JP2010221525A - 液体吐出装置、及び、液体吐出装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液体貯留部材に貯留されている液体の残量が少なくなったことをより高い精度で検出することが可能な液体吐出装置、及び、液体吐出装置の制御方法を提供する。
【解決手段】記録ヘッド３のノズル４７から吐出されたインクの飛翔速度Ｖｍを検出するインク速度測定部７と、インク速度測定部７により検出されたインク飛翔速度の変化に基づいてインクパック５２内に貯留されているインクの残量が予め定められたエンド判定残量に達したか否かを判定するエンド判定手段と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、インクジェット式プリンター等の液体吐出装置及びその制御方法に関するものであり、特に、液体貯留部材に貯留されている液体の残量が少なくなったことを検出することが可能な液体吐出装置及びその制御方法に関するものである。

液体吐出装置は、液体を吐出可能な液体吐出ヘッドを備え、この液体吐出ヘッドから各種の液体を吐出する装置である。この液体吐出装置の代表的なものとして、例えば、液体吐出ヘッドとしてのインクジェット式記録ヘッド（以下、単に記録ヘッドという）を備え、この記録ヘッドのノズルから液体状のインクを記録紙等の記録媒体（着弾対象物）に対して吐出・着弾させることで画像等の記録を行うインクジェット式プリンター（以下、単にプリンターという。）等の画像記録装置を挙げることができる。また、近年においては、この画像記録装置に限らず、液晶ディスプレー等のカラーフィルターの製造装置等、各種の製造装置にも液体吐出装置が応用されている。

上記プリンターには、例えば、インクパックなどのインク貯留部材に貯留されたインクを記録ヘッドの圧力発生室内に導入し、圧電振動子や発熱素子等の圧力発生手段を駆動信号によって駆動することにより、圧力発生室内のインクに圧力変動を生じさせ、この圧力変動を制御することでノズルからインクを吐出するように構成されているものがある。この種のプリンターでは、インク貯留部材内のインクの残量が少なくなった場合には、ユーザーがインク貯留部材の交換のタイミングを把握することができるように、インク貯留部材内のインクの残量をユーザーに報知する構成を採用している。例えば、記録ヘッドによるインクの吐出回数を計数し、この計数値に設計液量を乗ずることによりインク消費量を算出し、このインク消費量に基づいてインクカートリッジ内のインク残量をユーザーに報知するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この構成では、インク吐出量のばらつき等があるため高い精度で残量を検出することが難しいという問題があった。このため、インク貯留部材にインクの残量を検出するためのセンサーを設けた構成も提案されている（例えば、特許文献２参照）。この構成の場合、全てのインク貯留部材にセンサーやメモリー等を設ける分、コストが上昇する問題があった。

このような問題点に鑑み、記録ヘッドのノズル面と、これに対向して配置された液滴受部との間に電界を付与し、ノズルから液滴受部に向けてインクを吐出したときの静電誘導に基づく電圧変化を検出信号として出力するインク速度測定部を設け、このインク速度測定部からの検出信号の振幅の変化率に基づいて、インク貯留部材のインクの残量を検出する構成も提案されている（例えば、特許文献３参照）。即ち、この構成では、インク貯留部材内に貯留されているインクの残量が減少するとインク貯留部材内の負圧が大きくなり、これに伴いノズルから吐出されるインクの量（インク重量）が減少してインク速度測定部の検出信号の振幅が小さくなることを利用して、インクパック内の残量を検出している。

特開平５−８８５５２号公報 特開２００５−１４４９４９号公報 特開２００７−１６０６７１号公報

ところが、上記インク速度測定部では、例えば、インク一滴に対する検出信号の振幅が非常に小さいため、検出精度を高めるべく、検査時における１つのノズルについてのインクの吐出数は、複数ショット、例えば数十ショット以上に設定されている。このため、検査の度にインクを浪費してしまうという問題があった。また、その分、検査時間もより多く要するという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、液体貯留部材に貯留されている液体の残量が少なくなったことをより高い精度で検出することが可能な液体吐出装置、及び、液体吐出装置の制御方法を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、液体貯留部材からの液体を圧力発生室に導入し、圧力発生手段を駆動させることによりノズルから液体を吐出可能な液体吐出ヘッドと、圧力発生手段を駆動する吐出駆動パルスを発生する駆動信号発生手段と、を有する液体吐出装置であって、
前記液体吐出ヘッドのノズルから吐出された液体の飛翔速度を検出する飛翔速度検出手段と、
前記飛翔速度検出手段により検出された飛翔速度の変化に基づいて前記液体貯留部材内に貯留されている液体の残量が予め定められたエンド判定残量に達したか否かを判定するエンド判定手段と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、飛翔速度検出手段により検出された飛翔速度の変化に基づいて液体貯留部材内に貯留されている液体の残量が予め定められたエンド判定残量に達したか否かを判定するので、液体貯留部材の交換が必要な程度まで液体の残量が少なくなった状態（エンド状態）をより高い精度で検出することができる。このため、より適切なタイミングでユーザーに対して液体貯留部材の交換を促すことができる。その結果、液体貯留部材内の液体を無駄なく使用することができる。
また、液体飛翔速度の測定時には、液体の量（重量）を測定する場合と比べて消費する液体の量が少なくて済み、また、測定時間も短縮することができる。

上記構成において、前記エンド判定手段は、前記飛翔速度検出手段により検出された飛翔速度が、予め定められた閾値以下となった場合に、前記液体貯留部材内の液体残量が前記エンド判定残量になったと判定する構成を採用することが望ましい。

また、上記構成において、前記飛翔速度検出手段が、前記ノズルから吐出される液体の通過領域と交差する軌道に光を照射する発光部と、前記通過領域と交差した後の光を受光する受光部と、前記受光部の受光状態に基づいて前記通過領域を飛翔する液体の飛翔速度を導出する演算部と、を有する構成を採用することが望ましい。

また、本発明は、液体貯留部材からの液体を圧力発生室に導入し、圧力発生手段を駆動させることによりノズルから液体を吐出可能な液体吐出ヘッドと、圧力発生手段を駆動する吐出駆動パルスを発生する駆動信号発生手段と、を有する液体吐出装置の制御方法であって、
前記液体吐出ヘッドのノズルから吐出された液体の飛翔速度を検出し、検出された飛翔速度の変化に基づいて前記液体貯留部材内に貯留されている液体の残量が予め定められたエンド判定残量に達したか否かを判定することを特徴とする。

プリンターの構成を説明する斜視図である。 記録ヘッドの構成を説明する断面図である。 記録ヘッドの構成を説明する要部断面図である。 インク速度測定処理を行う装置構成を説明する模式図である。 プリンターの電気的構成を説明するブロック図である。 吐出駆動パルスの構成を説明する図である。 インク残量に対する記録ヘッドの圧力変化の関係を示すグラフである。 圧力変化とインク飛翔速度の変化率との関係を示すグラフである。 圧力変化に対するインク飛翔速度の変化率及びインク重量の変化率の違いを説明するグラフである。 インク速度測定工程における各信号のタイミングチャートである。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下においては、本発明の液体吐出装置として、インクジェット式記録装置（以下、プリンター）を例に挙げて説明する。

図１のプリンター１は、サブタンク２及び記録ヘッド３（液体吐出ヘッドの一種）を搭載したキャリッジ４とプリンター本体５とから概略構成され、プリンター本体５には、キャリッジ４を往復移動させるキャリッジ移動機構６５（図５参照）と、記録紙（図示せず）を搬送する紙送り機構６６（図５参照）と、記録ヘッド３の増粘インクをノズルから吸引するクリーニング動作等に用いられるキャッピング機構と、記録ヘッド３に供給するインク（本発明における液体の一種）を貯留したインクカートリッジ６とが設けられている。また、プリンター１は、記録ヘッド３から吐出されるインク滴を検出可能なインク速度測定部７（図４，５参照）を備えている。このインク速度測定部７（本発明における飛翔速度検出手段に相当）は、記録ヘッド３のノズルから吐出されるインクの飛翔速度を測定するための装置である。このインク速度測定部７の詳細については、後述する。

キャリッジ移動機構６５は、プリンター本体５の幅方向に架設されたガイド軸８と、パルスモーター９と、パルスモーター９の回転軸に接続されてこのパルスモーター９によって回転駆動される駆動プーリー１０と、この駆動プーリー１０とはプリンター本体５における反対側に設けられた遊転プーリー１１と、駆動プーリー１０と遊転プーリー１１との間に掛け渡され、キャリッジ４に接続されたタイミングベルト１２とから構成されている。そして、パルスモーター９を駆動することで、キャリッジ４がガイド軸８に沿って主走査方向に往復移動するように構成されている。また、紙送り機構は、紙送りモーターや、この紙送りモーターによって回転駆動される紙送りローラー（何れも図示せず）等から構成され、図示しない記録紙を記録動作に連動させてプラテン１３の上に順次送り出す。

キャッピング機構は、キャップ部材１４、図示しない吸引ポンプ等から構成されている。キャップ部材１４は、ゴム等の弾性材をトレイ形状に成型した部材によって構成してあり、ホームポジションに配設されている。このホームポジションは、キャリッジ４の移動範囲内であって記録領域よりも外側の端部領域に設定され、電源オフ時や長時間に亘って記録が行われなかった場合にキャリッジ４が位置する。ホームポジションにキャリッジ４が位置すると、キャップ部材１４が記録ヘッド３のノズル基板４３（図３参照）の表面（即ち、ノズル面）に当接して封止する。この封止状態で吸引ポンプを作動させると、キャップ部材の内部（封止空部）が減圧されて、記録ヘッド３内のインクがノズルから排出される。また、このキャップ部材１４は、記録ヘッド３による記録動作中において、増粘したインクや気泡等を排出すべく強制的にインク滴を吐出させるフラッシング動作時に吐出インク滴を受ける。

図２は、記録ヘッド３の構成を説明する断面図、図３は、記録ヘッド３の要部断面図である。本実施形態における記録ヘッド３は、導入針ユニット１７、ヘッドケース１８、流路ユニット１９、及び、アクチュエーターユニット２０を主な構成要素としている。導入針ユニット１７の上面にはフィルター２１を介在させた状態で２本のインク導入針２２（液体導入針）が横並びで取り付けられている。これらのインク導入針２２には、サブタンク２がそれぞれ装着される。また、導入針ユニット１７の内部には、各インク導入針２２に対応したインク導入路２３が形成されている。このインク導入路２３の上端はフィルター２１を介してインク導入針２２に連通し、下端はパッキン２４を介してヘッドケース１８内部に形成されたケース流路２５と連通する。

サブタンク２には、インク室２７となる凹部が形成され、この凹部の開口面に透明な弾性シート２６を貼設してインク室２７が区画されている。また、サブタンク２の下部にはインク導入針２２が挿入される針接続部２８が下方に向けて突設されている。サブタンク２におけるインク室２７は、すり鉢形状をしており、その側面における上下中央よりも少し下の位置には、針接続部２８との間を連通する接続流路２９の上流側開口が臨んでおり、この上流側開口にはインクを濾過するタンク部フィルター３０が取り付けられている。針接続部２８の内部空間にはインク導入針２２が液密に嵌入されるシール部材３１が嵌め込まれている。このサブタンク２には、図４に示すように、インク室２７に連通する連通溝部３２′を有する延出部３２が形成されており、この延出部３２の上面にはインク流入口３３が突設されている。インク流入口３３には、インクカートリッジ６に貯留されたインクを供給するインク供給チューブ３４が接続される。従って、インク供給チューブ３４を通ってきたインクは、このインク流入口３３から連通溝部３２′を通ってインク室２７に流入する。上記の弾性シート２６は、インク室２７を収縮させる方向と膨張させる方向とに変形可能である。そして、この弾性シート２６の変形によるダンパー機能によって、インクの圧力変動が吸収される。すなわち、弾性シート２６の作用によってサブタンク２が圧力ダンパーとして機能する。従って、インクは、サブタンク２内で圧力変動が吸収された状態で記録ヘッド３側に供給される。

ヘッドケース１８は、合成樹脂製の中空箱体状部材であり、下端面に流路ユニット１９を接合し、内部に形成された収容空部３７内にアクチュエーターユニット２０を収容し、流路ユニット１９側とは反対側の上端面にパッキン２４を介在した状態で導入針ユニット１７を取り付けるようになっている。このヘッドケース１８の内部には、高さ方向を貫通してケース流路２５が設けられている。このケース流路２５の上端は、パッキン２４を介して導入針ユニット１７のインク導入路２３と連通するようになっている。また、ケース流路２５の下端は、流路ユニット１９内のリザーバー（共通液体室）４４に連通するようになっている。したがって、インク導入針２２から導入されたインクは、インク導入路２３及びケース流路２５を通じてリザーバー４４側に供給される。

ヘッドケース１８の収容空部３７内に収容されるアクチュエーターユニット２０は、櫛歯状に列設された複数の圧電振動子３８（圧力発生手段の一種）と、この圧電振動子３８が接合される固定板３９と、プリンター本体側からの駆動信号を圧電振動子３８に供給する配線部材としてのフレキシブルケーブル４０とから構成される。各圧電振動子３８は、固定端部側が固定板３９上に接合され、自由端部側が固定板３９の先端面よりも外側に突出している。即ち、各圧電振動子３８は、所謂片持ち梁の状態で固定板３９上に取り付けられている。また、各圧電振動子３８を支持する固定板３９は、例えば厚さ１ｍｍ程度のステンレス鋼によって構成されている。そして、アクチュエーターユニット２０は、固定板３９の背面を、収容空部３７を区画するケース内壁面に接着することで収容空部３７内に収納・固定されている。

流路ユニット１９は、振動板（封止板）４１、流路基板４２、及びノズル基板４３からなる流路ユニット構成部材を積層した状態で接着剤によって接合して一体化することにより作製されており、リザーバー４４（共通液体室）からインク供給口４５及び圧力発生室４６を通りノズル４７に至るまでの一連のインク流路（液体流路）を形成する部材である。圧力発生室４６は、ノズル４７の列設方向（ノズル列方向）に対して直交する方向に細長い室として形成されている。また、リザーバー４４は、ケース流路２５と連通し、インク導入針２２側からのインクが導入される室である。そして、このリザーバー４４に導入されたインクは、インク供給口４５を通じて各圧力発生室４６に分配供給される。

流路ユニット１９の底部に配置されるノズル基板４３は、ドット形成密度に対応したピッチ（例えば１８０ｄｐｉ）で複数のノズル４７を列状に開設した金属製の板材である。本実施形態のノズル基板４３には、ノズル列（ノズル群）が、各サブタンク２に対応して合計２列並設されている。そして、１つのノズル列は、例えば、１８０個のノズル４７によって構成される。ノズル基板４３と振動板４１との間に配置される流路基板４２は、インク流路となる流路部、具体的には、リザーバー４４、インク供給口４５、及び、圧力発生室４６となる空部が区画形成された板状の部材である。振動板４１は、ステンレス鋼等の金属製の支持板上に弾性フィルムをラミネート加工した二重構造の複合板材である。この振動板４１の圧力発生室４６に対応する部分には、エッチングなどによって支持板を環状に除去することで、圧電振動子３８の先端面が接合される島部４８が形成されており、この部分はダイヤフラム部として機能する。即ち、この振動板４１は、圧電振動子３８の作動に応じて島部４８の周囲の弾性フィルムが弾性変形するように構成されている。また、振動板４１は、流路基板４２の一方の開口面を封止し、コンプライアンス部４９としても機能する。このコンプライアンス部４９に相当する部分についてはダイヤフラム部と同様にエッチングなどにより支持板を除去して弾性フィルムだけにしている。

そして、上記の記録ヘッド３において、フレキシブルケーブル４０を通じて駆動信号が圧電振動子３８に供給されると、この圧電振動子３８が素子長手方向に伸縮し、これに伴い島部４８が圧力発生室４６に近接する方向或いは離隔する方向に移動する。これにより、圧力発生室４６の容積が変化し、圧力発生室４６内のインクに圧力変動が生じる。この圧力変動によってノズル４７からインク滴が吐出される。

インクカートリッジ６は、図４に示すように、中空箱形状に形成されたケース部材５１と、可塑性材料によって形成されたインクパック５２（液体貯留部材の一種）とから構成されており、ケース部材５１内の収容室にインクパック５２を収容している。このインクカートリッジ６は、インク供給チューブ３４の一端部と連通しており、ケース部材５１の収容室内に空気を送り込むことによるインクパック５２の加圧や記録ヘッド３のノズル面との水頭差等を利用して、インクパック５２内のインクを記録ヘッド３側に供給するように構成されている。そして、記録ヘッド３では、圧電振動子３８を駆動することによる圧力変化によって、圧力発生室４６内のインクをノズル４７から吐出する。

図５は、プリンター１の電気的な構成を示すブロック図である。本実施形態におけるプリンター１は、プリンターコントローラー５５と、プリントエンジン５６と、インク速度測定部７とで概略構成されている。プリンターコントローラー５５は、ホストコンピューター等の外部装置からの印刷データ等が入力される外部インターフェース（外部Ｉ／Ｆ）５７と、各種データ等を記憶するＲＡＭ５８と、各種制御のための制御プログラム等を記憶したＲＯＭ５９と、ＲＯＭ５９に記憶されている制御プログラムに従って各部の統括的な制御を行う制御部６０と、クロック信号を発生する発振回路６１と、記録ヘッド３へ供給する駆動信号を発生する駆動信号発生回路６２（駆動信号発生手段の一種）と、印刷データをドット毎に展開することで得られた吐出データや駆動信号等を記録ヘッド３に出力するための内部インターフェース（内部Ｉ／Ｆ）６３と、を備えている。

プリントエンジン５６は、記録ヘッド３と、キャリッジ移動機構６５と、紙送り機構６６とから構成されている。記録ヘッド３は、吐出データがセットされるシフトレジスター（ＳＲ）６７と、シフトレジスター６７にセットされた吐出データをラッチするラッチ回路６８と、ラッチ回路６８からの吐出データを翻訳してパルス選択データを生成するデコーダー６９と、電圧増幅器として機能するレベルシフター７０と、圧電振動子３８に対する駆動信号の供給を制御するスイッチ回路７１と、圧電振動子３８とを備えている。

上記制御部６０は、外部装置から送信された印刷データをドットパターンに対応した吐出データに展開して記録ヘッド３に送信する。記録ヘッド３では、受信した吐出データに基づき、インクの吐出が行われる。また、制御部６０は、液体消費量算出部としても機能し、記録ヘッド３によるインク滴の吐出に応じて、インクカートリッジ６のインク消費量（液体消費量）を算出する。具体的には、制御部６０は、吐出回数をカウントし、そのカウント値に吐出したインク滴の設計液量を乗ずることにより、インク消費量を算出するようになっている。例えば、小ドットのインク滴の設計液量が２ｎｇに設定されている場合、当該小ドットの吐出カウント値が１０００である場合には、この吐出カウント値に設計液量である２ｎｇを乗ずることで、インク消費量として２０００ｎｇが得られる。

そして、制御部６０は、インク消費量に基づきインクカートリッジ６内のインク残量（液体残量）を算出し、算出したインク残量を、例えば、プリンター１の筐体表面に設けられた液晶表示部に数値や模式的なグラフィック等として表示させる。制御部６０により算出されたインク残量の情報は、外部Ｉ／Ｆ５７を介してホストコンピューター等の外部装置にも出力される。外部装置では、印刷用ドライバソフトの起動時等に、プリンター１側からのインク残量情報に基づいて各インクカートリッジ６内のインク残量の表示が行われる。また、制御部６０は、本発明におけるエンド判定手段として機能し、インクカートリッジ６内のインクが計算上無くなった（インクエンドとなった）と判定した場合、別途、警告表示等を行う。

駆動信号発生回路６２は、記録ヘッド３の圧電振動子３８に供給する吐出駆動パルスの電圧値の変化量を示すデータと吐出駆動パルスの電圧を変化させるタイミングを規定するタイミング信号とが入力され、これらのデータ及びタイミング信号に基づいて例えば、図６に示すような吐出駆動パルスＤＰを含む駆動信号を発生する。図６に例示した吐出駆動パルスＤＰは、膨張要素ｐ１と、膨張ホールド要素ｐ２（膨張維持要素）と、収縮要素ｐ３と、制振ホールド要素ｐ４と、制振要素ｐ５とからなる。膨張要素ｐ１は、圧力発生室４６の定常容積（膨張又は収縮の基準となる容積）に対応する中間電位ＶＢ（基準電位）から膨張電位ＶＨまで一定勾配で電位を上昇させる波形要素であり、膨張ホールド要素ｐ２は、膨張電位ＶＨで一定な波形要素である。収縮要素ｐ３は、膨張電位ＶＨから収縮電位ＶＬまで急勾配で電位を下降させる波形要素であり、制振ホールド要素ｐ４は、収縮電位ＶＬを所定期間維持する波形要素である。また、制振要素ｐ５は収縮電位ＶＬから中間電位ＶＢまで一定勾配で電位を上昇させる波形要素である。

このように構成された吐出駆動パルスＤＰが圧電振動子３８に供給されると、まず、膨張要素ｐ１によって圧電振動子３８が収縮することで島部４８が圧力発生室４６から離隔する方向に変位し、これにより圧力発生室４６が中間電位ＶＢに対応する定常容積から膨張電位ＶＨに対応する膨張容積まで膨張する。この膨張により、メニスカスが圧力発生室４６側に大きく引き込まれると共に、圧力発生室４６内にはリザーバー４４側からインク供給口３３を通じてインクが供給される。そして、この圧力発生室４６の膨張状態は、膨張ホールド要素ｐ２の発生期間に亘って維持される。その後、収縮要素ｐ３が印加されることで圧電振動子３８が伸張して島部４８が圧力発生室４６側に変位する。これにより、圧力発生室４６は膨張容積から収縮電位ＶＬに対応する収縮容積まで急激に収縮される。この圧力発生室４６の急激な収縮により圧力発生室４６内のインクが加圧され、ノズル４７から規定量（例えば、数ｎｇ〜十数ｎｇ）のインクが吐出される。詳しくは、収縮要素ｐ３の終端近傍でインクが吐出される。圧力発生室４６の収縮状態は、制振ホールド要素ｐ４の供給期間に亘って維持され、この間に、インクの吐出によって減少した圧力発生室４６内のインク圧力は、その固有振動によって再び上昇する。この上昇タイミングにあわせて制振要素ｐ５が供給されるように調整されている。この制振要素ｐ５の供給により、圧力発生室４６が定常容積まで膨張復帰し、圧力発生室４６内のインクの圧力変動（残留振動）が吸収される。そして、この吐出駆動パルスＤＰは、ノズル４７から吐出されるインク滴の液量が設計液量に一致するような駆動電圧Ｖｄ（膨張電位ＶＨと収縮電位ＶＬとの電位差）に設定されている。なお、勿論、吐出駆動パルスＤＰは、例示した波形のものには限られず、種々の波形のものを用いることができる。

ところで、上記構成のインクカートリッジ６では、記録ヘッド３でインクが消費されるのに伴ってインクパック５２が縮むと、このインクパック５２の内圧が低下する。これにより、記録ヘッド３のインク流路の内圧も低下する。図７は、インクパック５２のインク残量に対するインク流路の圧力変化（圧力損失）の関係を示すグラフである。同図に示すように、例えば、インク残量が満タン時の約３０％となるまでは一定の圧力であるのに対し、３０％を下回ると急激に圧力が低下する。このようにインクパック５２の負圧化が進行すると、記録ヘッド３へのインクの供給量が不足し、これにより、記録ヘッド３から吐出されるインクの量（重量）が、満タン時の吐出量よりも減少する。

図８は、圧力変化（圧力損失）とインクの飛翔速度変化比（満タン時の吐出量に対する変化率（インク速度比））との関係を示すグラフである。同図に示すように、インク流路内の圧力変化とインク速度比とはほぼ比例関係にあり、インクパック５２の圧力低下に伴ってインク流路の圧力が低下するほど、吐出されるインクの飛翔速度Ｖｍも低下していく。即ち、インクパック５２内のインクの残量が低下するのに伴って吐出インクの飛翔速度が変化する。ここで、図９は、圧力変化（ノズルにおける水頭値）に対するインクの飛翔速度Ｖｍとインク重量Ｉｗの変化の違いを説明するグラフである。なお、同図において、横軸はノズル４７におけるメニスカスの水頭値であり、縦軸は水頭値が−４０ｍｍの場合を１としたときの飛翔速度Ｖｍ及びインク重量Ｉｗの比率を示している。同図に示すように、圧力変化に伴う水頭値の変化に応じて、吐出されるインクの重量Ｉｗも変化するが、インク飛翔速度の変化率の方がインク重量の変化率よりも大きいことが判る。このため、本発明に係るプリンター１は、インクパック５２のインク残量とインク速度の相関関係に基づいて、インクパック５２内のインクが無くなった状態のインクエンドをより高い精度で検出するように構成されている。以下、この点について説明する。

インク速度測定部７は、図４に示すように、ノズル４７からのインクの飛翔領域Ａと交差するような軌道Ｌに半導体レーザー７４ａから光を射出する発光部７４と、インクの通過領域Ａと交差した後の光をフォトダイオード７５ａで受光する受光部７５と、受光部７５での光の受光状態に基づいて通過領域Ａを飛翔するインクの飛翔速度を導出する演算部７６と、から構成される。本実施形態では、プリンターコントローラー５５の制御部６０が演算部７６として機能する。発光部７４と受光部７５とは、インクの飛翔領域Ａを間に挟んで互いに対向する状態で配置されている。発光部７４とインクの飛翔領域Ａとの間、及び、受光部７５とインクの飛翔領域Ａとの間に、それぞれ１以上のインクミスト遮蔽板７７ａ，７７ｂが配置されている。各インクミスト遮蔽板７７ａ，７７ｂには、光の軌道Ｌが通過可能な開口が設けられている。そして、発光部７４の半導体レーザー７４ａから出射される光が、インクの飛翔領域Ａと交差して、受光部７５のフォトダイオード７５ａに受光されるようになっている。即ち、光の軌道Ｌ、インクの飛翔領域Ａ及び受光部７５の配置関係は、インクの飛翔領域Ａをインクが通過している間に、受光部７５による受光が中断されるように図示しない位置調整機構によって高精度に調整されている。また、記録ヘッド３のノズル面から光の軌道Ｌまでの距離Ｄも位置調整機構によって定められている。そして、受光部７５は、フォトダイオード７５ａによる光電変換処理を介して、受光の中断期間に対応する幅を有する検出信号Ｓ（図１０参照）を出力するようになっている。

演算部７６は、ノズル４７からインクが吐出されたタイミングと検出信号Ｓの立ち上がりタイミングと距離Ｄとに基づいて、ノズル４７から吐出されるインクの飛翔速度を求める。具体的には、吐出駆動パルスＤＰの収縮要素ｐ３が終了するタイミング（即ち、収縮要素ｐ３から制振ホールド要素ｐ４に切り替わるタイミング）から受光部７５の検出信号Ｓの立ち上がりタイミングまでの時間ｔと、ノズル４７から光の軌道Ｌまでの距離Ｄと、に基づいて、Ｄ／ｔをインク速度Ｖｍとして導出するようになっている。

次に、インク速度測定部７を用いたインクエンド判定処理について説明する。このインクエンド判定処理は、吐出回数と設計液量の積算により求めたインク消費量が所定量になった場合に実行される。
インクエンド判定処理では、まず、インク速度測定部７によってインク飛翔速度測定工程が行われる。このインク飛翔速度測定工程では、記録ヘッド３のノズル面と光の軌道Ｌとが位置調整機構によって間隔Ｄに高精度に位置決めされる。位置決めされたならば、発光部７４から、インクの飛翔領域Ａを通る光が出射される。この光は、受光部７５で継続的に受光される。この状態で、図１０に示すように、ラッチ信号ＬＡＴをトリガとして、駆動信号ＣＯＭの吐出駆動パルスＤＰが圧電振動子３８に印加される。これにより、圧電振動子３８が駆動して圧力発生室４６内のインクに圧力変動が生じ、この圧力変動によりノズル４７からインクが吐出される。吐出されたインクは、インクの飛翔領域Ａを通過する際に、軌道Ｌの光を遮断する。これにより、受光部７５は遮断期間に対応する幅を有する検出信号Ｓを出力する。そして、演算部７６として機能する制御部６０は、吐出駆動パルスＤＰの収縮要素ｐ３が終了するタイミングから検出信号Ｓの立ち上がりタイミングまでの時間ｔとノズル４７から光の軌道Ｌまでの距離Ｄとに基づいて、インク飛翔速度Ｖｍを導出する（Ｖｍ＝Ｄ／ｔ）。

インク飛翔速度Ｖｍが得られたならば、次に、エンド判定工程が行われる。インク飛翔速度測定工程においてインク速度測定部７により測定されるインク飛翔速度Ｖｍは、上述したように、インクカートリッジ６のインクパック５２内のインク残量に応じて変化する。そこで、エンド判定手段として機能する制御部６０は、インク速度測定部７により検出されたインク飛翔速度Ｖｍと予め定められた閾値とを比較し、インク飛翔速度Ｖｍが閾値よりも大きい場合、インクパック５２内のインク残量はまだ十分であると判断し、エンド判定処理を終了する。一方、インク飛翔速度Ｖｍが閾値以下となった場合、制御部６０は、インクカートリッジ６の交換が必要な程度までインク残量が無くなった（エンド判定残量となった）と判定する。なお、閾値については、インク残量と、インク流路内の圧力損失と、インク飛翔速度と、の関係から予め定められている。このように、インク飛翔速度Ｖｍが閾値以下となった場合に、インクエンドと判定することにより、インクパック５２内のインクが実質的に無くなった状態をより高い精度で検出することができる。

インクエンドが検出されると、制御部６０は、例えば、プリンター１の外表面に設けられた液晶表示部等に、インクカートリッジ６（インクパック５２）内のインクが無くなった旨を表示してユーザーに対して警告を行う。これにより、ユーザーがインクカートリッジ６の交換タイミングを容易に把握することができる。

以上のように、上記プリンター１では、インク速度測定部７からインク飛翔速度Ｖｍを取得し、インク飛翔速度Ｖｍが閾値以下となった場合に、インクエンドと判定することにより、インクカートリッジ６内のインクが実質的に無くなった状態をより精度良く検出することができる。このため、ユーザーが認識するインクカートリッジの交換のタイミングを、本来望ましい交換タイミングに揃えることができる。その結果、インクカートリッジ内のインクを無駄なく使用することができる。また、インク飛翔速度Ｖｍの測定時には、インク重量Ｉｗを測定する場合と比べて消費するインクの量が少なくて済み、また、測定時間も短縮することができる。

なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、インク飛翔速度Ｖｍを上記構成のインク速度測定部７によって測定する構成を例示したが、これには限らない。例えば、記録ヘッドのノズルから吐出されたインクが着弾可能なインク受部をノズル面に対して非接触状態で対向配置すると共にこれらのノズル面とインク受部との間に電界を付与し、ノズルからインク受部に向けてインクを吐出したときの静電誘導に基づく電圧変化を検出し、検出された信号の振幅に基づいてインク飛翔速度Ｖｍを導出する構成を採用することもできる。要は、インク飛翔速度が取得可能であれば、種々の構成を採用することができる。

また、上記実施形態では、本発明における圧力発生手段として所謂縦振動モードの圧電振動子３８を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、電界方向（圧電体と内部電極との積層方向）に振動可能な圧電振動子であってもよい。また、ノズル列毎にユニット化されているものに限らず、所謂撓み振動モードの圧電振動子のように、圧力発生室４６毎に設けられるものであってもよい。さらに、圧電振動子に限らず、発熱素子等の他の圧力発生素子を用いることもできる。

なお、本発明は、駆動信号（吐出駆動パルス）を用いて液体の吐出制御が可能な液体吐出装置であれば、プリンターに限らず、プロッター、ファクシミリ装置、コピー機等、各種のインクジェット式記録装置や、記録装置以外の液体吐出装置、例えば、ディスプレー製造装置、電極製造装置、チップ製造装置等にも適用することができる。

１…プリンター，３…記録ヘッド，６…インクカートリッジ，７…インク速度測定部，３８…圧電振動子，４３…ノズル基板，４７…ノズル，５２…インクパック，６０…制御部，６２…駆動信号発生回路，７４…発光部，７５…受光部，７６…演算部

Claims (4)

1. 液体貯留部材からの液体を圧力発生室に導入し、圧力発生手段を駆動させることによりノズルから液体を吐出可能な液体吐出ヘッドと、圧力発生手段を駆動する吐出駆動パルスを発生する駆動信号発生手段と、を有する液体吐出装置であって、
   前記液体吐出ヘッドのノズルから吐出された液体の飛翔速度を検出する飛翔速度検出手段と、
   前記飛翔速度検出手段により検出された飛翔速度の変化に基づいて前記液体貯留部材内に貯留されている液体の残量が予め定められたエンド判定残量に達したか否かを判定するエンド判定手段と、
   を備えることを特徴とする液体吐出装置。
2. 前記エンド判定手段は、前記飛翔速度検出手段により検出された飛翔速度が、予め定められた閾値以下となった場合に、前記液体貯留部材内の液体残量が前記エンド判定残量になったと判定することを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置
3. 前記飛翔速度検出手段は、前記ノズルから吐出される液体の通過領域と交差する軌道に光を照射する発光部と、前記通過領域と交差した後の光を受光する受光部と、前記受光部の受光状態に基づいて前記通過領域を飛翔する液体の飛翔速度を導出する演算部と、を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体吐出装置。
4. 液体貯留部材からの液体を圧力発生室に導入し、圧力発生手段を駆動させることによりノズルから液体を吐出可能な液体吐出ヘッドと、圧力発生手段を駆動する吐出駆動パルスを発生する駆動信号発生手段と、を有する液体吐出装置の制御方法であって、
   前記液体吐出ヘッドのノズルから吐出された液体の飛翔速度を検出し、検出された飛翔速度の変化に基づいて前記液体貯留部材内に貯留されている液体の残量が予め定められたエンド判定残量に達したか否かを判定することを特徴とする液体吐出装置の制御方法。

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