JP2007261285A

JP2007261285A - 吐出検出装置及び方法

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Publication number: JP2007261285A
Application number: JP2007189084A
Authority: JP
Inventors: Kanji Nagashima; 完司永島
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2004-03-08
Filing date: 2007-07-20
Publication date: 2007-10-11

Abstract

【課題】液滴吐出装置における吐出駆動用のアクチュエータの発生圧力に対し、圧力室又はその近傍のインク圧力を検出することで、不吐出を起こす状態であるか否かを精度よく判定できる吐出検出装置及び方法を提供する。
【解決手段】圧力室５２内又は圧力室５２につながる供給側の流路内に薄膜７０を利用した圧力検出器７２を配置し、該圧力検出器７２によって液の体積変化及び圧力変化を検出する構成とし、その検出情報に基づいて液の有無並びに不吐出を起こす状態であるか否かを判断する。薄膜７０の変位による圧力損失はアクチュエータ６８による吐出駆動や液の再充填に影響を与えない範囲で設計され、吐出機能を低下させることなく、アクチュエータ駆動時の検出が可能である。
【選択図】図４

Description

本発明は吐出検出装置及び方法に係り、特に多数の液滴吐出口（ノズル）を有する吐出ヘッドにおける吐出不良の検出に好適な吐出検出装置及びその吐出検出方法に関する。

インクジェット方式の記録装置は、複数のノズルを有した印字ヘッドと記録媒体とを相対的に移動させつつノズルからインクを吐出することにより、記録媒体上に画像を形成する。この種の装置では、インクの増粘や気泡混入等が原因となってノズルからインクが吐出されなくなったり、インクの吐出量（記録媒体上に打滴されるドットサイズ）若しくは打滴位置が不適切になるなどの吐出不良が発生する場合がある。このため、ノズルからのインク滴の吐出／不吐出を検出し、不吐出を回復させる技術が提案されている（特許文献１，２参照）。

特許文献１及び２に示されたインクジェットヘッドは、インク吐出に必要な加圧用の圧電素子を有し、インク吐出動作後（加圧後）の圧電素子の応答からインクの不吐出を検出するようになっている。

また、特許文献３は、インクエンドを精度よく検出し、カートリッジ内のインクを無駄なく使用できるインクエンド検出器を備えたインクジェット記録装置を提案している。すなわち特許文献３に開示のインクジェットヘッドは、複数のノズルと、各ノズルに連通する吐出室と、吐出室に連通するリザーバ（共通液室）とを備え、吐出室内に圧力を発生させることにより、ノズルよりインク液滴が吐出される。リザーバの一部には、吐出室内の圧力に応じて変形可能なダイヤフラムが形成されている。ダイヤフラムに設けられた半導体拡散抵抗型圧力センサの抵抗値の変化を検出回路で検出し、所定値以上の抵抗値の変化を検知したときにインクエンド報知手段によりユーザにインクエンドを知らせるようになっている。
特開平５−１３１６４４号公報特開平１１−２８６１２４号公報特開平１１−１２９４７２号公報

インク吐出が正常に行えなくなる原因の多くは、圧力室（特許文献３中の「吐出室」に相当）内、又はその近傍に気泡が存在し、該気泡が圧力を受けて体積変化するために、インク吐出用のアクチュエータの発生圧力を有効にインク吐出に使えないことによって起きる。したがって、圧力室内又はその近傍において気泡が存在しているか、アクチュエータの発生圧力が意図した通りにインクに伝わっているかどうかを検出することによって吐出状態を把握することができる。

この点、特許文献１及び２では、吐出加圧用の圧電素子（ピエゾ素子）の圧電効果を利用して吐出／不吐出の検出を行っており、吐出駆動後（加圧後）の検出信号を見て正常に吐出されたか否かを判定している。しかし、これら文献は、加圧中の検出信号を取得することを開示していない。仮に、特許文献１及び２のような構成で加圧時の状態を検出しようとすれば、回路構成が非常に複雑になると考えられる。

一方、特許文献３は、インク切れを検出する技術であり、吐出室に近いリザーバにセンサを設けることで、インク切れ時の背圧の変化を精度よく検出している。しかし、インク
の不吐出を検出するものではない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、アクチュエータの発生圧力に対し、圧力室又はその近傍のインク圧力がどのようになっているかを検出することで、不吐出を起こす状態であるか否かを精度よく判定でき、また、長尺ヘッドなどにおける多数個のノズルを効率よく検出するのに好適な吐出検出装置及びその検出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請求項１記載の発明は、液滴を吐出するノズルと、前記ノズルに連通し該ノズルから吐出させる液体が充填される圧力室と、前記圧力室に連通し該圧力室に液体を供給する供給流路と、少なくとも前記圧力室の一部を変形させて該圧力室内の液体に圧力変化を与え前記ノズルから液滴を吐出させるアクチュエータと、を備えた液滴吐出装置の吐出状態を検出する吐出検出装置であって、前記圧力室内に配置され該圧力室を形成する面の一部を成すとともに、当該圧力室内の液体の圧力変化に応じて変位可能な膜部材を含み、該膜部材の変位に応じた検出信号を出力する圧力検出手段と、前記アクチュエータの駆動に応じて前記圧力検出手段から得られる検出信号に基づいて前記ノズルの吐出状態を判定する吐出状態判定手段と、を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、圧力室に面して配置された膜部材の変位によって液体の圧力変化を検出する構成とし、アクチュエータの発生圧力が液体にどのように伝わっているのかを検出するようにしたので、その検出情報から液体の有無のみならず、圧力ロスによる不吐出の原因となる気泡が存在するか否かを判定でき、不吐出を起こす状態であるかどうかを判断することができる。また、本発明における膜部材の変位量は液の吐出に影響を及ぼさないため、圧力検出手段を付加したことによる吐出性能の低下は最小限に抑えられている。

なお、膜部材の変位には、膜部材の変形による変位、膜部材の移動による変位、若しくはこれらの組み合わせによる変位などの態様がある。

本発明の一態様として、吐出後の液充填時に、液充填力を発生するように、膜部材が初期の状態（形状又は位置）に復帰する剛性又は機構を持つことが好ましい。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の吐出検出装置に係り、前記膜部材は、前記アクチュエータの駆動による液滴の吐出が可能な範囲内の変位量で変位可能であることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の吐出検出装置に係り、前記膜部材は、液滴吐出後の前記圧力室への液充填時に初期の状態に復帰するように構成されていることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１、２又は３記載の吐出検出装置に係り、前記膜部材の変位量は、液滴を吐出するための前記アクチュエータの発生圧力の損失に換算して１／２以下であることを特徴とする。

かかる条件を満たす場合、膜部材の変位は液の吐出性能にほとんど影響を及ぼさない。

請求項５記載の発明は、請求項１、２又は３記載の吐出検出装置に係り、前記膜部材の変位体積は、前記アクチュエータによる前記圧力室の排除体積の１／２以下であることを特徴とする。

「排除体積」は、アクチュエータが液を押し出そうとするときの変形体積である。かかる条件を満たす場合、膜部材の変位は液の吐出性能にほとんど影響を及ぼさない。

請求項６記載の発明は、請求項１、２又は３記載の吐出検出装置に係り、前記アクチュエータの駆動による液滴の吐出時に前記圧力室から前記供給流路側に戻る液の体積と、前記膜部材の変位体積とを加算した値は、前記アクチュエータによる前記圧力室の排除体積の１／２以下であることを特徴とする。
。

更には、膜部材の変位体積は、供給側の流路に戻る液の体積よりも小さいものとし、より望ましくは、膜部材の変位体積が供給側の流路に戻る液の体積の１／４よりも小さくなるように構成する。

請求項７記載の発明は、請求項１、２又は３記載の吐出検出装置に係り、前記アクチュエータの駆動による液滴の吐出時に前記圧力室から前記ノズル側へ流れる液の体積と、前記膜部材の変位体積とを加算した値は、前記アクチュエータによる前記圧力室の排除体積の１／２以下であることを特徴とする。

更には、膜部材の変位体積は、ノズル側に流れる液の体積よりも小さいものとし、より望ましくは、膜部材の変位体積がノズル側に流れる液の体積の１／４よりも小さくなるように構成する。

請求項８記載の発明は、液滴を吐出するノズルと、前記ノズルに連通し該ノズルから吐出させる液体が充填される圧力室と、前記圧力室に連通し該圧力室に液体を供給する供給流路と、少なくとも前記圧力室の一部を変形させて該圧力室内の液体に圧力変化を与え前記ノズルから液滴を吐出させるアクチュエータと、を備えた液滴吐出装置の吐出状態を検出する吐出検出装置であって、前記圧力室につながる前記供給流路内に配置され該供給流路を形成する面の一部を成すとともに、流路内の液体の圧力変化に応じて変位可能な膜部材を含み、該膜部材の変位に応じた検出信号を出力する圧力検出手段と、前記アクチュエータの駆動に応じて前記圧力検出手段から得られる検出信号に基づいて前記ノズルの吐出状態を判定する吐出状態判定手段と、を備えていることを特徴とする吐出検出装置。

請求項９記載の発明は、請求項８記載の吐出検出装置に係り、前記膜部材は、前記アクチュエータの駆動による液滴の吐出が可能な範囲内の変位量で変位可能であることを特徴とする。

請求項１０記載の発明は、請求項８又は９記載の吐出検出装置に係り、前記膜部材は、液滴吐出後の前記圧力室への液充填時に初期の状態に復帰するように構成されていることを特徴とする。

請求項１１記載の発明は、請求項８、９又は１０記載の吐出検出装置に係り、前記膜部材の変位量は、液滴を吐出するための前記アクチュエータの発生圧力の損失に換算して１／２以下であることを特徴とする。

請求項１２記載の発明は、請求項８、９又は１０記載の吐出検出装置に係り、前記膜部材の変位体積は、前記アクチュエータによる前記圧力室の排除体積の１／２以下であることを特徴とする。

請求項１３記載の発明は、請求項８乃至１２の何れか１項記載の吐出検出装置に係り、前記圧力検出手段は、ｎ個（ただし、ｎは２以上の整数）の圧力室につながる流路の液供
給側に１個以上ｎ個未満の数設けられていることを特徴とする。

ｎ個の圧力室に連通する共通の供給側流路にｎよりも少ない個数の圧力検出手段を設けた構成により、ｎ個のノズルの吐出状態を検出することが可能である。

請求項１４記載の発明は、請求項８乃至１３の何れか１項記載の吐出検出装置に係り、前記供給流路は、下流に行くに従って流路断面積が小さくなる形状を有していることを特徴とする。

液の流れ方向の下流に行くにつれて流路断面積を次第に小さくする構成により、下流側での流速が速くなり、気泡の排除性が高まる。また、下流へ行くほど膜部材からの距離が遠くなるが、流路断面積が次第に小さくなる形状とすることで、圧力波の減衰を低減でき、検出精度を高めることができる。

請求項１５記載の発明は、請求項１乃至１４の何れか１項記載の吐出検出装置に係り、前記圧力検出手段は、前記膜部材の変位量を制限する変位量制限手段を備えていることを特徴とする。

変位量制限手段は、膜部材の変位する方向の両方向（液側及び液の反対側）の変位を制限する構成であってもよいし、何れか片方の変位を制限する構成でもよい。

かかる変位量制限手段を付加することにより、圧力変化の初期の段階は素早く変位するが、必要な変位を得たらそれ以上は変位しないという非線形な応答を実現することが可能であり、液吐出への影響の少ない高精度の圧力検出が可能である。

請求項１６記載の発明は前記目的を達成する方法発明を提供する。すなわち、請求項１６に係る吐出検出方法は、液滴を吐出するノズルと、前記ノズルに連通し該ノズルから吐出させる液体が充填される圧力室と、前記圧力室に連通し該圧力室に液体を供給する供給流路と、少なくとも前記圧力室の一部を変形させて該圧力室内の液体に圧力変化を与え前記ノズルから液滴を吐出させるアクチュエータと、を備えた液滴吐出装置の吐出状態を検出する吐出検出方法であって、前記圧力室内及び前記供給流路内の少なくとも一方に、当該圧力室又は供給流路を形成する面の一部を成すように、当該圧力室内及び流路内の液体の圧力変化に応じて変位可能な膜部材を設け、当該膜部材の変位に応じた検出信号を取得し、前記アクチュエータの駆動に応じて得られる前記検出信号に基づいて前記ノズルの吐出状態を判定することを特徴とする。

また、本発明の吐出検出装置を具備した液滴吐出装置は、インクジェット方式などの画像形成装置に好適に用いることができる。例えば、液滴吐出装置の一形態たる吐出ヘッドは、インク滴を吐出するための複数のノズルが２次元配列されてなるノズル面を有するインクジェット記録ヘッドであり、当該吐出ヘッド及び記録媒体のうち少なくとも一方を搬送して前記吐出ヘッドと前記記録媒体を相対移動させる搬送手段を備えた画像形成装置に用いられる。

この場合、吐出ヘッドの形態は特に限定されず、例えば、インクを吐出する複数のノズルが記録媒体の送り方向と略直交する方向に前記記録媒体の全幅に対応する長さにわたって配列されたノズル列を有するフルライン型の記録ヘッドとすることができる。

「フルライン型の記録ヘッド（吐出ヘッド）」は、通常、記録媒体の相対的な送り方向と直交する方向に沿って配置されるが、送り方向と直交する方向に対して、ある所定の角度を持たせた斜め方向に沿って記録ヘッドを配置する態様もあり得る。更には、記録媒体の全幅に対応する長さに満たないノズル列を有する短尺記録ヘッドユニットを複数個組み合わせることによって、これらユニット全体として記録媒体の全幅に対応するノズル列を構成する形態もあり得る。

「記録媒体」は、吐出ヘッドの作用によって画像の記録を受ける媒体（印字媒体、被画像形成媒体、被記録媒体、受像媒体など呼ばれ得るもの）であり、連続用紙、カット紙、シール用紙、ＯＨＰシート等の樹脂シート、フイルム、布、インクジェット記録装置によって配線パターン等が形成されるプリント基板、その他材質や形状を問わず、様々な媒体を含む。なお、本明細書において「印字」という用語は、文字を含む広い意味での画像を形成する概念を表すものとする。

記録媒体と吐出ヘッドを相対的に移動させる搬送手段は、停止した（固定された）吐出ヘッドに対して記録媒体を搬送する態様、停止した記録媒体に対して吐出ヘッドを移動させる態様、或いは、吐出ヘッドと記録媒体の両方を移動させる態様の何れをも含む。

本発明によれば、圧力室内及び圧力室につながる供給側の流路内の少なくとも一方に、膜部材を利用した圧力検出手段を配置し、該圧力検出手段によって液の圧力変化を検出する構成としたので、その検出情報に基づいて、液の有無のみならず、不吐出を起こす状態であるか否かを判断することができる。また、本発明の一態様によれば、膜部材の変位による圧力損失は、アクチュエータによる吐出駆動や液の再充填に影響を与えない範囲で設計されるため、吐出機能を低下させることなく、アクチュエータ駆動時の検出が可能である。

以下添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。

〔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吐出検出装置を用いたインクジェット記録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、インクの色ごとに設けられた複数の印字ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙを有する印字部１２と、各印字ヘッド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、各印字ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙに対応する色のインクを貯蔵するタンク（インクタンク）を有し、各インクタンクは不図示の管路を介して各印字ヘッド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において、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、使用される用紙の種類を自動的に判別し、用紙の種類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ベルト３３上の記録紙１６が吸着保持される。

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１中不図示，図８中符号１１４として記載）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は、最大紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを紙送り方向と直交方向に配置した、いわゆるフルライン型のヘッドとなっている（図２参照）。詳細な構造例は後述するが、各印字ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙは、図２に示したように、本インクジェット記録装置１０が対象とする最大サイズの記録紙１６の少なくとも一辺を超える長さにわたってノズルが複数配列されたライン型ヘッドで構成されている。

記録紙１６の送り方向（以下、紙搬送方向という。）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）の順に各色インクに対応した印字ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙが配置されており、記録紙１６を搬送しつつ各印字ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙからそれぞれ色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フルラインヘッドがインク色ごとに設けられて成る印字部１２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一回行うだけで（すなわち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、印字ヘッドが主走査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印字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。

図１に示したように、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替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。

〔印字ヘッドの構造〕
次に、印字ヘッドの構造について説明する。インク色ごとに設けられている各印字ヘッド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によって印字ヘッドを示すものとする。

図３(a) は印字ヘッド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。図４は１つの液滴吐出素子（１つのノズル５１に対応したインク室ユニット）の立体的構成を示す断面図ある。

記録紙面上に印字されるドットピッチを高密度化するためには、印字ヘッド５０におけるノズルピッチを高密度化する必要がある。本例の印字ヘッド５０は、図３(a),(b) に示したように、インク滴の吐出口であるノズル５１と、各ノズル５１に対応する圧力室５２等からなる複数の液滴吐出素子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、これにより見かけ上のノズルピッチの高密度化を達成している。

すなわち、本実施形態における印字ヘッド５０は、複数のノズル５１が記録紙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って配列された１列以上のノズル列を有している。

各ノズル５１に対応して設けられている圧力室５２は、その平面形状が概略正方形となっており、対角線上の両隅部にノズル５１への流出口と供給側のインク流入口（供給路絞り）５４とが設けられている。なお、圧力室５２の形状は、本例に限定されず、平面形状が四角形（菱形、長方形など）、五角形、六角形その他の多角形、円形、楕円形など、多様な形態があり得る。

図４に示したように、印字ヘッド５０内部には、圧力室５２、ノズル流路５６及び供給流路（共通液室）５８等が形成されている。ノズルプレート６０には、液が吐出する最後の絞り部分となるノズル５１が穿設されており、ノズル５１はノズル流路５６を介して圧力室５２と連通している。また、圧力室５２は供給路絞り５４を介して供給流路５８と連通している。

供給流路５８はインク供給源たるインクタンク（図４中不図示、図７中符号８０として記載）と連通しており、インクタンク８０から供給されるインクは供給流路５８を介してヘッド内の各圧力室５２に分配供給される。

図４に示したように、圧力室５２の一部の面（図において天面）を構成している振動板（加圧板）６４には個別電極６６を備えたアクチュエータ６８が接合されている。なお、アクチュエータ６８には、ピエゾ素子などの圧電体が好適に用いられる。圧力室５２に対応した個別電極６６に駆動電圧を印加することによってアクチュエータ６８が変形して圧力室５２の容積が変化し、これに伴う圧力変化によりノズル５１からインクが吐出される。インク吐出後、供給流路５８から供給路絞り５４を通って新しいインクが圧力室５２に再充填される。

なお、図４には図示していないが、振動板６４とアクチュエータ６８との境界部には共通電極（膜）がある。

また、圧力室５２内には、薄膜７０の変位を電気信号に変換して検出電極（膜変位検出電極）７１から検出信号として取り出す圧力検出器７２が配設されている。薄膜７０は圧力室５２の下面（アクチュエータ６８が接合されている振動板６４に対向する面）の一部を成しており、当該薄膜７０のインク接触面と反対側の面は限られた体積を持つ空洞部７３に面している。

圧力検出器７２は、インクの充填によるインク体積の変化、インク圧力の変化を検出する手段として機能し、圧力室５２内のインク体積、インク圧力に応じて薄膜７０が変形する。この薄膜７０の変形量（すなわち変位量）を電気信号に変換して取り出し、インク体積の変化やインク圧力の変化を検出する。

薄膜７０の変形・変位量はインク吐出に影響しない程度の量であり、薄膜７０は吐出後のインク充填時にインク充填力を発生するように初期の形状に復帰する剛性又は機構を有している。薄膜７０自体の張力で自然に初期形状に復帰するようにしてもよいし、薄膜７０に対して復帰力を付与する手段を設けてもよい。

復帰力を付与する手段としては、静電力や、コイル・磁石による電磁気力による力を用いることが考えられる。これらは、何れもセンサとして機能する構造を、アクチュエータとしても使うことで実現可能であり、圧力検出直後にアクチュエータに切り替えることで復帰力を付与することができる。

薄膜７０による圧力検出の詳細については後述するが、アクチュエータ６８駆動時のインク圧力を圧力検出器７２によって検出し、その検出結果に基づいて不吐出を起こす状態であるか否か（正常に吐出される状態であるか否か）の判定が行われる。

かかる構造を有する液滴吐出素子５３を図５に示す如く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。

すなわち、主走査方向に対してある角度θの方向に沿ってノズル５１を一定のピッチｄで複数配列することにより、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（２４００npi;ノズル／インチ）におよぶ高密度のノズル構成を実現できる。

なお、印字可能幅の全幅に対応した長さのノズル列を有するフルラインヘッドでノズルを駆動する時には、（１）全ノズルを同時に駆動する、（２）ノズルを片方から他方に向かって順次駆動する、（３）ノズルをブロックに分割して、ブロックごとに片方から他方に向かって順次駆動する等が行われ、用紙の幅方向（用紙の搬送方向と直交する方向）に１ライン（１列のドットによるライン又は複数列のドットから成るライン）を印字するようなノズルの駆動を主走査と定義する。

特に、図５に示すようなマトリクス状に配置されたノズル５１を駆動する場合は、上記（３）のような主走査が好ましい。すなわち、ノズル５１-11 ，５１-12 , ５１-13 , …５１-16 を１つのブロックとし（他にはノズル５１-21 , …５１-26 を１つのブロック、ノズル５１-31 , …５１-36 １つのブロック、…として）、記録紙１６の搬送速度に応じてノズル５１-11 , ５１-12 , …５１-16 を順次駆動することで記録紙１６の幅方向に１ラインを印字する。

一方、上述したフルラインヘッドと用紙とを相対移動することによって、上述した主走査で形成された１ライン（１列のドットによるライン又は複数列のドットから成るライン）の印字を繰り返し行うことを副走査と定義する。

そして、上述の主走査によって記録される１ライン（或いは帯状領域の長手方向）の示す方向を主走査方向といい、上述の副走査を行う方向を副走査方向という。すなわち、本実施形態では、記録紙１６の搬送方向が副走査方向であり、それに直交する方向が主走査方向ということになる。

印字ヘッド５０の構造及びノズル配列の形態は図３乃至図５で説明した例に限定されない。例えば、図６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ユニット５０’を千鳥状に配列してつな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フルラインヘッドを構成してもよい。

〔インク供給系の構成〕
図７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。インクタンク８０は印字ヘッド５０にインクを供給する基タンクであり、図１で説明したインク貯蔵／装填部１４に設置される。インクタンク８０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。なお、図７のインクタンク８０は、先に記載した図１のインク貯蔵／装填部１４と等価のものである。

図７に示したように、インクタンク８０と印字ヘッド５０の中間には、異物や気泡を除去するためにフィルタ８２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。

図７には示さないが、印字ヘッド５０の近傍又は印字ヘッド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８４と、ノズル面５０Ａの清掃手段としてのクリーニングブレード８６とが設けられている。

これらキャップ８４及びクリーニングブレード８６を含むメンテナンスユニット（回復装置）は、不図示の移動機構によって印字ヘッド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印字ヘッド５０下方のメンテナンス位置に移動される。

キャップ８４は、図示せぬ昇降機構によって印字ヘッド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８４を所定の上昇位置まで上昇させ、印字ヘッド５０に密着させることにより、ノズル面５０Ａをキャップ８４で覆う。

クリーニングブレード８６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により印字ヘッド５０のノズル面５０Ａ（図４に示したノズルプレート６０の表面）に摺動可能である。ノズルプレート６０にインク液滴又は異物が付着した場合、図７に示したクリーニングブレード８６をノズルプレート６０に摺動させることでノズルプレート６０表面を拭き取り、ノズルプレート６０表面を清浄する。

印字中又は待機中において、特定のノズルの使用頻度が低くなり、ノズル近傍のインク粘度が上昇した場合、その劣化インクを排出すべくキャップ８４に向かって予備吐出が行われる。

また、印字ヘッド５０内のインク（圧力室５２内やその近傍の流路内）に気泡が混入した場合、印字ヘッド５０にキャップ８４を当て、吸引ポンプ８７で圧力室内のインク（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８８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。

印字ヘッド５０は、ある時間以上吐出しない状態が続くと、ノズル近傍のインク溶媒が蒸発してノズル近傍のインクの粘度が高くなってしまい、吐出駆動用のアクチュエータ６８が動作してもノズル５１からインクが吐出しなくなる。したがって、この様な状態になる手前で（アクチュエータ６８の動作によってインク吐出が可能な粘度の範囲内で）、インク受けに向かってアクチュエータ６８を動作させ、粘度が上昇したノズル近傍のインクを吐出させる「予備吐出」が行われる。また、ノズル面５０Ａの清掃手段として設けられているクリーニングブレード８６等のワイパーによってノズルプレート６０表面の汚れを清掃した後に、このワイパー摺擦動作によってノズル５１内に異物が混入するのを防止するためにも予備吐出が行われる。なお、予備吐出は、「空吐出」、「パージ」、「唾吐き」などと呼ばれる場合もある。

また、ノズル５１や圧力室５２に気泡が混入したり、ノズル５１内のインクの粘度上昇があるレベルを超えたりすると、上記予備吐出ではインクを吐出できなくなるため、以下に述べる吸引動作を行う。

すなわち、ノズル５１や圧力室５２のインク内に気泡が混入した場合、或いはノズル５１内のインク粘度があるレベル以上に上昇した場合には、アクチュエータ６８を動作させてもノズル５１からインクを吐出できなくなる。このような場合、印字ヘッド５０のノズル面５０Ａに、圧力室５２内のインクをポンプ等で吸い込む吸引手段を当接させて、気泡が混入したインク又は増粘インクを吸引する動作が行われる。

ただし、上記の吸引動作は、圧力室５２内のインク全体に対して行われるためインク消費量が大きい。したがって、粘度上昇が少ない場合はなるべく予備吐出を行うことが好ましい。なお、図７で説明したキャップ８４は、吸引手段として機能するとともに、予備吐出のインク受けとしても機能し得る。

〔制御系の説明〕
次に、インクジェット記録装置１０の制御系について説明する。

図８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９０、システムコントローラ９２、画像メモリ９４、モータドライバ９６、ヒータドライバ９８、プリント制御部１００、画像バッファメモリ１０２、ヘッドドライバ１０４、メンテナンスユニット１０６、吐出検出制御部１０８等を備えている。

通信インターフェース９０は、ホストコンピュータ１１０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９０にはＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４、イーサネット（登録商標）、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１１０から送出された画像データは通信インターフェース９０を介してインクジェット記録装置１０に取り込まれ、一旦画像メモリ９４に記憶される。画像メモリ９４は、通信インターフェース９０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９２を通じてデータの読み書きが行われる。画像メモリ９４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９２は、通信インターフェース９０、画像メモリ９４、モータドライバ９６、ヒータドライバ９８等の各部を制御する制御部である。システムコントローラ９２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、ホストコンピュータ１１０との間の通信制御、画像メモリ９４の読み書き制御等を行うとともに、搬送系のモータ１１４やヒータ１１６を制御する制御信号を生成する。

モータドライバ９６は、システムコントローラ９２からの指示に従ってモータ１１４を駆動するドライバ（駆動回路）である。ヒータドライバ９８は、システムコントローラ９２からの指示に従って後乾燥部４２その他各部のヒータ１１６を駆動するドライバである。

プリント制御部１００は、システムコントローラ９２の制御に従い、画像メモリ９４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、生成した印字制御信号（ドットデータ）をヘッドドライバ１０４に供給する制御部である。プリント制御部１００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１０４を介して印字ヘッド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１００には画像バッファメモリ１０２が備えられており、プリント制御部１００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１０２に一時的に格納される。なお、図８において画像バッファメモリ１０２はプリント制御部１００に付随する態様で示されているが、画像メモリ９４と兼用することも可能である。また、プリント制御部１００とシステムコントローラ９２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１０４はプリント制御部１００から与えられるドットデータに基づいて各色の印字ヘッド５０の吐出駆動用アクチュエータ６８を駆動する。ヘッドドライバ１０４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。

印刷すべき画像のデータは、通信インターフェース９０を介して外部から入力され、画像メモリ９４に蓄えられる。この段階では、例えば、ＲＧＢの画像データが画像メモリ９４に記憶される。画像メモリ９４に蓄えられた画像データは、システムコントローラ９２を介してプリント制御部１００に送られ、該プリント制御部１００において既知のディザ法、誤差拡散法などの手法によりインク色ごとのドットデータに変換される。

こうして、プリント制御部１００で生成されたドットデータに基づいて印字ヘッド５０が駆動制御され、印字ヘッド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印字ヘッド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。

吐出検出制御部１０８は、印字ヘッド５０内に配設されている圧力検出器７２からの検出信号を処理する信号処理回路を含んで構成され、圧力検出器７２から得られた検出結果をプリント制御部１００に提供する。

プリント制御部１００及びシステムコントローラ９２は、吐出検出制御部１０８を通じて得られた検出情報に基づいてノズル５１の吐出／不吐出を判断し、不吐出ノズルが検出された場合には所定の回復動作や打滴補正等を実施する制御を行う。

メンテナンスユニット１０６は、図７で説明したキャップ８４やクリーニングブレード８６等を含むブロックであり、システムコントローラ９２の指令に従い所要の回復処理を実施する。

〔吐出検出の方法〕
次に、上記の如く構成されたインクジェット記録装置１０における吐出検出の方法について説明する。

図９は、正常な吐出が行われる状態の模式図である。同図に示したように、個別電極６６に駆動電圧を印加してアクチュエータ６８を変形させると、振動板６４が変位して圧力室５２が変形し、圧力室５２内のインクが加圧される。こうして、アクチュエータ６８の発生した圧力によってノズル５１からインク滴１２０が吐出し、同時に圧力室５２内の圧力検出器７２の薄膜７０も変位する。

一方、例えば、図１０に示したように、圧力室５２内に気泡１２４が存在し、不吐出になる状態では、アクチュエータ６８の発生した圧力が気泡１２４の収縮によって吸収され、インクは吐出せず、同時に圧力検出器７２の薄膜７０の変位は図９の場合と比較して小さくなる。

薄膜７０の変位量に応じた検出信号を検出電極７１から取得することによりインク圧力の情報を得て、その圧力情報に基づき、不吐出を起こさせるような気泡１２４が存在しているか否か、つまり、不吐出を起こす状態であるか、正常な吐出が可能な状態であるかの判定が行われる。

インク圧力に応じて可動する薄膜７０には、ＳＵＳ、金、銀、プラチナ、アルミ合金など各種金属材料や半導体製造に用いられるシリコン、ゲルマニウムなどの材料、ポリイミド、ケブラー、ポリエステル、ポリサルフォンなどの樹脂材料などが使用可能である。

どのような材料を用いるかは、発生する圧力に対し必要な変位が得られるかという観点はもちろんの、インクとの関係、つまり、腐食などの耐久性に関わる適合性、インクを充填する際のインク漏れ性に関わる適合性、他のヘッド部分の製法、材料との適合性などから総合的に判断される。

本実施形態において、インク吐出に影響を与えることなく、良好な圧力検出を行うために、薄膜７０の変形・変位量は、インクを吐出するためのアクチュエータ６８の発生圧力の損失に換算して１／２以下とすることが望ましい。すなわち、アクチュエータ６８が所定量変位したとき、本発明の薄膜７０が存在しない場合の圧力室５２内の圧力上昇値をδＰ₁、薄膜７０が存在する場合の圧力室５２内の圧力上昇値をδＰ₂ とすると、次式〔数式１〕の関係となっている。
〔数式１〕 δＰ₂ ／δＰ₁ ≧１／２
或いはまた、薄膜７０の変形・変位体積をＶ₂ 、インク吐出時のアクチュエータ６８駆動による発生する圧力室５２の排除体積をＶ₁ （アクチュエータ６８がインクを押し出そうとすうときの変形体積）とするとき、次式〔数式２〕を満たすことが好ましい。
〔数式２〕Ｖ₂／Ｖ₁ ≦１／２
更に、インク吐出時に圧力室５２からインク供給側の流路（供給流路５８）に戻るインクの体積をＶ₄ とするとき、次式〔数式３〕を満たすことが好ましい。
〔数式３〕（Ｖ₂ ＋Ｖ₄ ）／Ｖ1 ≦１／２
更には、次式〔数式４〕、
〔数式４〕Ｖ₄＞Ｖ₂
の条件を満たすものとし、より好ましくは、次式〔数式５〕、
〔数式５〕Ｖ₄×０．２５＞Ｖ₂
の条件を満たすものとする。

別の観点から考えると、インク吐出時に圧力室５２から吐出ノズル側（ノズル流路５６及びノズル５１方向）に流れるインクの体積をＶ₃ とすると、次式〔数式６〕を満たすことが好ましい。
〔数式６〕 ( Ｖ₂ ＋Ｖ₃ ) ／Ｖ₁≦１／２
更には、次式〔数式７〕
〔数式７〕Ｖ₃＞Ｖ₂
の条件を満たすものとし、より好ましくは、次式〔数式８〕、
〔数式８〕Ｖ₃×０．２５＞Ｖ₂
の条件を満たすものとする。

通常のピエゾ駆動方式によるインクジェットヘッドの設計においては、アクチュエータによる排除体積に関してインク吐出用のノズル側へ流れるインク体積と、インク供給路側へ戻るインク体積を略同程度に設定している。これは、できるだけ吐出量又は吐出速度を得つつも、インクの再充填が迅速に行われるようにするためである。

上記の〔数式２〜５〕で示した条件は、圧力検出機能を付加しても、当該検出機能がない場合と同程度の吐出量、吐出速度を得ることを目的として条件を定めてある。この場合は、ヘッドの駆動周波数より、着弾精度及び液滴サイズを重視している。

一方、上記の〔数式６〜８〕で示した条件は、圧力検出機能を付加しても、当該検出機能がない場合と同程度のインク再充填性能を得ることを目的として条件を定めてある。この場合は、再充填し難い高粘度のインクを使用する場合や、高い周波数でのヘッドの駆動を重視している。

また、〔数式５〕及び〔数式８〕における「×０. ２５」は、流路の製造精度によるばらつきと、吐出現象のばらつきの実績値から、圧力検出の影響がこれ以下であれば無視できるとして定めた値である。最終的に排除体積の１２．５％程度のロスであれば、吐出において無視できる程度であり、かかる条件を満たせば、吐出／リフィルに影響を及ぼさない。

圧力検出を感度よく行う目的からすれば、薄膜７０は変位しやすく構成することが要求されるが、薄膜７０が必要以上に大きく変位すると吐出圧力のロスが増えてしまい望ましくない。また逆に、吐出圧力のロスを抑えようと薄膜７０の剛性を高くし過ぎると検出感度が落ちる。そこで、薄膜７０の変位を適切に制限するストッパー機構を設ける態様が好ましい。

図１１は、薄膜の変位を制限するストッパー機構の第１の例を示す。図１１の例では、薄膜７０側は平板状であり、この薄膜７０に対して検出に必要な間隔を持って対向する面（同図において検出電極７１の上面）に円柱状の突起１３０が設けられている。図１１（ａ）に示した状態から薄膜７０が変位し、図１１（ｂ）に示すように、薄膜７０が突起１３０の上面に接触すると、薄膜７０はそれ以上に変位しないようになっている。

なお、突起１３０の形状は、円柱に限定するものではなく、接触部が凸に丸くなった形状でもよいし、膜の変形に添うような窪みでもよい。更には、膜と対向する面間の距離を上記の必要な間隔に設定することも可能である。ただし、膜と対向する面間に気体が入っている場合は、気体の圧縮性がバネとなって膜の変位を阻害するので、気体を逃すための穴を膜以外の部分に設けることが望ましい。

図１２は圧力と膜の変位の関係を示したグラフである。グラフ[1] は、図１１で説明したストッパー機構を有する例である。図１２のグラフ[2] はストッパー機構を有していない例である。グラフ[1] に示すように、ストッパー機構を有する構造の場合、圧力変化に対する膜の変位は、異常検出に必要十分な圧力までは感度高く変位し、それ以降、正常時に到達する圧力においては変位を抑えることができる。つまり、吐出に必要な圧力のロスを減少させる効果ある。これに対して、仮に、ストッパー機構を用いずに、膜を変位しにくい剛性の高いものにすると、グラフ[2] に示すように、吐出時のロスは少ないものの、異常時の変位も小さいため、感度よく検出できない。

したがって、ストッパー機構を用いてグラフ[1] のような検出特性を実現することにより、一層良好な検出が可能となる。

図１３は、薄膜の変位を制限するストッパー機構の第２の例を示す。すなわち、図１３は、ストッパーの突起１４０を薄膜７０側に設けた例である。薄膜７０の裏面側に突起１４０が接合されており、薄膜７０の変位によって突起１４０の下面が検出電極に当接して、それ以上の変位を阻止する構造となっている。

図１４は、薄膜の変位を制限するストッパー機構の第３の例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）中の１４ｂ−１４ｂ線に沿う断面図である。図１４に示した構成は、薄膜７０の変位を正圧及び負圧の何れの場合も制限できるように、薄膜７０の両面にストッパー部材１５０、１５２を設けた例である。図１４において薄膜７０の上方向への変位量を制限するストッパー部材１５２は、薄膜７０の有効可動領域７０Ａの上方に略アーチ状に架設され、薄膜７０を挟んで下方のストッパー部材１５０と対向する位置に薄膜７０との接触部となる突起部１５２Ａが形成されている。かかる構成にすると、インクの吐出時だけでなく、インクの充填時にも圧力のロスを減らすことができる。

図１５は、薄膜の変位を制限するストッパー機構の第４の例を示す。図１５は、突起状のストッパーではなく、膜の断面形状を工夫して変位を制限した例である。この例では、薄膜１７０の有効可動領域１７０Ａの周辺の部分が薄くなるように幅の狭い溝１７１が形成されるとともに、薄膜１７０の中央部も変位し易いように凹部１７３が形成されて薄くなっている。これら以外の部分は相対的に厚い板で出来ており、変形しにくい構造である（図１５（ａ）参照）。

かかる構成において、薄膜７０に圧力が加わると、図１５（ｂ）に示したように、周囲の溝１７１部分が変位して側壁１７７と接触し、それ以上の変位を防ぐことができる。また、図１５のような構造を膜面に対し上下対称に設けると、正圧及び負圧の何れの場合にも膜変位を制限できるようになる。

圧力検出には、薄膜７０と、これと対向する面間でコンデンサーを形成して静電容量の変化により検出する方法、薄膜に歪みゲージを形成し、膜の歪みを基に検出する方法、或いは、図１１や図１３及び１４のように、薄膜７０と対向する突起などが接触する構成の場合には、接触部をスイッチとして利用する方法も考えられる。

例えば、薄膜７０は誘電体を含み、膜の変形、変位を静電容量によって検出する態様がある。また、薄膜７０の変形，変位を電気抵抗によって検出する態様もある。更には、薄膜７０は圧電体よりなり、圧力によって電圧を発生することで圧力変化を検出する態様がある。その他、薄膜７０の変位を超音波の反射音戻り時間によって検出したり、レーザ変位計を用いて検出したりすることも可能である。

〔他の実施形態〕
図１６は本発明の他の実施形態を示す断面図である。図１６中図４と同一又は類似の部材には同一の符号を付し、その説明は省略する。図４では圧力室５２内に圧力検出器７２を設けた例を述べたが、図１６に示すように、圧力室５２につながるインク供給路１８０の内部に圧力検出器７２を設ける態様も可能である。

すなわち、図１６に示した印字ヘッド５０は、圧力室５２と連通するインク供給路１８０の内部にインクの吐出、インクの充填によるインク体積の変化、インク圧力の変化を検出する圧力検出器７２を備えている。この圧力検出器７２はインク供給路１８０の流路に面した薄膜７０の変形・変位によってインク体積の変化、インク圧力の変化を検出する構造となっている。なお、圧力検出器７２の構造は図４及び図１１乃至図１５で説明した例と同様の構造を適用可能である。

かかる形態において、インク吐出に影響を与えることなく、良好な圧力検出を行うために、薄膜７０の変形・変位量は、インクを吐出するためのアクチュエータ６８の発生圧力の損失に換算して１／２以下とすることが望ましい。或いはまた、薄膜７０の変形・変位量は、変位体積に換算してアクチュエータ６８による変位体積の１／２以下とすることが望ましい。

また、インク吐出時のアクチュエータ駆動により発生する排除体積に関して、薄膜７０の変位によるインク供給路１８０の体積変化量を加算した圧力室５２からインク供給側流路に戻るインク量が前記排除体積の１／２以下とする。

図１７は、印字ヘッド５０を上から見た平面透視図の要部拡大図である。図中符号１８２は、共通流路の基幹流路であり、この基幹共通流路１８２から複数の支流（共通流路支流）１８４が分岐している。各共通流路支流１８４は、個別供給路１８５を介して複数の（図１７において４つの）圧力室５２と連通している。

このように、複数個の圧力室５２につながる共通流路支流１８４の基端部（基幹共通流路１８２）からの分岐の最上流部に圧力検出器７２が設けられている。この１つの圧力検出器７２により、これよりも下流に存在している複数個のノズル５１からのインク吐出状態を検出する。すなわち、検出の際は、複数個のノズル５１のうち、順番に１つずつのノズル５１からインクを吐出する。若しくは、各ノズルの吐出タイミングをずらして連続的に吐出する。かかるノズル駆動（吐出動作）に対応した検出信号に基づき、吐出異常に係るノズルを特定することが可能である。

なお、図１７では、一つの共通流路支流１８４に４つの圧力室５２が繋がっている例を示したが、圧力室の個数や圧力検出器７２の配置場所については、図１７の例に限定されない。

図１７の例を一般化して表現すると、ｎ個（ただし、ｎは２以上の整数）の圧力室５２につながる流路のインク供給側に１個以上ｎ個未満の数の圧力検出器７２を設けることにより、ｎ個のノズルからのインク吐出を検出することができる。

また、図１７に示したように、複数の圧力室５２につながる共通流路支流１８４は、インクの流れの下流側に行くに従い、徐々に流路断面積が狭くなっている。

仮に、共通流路支流１８４が一様な太さだとすると、下流に行くほど流速が遅くなるので、共通流路支流１８４内に気泡が発生した場合、気泡が抜け難くい。しがって、図１７
のように、下流側ほど流路短面積が狭くなる構成にして、下流に行くほどインク流速が徐々に早くなる構造とし、気泡の排除性を高める。また、下流ほど圧力検出器７２から遠くなるので圧力波の減衰が考えられるため、これを防ぐためにも下流側ほど流路断面積を徐々に狭くする構成が好ましい。

基幹共通流路１８２についても同様に、インクの流れの下流側に行くに従い、徐々に流路断面積が狭くなっていく構成が好ましい。図１７では、基幹共通流路１８２及び共通流路支流１８４についてそれぞれインクの流れの下流に行くに従い、流路断面積が連続的に狭くなっていく構造が示されているが、かかるテーパー状の流路構造に代えて、流路断面積が階段状に狭くなっていく構造も可能である。

もちろん、図１７のような構造は、同じ共通流路支流１８４につながる各圧力室５２から当該共通流路支流１８４基端部の圧力検出器７２までの距離が異なっているため、これら圧力室５２に対応するノズル５１について同時吐出しても、それぞれの圧力波が圧力検出器７２に伝わるには時間差があるため、同時吐出を行っても各ノズル５１の吐出検出が可能である。しかし、上述のように、更に意図的に各ノズル５１の駆動タイミングをずらすことで、その時間差を一層大きくすることが可能であり、１つの圧力検出器７２で複数ノズル５１の圧力検出を一層精度よく検出できる。

なお、圧力検出器７２か圧力室５２までの距離に依存する時間差を考慮すれば、連続吐出の場合は、圧力検出器７２から近いものから順に駆動（検出）することが好ましい。

図１８は、圧力検出器７２の他の構造例を示した模式図である。インク１９０が通る流路の一部を成す薄膜７０のインク１９０と反対側の面は空洞部１９２（以下「第１空洞部」という。）と接しており、該第１空洞部１９２の内部には気体又は液体（以下「流体１９４」という。）が充填されている。この第１空洞部１９２は、小穴１９６を通じて別の空洞部１９８（以下「第２空洞部」という。）に連通し、第１及び第２空洞部１９２，１９８内部の流体１９４は、小穴１９６を通じて移動することで、薄膜７０の変形速度をコントロールする。また、第２空洞部１９８は、第１空洞部１９２より低い圧力となり、薄膜を初期位置に復帰させる作用をもたらす。

このような構造によれば、第１及び第２空洞部１９２，１９８内の流体１９４により薄膜７０が自由振動するのを抑制することができ、インク１９０の不要な振動を抑えて吐出を一層安定させることができる。

また、図１８の薄膜７０は、インク吐出動作におけるインクの振動を抑制するダンパーとして機能するように、固有振動数、減衰特性が設定されることが好ましい。

更なる変形例として、上述の各実施形態で説明した薄膜７０の圧力室５２又はインク供給路１８０に面した面と反対側の面は別のインク供給路に面しており、薄膜７０の両面がともにインクに接する構造も可能である。すなわち、例えば、図１８において第１空洞部１９２に相当する部分をインク流路として利用し、当該インク流路を流れるインクによって薄膜７０の変形速度をコントロールする構造も可能である。

上述の説明では、インクジェット記録装置１０を例示したが、本発明の適用範囲はこれに限定されない。例えば、印画紙に非接触で現像液等を塗布する吐出ヘッドを備えた写真画像形成装置についても本発明の液滴吐出装置を適用できる。また、本発明の適用範囲は画像形成装置に限定されず、吐出ヘッドを用いて処理液その他の液体を媒体に塗布する塗布装置など各種の装置について本発明を適用できる。

本発明の実施形態に係る吐出検出装置を用いた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印字ヘッドの構造例を示す平面透視図印字ヘッドにおける１つの吐出素子の立体的構成を示す断面図図３に示した印字ヘッドのノズル配列を示す拡大図印字ヘッドの他の構成例を示す平面透視図インクジェット記録装置におけるインク供給系の構成を示した概要図本例の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吐出時における薄膜の変形状態を示す断面図圧力室内に気泡が存在することによって不吐出となる状態を示した断面図図１１（ａ）は、薄膜の変位量を制限するストッパーを具備した形態を示す断面図、同（ｂ）は、ストッパーの作用を示す断面図圧力と薄膜の変位の関係を示したグラフストッパーを薄膜側に設けた例を示す断面図薄膜の変位方向の両側にストッパーを設けた例を示す図薄膜の形状によってストッパー機能を実現する例を示した断面図本発明の他の実施形態による印字ヘッドの内部構造を示す断面図印字ヘッドの流路構成例を示す要部平面透視図圧力検出器の他の構造例を示した模式図

符号の説明

１０…インクジェット記録装置、１２…印字部、１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙ…印字ヘッド、１４…インク貯蔵／装填部、１６…記録紙、２２…吸着ベルト搬送部、５０…印字ヘッド、５１…ノズル、５２…圧力室、５４…供給路絞り、５６…ノズル流路、６４…振動板、６６…個別電極、６８…アクチュエータ、７０…薄膜、７１…検出電極、７２…圧力検出器、７３…空洞部、９２…システムコントローラ、１００…プリント制御部、１０８…吐出検出制御部、１３０，１４０…突起、１５０，１５２…ストッパー部材、１７１…溝、１７３…凹部、１８０…インク供給路、１８２…基幹共通流路、１８４…共通流路支流、１８５…個別供給路、１９０…インク、１９２…第１空洞部、１９４…流体、１９６…小穴、１９８…第２空洞部

Claims

液滴を吐出するノズルと、前記ノズルに連通し該ノズルから吐出させる液体が充填される圧力室と、前記圧力室に連通し該圧力室に液体を供給する供給流路と、少なくとも前記圧力室の一部を変形させて該圧力室内の液体に圧力変化を与え前記ノズルから液滴を吐出させるアクチュエータと、を備えた液滴吐出装置の吐出状態を検出する吐出検出装置であって、
前記圧力室内に配置され該圧力室を形成する面の一部を成すとともに、当該圧力室内の液体の圧力変化に応じて変位可能な膜部材を含み、該膜部材の変位に応じた検出信号を出力する圧力検出手段と、
前記アクチュエータの駆動に応じて前記圧力検出手段から得られる検出信号に基づいて前記ノズルの吐出状態を判定する吐出状態判定手段と、
を備えていることを特徴とする吐出検出装置。
前記膜部材は、前記アクチュエータの駆動による液滴の吐出が可能な範囲内の変位量で変位可能であることを特徴とする請求項１記載の吐出検出装置。
前記膜部材は、液滴吐出後の前記圧力室への液充填時に初期の状態に復帰するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の吐出検出装置。
前記膜部材の変位量は、液滴を吐出するための前記アクチュエータの発生圧力の損失に換算して１／２以下であることを特徴とする請求項１、２、又は３記載の吐出検出装置。
前記膜部材の変位体積は、前記アクチュエータによる前記圧力室の排除体積の１／２以下であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の吐出検出装置。
前記アクチュエータの駆動による液滴の吐出時に前記圧力室から前記供給流路側に戻る液の体積と、前記膜部材の変位体積とを加算した値は、前記アクチュエータによる前記圧力室の排除体積の１／２以下であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の吐出検出装置。
前記アクチュエータの駆動による液滴の吐出時に前記圧力室から前記ノズル側へ流れる液の体積と、前記膜部材の変位体積とを加算した値は、前記アクチュエータによる前記圧力室の排除体積の１／２以下であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の吐出検出装置。
液滴を吐出するノズルと、前記ノズルに連通し該ノズルから吐出させる液体が充填される圧力室と、前記圧力室に連通し該圧力室に液体を供給する供給流路と、少なくとも前記圧力室の一部を変形させて該圧力室内の液体に圧力変化を与え前記ノズルから液滴を吐出させるアクチュエータと、を備えた液滴吐出装置の吐出状態を検出する吐出検出装置であって、
前記圧力室につながる前記供給流路内に配置され該供給流路を形成する面の一部を成すとともに、流路内の液体の圧力変化に応じて変位可能な膜部材を含み、該膜部材の変位に応じた検出信号を出力する圧力検出手段と、
前記アクチュエータの駆動に応じて前記圧力検出手段から得られる検出信号に基づいて前記ノズルの吐出状態を判定する吐出状態判定手段と、
を備えていることを特徴とする吐出検出装置。
前記膜部材は、前記アクチュエータの駆動による液滴の吐出が可能な範囲内の変位量で変位可能であることを特徴とする請求項８記載の吐出検出装置。
前記膜部材は、液滴吐出後の前記圧力室への液充填時に初期の状態に復帰するように構成されていることを特徴とする請求項８又は９記載の吐出検出装置。
前記膜部材の変位量は、液滴を吐出するための前記アクチュエータの発生圧力の損失に換算して１／２以下であることを特徴とする請求項８、９又は１０記載の吐出検出装置。
前記膜部材の変位体積は、前記アクチュエータによる前記圧力室の排除体積の１／２以下であることを特徴とする請求項８、９又は１０記載の吐出検出装置。
前記圧力検出手段は、ｎ個（ただし、ｎは２以上の整数）の圧力室につながる流路の液供給側に１個以上ｎ個未満の数設けられていることを特徴とする請求項８乃至１２の何れか１項記載の吐出検出装置。
前記供給流路は、下流に行くに従って流路断面積が小さくなる形状を有していることを特徴とする請求項８乃至１３の何れか１項記載の吐出検出装置。
前記圧力検出手段は、前記膜部材の変位量を制限する変位量制限手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至１４の何れか１項記載の吐出検出装置。
液滴を吐出するノズルと、前記ノズルに連通し該ノズルから吐出させる液体が充填される圧力室と、前記圧力室に連通し該圧力室に液体を供給する供給流路と、少なくとも前記圧力室の一部を変形させて該圧力室内の液体に圧力変化を与え前記ノズルから液滴を吐出させるアクチュエータと、を備えた液滴吐出装置の吐出状態を検出する吐出検出方法であって、
前記圧力室内及び前記供給流路内の少なくとも一方に、当該圧力室又は供給流路を形成する面の一部を成すように、当該圧力室内及び流路内の液体の圧力変化に応じて変位可能な膜部材を設け、
当該膜部材の変位に応じた検出信号を取得し、
前記アクチュエータの駆動に応じて得られる前記検出信号に基づいて前記ノズルの吐出状態を判定することを特徴とする吐出検出方法。