JP2008260164A - 記録ヘッドの状態検出装置及び記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動系の回路を破損することなく、精度よくかつ高速に記録ヘッドの状態を検出する記録ヘッドの状態検出装置を提供する。
【解決手段】エネルギ発生素子に電気的エネルギを付与してインクを吐出させる記録ヘッドに備える記録ヘッドの状態検出装置において、前記記録ヘッドを駆動する駆動回路と、この駆動回路に電力を与える電源入力端子と、一方が前記電源入力端子にかつ他方が電源に接続されたスイッチと、一方が前記電源入力端子にかつ他方が前記電源に接続された抵抗Ｃ１６と、この抵抗Ｃ１６の電圧を観測することによって前記記録ヘッドの状態検出を行う検出手段Ｃ９とを具備する記録ヘッドの状態検出装置。
【選択図】図５

Description

本発明は、圧電素子の圧力を利用してインクを吐出させる記録ヘッドや抵抗体に通電を行い、インクを加熱し沸騰する時のエネルギによりインクを吐出させる記録ヘッドの状態検出装置及びこれを搭載する記録装置に関するものである。

インクを吐出させる記録ヘッド技術は、プリンタ、カラーフィルタ製造装置、回路基板パターンの作成装置等の様々な分野で使用されている。記録ヘッドの方式としては圧電素子の圧電効果を利用するもの、ヒータの膜沸騰を利用するものなどが知られている。
これら記録ヘッドのエネルギ発生素子に電気的なエネルギを付与することによりインクの吐出が可能になる。記録ヘッドのエネルギ発生素子を電気的に見た場合、圧電素子はコンデンサ、そしてヒータは抵抗と見做せる。また、インクを電気的にみた場合には、抵抗値の低い抵抗と見做すことができる。
ところで、記録ヘッドの構造を考えると、エネルギ発生素子とインクは当然ながら直近に位置することが効率的であり、実際に記録ヘッドの構造はそのように構成される。しかしながら、インクとエネルギ発生素子が直接接してしまうと電気的にエネルギ発生素子が短絡となり故障が発生してしまう。斯かる技術内容を図１０乃至１３に基づき、例えば、圧電素子を用いた記録ヘッドの場合で説明する。

図１０は従来の圧電素子を用いた記録ヘッドの１ノズル分を示す断面図である。この１ノズル分の構造において、圧電素子Ｈ１はステーＨ７で支持された基台Ｈ２に固定されている。
圧電素子Ｈ１を挟んで基台Ｈ２と反対側にインク液室Ｈ３の壁面の一部を形成するダイヤフラムプレートＨ４がある。インク液室Ｈ５の容積を拡大・縮小することによってノズルＨ６からインクを吐出させるようになっている。
図１１は従来のヒータを用いたヘッドを示す断面図である。このヘッドにおいて、ノズルプレートＨ１１と基板Ｈ１２で囲まれた領域がインク液室Ｈ１３となっている。基板Ｈ１２の上にヒータＨ１４が設置され、かつこのヒータＨ１４は保護膜Ｈ１５によって覆われている。この構造では保護膜Ｈ１５によりインクとヒータＨ１４は直接接触することはない。
しかしながら、上記のような記録ヘッドであっても、経時的なダイヤフラムプレートの劣化や保護膜の劣化は起こり得るもので、記録ヘッドとして故障することも当然起こる。このように記録ヘッドが故障した場合の、記録ヘッドを搭載した装置での現象を考える。

図１２は従来の記録ヘッドの駆動回路として、例えば、圧電素子を用いた記録ヘッドの駆動回路を示す概略図である。駆動回路Ｃ１は、図示していないコントローラからのデータＷＡＶＥＤＡＴＡによって駆動信号の元となる電圧信号を発生する信号発生器Ｃ３、発生した信号の電圧を増幅する増幅回路Ｃ４を含んでいる。
また、駆動回路Ｃ１は、増幅された信号の電流駆動能力を高めて最終的な駆動信号とするプッシュプル回路Ｃ５を含んでいる。さらに、駆動回路Ｃ１は、アナログスイッチＣ６と図示していない制御回路により構成されている。さらにまた、駆動回路Ｃ１は、駆動信号を複数の圧電素子Ｃ７に選択的に配分するヘッドドライバＩＣのアナログスイッチ制御部Ｃ８により構成されている。
この記録ヘッドの駆動回路Ｃ１は２系統の電源Ｃ１０、Ｃ１１により動作している。電源Ｃ１０は高電圧であり、主に記録ヘッドの圧電素子Ｃ７の駆動信号を生成するために増幅回路Ｃ４及びプッシュプル回路Ｃ５、図示していないヘッドドライバＩＣのアナログスイッチ制御部Ｃ８に供給される。
電源Ｃ１１は低電圧であり、信号発生器Ｃ３、ヘッドドライバＩＣの図示していない記録ヘッドの選択データ制御部に供給される。なお、電圧値として電源Ｃ１１の出力電圧ＶＬは３．３Ｖ、電源Ｃ１０の出力電圧ＶＨＰＳＵは３７Ｖである。ここで、記録ヘッドの圧電素子Ｃ７にインクが付着してしまった場合を考える。
付着したインクは圧電素子Ｃ７に並列に付加された抵抗素子と見做すことができる。圧電素子Ｃ７の駆動信号電圧が１５Ｖであったとする。また、アナログスイッチのオン抵抗が９０Ω、インク付着箇所の抵抗が１０Ωとすると、１５０ｍＡの電流が駆動回路Ｃ１から供給されて流れることになる。
ここで、インクの付着が１素子程度であれば不具合は正常にインク吐出が行なえないということにとどまる。しかしながら、複数の素子で起こった場合には大電流が流れ、プッシュプル回路Ｃ５を構成するＮＰＮトランジスタを破壊させてしまう危険性が高い。
この場合、記録ヘッドの交換のみならず駆動回路Ｃ１の装置交換も必要となる。さらに駆動回路Ｃ１の故障発生時には発煙等の危険もある。ヒータを用いた記録ヘッドでも同様のことが言える。

図１３は従来のヒータを用いた記録ヘッドの駆動回路を示す概略図である。駆動回路Ｃ２０は記録データに基づいて駆動トランジスタＣ２２をオン−オフする制御回路Ｃ２１、及びヒータＣ２３を制御回路Ｃ２１の出力に従って駆動するトランジスタＣ２２を含んでいる。
ここで、ヒータＣ２３を保護している図示しない保護膜を介してインクがヒータに達すると、ヒータＣ２３に並列に抵抗が付加される。ヒータＣ２３の抵抗値が１ｋΩ、付着したインクの抵抗が１０ΩとしてヒータＣ２３の駆動電圧が１０Ｖであったとすると、駆動トランジスタＣ２２から１Ａの駆動電流が流れる。
通常の駆動電流１０ｍＡに比べて１００倍の電流が流れることになり、駆動トランジスタＣ２２の破壊や駆動ヒータ部の焼損が起こる可能性が高いといえる。上述したように記録ヘッドのインク付着による動作では記録ヘッドのみならず周辺部分の駆動回路まで破損してしまう可能性が高く、また、発煙等の危険すらある。
従来技術では、このような重大な故障を軽減するために、電源ラインに抵抗とコンデンサを挿入し、ＣＲ回路を構成して駆動回路の電源制御を行なう技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１には、電源ラインに抵抗とコンデンサを挿入してＣＲ回路を構成し、駆動回路の電源制御を行なって記録素子と挿入したＣＲ回路の放電カーブの状態を検出することにより負荷の異常状態を検出している。この放電カーブの検出時には通常駆動する時のメイン供給電源ラインをオフしているため回路並びに記録ヘッド素子の破壊を回避することが可能となっている。
特開平９−３２２３８０号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、検出時にトランジスタを動作させている。その消費電流は検出回路のコンデンサから供給されており、記録ヘッドとは別な放電経路を持つことになり精度がよくない。
また、トランジスタの動作領域を考えた場合に、検出時に動作トランジスタに供給する電源電位が放電カーブの電位となる。この場合、特に、低電圧時の動作が不安定になり易いという問題がある。また、コンデンサの充放電の時間的変化を計測するため、検出そのものに時間がかかるという問題点もある。
そこで、本発明の目的は、上述した実情を考慮して、駆動系の回路を破損することなく、精度よくかつ高速に記録ヘッドの状態を検出する記録ヘッドの状態検出装置及び記録装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、エネルギ発生素子に電気的エネルギを付与してインクを吐出させる記録ヘッドの状態検出装置において、前記記録ヘッドを駆動する駆動回路と、該駆動回路に電力を与える電源入力端子と、一方が前記電源入力端子にかつ他方が電源に接続されたスイッチと、一方が前記電源入力端子にかつ他方が前記電源に接続された抵抗と、該抵抗の電圧を検出することによって前記記録ヘッドの状態検出を行う検出手段と、を具備することを特徴とする。
請求項２記載の発明は、前記抵抗の電源入力端子側は、コンパレータに接続されており、前記検出手段は、前記コンパレータの出力により異常状態を検出する請求項１記載の記録ヘッドの状態検出装置を特徴とする。
請求項３記載の発明は、前記抵抗の電源入力端子側は、ＡＤコンバータに接続されており、前記検出手段は、前記ＡＤコンバータの出力により前記記録ヘッドの状態を検出する請求項１記載の記録ヘッドの状態検出装置を特徴とする。
請求項４記載の発明は、検出値から異常状態が検出された時に、その作動を停止する請求項１乃至３の何れか１項記載の記録ヘッドの状態検出装置を特徴とする。
請求項５記載の発明は、前記検出値を記憶することが可能な記憶手段を備え、前記検出手段は、検出を行なう度に前記記憶手段に記憶された検出値と比較して前記記録ヘッドの状態を検出する請求項１乃至４の何れか１項記載の記録ヘッドの状態検出装置を特徴とする。
請求項６記載の発明は、請求項１乃至５の何れか１項記載の記録ヘッドの状態検出装置を搭載する記録装置において、前記記録ヘッドがスキャン動作を行なうスキャン動作手段を備えており、前記検出手段は、スキャン毎に状態検出を行なう記録装置を特徴とする。
請求項７記載の発明は、請求項５記載の記録ヘッドの状態検出装置を搭載している記録装置において、前記検出値の変化量によって駆動電圧の調整を行ない、前記記録ヘッドの駆動を補正する記録装置を特徴とする。

本発明は、記録ヘッドの駆動回路を破損することなく、高速にかつ精度よく記録ヘッドの状態を検出することが可能になる。

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。図１は記録装置を前方側から見た概略斜視図である。本発明に係る記録ヘッドの状態検出装置を含む記録装置の１例について図を参照して説明する。
この記録装置は、記録装置本体１と、記録装置本体１に装着した用紙を装填するための給紙トレイ２と、記録装置本体１に装着され画像が記録（形成）された用紙をストックするための排紙トレイ３とを備えている。さらに、記録装置本体１の前面４の一端部側には、前面４から前方側に突き出し、上面５よりも低くなったカートリッジ装填部６を有している。
このカートリッジ装填部６の上面に操作キーや表示器などの操作部７を配置している。カートリッジ装填部６には、液体補充手段としての液体保管用タンクであるメインタンク（以下、「インクカートリッジ」という。）１０が交換可能に装着され、また、開閉可能な前カバー８を有している。

図２は記録装置の機構部の全体構成を説明する概略構成図である。図３は図２の機構部の要部平面説明図である。次に、図２及び図３を参照してこの記録装置の機構部について説明する。
なお、ガイドロッド３１は、フレーム２１を構成する左右の側板２１Ａ、２１Ｂに横架したガイド部材である。ガイドロッド３１とステー３２とでキャリッジ３３を主走査方向に摺動自在に保持し、図示しない主走査モータによって図３で矢示方向（キャリッジ走査方向：主走査方向）に移動走査する。
このキャリッジ３３には、記録液の液滴（インク滴）を吐出するための液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドからなる複数の記録ヘッド３４が装着されている。記録ヘッド３４は複数のノズルを主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着されている。
ここで、記録ヘッド３４は、例えば、イエロー（Ｙ）の液滴を吐出する記録ヘッド３４ｙ、マゼンタ（Ｍ）の液滴を吐出する記録ヘッド３４ｍ、シアン（Ｃ）の液滴を吐出する記録ヘッド３４ｃ、ブラック（Ｂｋ）の液滴を吐出する記録ヘッド３４ｂとで構成している。
なお、「記録ヘッド３４」という時は色を区別しないものとする。また、ヘッド構成は、これらの例に限るものではなく、１又は複数の色の液滴を吐出する１又は複数のノズル列を有する記録ヘッドを１又は複数用いて構成することもできる。

記録ヘッド３４を構成する液滴吐出ヘッドとしては、液滴を吐出するためのエネルギ発生手段として圧電素子を利用する圧電アクチュエータを備えた液滴吐出ヘッドを使用できる。また、液滴を吐出するためのエネルギ発生手段として発熱抵抗体のような電気熱変換素子を用いて液体の膜沸騰による相変化を利用するサーマルアクチュエータを備えた液滴吐出ヘッドを使用できる。
さらに、温度変化による金属相変化を用いる形状記憶合金アクチュエータ、静電力を用いる静電アクチュエータなどを、液滴を吐出するためのエネルギ発生手段として備えた液滴吐出ヘッドなどを使用できる。本記録装置の記録ヘッドは圧電素子をエネルギ発生手段に用いている。
本記録装置の記録ヘッドの構成は従来技術として図１０に示したものと同一であり、図１０では１ｃｈ（１チャンネル）分しか示していないが実際には複数ｃｈ分が集積されている。また、キャリッジ３３には、各記録ヘッド３４にそれぞれ各色の記録液を供給するための各色のサブタンク３５ｙ、３５ｍ、３５ｃ、３５ｋ（色を区別しない場合は「サブタンク３５」という。）を搭載している。
このサブタンク３５には各色の記録液供給チューブ３７を介して前述した各色のインクカートリッジ１０（各色を区別する場合には、「インクカートリッジ１０ｙ、１０ｍ、１０ｃ、１０ｋ」という。）から記録液を供給するようにしている。ここで、インクカートリッジ１０は、図３にも示すように、カートリッジ装填部６に収納されている。

このカートリッジ装填部６には、インクカートリッジ１０内の記録液を送液するための供給ポンプユニット２３が設けられている。また、インクカートリッジ装填部６からサブタンク３５に至るまでの記録液供給チューブ３７は這い回しの途中でフレーム２１を構成する後板２１Ｃに本体側ホルダ２５にて固定保持されている。さらに、キャリッジ３３上でも固定リブ２６にて固定されている。
一方、給紙トレイ２の用紙積載部（底板）４１上に積載した用紙４２を給紙するために給紙部が形成されている。この給紙部として、用紙積載部４１から用紙４２を１枚ずつ分離給送する半月形のコロ（給紙コロ）４３及びこれに対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド４４を備えている。この分離パッド４４は適宜な手段により給紙コロ４３側に付勢されている。

そして、この給紙部から給紙された用紙４２を記録ヘッド３４の下方側で搬送するために搬送部が形成されている。この搬送部には、用紙４２を静電吸着して搬送するための搬送ベルト５１が設けられている。また、給紙部からガイド４５を介して送られる用紙４２を搬送ベルト５１との間で挟んで搬送するためのカウンタローラ５２が配置されている。
さらに、略鉛直上方に送られる用紙４２を略９０°方向転換させて搬送ベルト５１上に倣わせるための搬送ガイド５３と、押さえ部材５４で搬送ベルト５１側に付勢された先端加圧コロ５５とを備えている。また、搬送ベルト５１表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ５６を備えている。
ここで、搬送ベルト５１は無端状ベルトであり、搬送ローラ５７とテンションローラ５８との間に掛け渡されて、図３のベルト搬送方向に周回するように構成している。帯電ローラ５６は、搬送ベルト５１の表層に接触し、搬送ベルト５１の回動に従動して回転するように配置され、加圧力として軸の両端に各２．５Ｎを掛けている。
また、搬送ベルト５１の裏側には、記録ヘッド３４による印写領域に対応してガイド部材６１を配置している。このガイド部材６１は、上面が搬送ベルト５１を支持する２つのローラ（搬送ローラ５７とテンションローラ５８）の接線よりも記録ヘッド３４側に突出している。
これにより、搬送ベルト５１は印写領域ではガイド部材６１の上面にて押し上げられて案内されるので、高精度な平面性を維持される。さらに、記録ヘッド３４で記録された用紙４２を排紙するために排紙部が形成されている。この排紙部は、搬送ベルト５１から用紙４２を分離するための分離爪７１と、排紙ローラ７２及び排紙コロ７３とを備えている。
この排紙部において、排紙トレイ３は排紙ローラ７２の下方に配置するように構成されている。ここで、排紙ローラ７２と排紙コロ７３との間から排紙トレイ３までの高さは排紙トレイ３にストックできる量を多くするために或る程度高くしている。また、記録装置本体１の背面部には両面給紙ユニット８１が着脱自在に装着されている。
この両面給紙ユニット８１は搬送ベルト５１の逆方向回転で戻される用紙４２を取り込んで反転させて、再度、カウンタローラ５２と搬送ベルト５１との間に給紙する。また、この両面給紙ユニット８１の上面には手差し給紙部８２を設けている。

さらに、図３に示すように、キャリッジ３３の走査方向の一方側（両側でも良い）の非印字領域には、記録ヘッド３４のノズルの状態を維持し、かつ回復するための維持回復装置（以下「サブシステム」ともいう。）９１を配置している。
このサブシステム９１には、記録ヘッド３４の各ノズル面をキャッピングするための各キャップ部材（以下「キャップ」という。）９２ａ〜９２ｄ（区別しない時は「キャップ９２」という。）を備えている。
このように構成したインクジェット記録装置においては、給紙トレイ２から用紙４２が１枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙４２はガイド４５で案内される。続いて、搬送ベルト５１とカウンタローラ５２との間に挟まれて搬送され、さらに、先端を搬送ガイド５３で案内されて先端加圧コロ５５で搬送ベルト５１に押し付けられ、略９０°搬送方向を転換される。
この時、図示しない制御回路によって高圧電源から帯電ローラ５６に対してプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように、つまり交番する電圧が印加される。その結果、搬送ベルト５１が交番する帯電電圧パターン、すなわち、周回方向である副走査方向に、プラスとマイナスが所定の幅で帯状に交互に帯電されたものとなる。

このプラス、マイナス交互に帯電した搬送ベルト５１上に用紙４２が給送されると、用紙４２が搬送ベルト５１に静電的に吸着され、搬送ベルト５１の周回移動によって用紙４２が副走査方向に搬送される。そこで、キャリッジ３３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド３４を駆動する。
これにより、停止している用紙４２にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙４２を所定量搬送後、次の行の記録を行なう。記録終了信号又は用紙４２の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙４２を排紙トレイ３に排紙する。
また、印字（記録）待機中には、キャリッジ３３はサブシステム９１側に移動されて、キャップ部材９２で記録ヘッド３４がキャッピングされ、ノズルを湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録開始前、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出する空吐出動作を行なう。これによって、記録ヘッド３４の安定した吐出性能を維持する。

図４はインクジェット記録装置の制御部の概要を示すブロック図である。次に、画像形成装置であるこのインクジェット記録装置の制御部の概要について図４のブロック図を参照して説明する。 この制御部１００は、装置全体の制御を司るＣＰＵ１０１、このＣＰＵ１０１が実行するプログラム、その他の固定データを格納するＲＯＭ１０２、画像データなどを一時格納するＲＡＭ１０３を含んでいる。
制御部１００は、また、インクジェット記録装置の電源が遮断されている間もデータを保持するための不揮発性メモリ（ＮＶＲＡＭ）１０４を含んでいる。制御部１００は、さらに、画像データに対する各種信号処理、並び替えなどを行なう画像処理やその他装置全体を制御するための入出力信号を処理するＡＳＩＣ１０５を含んでいる。
制御部１００は、またさらに、ホスト側とのデータ、信号の送受を行うためのＩ／Ｆ１０６、記録ヘッド３４を駆動制御するためのヘッド駆動制御部１０７及びヘッドドライバ１０８、主走査モータ１１０を駆動するための主走査モータ駆動部１１１を含んでいる。
制御部１００は、また、副走査モータ１１２を駆動するための副走査モータ駆動部１１３、サブシステム９１のモータ１１５を駆動するためのサブシステム駆動部１１４、図示しない各種センサからの検知信号を入力するためのＩ／Ｏ１０９などを備えている。なお、記録ヘッド駆動制御部１０７はヘッド駆動回路とヘッド状態検出部からなる。
記録ヘッド駆動制御部１０７の詳細については後述する。また、この制御部１００には、この装置に必要な情報の入力および表示を行うための操作パネル１１６が接続されている。制御部１００は、ホスト側からの印刷データなどをケーブル或いはインターネットを介してＩ／Ｆ１０６で受信する。
ホスト側からの印刷データはパーソナルコンピュータ（ＰＣ）のごとき情報処理装置、イメージスキャナのごとき画像読み取り装置、デジタルカメラのごとき撮像装置などから送信される。
そして、ＣＰＵ１０１は、Ｉ／Ｆ１０６に含まれる受信バッファ内の印刷データを読み出して解析し、ＡＳＩＣ１０５にて必要な画像処理、データの並び替え処理などを行って記録ヘッド駆動制御部１０７に画像データを転送する。なお、画像出力するためのドットパターンデータの生成は、例えば、ＲＯＭ１０２にフォントデータを格納して行っても良い。また、ホスト側のプリンタドライバで画像データをビットマップデータに展開してこの装置に転送するようにしても良い。

図５は記録ヘッド駆動制御部の詳細な構成を示す回路図である。次に、記録ヘッド駆動制御部１０７の詳細な構成を図５に基づき説明する。記録ヘッド駆動制御部１０７は駆動回路Ｃ１と記録ヘッド状態検出部Ｃ２により構成される。
駆動回路Ｃ１の構成は高電圧の供給を記録ヘッドの状態検出部Ｃ２から受ける以外は従来技術として図７に示すものと同じである。記録ヘッドの状態検出部Ｃ２は記録動作と記録ヘッド３４（図４）の状態検出動作を切り換えるスイッチ部Ｃ１２と状態検出部Ｃ１７からなる。
スイッチ部Ｃ１２はＡＳＩＣ１０５（図４）から出力されるＶＨｃｏｎｔがＨレベルの時は動作モード、Ｌレベルの時は検出モードとなる。状態検出部Ｃ１７は状態検出抵抗Ｃ１６とコンパレータＣ９からなり、供給された検出閾値Ｖｒｅｆとの比較を行なう。
状態検出抵抗Ｃ１６の電源入力端子側は、コンパレータＣ９に接続されており、このコンパレータＣ９の出力により記録ヘッドの状態を検出する。これによって、簡単な構成で異常状態と正常状態の判定が行なえ、装置コストが安くなる。
この構成において、コンパレータＣ９の比較基準入力を異常状態と正常状態の閾値に設定しておけば、出力の変化によって異常状態と正常状態の判定がコストをかけずに簡単に行なえることとなる。

状態検出部Ｃ１７は検出出力をＶＨｅａｄとしてＡＳＩＣ１０５に出力する。ここで、状態検出抵抗Ｃ１６は３６０Ωとしている。記録ヘッド駆動制御部１０７各部の動作時の消費電流について説明する。記録素子Ｃ７は圧電素子であり、直流電圧印加時は僅かにリークがあるが、そのレベルは数ｎＡ程度である。
プッシュプル回路Ｃ５は負荷がコンデンサの場合に出力電圧ＶＣＯＭが直流値一定であれば電流を消費しない。増幅回路Ｃ４はＣＭＯＳで一体集積化されたもので消費電流が少ないのが特徴である。
無負荷で出力電圧が電源電位の場合の電源電位と消費電流の関係は表として表すこともできるが、ここでは表は示さない。この増幅回路Ｃ４は５Ｖ以下では動作しなくなり、消費電流も０となる。また、ドライバＩＣは、電源電位に関係なく、直流出力時で制御が一定な状態であれば消費電流は数μＡ以下である。以上、装置全体の概要を説明した。

図６は記録ヘッドが正常な場合の各部の信号状態を示す波形図である。上述した構成を基に記録ヘッドの状態検出動作を図に基づき説明する。まず、記録ヘッドの状態が正常な場合での動作を図５及び図６に基づき説明する。図６は記録ヘッドが正常な場合の各部の信号状態を表している。
記録装置の電源がオンされると、まず、電源はＶＬＰＳＵを制御部１００（図４）に供給する。この時、ＡＳＩＣ１０５（図４）はＶＨＣＯＮＴをＬレベルとして出力しておく。さらに、ＡＳＩＣ１０５は図示してないヘッドドライバＩＣの出力を全ｃｈでオンとなるように設定をする。
さらに、ＡＳＩＣ１０５は記録ヘッド駆動制御部の信号発生器Ｃ４にフルスケールの出力がされるようにＷＡＶＥＤＡＴＡを設定する。設定が完了するとＡＳＩＣ１０５から電源部にＶＨＰＳＵを出力するように指示が出され、ＶＨＰＳＵは０→３７Ｖを出力する。
ここで、駆動回路Ｃ１の信号発生器Ｃ３を除く各部には状態検出抵抗Ｃ１６を経由して電流が流れる。記録ヘッドが正常なので、駆動回路Ｃ１において電流を消費するのはトランジスタＣ１３のみであり、２．８５ｍＡが状態検出抵抗Ｃ１６に流れ、ＶＨを３６Ｖとして状態が平衡する。Ｖｒｅｆは３０Ｖ設定となっており、コンパレータＣ９の出力ＶＨｅａｄはＬレベルを出力する。
ＡＳＩＣ１０５はＶＨｅａｄがＬレベルであることを確認し、ＶＨｃｏｎｔとしてＨレベルを出力する。ＶＨｃｏｎｔにＨレベルが供給されると、スイッチ部Ｃ１２の２つのトランジスタＣ１３，Ｃ１４がオンとなり、ＶＨとして３７Ｖが供給され、通常の記録動作が可能になる。

図７は圧電素子に１０Ωの抵抗が並列に挿入されたと同じ状態を示す波形図である。次に、インクがヘッドに侵入した場合について図７を用いて説明する。図７では、記録ヘッドの１ｃｈにインクが侵入しており、圧電素子Ｃ７（図５）に１０Ωの抵抗が並列に挿入されたと同じ状態になっている。
まず、電源オン後の動作はＶＨＰＳＵが０→３７Ｖを出力するまでは図６の場合と同じである。ＶＨＰＳＵが３７Ｖになると、状態検出抵抗Ｃ１６（図５）にはアナログスイッチ制御部Ｃ８（図５）を経由して電流が流れる。アナログスイッチＣ６と付着したインクの抵抗は合わせて１００Ωとなり、ＶＨは８Ｖ程度で平衡してしまう。
Ｖｒｅｆが３０Ｖ設定となっていることからコンパレータＣ９（図５）の出力ＶＨｅａｄはＨレベルを出力する。ＡＳＩＣ１０５（図４）はＶＨｅａｄがＨレベルであることを確認するので、ＶＨｃｏｎｔとしてＬレベルを保持し、直ちにＶＨＰＳＵをオフして記録ヘッドの駆動を停止させる。これによって、異常状態での動作の継続で記録ヘッドにさらなるダメージが加わることを防止できるため信頼性を上げることができる。
ここで、ＡＳＩＣ１０５から記録ヘッドの状態が異常として操作パネル１１６（図４）を通してユーザに異常を知らせるようにしても良い。また、ホストがＰＣの場合にはネットワークを通してＰＣからユーザにドライバ上で異常を伝えるようにしても良い。

図８は記録ヘッドの状態検出部のコンパレータの代わりにＡＤコンバータを使用する構成を示す回路図である。図９は図８の構成において記録ヘッドがスキャン動作する毎に状態検出を行う場合の各部の信号を示す波形図である。
ここで、図８に示すように、図５の記録ヘッドの状態検出部のコンパレータＣ９の代わりにＡＤコンバータＣ１８を使用し、その出力をＮＶＲＡＭ１０４（図４）に記憶することも考えられる。図９は図８の構成において、記録ヘッドがスキャン動作する毎に状態検出を行う場合の各部の信号を表している。
ここで、図９には記録動作中に記録ヘッドが正常な状態から不具合とはならないレベルの僅かなインク漏れが起こった場合を示している。記録１では記録ヘッドは正常な状態、記録２では記録ヘッドには僅かなインク侵入があり、圧電素子１ｃｈに並列に１．７ｋΩがインクの抵抗が付いた状態となった場合である。
まず、記録１のスキャンが終了し、キャリッジ３３（図４）は往復動作のために減速し、再び逆方向に速度を変えて記録２へと向かう。この減速→加速の間にＡＳＩＣ１０５はＶＨｃｏｎｔをＬレベルにして記録ヘッド３４（図４）の状態検出を行なう。この時、記録ヘッド３４は正常なのでＶＨは３６Ｖを示す。

ＶＨ電圧３６ＶはＡＤコンバータＣ１８によりＡＤ変換されてＮＶＲＡＭ１０４に記憶される。次に、ＡＤ変換値が正常なことを確認したので、ＡＳＩＣ１０５はＶＨｃｏｎｔをＨレベルとして記録２の動作を行なう。記録２の動作が行なわれた後、キャリッジ３３が再び減速し始める直後に記録ヘッド３４の状態検出を行なう。
この時、インク侵入によってＶＨ電圧は３０Ｖとなる。ＣＰＵ１０１（図４）は記録１動作後と記録２動作後の検出値を比較して値が減少していることを確認する。その後、ＡＳＩＣ１０５に装置の停止を指示し、ＶＨＰＳＵを非出力として装置は停止する。
ＡＤコンバータＣ１８は状態検出抵抗Ｃ１６の電源１０の入力端子側に接続されており、このＡＤコンバータＣ１８の出力により記録ヘッド３４の状態を検出する。これによって、記録ヘッド３４の状態をアナログ値として認識することが可能となる。従って、より精度の高い検出、さらには段階的な状態の把握が可能となって装置の信頼性を上げることができる。
この構成ではＡＤコンバータＣ１８の出力から検出値がアナログ出力として判ることになる。この構成にすることにより正常値と異常値の２値化では判らない微妙な変化を検出できる。
例えば、記録ヘッドの内部にインクが侵入して微量付着した場合には異常としては検出されないが、検出値としては正常値の範囲内ではあるが異常値へ近いことになる。この状態を異常状態直前として検出し、回復手段を動作させるといったことも可能となり装置の信頼性を上げることができる。

ここで、状態検出装置の好適な形態として、検出値から異常状態が検出された時には、直ちに装置を停止する。これは異常状態での動作の継続により装置にさらなるダメージが加わることを防止できることになる。
図４ないし図９で述べた例はいずれもインクの侵入によるヘッドドライバＩＣのアナログスイッチ制御部Ｃ８の負荷インピーダンス低下である。しかしながら、圧電素子Ｃ７の電極異常であるマイグレーションやゴミの付着等も検出できることはいうまでもない。
検出値を記憶することが可能な記憶手段（ＮＶＲＡＭ１０４）を備え、検出を行なう度に記憶された検出値と比較して前記記録ヘッドの状態を検出する。これによって、検出値の時間的変化が判るようになり、記録ヘッドが異常状態に近づいているか、又は遠ざかっているかどうかが判る。結果として、記録ヘッドの状態予測が可能となり、ユーザへの警告等がより細かく行なえるようになり、信頼性の高い装置を提供できる。

ここで、本発明による記録ヘッドの状態検出装置をシリアル記録装置に搭載し、記録ヘッドがスキャン動作を行う毎に状態を検出することも考えられる。記録ヘッドが移動を行なう装置では、記録ヘッドへの物理的な力が加わるため状態が変化し易い。スキャン毎の状態検出は装置の信頼性を高めるために有効である。
また、本発明の記録ヘッドの状態検出装置は、記録ヘッドとしてヒータを用いる場合の各ヒータの抵抗値を測定し、その抵抗値に基づいて各電熱変換素子に印加する駆動電圧を調整することもできる。
特に、記録ヘッドが長尺化した場合に、ノズル毎のヒータの抵抗値にバラツキが生じ易くなり、その結果、吐出されるインク量にバラツキが生じてしまう。しかし、各ヒータの抵抗値をフィードバックして印加電圧を調整することで、狙いの大きさのインク滴を吐出することもできる。
本発明の記録ヘッドの状態検出装置を搭載している記録装置は、この記録装置の記録ヘッドがスキャン動作中にも状態を検出するので、信頼性が高い装置を提供できる。
また、記録ヘッドの補正が可能になり、装置の精度を高めることが可能になる。さらに、記録素子に経時的な変化、又はバラツキがある場合に記録ヘッドの高精度化が容易になる。

記録装置を前方側から見た概略斜視図である。 記録装置の機構部の全体構成を説明する概略構成図である。 図２の機構部の要部平面説明図である。 画像形成装置の制御部の概要を示すブロック図である。 記録ヘッド駆動制御部の詳細な構成を示す回路図である。 記録ヘッドが正常な場合の各部の信号状態を示す波形図である。 圧電素子に１０Ωの抵抗が並列に挿入されたと同じ状態を示す波形図である。 記録ヘッドの状態検出部のコンパレータの代わりにＤＡコンバータを使用する構成を示す回路図である。 図８の構成において記録ヘッドがスキャン動作する毎に状態検出を行う場合の各部の信号を示す波形図である。 従来の圧電素子を用いた記録ヘッドの１ノズル分を示す断面図である。 従来のヒータを用いたヘッドを示す断面図である。 従来の記録ヘッドの駆動回路として、例えば、圧電素子を用いた記録ヘッドの駆動回路を示す概略図である。 従来のヒータを用いた記録ヘッドの駆動回路を示す概略図である。

符号の説明

１ 記録装置（記録装置本体）、３３ スキャン動作手段（キャリッジ）、３４ 記録ヘッド、１０４ 記憶手段（不揮発性メモリ（ＮＶＲＡＭ））、１０７ 記録ヘッド駆動制御部、Ｃ１ 駆動回路、Ｃ２ 記録ヘッドの状態検出装置（記録ヘッド状態検出部）、Ｃ６ アナログスイッチ、Ｃ７ エネルギ発生素子（圧電素子）、Ｃ８ アナログスイッチ制御部、Ｃ９ 検出手段（コンパレータ）、Ｃ１０ 電源、Ｃ１２ スイッチ（スイッチ部）、Ｃ１６ 抵抗（状態検出抵抗）、Ｃ１７ 状態検出部、Ｃ１８ 検出手段（ＡＤコンバータ）

Claims (7)

1. エネルギ発生素子に電気的エネルギを付与してインクを吐出させる記録ヘッドの状態検出装置において、前記記録ヘッドを駆動する駆動回路と、該駆動回路に電力を与える電源入力端子と、一方が前記電源入力端子にかつ他方が電源に接続されたスイッチと、一方が前記電源入力端子にかつ他方が前記電源に接続された抵抗と、該抵抗の電圧を検出することによって前記記録ヘッドの状態検出を行う検出手段と、を具備することを特徴とする記録ヘッドの状態検出装置。
2. 前記抵抗の電源入力端子側は、コンパレータに接続されており、前記検出手段は、前記コンパレータの出力により前記記録ヘッドの状態を検出することを特徴とする請求項１記載の記録ヘッドの状態検出装置。
3. 前記抵抗の電源入力端子側は、ＡＤコンバータに接続されており、前記検出手段は、前記ＡＤコンバータの出力により前記記録ヘッドの状態を検出することを特徴とする請求項１記載の記録ヘッドの状態検出装置。
4. 検出値から異常状態が検出された時に、前記記録ヘッドの駆動を停止することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の記録ヘッドの状態検出装置。
5. 前記検出値を記憶することが可能な記憶手段を備え、前記検出手段は、検出を行なう度に前記記憶手段に記憶された検出値と比較して前記記録ヘッドの状態を検出することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の記録ヘッドの状態検出装置。
6. 請求項１乃至５の何れか１項記載の記録ヘッドの状態検出装置を搭載する記録装置において、前記記録ヘッドがスキャン動作を行なうスキャン動作手段を備えており、前記検出手段は、スキャン毎に状態検出を行なうことを特徴とする記録装置。
7. 請求項５記載の記録ヘッドの状態検出装置を搭載している記録装置において、前記検出値の変化量によって前記記録ヘッドの駆動信号の補正を行なうことを特徴とする記録装置。

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