工程によって判断された判断結果に基づいて、前記液体吐出ヘッドの気泡除去処理を実行する気泡除去工程を含むことを特徴とする。
請求項９に記載の発明は、請求項７又は８記載の気泡判断方法の一態様に係り、前記閾値設定工程は、前記圧力発生工程が実行されるごとに閾値を設定し、前記比較工程は、前記圧力発生工程が実行されるごとに前記閾値と前記検出素子から得られる検出信号とを比較し、前記判断工程は、前記圧力発生工程が実行されるごとに当該圧力室に存在する気泡の大きさを判断することを特徴とする。
請求項９に記載の発明によれば、圧力発生工程が実行されるごとに、リアルタイムに気泡の大きさを判断することができる。また、リアルタイムに気泡除去処理を実行することができるので、定期的なメンテナンス工程が不要になる。
請求項１０に記載の発明は、請求項７、８又は９記載の気泡判断方法の一態様に係り、前記液体吐出ヘッドに対して回復処理を実行する回復処理工程と、前記回復処理工程の直後に、前記圧力発生素子により前記圧力室に圧力を発生させ、前記検出素子により得られた検出信号の最大値を基準最大値として記憶する基準最大値記憶工程と、を含むことを特徴とする。
請求項１０に記載の発明によれば、回復処理が実行された直後の気泡が存在しない理想的な状態の圧力室に圧力を発生させたときに得られる検出信号の最大値が基準最大値として記憶される。
ここでいう回復処理工程の直後とは、回復処理工程の終了時から所定の駆動信号によって圧力発生素子が駆動されるまでの時間を含んでいてもよい。
本発明によれば、検出素子から得られる圧力室の圧力に比例した検出信号に基づいて閾値が設定され、この閾値と検出信号の波形とを比較した比較結果から圧力室に存在する気泡の大きさが判断されるので、簡易な構成より圧力室に発生した気泡の大きさを判断することができ、また、検出精度の向上が見込まれる。
〔インクジェット記録装置の全体構成〕
図１は、本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置（液体吐出装置）の全体構成図である。同図に示したように、このインクジェット記録装置１０は、黒（Ｋ），シアン（Ｃ），マゼンタ（Ｍ），イエロー（Ｙ）の各インクに対応して設けられた複数のインクジェットヘッド（以下、ヘッドという。）１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙを有する印字部１２と、各ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部１４と、記録媒体たる記録紙１６を供給する給紙部１８と、記録紙１６のカールを除去するデカール処理部２０と、前記印字部１２のノズル面（インク吐出面）に対向して配置され、記録紙１６の平面性を保持しながら記録紙１６を搬送する吸着ベルト搬送部２２と、記録済みの記録紙（プリント物）を外部に排紙する排紙部２６と、を備えている。
インク貯蔵／装填部１４は、各ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙに対応する色のインクを貯蔵するインク供給タンクを有し、各タンクは所要の管路を介してヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙと連通されている。また、インク貯蔵／装填部１４は、インク残量が少なくなるとその旨を報知する報知手段（表示手段、警告音発生手段）を備えるとともに、色間の誤装填を防止するための機構を有している。
図１では、給紙部１８の一例としてロール紙（連続用紙）のマガジンが示されているが、紙幅や紙質等が異なる複数のマガジンを併設してもよい。また、ロール紙のマガジンに代えて、又はこれと併用して、カット紙が積層装填されたカセットによって用紙を供給してもよい。
複数種類の記録紙１６を利用可能な構成にした場合、紙の種類情報を記録したバーコード或いは無線タグなどの情報記録体をマガジンに取り付け、その情報記録体の情報を所定の読取装置によって読み取ることで、使用される記録紙１６の種類（メディア種）を自動的に判別し、メディア種に応じて適切なインク吐出を実現するようにインク吐出制御を行うことが好ましい。
給紙部１８から送り出される記録紙１６はマガジンに装填されていたことによる巻きクセが残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部２０においてマガジンの巻きクセ方向と逆方向に加熱ドラム３０で記録紙１６に熱を与える。このとき、多少印字面が外側に弱いカールとなるように加熱温度を制御するとより好ましい。
ロール紙を使用する装置構成の場合、図１のように、裁断用のカッター（第１のカッター）２８が設けられており、該カッター２８によってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター２８は、記録紙１６の搬送路幅以上の長さを有する固定刃２８Ａと、該固定刃２８Ａに沿って移動する丸刃２８Ｂとから構成されており、印字裏面側に固定刃２８Ａが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃２８Ｂが配置される。なお、カット紙を使用する場合には、カッター２８は不要である。
デカール処理後、カットされた記録紙１６は、吸着ベルト搬送部２２へと送られる。吸着ベルト搬送部２２は、ローラ３１、３２間に無端状のベルト３３が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部１２のノズル面に対向する部分が水平面（フラット面）をなすように構成されている。
ベルト３３は、記録紙１６の幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引穴（不図示）が形成されている。図１に示したとおり、ローラ３１、３２間に掛け渡されたベルト３３の内側において印字部１２のノズル面に対向する位置には吸着チャンバ３４が設けられており、この吸着チャンバ３４をファン３５で吸引して負圧にすることによって記録紙１６がベルト３３上に吸着保持される。
ベルト３３が巻かれているローラ３１、３２の少なくとも一方にモータ（図７中符号８８）の動力が伝達されることにより、ベルト３３は図１上の時計回り方向に駆動され、ベルト３３上に保持された記録紙１６は図１の左から右へと搬送される。
縁無しプリント等を印字するとベルト３３上にもインクが付着するので、ベルト３３の外側の所定位置（印字領域以外の適当な位置）にベルト清掃部３６が設けられている。ベルト清掃部３６の構成について詳細は図示しないが、例えば、ブラシ・ロール、吸水ロール等をニップする方式、清浄エアーを吹き掛けるエアーブロー方式、或いはこれらの組み合わせなどがある。清掃用ロールをニップする方式の場合、ベルト線速度とローラ線速度を変えると清掃効果が大きい。
なお、吸着ベルト搬送部２２に代えて、ローラ・ニップ搬送機構を用いる態様も考えられるが、印字領域をローラ・ニップ搬送すると、印字直後に用紙の印字面をローラが接触するので画像が滲み易いという問題がある。したがって、本例のように、印字領域では画像面を接触させない吸着ベルト搬送が好ましい。
吸着ベルト搬送部２２により形成される用紙搬送路上において印字部１２の上流側には、加熱ファン４０が設けられている。加熱ファン４０は、印字前の記録紙１６に加熱空気を吹き付け、記録紙１６を加熱する。印字直前に記録紙１６を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。
印字部１２の各ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙは、当該インクジェット記録装置１０が対象とする記録紙１６の最大紙幅に対応する長さを有し、そのノズル面には最大サイズの記録紙１６の少なくとも一辺を超える長さ（描画可能範囲の全幅）にわたりインク吐出用のノズルが複数配列されたフルライン型のヘッドとなっている（図２参照）。
ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙは、記録紙１６の送り方向（紙送り方向）に沿って上流側から黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の色順に配置され、それぞれのヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙが紙搬送方向と略直交する方向に沿って延在するように固定設置される。
吸着ベルト搬送部２２により記録紙１６を搬送しつつ各ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙからそれぞれ異色のインクを吐出することにより記録紙１６上にカラー画像を形成し得る。
このように、紙幅の全域をカバーするノズル列を有するフルライン型のヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙを色別に設ける構成によれば、紙送り方向（副走査方向）について記録紙１６と印字部１２を相対的に移動させる動作を１回行うだけで（即ち１回の副走査で）、記録紙１６の全面に画像を記録することができる。これにより、記録ヘッドが紙搬送方向と直交する方向に往復動作するシャトル型ヘッドに比べて高速印字が可能であり、生産性を向上させることができる。
本例では、ＫＣＭＹの標準色（４色）の構成を例示したが、インク色や色数の組み合わせについては本実施形態に限定されず、必要に応じて淡インク、濃インク、特別色インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタなどのライト系インクを吐出するインクジェットヘッドを追加する構成も可能である。また、各色ヘッドの配置順序も特に限定はない。
印字部１２の後段には後乾燥部４２が設けられている。後乾燥部４２は、印字された画像面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けたほうが好ましいので、熱風を吹き付ける方式が好ましい。
多孔質のペーパーに染料系インクで印字した場合などでは、加圧によりペーパーの孔を塞ぐことでオゾンなど、染料分子を壊す原因となるものと接触することを防ぐことで画像の耐候性がアップする効果がある。
後乾燥部４２の後段には、加熱・加圧部４４が設けられている。加熱・加圧部４４は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラ４５で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。
こうして生成されたプリント物は排紙部２６から排出される。本来プリントすべき本画像（目的の画像を印刷したもの）とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット記録装置１０では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部２６Ａ、２６Ｂへと送るために排紙経路を切り換える不図示の選別手段が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター（第２のカッター）４８によってテスト印字の部分を切り離す。カッター４８は、排紙部２６の直前に設けられており、画像余白部にテスト印字を行った場合に本画像とテスト印字部を切断するためのものである。カッター４８の構造は前述した第１のカッター２８と同様であり、固定刃４８Ａと丸刃４８Ｂとから構成される。
また、図１には示さないが、本画像の排出部２６Ａには、オーダー別に画像を集積するソーターが設けられる。
〔液体吐出ヘッドの構成〕
次に、液体吐出ヘッド（以下、ヘッドと記載）の構造について説明する。色別の各ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙの構造は共通しているので、以下、これらを代表して符号５０によってヘッドを示すものとする。
図３(a) はヘッド５０の構造例を示す平面透視図であり、図３(b) はその一部の拡大図である。また、図３(c) はヘッド５０の他の構造例を示す平面透視図、図５はインク室ユニットの立体的構成を示す断面図（図３(a),(b) 中の４−４線に沿う断面図である。
記録紙１６上に印字されるドットピッチを高密度化するためには、ヘッド５０におけるノズルピッチを高密度化する必要がある。本例のヘッド５０は、図３(a)〜(c) に示したように、インク滴の吐出孔であるノズル５１と、各ノズル５１に対応する圧力室５２等からなる複数のインク室ユニット（吐出素子）５３を千鳥でマトリクス状に（２次元的に）配置させた構造を有し、これにより、ヘッド長手方向（紙送り方向と直交する主走査方向）に沿って並ぶように投影される実質的なノズル間隔（投影ノズルピッチ）の高密度化を達成している。
記録紙１６の送り方向と略直交する方向に記録紙１６の全幅に対応する長さにわたり１列以上のノズル列を構成する形態は本例に限定されない。例えば、図３(a) の構成に代えて、図３(c) に示すように、複数のノズル５１が２次元に配列された短尺のヘッドブロック５０’を千鳥状に配列して繋ぎ合わせることで記録紙１６の全幅に対応する長さのノズル列を有するラインヘッドを構成してもよい。
なお、本例では圧力室５２の平面形状が略正方形である態様を示したが、圧力室５２の平面形状は略正方形に限定されず、略円形状、略だ円形状、略平行四辺形（ひし形）など様々な形状を適用することができる。また、ノズル５１や供給口５４の配置も図３に示す配置に限定されず、圧力室５２の略中央部にノズル５１を配置してもよいし、圧力室５２の側壁側に供給口５４を配置してもよい。
図３(b) に示すように、主走査方向に沿う行方向及び主走査方向に対して直交しない一定の角度θを有する斜めの列方向とに沿って一定の配列パターンで格子状に多数配列させることにより、本例の高密度ノズルヘッドが実現されている。
即ち、主走査方向に対してある角度θの方向に沿って吐出素子５３を一定のピッチｄで複数配列する構造により、主走査方向に並ぶように投影されたノズルのピッチＰはｄ× cosθとなり、主走査方向については、各ノズル５１が一定のピッチＰで直線状に配列されたものと等価的に取り扱うことができる。このような構成により、主走査方向に並ぶように投影されるノズル列が１インチ当たり2400個（2400ノズル／インチ）におよぶ高密度のノズル構成を実現することが可能になる。
本発明の実施に際してノズルの配置構造は図示の例に限定されず、副走査方向に１列のノズル列を有する配置構造など、様々なノズル配置構造を適用できる。
図４は、吐出素子５３の立体的構成を示す断面図である。同図に示すように、圧力室５２の天面を構成し共通電極と兼用される加圧板５６には個別電極５７を備えた圧電アクチュエータ５８（圧力発生手段）が接合されており、個別電極５７に駆動電圧（駆動信号）を印加することによって圧電アクチュエータ５８が変形してノズル５１からインクが吐出される。インクが吐出されると、共通流路５５から供給口５４を通って新しいインクが圧力室５２に供給される。
一方、インクの吐出やリフィルなどによって圧力室５２の圧電アクチュエータ５８と反対側に設けられたセンサ５９（検出素子）が圧力を受けると、センサ５９には、この圧力に応じた歪み（応力）が生じ、この歪みに応じた電圧を検出信号（センシング信号）としてセンサ５９から得ることができる。即ち、センサ５９から圧力室５２に生じる圧力に応じた電圧（波形）を取り出すことができる。
本インクジェット記録装置１０では、センサ５９から得られるセンシング信号に基づいて圧力室５２に存在する気泡の大きさを判断し、この気泡の大きさに基づいて当該圧力室５２と連通するノズル５１に吐出異常が発生しているか否かを判断する。
センサ５９には、圧力室側の面と圧力室の反対側の面にそれぞれセンシング信号の取出電極１００，１０２が設けられており、この圧力室側の取出電極１００及び圧力室と反対側の取出電極１０２からセンシング信号が取得されるように構成される。
本例に示すセンサ５９は、取出電極１００から出力するセンシング信号を反転した反転信号が取出電極１０２から出力されるフローティング出力型のセンサが適用される。即ち、取出電極１００から得られるセンシング信号と取出電極１０２から得られるセンシング信号とは、略同位相であり反転関係を有している。
なお、取出電極１００の圧力室側及び取出電極１０２の圧力室５２と反対側の面は絶縁処理が施される。また、センサ５９の変位を妨げないようにセンサ５９の取出電極１０２の圧力室５２と反対側には空洞部を設ける態様が好ましい。
また、圧電アクチュエータ５８の加圧板５６と反対側には、圧電アクチュエータ５８に与える駆動信号やセンサ５９から得られたセンシング信号を伝送する配線パターン（不図示）が形成されたフレキシブルケーブル（フレキシブル基板）１１０が配設される。フレキシブルケーブル１１０と加圧板５６との間には、圧電アクチュエータ５８とフレキシブルケーブル１１０との間に空間部１１２を形成するとともに、フレキシブルケーブル１１０を下側から支持する支持部材１１４が設けられている。
圧電アクチュエータ５８の上部側（圧電アクチュエータ５８とフレキシブルケーブル１１０との間）に空間部１１２を設けることで、圧電アクチュエータ５８を駆動させる際に圧電アクチュエータ５８の変位を規制することなく、該圧電アクチュエータ５８の発生圧力の損失を抑えることができる。
フレキシブルケーブル１１０は、エポキシやポリイミドなどの樹脂部材から成る支持層（絶縁層）に銅などの導電体層が形成された構造を有している。本例では、３層以上の導電体層と複数の支持層とを交互に積層した多層構造を有するフレキシブルケーブルが適用される。
圧電アクチュエータ５８の個別電極５７は、加圧板５６の圧電アクチュエータ配設面５６Ａに形成される水平配線（不図示）と導通し（言い換えると、個別電極５７は加圧板５６の圧電アクチュエータ配設面に引き出されて水平配線と電気的に接合され）、この水平配線は支持部材１１４を貫通するように形成される垂直配線１２０（破線で図示）と導通する。更に、垂直配線１２０はフレキシブルケーブル１１０に形成される配線パターンと導通するように電気的に接合される。
即ち、圧電アクチュエータ５８に与える駆動信号は、ヘッドドライバ（図７の符号８４）からフレキシブルケーブル１１０の配線パターンと、垂直配線１２０と、不図示の水平配線と、を介して圧電アクチュエータ５８の個別電極５７へ伝送される。
また、センサ５９から得られるセンシング信号は、取出電極１００，１０２と、それぞれに導通する水平配線１２２，１２４と、流路構造体５０Ａと、加圧板５６と、支持部材１１４を貫通するように形成される垂直配線１２６，１２８と、フレキシブルケーブル１１０の配線パターンと、を介して図７に示す信号処理部８５へ伝送される。
即ち、駆動信号が伝送される駆動信号配線は、フレキシブルケーブル１１０の配線パターンと、垂直配線１２０と、不図示の水平配線と、を含んで構成され、センシング信号を伝送するセンシング信号配線は、フレキシブルケーブル１１０の配線パターンと、垂直配線１２６，１２８と、水平配線１２２，１２４と、を含んで構成される。
図４に示す圧電アクチュエータ５８にはＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ・Ｔｉ）Ｏ3 、チタン酸ジルコン酸鉛）などのセラミック材料を用いた圧電素子が好適に用いられ、センサ５９には、ＰＶＤＦ（Polyvinylidene fluoride 、ポリフッ化ビニリデン）やＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ（ポリフッ化ビニリデン３フッ化エチレン共重合体）などのフッ化樹脂材料を用いた圧電素子が好適に用いられる。
一般に、吐出力を発生させるアクチュエータには等価圧電定数（ｄ定数、電気機械変換定数、圧電歪定数）の絶対値が大きく駆動特性に優れた圧電素子が好ましく、圧力を検出するセンサには圧電出力係数（ｇ定数、機械電気変換定数、圧電応力定数）が大きく検出特性に優れた圧電素子が好ましい。即ち、駆動特性に優れた圧電素子にはＰＺＴなどのセラミック系材料が好適であり、一方、検出特性に優れた圧電素子にはＰＶＤＦやＰＶＤＦ−ＴｒＦＥなどのフッ化樹脂系材料が好適である。セラミック系材料にはチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ・Ｔｉ）Ｏ3 ）があり、強誘電体のチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3 ）と反強誘電体のジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ3 ）を基本組成とし、この２成分の混合比を変えることによって圧電、誘電、弾性などの諸特性をコントロールできる。
なお、圧力室５２内のインクに吐出力を与える圧電アクチュエータ５８及び圧力室５２の圧力を検出するセンサ５９との配置は図４に示す配置に限定されず、それぞれを圧力室５２の同一壁面に備えてもよいし、異なる壁面に備えてもよい。また、圧電アクチュエータ５８及びセンサ５９を圧力室５２の内部に備える態様も可能である。圧電アクチュエータ５８及びセンサ５９を圧力室５２の内部に備える態様では、圧電アクチュエータ５８及びセンサ５９のインクと接触する部分には所定の耐インク処理（絶縁処理）が施される。
図５には、ヘッド５０の他の構造例を示す。図５に立体構造を示すヘッド５０は、各圧力室５２に対応して配設される圧電アクチュエータ５８の個別電極５７から垂直方向に立ち上がるように垂直配線１２０が形成される。
また、センシング信号が伝送される垂直配線１２６，１２８は、センサ５９の取出電極１００，１０２から立ち上がり、流路構造体５０Ａ及び加圧板５６を貫通し、更に、垂直配線１２０が立ち並んだ空間を貫通するように（垂直配線１２０が配設される空間に立ち並ぶように）形成される。なお、図５に示す符号１３０，１３２は、センサ５９の取出電極１００の圧力室側に形成された絶縁層（保護層）及び、取出電極１０２の圧力室と反対側に形成された絶縁層である。
このように、加圧板５６とフレキシブルケーブル１１０との間に柱状の垂直配線１２０，１２６，１２８が立ち並んだ空間は、該空間から供給側流路５４Ａ及び供給口（供給絞り）５４を介して各圧力室５２にインクを供給するための共通流路（共通液室）５５となっている。
図５には、吐出素子５３を１つだけ図示し、共通流路５５及びフレキシブルケーブル１１０の一部を図示したが、本例における共通流路５５は、図３(a)に示すすべての圧力室５２にインクを供給するように、圧力室５２が形成された全領域にわたって形成される１つの大きな空間となっている。なお、共通流路５５の構造はこのように大きな１つの空間として形成されるものに限定されず、いくつかの領域に分かれて複数形成されてもよい。
図５に示す垂直配線１２０、１２６，１２８は、フレキシブルケーブル１１０を下側から支え、共通流路５５となる空間を形成している。この柱のように立ち上がった垂直配線１２０をエレキ柱と呼ぶことがあり、また、垂直配線１２６，１２８はセンサ柱と呼ぶことがある。本例では、垂直配線１２０は各圧電アクチュエータ５８に対して１つずつ形成され、垂直配線１２６，１２８は各センサ５９の取出電極１００，１０２のそれぞれに対して１つずつ形成される。配線数を削減するために複数の圧電アクチュエータ５８に対応する配線をまとめて１つの垂直配線１２０としてもよいし、複数のセンサ５９に対応する配線をまとめて１つの垂直配線１２６，１２８としてもよい。
〔インク供給系の説明〕
図６はインクジェット記録装置１０におけるインク供給系の構成を示した概要図である。
インク供給タンク６０はインクを供給するための基タンクであり、図１で説明したインク貯蔵／装填部１４に設置される。インク供給タンク６０の形態には、インク残量が少なくなった場合に、不図示の補充口からインクを補充する方式と、タンクごと交換するカートリッジ方式とがある。使用用途に応じてインク種類を変える場合には、カートリッジ方式が適している。この場合、インクの種類情報をバーコード等で識別して、インク種類に応じた吐出制御を行うことが好ましい。
図６に示すように、インク供給タンク６０とヘッド５０の中間には、異物や気泡を除去するためにフィルタ６２が設けられている。フィルタ・メッシュサイズは、ノズル径と同等若しくはノズル径以下（一般的には、２０μｍ程度）とすることが好ましい。
なお、図６には図示しないが、ヘッド５０の近傍又はヘッド５０と一体にサブタンクを設ける構成も好ましい。サブタンクは、ヘッドの内圧変動を防止するダンパー効果及びリフィルを改善する機能を有する。
また、インクジェット記録装置１０には、ノズル５１の乾燥防止又はノズル近傍のインク粘度上昇を防止するための手段としてのキャップ６４と、ノズル面の清掃手段としてのクリーニングブレード６６とが設けられている。
これらキャップ６４及びクリーニングブレード６６を含むメンテナンスユニットは、不図示の移動機構によってヘッド５０に対して相対移動可能であり、必要に応じて所定の退避位置からヘッド５０下方のメンテナンス位置に移動される。
キャップ６４は、図示せぬ昇降機構によってヘッド５０に対して相対的に昇降変位される。電源ＯＦＦ時や印刷待機時にキャップ６４を所定の上昇位置まで上昇させ、ヘッド５０に密着させることにより、ノズル面をキャップ６４で覆う。
印字中又は待機中において、特定のノズル５１の使用頻度が低くなり、ある時間以上インクが吐出されない状態が続くと、ノズル近傍のインク溶媒が蒸発してインク粘度が高くなってしまう。このような状態になると、圧電アクチュエータ５８が動作してもノズル５１からインクを吐出できなくなってしまう。
このような状態になる前に（圧電アクチュエータ５８の動作により吐出が可能な粘度の範囲内で）圧電アクチュエータ５８を動作させ、その劣化インク（粘度が上昇したノズル近傍のインク）を排出すべくキャップ６４（インク受け）に向かって予備吐出（パージ、空吐出、つば吐き、ダミー吐出）が行われる。
また、ヘッド５０内のインク（圧力室５２内）に気泡が混入した場合、圧電アクチュエータ５８が動作してもノズルからインクを吐出させることができなくなる。このような場合にはヘッド５０にキャップ６４を当て、吸引ポンプ６７で圧力室５２内のインク（気泡が混入したインク）を吸引により除去し、吸引除去したインクを回収タンク６８へ送液する。
この吸引動作は、初期のインクのヘッドへの装填時、或いは長時間の停止後の使用開始時にも粘度上昇（固化）した劣化インクの吸い出しが行われる。なお、吸引動作は圧力室５２内のインク全体に対して行われるので、インク消費量が大きくなる。したがって、インクの粘度上昇が小さい場合には予備吐出を行う態様が好ましい。
本例に示すインクジェット記録装置１０は、圧力室５２に存在する気泡のサイズによって当該圧力室５２と連通するノズル５１の吐出状態が判断され、所定のサイズよりも大きな気泡が圧力室５２に存在し当該ノズル５１に吐出異常が発生していると判断されると、上述した吸引などのメンテナンス処理（気泡除去処理）が実行される。本例では、気泡除去処理の一例としてキャップ６４をヘッド５０に密着させて各ノズルからヘッド５０内のインクを吸引する態様を示したが、もちろん、吸引以外の処理によって圧力室５２内の気泡を除去してもよい。
クリーニングブレード６６は、ゴムなどの弾性部材で構成されており、図示せぬブレード移動機構（ワイパー）によりヘッド５０のインク吐出面（ノズル板表面）に摺動可能である。ノズル板にインク液滴又は異物が付着した場合、クリーニングブレード６６をノズル板に摺動させることでノズル板表面を拭き取り、ノズル板表面を清浄する。なお、該ブレード機構によりインク吐出面の汚れを清掃した際に、該ブレードによってノズル５１内に異物が混入することを防止するために予備吐出が行われる。
〔制御系の説明〕
図７はインクジェット記録装置１０のシステム構成を示す要部ブロック図である。インクジェット記録装置１０は、通信インターフェース７０、システムコントローラ７２、メモリ７４、モータドライバ７６、ヒータドライバ７８、プリント制御部８０、画像バッファメモリ８２、ヘッドドライバ８４、信号処理部８５等を備えている。
通信インターフェース７０は、ホストコンピュータ８６から送られてくる画像データを受信するインターフェース部である。通信インターフェース７０にはＵＳＢ（Universal serial bus)、ＩＥＥＥ１３９４、イーサネット（商標）、無線ネットワークなどのシリアルインターフェースやセントロニクスなどのパラレルインターフェースを適用することができる。この部分には、通信を高速化するためのバッファメモリ（不図示）を搭載してもよい。ホストコンピュータ８６から送出された画像データは通信インターフェース７０を介してインクジェット記録装置１０に取り込まれ、一旦メモリ７４に記憶される。
メモリ７４は、通信インターフェース７０を介して入力された画像を一旦格納する記憶手段であり、システムコントローラ７２を通じてデータの読み書きが行われる。メモリ７４は、半導体素子からなるメモリに限らず、ハードディスクなど磁気媒体を用いてもよい。
システムコントローラ７２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びその周辺回路等から構成され、所定のプログラムに従ってインクジェット記録装置１０の全体を制御する制御装置として機能するとともに、各種演算を行う演算装置として機能する。即ち、システムコントローラ７２は、通信インターフェース７０、メモリ７４、モータドライバ７６、ヒータドライバ７８等の各部を制御し、ホストコンピュータ８６との間の通信制御、メモリ７４の読み書き制御等を行うとともに、搬送系のモータなどのモータ８８や後乾燥部４２のヒータ等のヒータ８９を制御する制御信号を生成する。
メモリ７４には、システムコントローラ７２のＣＰＵが実行するプログラム及び制御に必要な各種データなどが格納されている。なお、メモリ７４は、書換不能な記憶手段であってもよいし、ＥＥＰＲＯＭのような書換可能な記憶手段であってもよい。メモリ７４は、画像データの一時記憶領域として利用されるとともに、プログラムの展開領域及びＣＰＵの演算作業領域としても利用される。
モータドライバ７６は、システムコントローラ７２からの指示にしたがってモータ８８を駆動するドライバ（駆動回路）である。また、ヒータドライバ７８は、システムコントローラ７２からの指示にしたがって後乾燥部４２やインクジェット記録装置１０内、ヘッド５０内の温度調整用ヒータなどのヒータ８９を駆動するドライバである。
プリント制御部８０は、システムコントローラ７２の制御に従い、メモリ７４内の画像データから印字制御用の信号を生成するための各種加工、補正などの処理を行う信号処理機能を有し、生成された印字データ（ドットデータ）をヘッドドライバ８４に供給する制御部である。プリント制御部８０において所要の信号処理が施され、該画像データに基づいてヘッドドライバ８４を介してヘッド５０のインク液滴の吐出量や吐出タイミングの制御が行われる。これにより、所望のドットサイズやドット配置が実現される。
プリント制御部８０には画像バッファメモリ８２が備えられており、プリント制御部８０における画像データ処理時に画像データやパラメータなどのデータが画像バッファメモリ８２に一時的に格納される。また、プリント制御部８０とシステムコントローラ７２とを統合して１つのプロセッサで構成する態様も可能である。
ヘッドドライバ８４はプリント制御部８０から与えられる印字データに基づいて各色のヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙの圧電アクチュエータ５８を駆動する。即ち、ヘッドドライバ８４では、プリント制御８０から得られたドットデータに基づいて圧電アクチュエータ５８へ供給される駆動信号が生成され、該駆動信号は、所定の回路及び配線等を介して各圧電アクチュエータ５８へ供給される。なお、ヘッドドライバ８４にはヘッドの駆動条件を一定に保つためのフィードバック制御系を含んでいてもよい。
即ち、印刷すべき画像のデータは、通信インターフェース７０を介して外部から入力され、メモリ７４に蓄えられる。この段階では、ＲＧＢの画像データがメモリ７４に記憶される。
メモリ７４に蓄えられた画像データは、システムコントローラ７２を介してプリント制御部８０に送られ、該プリント制御部８０においてインク色ごとのドットデータに変換される。即ち、プリント制御部８０は、入力されたＲＧＢ画像データをＫＣＭＹの４色のドットデータに変換する処理を行う。プリント制御部８０で生成されたドットデータは、画像バッファメモリ８２に蓄えられる。
ヘッドドライバ８４は、画像バッファメモリ８２に記憶されたドットデータに基づき、ヘッド５０の駆動制御信号を生成する。ヘッドドライバ８４で生成された駆動制御信号がヘッド５０に加えられることによって、ヘッド５０からインクが吐出される。記録紙１６の搬送速度に同期してヘッド５０からのインク吐出を制御することにより、記録紙１６上に画像が形成される。
信号処理部８５は、図４に示した圧力室５２の圧力に応じてセンサ５９から得られるセンシング信号に所定の信号処理を施し、該センシング信号と所定の閾値とを比較して、その比較結果をプリント制御部８０内の気泡判断部９２（判断手段）に送出する信号処理ブロックである。インクジェット記録装置１０では、この比較結果に基づいて圧力室５２に存在する気泡のサイズが判断され、所定のサイズよりも大きな気泡が存在すると判断された圧力室５２に連通するノズル５１は吐出異常状態と判断される。吐出異常状態と判断されると、システムコントローラ７２は、図６に示すキャップ６４をヘッド５０のノズル形成面に密着させるように不図示のキャップ移動機構を動作させ、図６の吸引ポンプ６７を動作させてノズル５１側からヘッド５０（圧力室５２）内の気泡を除去する。即ち、図７に示すシステムコントローラ７２はメンテナンス処理制御を行う手段としての機能を有している。
なお、信号処理部８５及び気泡判断制御の詳細は後述する。
図７のプログラム格納部９０には各種制御プログラムが格納されており、システムコントローラ７２の指令に応じて、制御プログラムが読み出され、実行される。プログラム格納部９０はＲＯＭやＥＥＰＲＯＭなどの半導体メモリを用いてもよいし、磁気ディスクなどを用いてもよい。外部インターフェースを備え、メモリカードやＰＣカードを用いてもよい。もちろん、これらの記憶媒体のうち、複数種類の記憶媒体を備えてもよい。なお、プログラム格納部９０は動作パラメータ等の記憶手段（不図示）と兼用してもよい。
なお、本例では、機能ブロックとしてシステムコントローラ７２やメモリ７４、プリント制御部８０などを個別のブロックとして図示したが、これらを集積化して１つのプロセッサとして構成してもよい。また、システムコントローラ７２の一部の機能と、プリント制御部８０の一部の機能と、を1つのプロセッサとして実現することも可能である。
〔信号処理部の説明〕
次に、図７に示す信号処理部８５について説明する。図８は、信号処理部８５の概略構成を示すブロック図である。信号処理部８５は、Ｎ個のセンサ５９（センサ１〜センサＮ）に対応するＮ個のスイッチ素子２００（２００-1〜２００-n）を有するスイッチアレイ（マルチプレクサ回路）２０２と、各センサ５９から得られたセンシング信号（図９(a)参照）を所定のゲインで増幅するチャージアンプ（増幅回路）２０８と、チャージアンプ２０８で増幅されたセンシング信号のピーク値（図９(b)参照）を検出するピーク値検出回路２１０と、ピーク値検出回路２１０で検出されたピーク値を記憶する記憶回路２１２と、を有している。
スイッチアレイ２０２の各スイッチ素子２００は、同期信号２０４に基づいてオンオフが制御される。即ち、スイッチアレイ２０２は、同期信号２０４に基づいてＮ個のセンサ５９の何れからセンシング信号を取得するかを選択する手段として機能する。
アナログ信号であるセンシング信号のピーク値を検出するピーク値検出回路２１０には、サンプルアンドホールド回路（Ｓ＆Ｈ）が好適に用いられる。
記憶回路２１２は、ピーク値検出回路２１０で検出されたピーク値をデジタルデータに変換するＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ変換回路）２１４と、スイッチアレイ２０２に与えられる同期信号２０４に基づいてメモリ２１６に該ピーク値（デジタルデータ）を記憶するＣＰＵ２１８と、ＣＰＵ２１８を介してメモリ２１６から読み出されたピーク値をアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータ（Ｄ／Ａ変換回路）２２０と、を含んで構成されている。
記憶回路２１２に用いられるＣＰＵ２１８は、メモリ２１６へのデータの書き込み及びメモリ２１６からのデータの読み出しを制御するメモリコントローラとして機能する。なお、ＣＰＵ２１８は、図７に示すシステムコントローラ７２やプリント制御部８０を構成するプロセッサと兼用してもよい。また、メモリ２１６は図７に示すメモリ７４や画像バッファメモリ８２などの他のメモリと兼用してもよい。
信号処理部８５は、記憶回路２１２に記憶されている基準ピーク値とセンサ５９から得られたセンシング信号のピーク値との差分を抽出し、この差分に基づいて予め決められた基準閾値を気泡サイズの判断に用いられる閾値に変更する（書き換える）閾値可変回路２２２と、閾値可変回路２２２で得られた閾値とチャージアンプ２０８から得られたセンシング信号とを比較する比較回路２２４と、を有している。
なお、図８に示す構成では、基準閾値は０Ｖとなっている（基準閾値を持っていない）。図８に示す構成では、当該ピーク値の差分はそのまま閾値として設定される。このように、基準閾値を持たない構成によれば、基準閾値に差分を加算する構成（工程）を省略することができ、信号処理部８５の構成及び処理が簡素化される。
比較回路２２４は、所定の閾値に対して所定の信号処理が施されたセンシング信号が大きくなるタイミングでは矩形波（パルス）を出力するコンパレータ回路を含んで構成される。
また、ピーク値検出回路２１０と記憶回路２１２との間の回路の開閉を行うスイッチ２２６と、記憶回路２１２と閾値可変回路２２２との間の回路の開閉を行うスイッチ２２８が設けられている。
即ち、吐出動作ごとに各センサ５９から得られるセンシング信号のピーク値に基づいて予め設定された基準閾値が書き換えられ（または、設定され）、この書き換えられた閾値に基づいて圧力室５２に存在する気泡のサイズを判断するように構成されている。
図９(a)には、センサ５９から得られたセンシング信号２４０（チャージアンプ２０８の入力部２０８Ａに入力されるセンシング信号）を示し、図９(b)には、図８に示すチャージアンプ２０８によって増幅されたセンシング信号２４２（図８のチャージアンプ２０８の出力部２０８Ｂから得られる信号）と、該センシング信号２４２のピーク値Ｖｐ（図８のピーク値検出回路２１０の出力部２１０Ａから得られる信号）を示す。なお、図８に示すセンサ５９の感度がよければ（即ち、センサ５９から得られたセンシング信号２４０が次段の回路において信号と認識され得る電圧を有していれば）、図８に示すチャージアンプ２０８は不要である。
〔気泡判断制御の説明〕
次に、図１０を用いて、センサ５９から得られるセンシング信号（図９(a)参照）について説明する。センサ５９から得られるセンシング信号は、圧力室５２の圧力に比例した電圧を有している。図１０に実線で図示するセンシング信号２５０は、圧力室５２の圧力が正常である場合のセンシング信号であり、そのピーク値はＶｐ１である。
また、図１０に破線で図示するセンシング信号２５２は、小サイズ（本例では、φ１０μｍ〜φ２０μｍ程度のサイズが対象）の気泡が存在する場合のセンシング信号であり、一点破線で図示するセンシング信号２５４は、中サイズの気泡（本例では、φ３０μｍ〜φ１２０μｍ程度のサイズが対象）が存在する場合のセンシング信号であり、二点破線で図示するセンシング信号２５６は、大サイズ（本例では、φ１３０μｍ以上のサイズが対象）の気泡が存在する場合のセンシング信号である。なお、図１０には、小サイズ、中サイズ、大サイズの気泡が存在する圧力室に対応するセンシング信号の代表的なものを図示してある。
図１０に示すように、センシング信号２５０のピーク値Ｖｐ１と、センシング信号２５２のピーク値Ｖｐ２と、センシング信号２５４のピーク値Ｖｐ３と、センシング信号２５６のピーク値Ｖｐ４との関係は、Ｖｐ１＞Ｖｐ２＞Ｖｐ３＞Ｖｐ４の関係を有しており、この関係は、圧力室５２に存在する気泡のサイズが大きくなると、センシング信号のピーク値が小さくなる関係があることを示している。
圧力室５２内に気泡が発生すると、圧力室５２の圧力には気泡サイズに比例した圧力損失が生じ、この圧力損失が大きくなると、圧電アクチュエータ５８により所定の吐出力を付与してもノズル５１からインクが正常に吐出されない吐出異常が発生する。即ち、インク吐出に影響するような大きなサイズの気泡が発生した場合には、当該圧力室５２及び当該圧力室５２と連通するノズル５１には速やかにメンテナンス処理が施される必要がある。
本例に示すインクジェット記録装置１０では、吐出に影響を与えるような大サイズの気泡に対応するセンシング信号２５６や中サイズの気泡に対応するセンシング信号２５４が得られた場合には吐出異常（圧力室５２の圧力異常）と判断し、吐出が影響しない小サイズの気泡に対応するセンシング信号２５２や気泡が存在しない正常時のセンシング信号が得られた場合には正常吐出（圧力室５２の圧力は正常）と判断するように、構成されている。
即ち、図９(b)に示す増幅されたセンシング信号２４２のピーク値Ｖｐに応じて気泡サイズの判断に用いられる閾値が吐出動作に同期して書き換えられるので、圧力室５２に存在する気泡サイズに基づいて当該圧力室５２と連通するノズル５１の吐出異常の有無を判断することができる。
具体的には、図８に示すメモリ２１６に予め記憶されている正常吐出時のセンシング信号のピーク値である基準ピーク値Ｖｐｏと、吐出動作時にセンサ５９から得られたセンシング信号のピーク値Ｖｐと、の差分ΔＶが抽出され、この差分ΔＶを予め決められた基準閾値Ｖｔｈｏ（に加算して，各吐出動作における気泡サイズ判断の閾値が求められる。この基準閾値Ｖｔｈｏは、図８のメモリ２１６に記憶されている。なお、基準閾値Ｖｔｈｏをシステムパラメータの１つとして記憶してもよい。
図１１〜図１４を用いて、各吐出動作における気泡判断の閾値変更の具体例を説明する。なお、本例では、予め決められた基準閾値Ｖｔｈｏが０Ｖに設定された例を示す。即ち、図１１〜図１４には、基準閾値Ｖｔｈｏを持たず、抽出された差分ΔＶがそのまま閾値として設定される例を示す。
図１１(a)には、圧力室５２内に気泡が存在しない状態のセンシング信号２５０（図１０参照、図８のチャージアンプ２０８の出力部２０８Ｂから得られる信号）を示す。図１１(a)に示すセンシング信号２５０は、図８のメモリ２１６に記憶されている基準ピーク値Ｖｐｏと略同一のピーク値Ｖｐ１を有しているので（即ち、Ｖｐｏ≒Ｖｐ１）、基準閾値Ｖｔｈｏとセンシング信号２５０のピーク値Ｖｐ１との差分ΔＶ１は略ゼロとなるので基準閾値Ｖｔｈｏは変更されない（Ｖｔｈｏ＝Ｖｔｈ１となる閾値Ｖｔｈ１に変更される）。したがって、基準閾値Ｖｔｈｏ（閾値Ｖｔｈ１）とセンシング信号２５０が比較された結果、図１１(b)に示すように、図８の比較回路２２４の出力部２２４Ａから３つの矩形波（パルス）を有するパルス信号２６０が得られる。
図１２(a)には、圧力室５２内に小サイズの気泡が発生している状態のセンシング信号２５２（図１０参照、図８のチャージアンプ２０８の出力部２０８Ｂから得られる信号）を示す。
図１２(a)に示すセンシング信号２５２は、該基準ピーク値Ｖｐｏよりも小さいピーク値Ｖｐ２を有しており、図１２(b)に示すように、基準閾値ＶｔｈｏにΔＶ２（＝Ｖｐｏ−Ｖｐ２）が加算された新たな閾値Ｖｔｈ２（＝Ｖｔｈｏ＋ΔＶ２）を図８の閾値可変回路２２２の出力部２２２Ａから得ることができる。
このようにして変更された（書き換えられた）閾値Ｖｔｈ２とセンシング信号２５２が図８の比較回路２２４により比較され、比較回路２２４の出力部２２４Ａからは、図１２(c)に示すように、２つの矩形波を有するパルス信号２６２を得ることができる。
図１３(a)には、圧力室５２内に中サイズの気泡が発生している状態のセンシング信号２５４（図１０参照、図８のチャージアンプ２０８の出力部２０８Ｂから得られる信号）を示す。図１３(a)に示すセンシング信号２５４は、該基準ピーク値Ｖｐｏよりも小さく、図１２(a)に示すセンシング信号２５２のピーク値Ｖｐ２よりも更に小さいピーク値Ｖｐ３を有しており、図１２(b)に示すように、基準閾値ＶｔｈｏにΔＶ３（＝Ｖｐｏ−Ｖｐ３）が加算された新たな閾値Ｖｔｈ３（＝Ｖｔｈｏ＋ΔＶ３）を図８の閾値可変回路２２２の出力部２２２Ａから得ることができる。
このようにして変更された閾値Ｖｔｈ３とセンシング信号２５４が図８の比較回路２２４により比較されると、図１３(c)に示すように、比較回路２２４の出力部２２４Ａから１つの矩形波を有するパルス信号２６４を得ることができる。
図１４(a)には、圧力室５２内に大サイズの気泡が発生している状態のセンシング信号２５６（図１０参照、図８のチャージアンプ２０８の出力部２０８Ｂから得られる信号）を示す。図１４(a)に示すセンシング信号２５６は、該基準ピーク値Ｖｐｏよりも小さく、図１３(a)に示すセンシング信号２５４のピーク値Ｖｐ３よりも更に小さいピーク値Ｖｐ４を有しており、図１４(b)に示すように、基準閾値ＶｔｈｏにΔＶ４（＝Ｖｐｏ−Ｖｐ４）が加算された新たな閾値Ｖｔｈ４（＝Ｖｔｈｏ＋ΔＶ４）を図８の閾値可変回路２２２の出力部２２２Ａから得ることができる。
このようにして変更された閾値Ｖｔｈ４とセンシング信号２５６が図８の比較回路２２４により比較されると、図１４(c)に示すように、比較回路２２４の出力部２２４Ａからパルス信号は得られない。
このようにして、センシング信号のピーク値に応じて気泡サイズの判断に用いる閾値を可変させ、この可変させた閾値とセンシング信号とを比較することで異なるパルス数を持つパルス信号を得ることができ、該パルス信号に基づいて圧力室５２に発生した気泡のサイズが判断される。
なお、インクジェット記録装置１０に用いられるセンサ５９は、温度や湿度などのヘッド５０の使用環境によりその感度（静電容量）が変化してしまう。即ち、ヘッド５０の使用環境によってセンサ５９から得られるセンシング信号（図９(a)の符号２４０）が変化してしまうために、そのピーク値（図９(b)の増幅されたセンシング信号２４２のピーク値Ｖｐ）も変化してしまう。
本例に示すインクジェット記録装置１０は、このような環境要因によって生じるセンシング信号の変化に対応するために、気泡サイズの判断に用いられる閾値をセンシング信号のピーク値Ｖｐに基づいて吐出動作ごとに変更するように構成されている。
図１５及び図１６は、インクジェット記録装置１０に適用される、吐出異常判断制御の流れを示すフローチャートである。本例の吐出異常判断制御では、オフライン状態（非印字状態）において回復処理（イニシャライズ）が施された直後の気泡が存在しない状態において基準ピーク値Ｖｐｏが求められ、該基準ピーク値Ｖｐｏは図８のメモリ２１６に記憶される。
オンライン（印字状態）では、該基準ピーク値Ｖｐｏと吐出動作ごとに得られたセンシング信号のピーク値との差分ΔＶが抽出され、基準閾値Ｖｔｈｏにこの差分ΔＶが加算された新たな閾値に基づいて気泡サイズが判断される。
即ち、電源がオンされると（ステップＳ１０）、先ず、正常吐出時における圧力波形のピーク値（基準ピーク値Ｖｐｏ）が求められる（ステップＳ１２）。図１６には、ステップＳ１２に示す基準ピーク値Ｖｐｏの算出制御のフローチャートを示す。
図１６に示すように、基準ピーク値算出制御が開始されると（ステップＳ１００）、オフライン状態となり（ステップＳ１０２）、回復処理が施される（ステップＳ１０４）。
その後、図８に示すスイッチ２２６がオン（ピーク値検出回路２１０とＡ／Ｄコンバータ２１４が接続状態）となり、スイッチ２２８がオフ（Ｄ／Ａコンバータ２２０と閾値可変回路２２２が遮断状態）となり、圧電アクチュエータ５８（図４参照）を動作させてセンサ５９によって圧力波形が出力されると（ステップＳ１０６）、基準ピーク値Ｖｐｏとなるセンシング信号のピーク値が求められる（ステップＳ１０８）。この基準ピーク値Ｖｐｏは、図８に示すメモリ２１６に記憶される（ステップＳ１１０）。
上記ステップＳ１００からステップＳ１１２までの工程を各ノズル５１に対して実行し、全ノズルに対応する基準ピーク値Ｖｐｏが記憶されると、当該基準ピーク値算出制御は終了し（ステップＳ１１２）、図１５のステップＳ１４に進む。
ステップＳ１４では、オンライン状態となり印字データの待ち受け状態となる。この状態では、図８に示すスイッチ２２６がオフ（ピーク値検出回路２１０とＡ／Ｄコンバータ２１４が遮断状態）となり、スイッチ２２８がオン（Ｄ／Ａ変換回路２２０と閾値可変回路２２２が接続状態）となる。
印字データを取得して印字動作が実行されると（通常吐出状態）、圧電アクチュエータ５８を動作させてセンサ５９から圧力波形が出力される（ステップＳ１６）。ステップＳ１６でセンサ５９から圧力波形が出力されると、各ノズルに対して吐出動作ごとにセンシング信号のピーク値Ｖｐが求められ、図８の閾値可変回路２２２では、このピーク値Ｖｐと基準ピーク値Ｖｐｏとの差分ΔＶが算出され、予め決められた基準閾値Ｖｔｈｏにこの差分ΔＶが加算された当該吐出動作に対応した閾値Ｖｔｈｉが求められる（図１５のステップＳ１８）。
図８の比較回路２２４において、この閾値Ｖｔｈｉと当該吐出動作で得られたセンシング信号が比較されると、比較回路２２４の出力部２２４Ａから比較結果に応じたパルス信号が出力される（ステップＳ２０）。
比較回路２２４から得られたパルス信号の矩形波（パルス）がカウントされ、２個以上のパルスが含まれか否かが判断される（ステップＳ２２）。該パルス信号に１つ以下のパルスが含まれている場合には（ＮＯ判定）、ステップＳ２４に進み、当該パルス信号にパルスが含まれているか否かが判断される。
ステップＳ２４において、該パルス信号にパルスが１つ含まれると判断されると（ＮＯ判定）、ステップＳ２６に進む。パルス信号にパルスが２つ含まれる場合には、中サイズの気泡が存在していると判断され、中サイズの気泡に対応したメンテナンス処理（気泡除去処理）が実行される。
その後、ステップＳ２８に進み、次のセンシング信号を取得したか否かが判断され、次のセンシング信号を取得していない場合には（ＮＯ判定）、当該圧力異常判断制御は終了される。一方、次のセンシング信号を取得した場合には（ＹＥＳ判定）、ステップＳ１６に戻る。
また、ステップＳ２４で該パルス信号にパルスが含まれていないと判断されると（ＹＥＳ判定）、大サイズの気泡が存在していると判断され、大サイズの気泡に対応したメンテナンス処理（気泡除去処理）が実行され（ステップＳ３２）、ステップＳ２８に進む。
ステップＳ２２において、当該パルス信号に２個以上のパルスが含まれていると判断されると（ＹＥＳ判定）、圧力室５２の圧力は正常状態（或いは吐出に影響を与えない程度の小さなサイズの気泡が存在する）と判断され、ステップＳ１６に進む。
ヘッド５０の動作環境が変わった場合には、図１６に示す基準ピーク値の検出制御が実行され、図８のメモリ２１６が書き換えられる。ヘッド５０の動作環境が変わった場合の一例を挙げると、温度や湿度などの条件が所定の範囲を外れた場合や、使用されるインクの種類が変更された場合（インクが充填された場合）などがある。
大サイズの気泡に対応するメンテナンス処理及び中サイズの気泡に対応するメンテナンス処理では、気泡のサイズに応じてパージ時間が設定される。具体的には、大サイズの気泡除去を行う場合には、中サイズの気泡除去に比べてパージ時間が長く設定される。このように、気泡のサイズに応じてメンテナンス時間を変える制御によれば、従来の単なる時間管理や印字間隔に応じて行われるメンテナンス制御に比べて、メンテナンス時間の短縮が見込まれる。
上記の如く構成されたインクジェット記録装置１０は、センサ５９から得られたセンシング信号に応じて圧力室５２に存在する気泡サイズの判断に用いる閾値を基準閾値Ｖｔｈｏから変更し、変更された閾値Ｖｔｈｉに基づいて気泡サイズを判断するので、吐出に影響を与えない程度の小サイズ気泡が発生しても吐出異常と判断しないように構成される。したがって簡単な回路構成により圧力室に存在する気泡のサイズが判断され、該気泡サイズに基づいて吐出異常の有無を判断する。したがって、無駄なメンテナンス処理が実行されずインク消費量の抑制及びメンテナンス処理負荷の低減が実現され、各ノズルに対して吐出動作ごとに閾値が変更されるので、各センサのバラつきや環境変動に対応でき、リアルタイムに気泡サイズの判断が可能である。
上記実施形態では、記録紙１６の全幅に対応する長さのノズル列を有するページワイドのフルライン型ヘッドを用いたインクジェット記録装置を説明したが、本発明の適用範囲はこれに限定されず、短尺の記録ヘッドを往復移動させながら画像記録を行うシャトルヘッドを用いるインクジェット記録装置についても本発明を適用可能である。
上記実施形態ではヘッドに備えられるノズルからインクを吐出させて、記録紙１６上に画像を形成するインクジェット記録装置を示したが、本発明の適用範囲はこれに限定されず、レジストなどインク以外の液体で画像（立体形状）を形成する画像形成装置や、ノズル（吐出孔）から薬液、水などを吐出されるディスペンサ等の液体吐出装置などにも広く適用可能である。
本発明に係るインクジェット記録装置の全体構成図 図１に示したインクジェット記録装置の印字部周辺の要部平面図 ヘッドの構造例を示す平面透視図 ヘッドの立体構造を示す断面図 図４に示すヘッドの他の態様を示す断面図 図１に示すインクジェット記録装置のインク供給系の概略構成を示すブロック図 図１に示したインクジェット記録装置のシステム構成を示す要部ブロック図 図７に示す信号処理部の構成を示すブロック図 センサから得られたセンシング信号を説明する図 図９に示すセンシング信号の詳細を説明する図 正常吐出時のセンシング信号とパルス信号を説明する図 小サイズの気泡が発生した場合のセンシング信号とパルス信号を説明する図 中サイズの気泡が発生した場合のセンシング信号とパルス信号を説明する図 大サイズの気泡が発生した場合のセンシング信号とパルス信号を説明する図 本発明に係る吐出異常検出の制御の流れを示すフローチャート 図１５に示す基準ピーク値検出の制御の流れを示すフローチャート 従来技術に係る吐出異常検出を説明する図
符号の説明
１０…インクジェット記録装置、５０…ヘッド、５１…ノズル、５２…圧力室、５８…圧電アクチュエータ、５９…センサ、８０…プリント制御部、８５…信号処理部、９２…気泡判断部、２１０…ピーク値検出回路、２１６…メモリ、２２２…閾値可変回路、２２４…比較回路

Claims (10)

  1. 液体を吐出させるノズルと、
    前記ノズルに対応して設けられた圧力室と、
    前記圧力室を構成する壁面に設けられ前記圧力室に圧力を発生させる圧力発生素子と、
    前記圧力室を構成する壁面に設けられ、前記圧力発生素子によって発生させた圧力室の圧力を検出する検出素子と、
    を有する液体吐出ヘッドと、
    前記検出素子から得られる検出信号の波形に応じて閾値を設定する閾値設定手段と、
    前記閾値設定手段によって設定された閾値と前記検出信号とを比較する比較手段と、
    前記比較手段の比較結果に基づいて当該圧力室に存在する気泡の大きさを判断する判断手段と、
    を備えたことを特徴とする液体吐出装置。
  2. 前記液体吐出ヘッドに対して気泡除去処理を施す気泡除去手段と、
    前記判断手段の判断結果に基づいて前記気泡除去手段を制御する制御手段と、
    を備えたことを特徴とする請求項１記載の液体吐出装置。
  3. 前記制御手段は、前記判断手段によって前記圧力室に存在する気泡が吐出異常となる大きさを有すると判断されると、前記液体吐出ヘッドの気泡除去を実行するように前記気泡除去手段を制御することを特徴とする請求項２記載の液体吐出装置。
  4. 前記閾値設定手段は、前記検出素子から得られた前記検出信号の最大値に基づいて前記閾値を設定することを特徴とする請求項１、２又は３記載の液体吐出装置。
  5. 前記検出信号の最大値を基準最大値として記憶する基準最大値記憶手段を備え、
    前記閾値設定手段は、前記基準最大値記憶手段に記憶される基準最大値と、前記検出素子から得られる検出信号の最大値との差分を閾値として設定することを特徴とする請求項４記載の液体吐出装置。
  6. 前記液体吐出ヘッドは、複数の前記ノズルと、複数の前記ノズルに対応する複数の前記圧力室と、複数の前記圧力室に対応する複数の前記検出素子を有し、
    前記閾値設定手段は、複数の前記圧力室のそれぞれに対応して前記閾値を設定することを特徴とする請求項１乃至５のうち何れか１項に記載の液体吐出装置。
  7. 液体を吐出させるノズルと、前記ノズルに対応して設けられた圧力室と、前記圧力室を構成する壁面に設けられ前記圧力室に圧力を発生させる圧力発生素子と、前記圧力室を構成する壁面に設けられ、前記圧力発生素子によって前記圧力室に発生させた圧力を検出する検出素子と、を有する液体吐出ヘッドの気泡判断方法であって、
    前記圧力発生素子を駆動して前記圧力室に圧力を発生させる圧力発生工程と、
    前記圧力発生工程によって前記圧力室に圧力を発生させた際に前記検出素子から検出信号を取得する検出信号取得工程と、
    前記検出信号取得工程によって取得された検出信号に基づいて、閾値を設定する閾値設定工程と、
    前記閾値設定工程によって設定された閾値と前記検出信号とを比較する比較工程と、
    前記比較工程の比較結果に基づいて、前記圧力室に存在する気泡の大きさを判断する判断工程と
    を含むことを特徴とする気泡判断方法。
  8. 前記判断工程によって判断された判断結果に基づいて、前記液体吐出ヘッドの気泡除去処理を実行する気泡除去工程を含むことを特徴とする請求項７記載の気泡判断方法。
  9. 前記閾値設定工程は、前記圧力発生工程が実行されるごとに閾値を設定し、
    前記比較工程は、前記圧力発生工程が実行されるごとに前記閾値と前記検出素子から得られる検出信号とを比較し、
    前記判断工程は、前記圧力発生工程が実行されるごとに当該圧力室に存在する気泡の大きさを判断することを特徴とする請求項７又は８記載の気泡判断方法。
  10. 前記液体吐出ヘッドに対して回復処理を実行する回復処理工程と、
    前記回復処理工程の直後に、前記圧力発生素子により前記圧力室に圧力を発生させ、前記検出素子により得られた検出信号の最大値を基準最大値として記憶する基準最大値記憶工程と、
    を含むことを特徴とする請求項７、８又は９記載の気泡判断方法。
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