JP2014172303A - 液体噴射装置、および、液体噴射装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力発生手段を駆動させることで生じる残留振動に基づいて噴射異常を検出する構成において検出精度を向上させることが可能な液体噴射装置、および、液体噴射装置の制御方法を提供する。
【解決手段】ノズル２８からインクを噴射して着弾対象にドットを形成する第４噴射駆動パルスおよび検査手段による検査時に圧力振動を生じさせる検査駆動パルスＰｄを発生すると共に、検査駆動パルスによる圧力振動に先立って予備的な圧力振動を生じさせる前駆動パルスＰｐを検査駆動パルスの前に発生させる。
【選択図】図５

Description

本発明は、インクジェット式記録装置などの液体噴射装置、および、液体噴射装置の制御方法に関し、特に、ノズルに連通する圧力室の一部を構成する作動部を変形させることで当該圧力室内の液体に圧力変動を生じさせることによりノズルから液体を噴射させる液体噴射装置、および、液体噴射装置の制御方法に関するものである。

液体噴射装置は、液体を液滴としてノズルから噴射可能な液体噴射ヘッドを備え、この液体噴射ヘッドから各種の液体を噴射する装置である。この液体噴射装置の代表的なものとして、例えば、インクジェット式記録ヘッド（以下、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インク滴として噴射させて記録を行うインクジェット式記録装置（プリンター）等の画像記録装置を挙げることができる。また、この他、液晶ディスプレイ等のカラーフィルタに用いられる色材、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイに用いられる有機材料、電極形成に用いられる電極材等、様々な種類の液体の噴射に液体噴射装置が用いられている。そして、画像記録装置用の記録ヘッドでは液状のインクを噴射し、ディスプレイ製造装置用の色材噴射ヘッドではＲ（Red）・Ｇ（Green）・Ｂ（Blue）の各色材の溶液を噴射する。また、電極形成装置用の電極材噴射ヘッドでは液状の電極材料を噴射し、チップ製造装置用の生体有機物噴射ヘッドでは生体有機物の溶液を噴射する。

例えば、上記のプリンターでは、インクの増粘による目詰まり等の要因によりノズルからインクが噴射されない場合、即ち、所謂ドット抜けが発生した場合、記録媒体に記録された画像の画質が低下するおそれがある。従って、全てのノズルからインクが確実に噴射されるか否かを検査する技術が提案されている。例えば、特許文献１には、アクチュエーター（圧力発生手段）を駆動したときの振動板の残留振動の振動パターンに基づいてインクの噴射異常を検査する技術が開示されている。

特開２００６−３１２３２９号公報

ところで、上記のプリンターに搭載される記録ヘッドでは、記録紙等の記録媒体に対して画像等を印刷する動作（記録動作）を行っている最中に上記の噴射異常を検査する場合、インク噴射時に圧力室内のインクに生じる圧力振動の減衰振動（残留振動）によってアクチュエーターに逆起電力が生じ、この逆起電力に基づく電流が検査回路に流れ込む（リーク電流）問題がある。すなわち、検査対象のノズルに対応するアクチュエーターのみならず、同一ノズル列に属する他のノズルのアクチュエーターからもリーク電流が検査回路に流れ込むことにより、流れ込んだ電流が検出信号に対してノイズとして重畳してしまう。その結果、噴射異常の検出精度が低下するという問題があった。

なお、このような問題は、インクを噴射する記録ヘッドを搭載したインクジェット式記録装置だけではなく、圧力発生手段を駆動させることで生じる残留振動に基づいて噴射異常を検出する構成を有する他の液体噴射装置においても同様に存在する。

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、圧力発生手段を駆動させることで生じる残留振動に基づいて噴射異常を検出する構成において検出精度を向上させることが可能な液体噴射装置、および、液体噴射装置の制御方法を提供することにある。

本発明の液体噴射装置は、上記目的を達成するために提案されたものであり、液体を噴射するノズル（２８）、当該ノズルに連通する圧力室（１７）、及び、当該圧力室の一部を構成する作動部と、前記作動部（振動板２１）を変形させる圧力発生手段（圧電素子１０）を有し、当該圧力発生手段の駆動によって前記ノズルから液体を噴射させる液体噴射ヘッド（記録ヘッド２）と、
前記圧力発生手段を駆動させて前記圧力室内に圧力振動を生じさせる駆動波形を発生する駆動波形発生手段（駆動信号発生回路３９）と、
前記圧力発生手段の駆動によって生じる前記作動部の振動に基づき噴射異常を検査する検査手段（噴射異常検出回路５１、プリンターコントローラー３１）と、を備え、
前記駆動波形発生手段は、前記ノズルから液体を噴射させて着弾対象にドットを形成させる噴射駆動波形（第４噴射駆動パルスＰ４）および当該噴射駆動波形の後であって前記検査手段による検査時に圧力振動を生じさせる検査駆動波形（検査駆動パルスＰｄ）を発生させると共に、当該検査駆動波形による圧力振動に先立って予備的な圧力振動を生じさせる前駆動波形（前駆動パルスＰｐ）を発生させることを特徴とする。

本発明によれば、検査駆動波形による圧力振動に先立って予備的な圧力振動を生じさせる前駆動波形を発生させるので、噴射異常検査を行う前の液体噴射によって生じた位相や振幅が不規則な残留振動に対して上記の予備的な圧力振動が合成されることで、位相等が比較的規則的な振動とすることができる。これにより、噴射異常検査における残留振動による悪影響を低減することができ、噴射異常の検出精度を向上させることが可能となる。

また、上記構成において、前記前駆動波形は、前記圧力室を膨張させるように電位が変化する第１の変化要素（第２膨張要素ｐ２１）と、当該第１の変化要素の後に発生されて前記圧力室を収縮させるように電位が変化する第２の変化要素（第２収縮要素ｐ２２）と、を有し、
前記第１の変化要素の始端から前記第２の変化要素の始端までの時間が、前記圧力室内の液体に生じる固有振動周期Ｔｃの自然数倍に設定され、
前記第１の変化要素の始端から前記検査駆動波形の始端までの時間が、前記圧力室内の液体に生じる固有振動周期Ｔｃの自然数倍に設定されることが望ましい。

この構成によれば、第１の変化要素により生じた振動を制振し得るタイミングで第２の変化要素が圧力発生手段に印加され、第２の変化要素により生じた振動を制振し得るタイミングで検査駆動波形が圧力発生手段に印加される。これにより、前駆動波形による予備的な振動と検査駆動波形による圧力振動が合成されたときに振幅が大きくなりすぎてノズルから液体が誤噴射される等の不具合を抑制することが可能となる。

そして、本発明の液体噴射装置の制御方法は、液体を噴射するノズル、当該ノズルに連通する圧力室、及び、当該圧力室の一部を構成する作動部と、前記作動部を変形させる圧力発生手段を有し、当該圧力発生手段の駆動によって前記ノズルから液体を噴射させる液体噴射ヘッドと、前記圧力発生手段を駆動させて前記圧力室内に圧力振動を生じさせる駆動波形を発生する駆動波形発生手段と、前記圧力発生手段の駆動によって生じる前記作動部の振動に基づき噴射異常を検査する検査手段と、を備える液体噴射装置の制御方法であって、
前記ノズルから液体を噴射させて着弾対象にドットを形成させる噴射駆動波形および当該噴射駆動波形の後であって前記検査手段による検査時に圧力振動を生じさせる検査駆動波形を発生させると共に、当該検査駆動波形による圧力振動に先立って予備的な圧力振動を生じさせる前駆動波形を発生させ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斜視図である。 記録ヘッドの部分断面図である。 プリンターの電気的構成を説明するブロック図である。 駆動信号の構成を説明する波形図、及び、波形選択データの対応表である。 前駆動パルスおよび検査用駆動パルスの構成を説明する波形図である。 圧電素子の逆起電力信号を検出する回路構成を説明する図である。

以下、本発明を実施するための形態を、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、本発明の液体噴射装置として、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はプリンター１の構成を示す斜視図である。このプリンター１は、液体噴射ヘッドの一種である記録ヘッド２が取り付けられると共に、液体供給源の一種であるインクカートリッジ３が着脱可能に取り付けられるキャリッジ４と、記録動作時の記録ヘッド２の下方に配設されたプラテン５と、キャリッジ４を記録紙６（記録媒体あるいは液体着弾対象の一種）の紙幅方向、即ち、主走査方向に往復移動させるキャリッジ移動機構７と、主走査方向に直交する副走査方向に記録紙６を搬送する紙送り機構８と、を備えて概略構成されている。

キャリッジ４は、主走査方向に架設されたガイドロッド９に軸支された状態で取り付けられており、キャリッジ移動機構７の作動により、ガイドロッド９に沿って主走査方向に移動するように構成されている。キャリッジ４の主走査方向の位置は、リニアエンコーダー１０によって検出され、その検出信号、即ち、エンコーダーパルス（位置情報の一種）がプリンターコントローラー３１の制御部３７（図４参照）に送信される。リニアエンコーダー１０は位置情報出力手段の一種であり、記録ヘッド２の走査位置に応じたエンコーダーパルスを、主走査方向における位置情報として出力する。このため、制御部３７は、受信したエンコーダーパルスに基づいてキャリッジ４に搭載された記録ヘッド２の走査位置を認識できる。即ち、例えば、受信したエンコーダーパルスをカウントすることで、キャリッジ４の位置を認識することができる。これにより、制御部３７はこのリニアエンコーダー１０からのエンコーダーパルスに基づいてキャリッジ４（記録ヘッド２）の走査位置を認識しながら、記録ヘッド２による記録動作を制御することができる。

キャリッジ４の移動範囲内における記録領域よりも外側の端部領域には、キャリッジの走査の基点となるホームポジションが設定されている。本実施形態におけるホームポジションには、記録ヘッド２のノズル形成面（ノズルプレート２９：図３参照）を封止するキャッピング部材１１と、ノズル形成面を払拭するためのワイパー部材１２とが配置されている。そして、プリンター１は、このホームポジションから反対側の端部へ向けてキャリッジ４が移動する往動時と、反対側の端部からホームポジション側にキャリッジ４が戻る復動時との双方向で記録紙６上に文字や画像等を記録する所謂双方向記録が可能に構成されている。

図２及び図３に示すように、記録ヘッド２は、圧力発生ユニット１５と流路ユニット１６とから構成されており、これらを重ね合わせた状態で一体化してある。圧力発生ユニット１５は、圧力室１７を区画するための圧力室プレート１８、供給側連通口２２及び第１連通口２４ａを開設した連通口プレート１９、及び、圧電素子２０を実装した振動板２１と、を積層し、焼成等により一体化することで構成されている。また、流路ユニット１６は、供給口２３や第２連通口２４ｂを形成した供給口プレート２５、リザーバー２６や第３連通口２４ｃを形成したリザーバープレート２７、及び、ノズル２８が形成されたノズルプレート２９からなるプレート部材を積層状態で接着することで構成されている。ノズルプレート２９は、複数（例えば、３６０個）のノズル２８が列設されてノズル列が構成されている。このノズル列は、例えば、インク（液体の一種）の色毎に設けられる。

圧力室１７とは反対側となる振動板２１の外側表面には、圧力室１７毎に対応して圧電素子２０が配設される。例示した圧電素子２０は、所謂撓み振動モードの圧電素子であり、駆動電極２０ａと共通電極２０ｂとによって圧電体２０ｃを挟んで構成されている。そして、圧電素子２０の駆動電極に駆動信号（駆動パルス）が印加されると、駆動電極２０ａと共通電極２０ｂとの間には電位差に応じた電場が発生する。この電場は圧電体２０ｃに付与され、圧電体２０ｃが付与された電場の強さに応じて変形する。即ち、駆動電極２０ａの電位を高くする程、圧電体層２０ｃの幅方向（ノズル列方向）の中央部が圧力室１７の内側（ノズルプレート２９に近づく側）に撓み、圧力室１７の容積を減少させるように振動板２１を変形させる。一方、駆動電極２０ａの電位を低くする程（０に近づける程）、圧電体層２０ｃの短尺方向の中央部が圧力室１７の外側（ノズルプレート２９から離れる側）に撓み、圧力室１７の容積を増加させるように振動板２１を変形させる。ここで、振動板２１において、圧力室１７の開口部を封止している部分は、本発明における作動部として機能する。この作動部の面積は、当該作動部によって封止される圧力室１７の開口面積よりも少し広くなっている。これにより、作動部が圧力室１７の開口面よりも内側又は外側に容易に撓むことができるようになっている。なお、例示した構成において、駆動電極２０ａと共通電極２０ｂとを逆にする構成を採用することも可能である。

図４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３１とプリントエンジン３２とで概略構成されている。プリンターコントローラー３１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フェース（外部Ｉ／Ｆ）３３と、各種データ等を記憶するＲＡＭ３４と、各種制御のための制御プログラム等を記憶したＲＯＭ３５と、ＲＯＭ３５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３７と、クロック信号を発生する発振回路３８と、記録ヘッド２へ供給する駆動信号を発生する駆動信号発生回路３９（駆動波形発生手段の一種）と、印刷データをドット毎に展開することで得られたドットパターンデータや駆動信号等を記録ヘッド２に出力するための内部インタフェース（内部Ｉ／Ｆ）４０と、を備えている。また、プリントエンジン３２は、記録ヘッド２、キャリッジ移動機構７、紙送り機構８、及び、リニアエンコーダー１０から構成されている。

制御部３７は、リニアエンコーダー１０から出力されるエンコーダーパルスからタイミングパルスＰＴＳ（図５参照）を生成するタイミングパルス生成手段として機能する。このタイミングパルスＰＴＳは、駆動信号発生回路３９が発生する駆動信号の発生開始タイミングを定める信号である。つまり、駆動信号発生回路３９は、このタイミングパルスＰＴＳを受信する毎に駆動信号ＣＯＭを出力する。換言すると、駆動信号発生回路３９は、上記のタイミングパルスＰＴＳに基づく周期（以下、単位周期Ｔという。）で駆動信号ＣＯＭを繰り返し発生する。また、制御部３７は、印刷データのラッチタイミングを規定するラッチ信号ＬＡＴ、及び、駆動信号に含まれる各噴射駆動パルスの選択タイミングを規定するチェンジ信号ＣＨを出力する。なお、本実施形態のラッチ信号ＬＡＴは、タイミングパルスＰＴＳの受信によって１つ目のＬＡＴ１を発生し、その後、規定時間の経過を条件に２つ目のＬＡＴ２を発生する。

駆動信号発生回路３９は、駆動電圧供給源と定電圧供給源とから構成され（何れも図示せず）、駆動電圧供給源から上記の駆動信号ＣＯＭを出力するとともに、定電圧供給源から直流電圧ＶＢＳを出力する。駆動電圧供給源は、圧電素子２０毎に設けられた第１スイッチ４８を介して圧電素子２０の駆動電極２０ａに電気的に接続されている（図７参照）。また、定電圧供給源は、同一ノズル列に属する各圧電素子２０に対して共通に設けられた第２スイッチ４９および当該第２スイッチ４９と並列に接続されている検出抵抗器５０を介して圧電素子２０の共通電極２０ｂに電気的に接続されている（図７参照）。

図５は、本実施形態における駆動信号ＣＯＭの構成の一例を説明する波形図、及び、波形選択データの対応表である。なお、同図において横軸は時間を、縦軸は電位を、それぞれ示している。本実施形態の駆動信号ＣＯＭは、ラッチ信号を基準として前半部分と後半部分とに分けることができる。本実施形態において、前半（期間Ｔ１）に対応する部分が記録用単位信号であって、後半（期間Ｔ２）に対応する部分が検査用単位信号である。そして、本実施形態においては、記録紙６等の記録媒体に対する記録動作中（画像等の印刷動作中）に、後半の検査用単位信号を用いてノズル２８の噴射異常検査を行うことができるように構成されている。この噴射異常検査の詳細については後述する。

本実施形態における記録用単位信号は、４つの噴射駆動パルス（本発明における噴射駆動波形の一種）Ｐ１〜Ｐ４を期間Ｔ１内に有する一連の信号である。本実施形態において、前半部分の期間Ｔ１は、４つの期間（パルス発生期間）ｔ１〜ｔ４に区分されている。そして、期間ｔ１で第１噴射駆動パルスＰ１が発生し、期間ｔ２で第２噴射駆動パルスＰ２が発生し、期間ｔ３で第３噴射駆動パルスＰ３が発生する。また、期間ｔ４では、第４噴射駆動パルスＰ４が発生する。各噴射駆動パルスＰ１〜Ｐ４は、基準電位ＶＢとこれよりも低い噴射電位ＶＬとの間で電位が略逆台形状に変化する波形となっている。これらの噴射駆動パルスＰ１〜Ｐ４の駆動電圧Ｖｈ（基準電位ＶＢから噴射電位ＶＬまでの電位差）は、ノズル２８から所定量のインクが噴射されるような値に設定されている。本実施形態では、１つの画素（画像等の構成単位）の形成領域に対し、ドットを形成しない非記録も含めて合計４階調の表現が可能となっている。

より具体的には、これらの第１噴射駆動パルスＰ１〜第４噴射駆動パルスＰ４が圧電素子２０にそれぞれ印加される毎に、規定量のインクがノズル２８から噴射される。そして、期間Ｔ１内で圧電素子２０に印加する噴射駆動パルスの数を変えることで１つの画素領域（記録紙６における仮想上の画素形成領域）に対して記録されるドットの大きさを異ならせることができる。期間Ｔ１内における噴射駆動パルスの選択は、図５の対応表の左欄（ＬＡＴ１）に示すように、印刷データに基づいて生成される２ビットの選択データに応じて行われる。
例えば、選択データが（００）の場合には、何れの噴射駆動パルスも圧電素子２０に印加されない。このため、期間Ｔ１においてノズル２８からはインクが噴射されない。即ち、選択データが（００）の場合、ドットが形成されない非記録（非吐出）となる。また、期間Ｔ１において選択データが（０１）の場合、期間Ｔ１内の期間ｔ２における第２噴射駆動パルスＰ２のみが圧電素子２０に印加されることで、期間Ｔ１でノズル２８から１回だけインクが噴射される。これにより、記録紙６には１つのドット（以下、単位ドットという。）が形成され、これが小ドットとなる。さらに、選択データが（１０）の場合、期間Ｔ１内の期間ｔ１における第１噴射駆動パルスＰ１とｔ３における第３噴射駆動パルスＰ３が選択されて圧電素子２０に順次印加される。これにより、期間Ｔ１内ではインクの噴射動作が２回連続して行われる。これらのインクが記録紙６に着弾すると、当該記録紙６には２つの単位ドットが形成され、この２つの単位ドットにより中ドットが構成される。そして、選択データが（１１）の場合、期間Ｔ１内の４つの噴射駆動パルスＰ１〜Ｐ４がそれぞれ選択されて圧電素子２０に順次印加されることで、期間Ｔ１内でインクの噴射動作が４回連続して行われる。これにより、記録紙６には各インクが着弾して４つの単位ドットが形成され、これらの単位ドットにより大ドットが構成される。

本実施形態における検査用単位信号は、前駆動パルスＰｐ（本発明における前駆動波形の一種）および検査駆動パルスＰｄ（本発明における検査駆動波形の一種）を期間Ｔ２内に有する一連の信号である。本実施形態において、期間Ｔ２は、さらに２つの期間ｔ５およびｔ６に区分されている。そして、期間ｔ５で前駆動パルスＰｐが発生され、期間ｔ６で検査駆動パルスＰｄが発生される。

図６は、前駆動パルスＰｐおよび検査駆動パルスＰｄの構成を説明する波形図である。
検査駆動パルスＰｄは、基準電位ＶＢからこれよりも低い検査電位Ｖｄまで電位が変化（降下）する第１膨張要素ｐ１１と、検査電位Ｖｄで一定な第１膨張ホールド要素ｐ１２と、検査電位Ｖｄから基準電位ＶＢまで電位が変化（上昇）する第１収縮要素ｐ１３と、を有する電圧波形である。すなわち、検査駆動パルスＰｄは、圧電素子２０に対して圧力室１７の外側に撓ませて圧力室１７の容積を基準電位ＶＢに対応する基準容積から検査電位Ｖｄに対応する膨張容積まで膨張させた後、圧力室１７の内側に向けて撓ませて圧力室１７の容積を基準電位ＶＢに対応する基準容積まで収縮させる一連の動作を行わせる波形である。この一連の動作が実行された後、振動板２１は次の駆動パルスが印加されるまで、または十分な時間が経過するまで減衰振動を行う。この減衰振動を残留振動とも称する。

この検査駆動パルスＰｄの駆動電圧Ｖｈ１（基準電位ＶＢから検査電位Ｖｄまでの電位差）は、噴射駆動パルスの駆動電圧Ｖｈよりも低く、尚かつ、前駆動パルスＰｐの駆動電圧Ｖｈ２（後述）よりも高く設定されている。検査駆動パルスＰｄは、圧電素子２０を駆動することで圧力室１７内のインクに圧力振動を生じさせることを目的とするパルスである。このため、検査駆動パルスＰｄの印加により圧電素子２０を駆動させたときにノズル２８からインクが噴射されても良いし、インクが噴射されなくても良い。但し、本実施形態においては、記録動作中にノズル２８の噴射異常検査を行う構成であるため、検査駆動パルスＰｄが圧電素子２０に印加されてもノズル２８からインクが噴射されないような駆動電圧Ｖｈ１に設定されている。

また、前駆動パルスＰｐは、基準電位ＶＢから前駆動電位Ｖｐまで電位が変化（降下）する第２膨張要素ｐ２１（本発明における第１の変化要素に相当）と、前駆動電位Ｖｐで一定な第２膨張ホールド要素ｐ２２と、前駆動電位Ｖｐから基準電位ＶＢまで電位が変化（上昇）する第２収縮要素ｐ２３（本発明における第２の変化要素に相当）と、を有する電圧波形である。すなわち、検査駆動パルスＰｄは、圧電素子２０に対して圧力室１７の外側に撓ませて圧力室１７の容積を基準電位ＶＢに対応する基準容積から前駆動電位Ｖｐに対応する膨張容積まで膨張させた後、圧力室１７の内側に向けて撓ませて圧力室１７の容積を基準電位ＶＢに対応する基準容積まで収縮させる一連の動作を行わせる波形である。

上記の前駆動パルスＰｐは、噴射異常検査に必要な圧力振動（以下、適宜、検査用振動という。）を検査駆動パルスＰｄにより生じさせる前に予備的な圧力振動（以下、適宜、予備振動（プレ振動あるいはマスク振動）という。）を生じさせるための駆動パルスである。この予備振動は、直前の期間Ｔ１でインクが噴射された後の残留振動の噴射異常検査に対する悪影響を抑制するためのものである。すなわち、インク噴射後の残留振動は、検査対象ノズル以外のノズル２８側からの振動が重なる等して位相や振幅が不規則な振動になる傾向にある。特に、期間Ｔ１において最後にどの噴射駆動パルスでインクを噴射したかによって残留振動の位相が異なる。このため、このような残留振動が検査用振動に重なると噴射異常の検出精度が低下するおそれがある。この点、本発明に係るプリンター１では、インク噴射後の残留振動よりも振幅の大きい予備振動を発生させることで、残留振動の影響を低減する（リセットする）ことができる。つまり、残留振動に対して予備振動が合成（マスク）されることで、位相等が比較的規則的な振動とすることができる。そして、噴射異常が生じていないときの予備振動と検査用振動の合成波をリファレンス振動として検査を行うことで、噴射異常の検出精度が向上する。

ここで、上記の予備振動を生じさせるのは、主に前駆動パルスＰｐの第２膨張要素ｐ２１である。このため、残留振動を低減するのに適した大きさの予備振動を発生させ得るように前駆動パルスＰｐの駆動電圧Ｖｈ２が設定される。例えば、噴射駆動パルスの駆動電圧Ｖｈに対して、０．２×Ｖｈ≦Ｖｈ２≦０．３×Ｖｈの範囲内に設定される。駆動電圧Ｖｈ２の適正値は、噴射駆動パルスから前駆動パルスＰｐまでの時間や、インクの粘度或いは温度・湿度の環境等により変動するが、上記範囲内の値に設定することで残留振動が低減され得る。一方で、例えば、予備振動と検査用振動が合成されたときに振幅が大きくなりすぎてノズル２８からインクが誤噴射される等の不具合が生じる可能性もある。このため、本実施形態においては、予備振動の発生直後の第２収縮要素ｐ２３によって予備振動を相殺させるように構成されている。具体的には、予備振動に対して逆位相となる振動を生じさせるように２収縮要素ｐ２３のタイミングが設定される。すなわち、予備振動の励起が開始されるタイミングである第２膨張要素ｐ２１の始端から第２収縮要素ｐ２３の始端までの時間Δｔ１が、圧力室１７内のインクに生じる圧力振動の周期（固有振動周期）をＴｃとして、例えば、Δｔ１＝ｎ×Ｔｃに設定される（ｎ：自然数）。あるいは、メニスカスが噴射側から圧力室側に向かって移動しているタイミングで第２収縮要素ｐ２３による圧力室の収縮が開始されるようにΔｔ１が設定される。
ここで、上記のＴｃは、一般的には次式で表すことができる。
Ｔｃ＝２π√〔（Ｍｎ＋Ｍｓ）／（Ｍｎ×Ｍｓ×（Ｃｃ＋Ｃｉ））〕
上記式において、Ｍｎはノズル２８におけるイナータンス（単位断面積あたりのインクの質量）、Ｍｓはインク供給口（２２，２３）におけるイナータンス、Ｃｃは圧力室１７のコンプライアンス（単位圧力あたりの容積変化、柔らかさの度合いを示す。）、Ｃｉはインクのコンプライアンス（Ｃｉ＝体積Ｖ／〔密度ρ×音速ｃ^２〕）である。

また、第２収縮要素ｐ２３による振動も残るので、本実施形態では、当該振動を検査駆動パルスＰｄの第１膨張要素ｐ１１によって相殺させるように構成されている。すなわち、前駆動パルスＰｐの第２収縮要素ｐ２３の始端から、検査駆動パルスＰｄの第１膨張要素ｐ１１の始端までの時間Δｔ２が、例えば、Ｔｃの自然数倍（Δｔ２＝ｎ×Ｔｃ）に設定される。あるいは、メニスカスが圧力室側から噴射側に向かって移動しているタイミングで第１膨張要素ｐ１１による圧力室の膨張が開始されるようにΔｔ２が設定される。
このように構成することにより、予備振動と検査用振動が合成されたときに振幅が大きくなりすぎてノズル２８からインクが誤噴射される等の不具合を抑制することが可能となる。

噴射異常検査モード（期間Ｔ２）における検査駆動パルスＰｄの選択は、期間Ｔ１の噴射駆動パルスの選択と同様に、２ビットの選択データに基づいて行われる。本実施形態では、例えば、噴射異常検出を行わない場合（非検出）には、選択データ（００）が割り当てられている。即ち、選択データが（００）の場合、期間Ｔ２において圧電素子２０には前駆動パルスＰｐおよび検査駆動パルスＰｄの何れも印加されない。また、期間Ｔ１においてインクの噴射が行われなかった（何れの噴射駆動パルスも選択されなかった）後に期間Ｔ２において検査対象ノズルを駆動する場合には、選択データ（０１）が割り当てられている。この場合、残留振動をリセットする必要が無いので期間Ｔ２における期間ｔ５の前駆動パルスＰｐは選択されることなく、期間ｔ６の検査駆動パルスＰｄのみが選択されて検査対象ノズルに対応する圧電素子２０に印加される。さらに、期間Ｔ１においてインクの噴射が行われた（少なくとも１つ以上の噴射駆動パルスが選択された）後に期間Ｔ２において検査対象ノズルを駆動する場合には、選択データ（１１）が割り当てられている。この場合、残留振動をリセットする必要があるので期間Ｔ２における期間ｔ５の前駆動パルスＰｐおよび期間ｔ６の検査駆動パルスＰｄが選択されて検査対象ノズルに対応する圧電素子２０に順次印加される。なお、本実施形態における噴射異常検査モードでは、選択データ（１０）は使用されない。

次に、この記録ヘッド２の電気的構成について説明する。この記録ヘッド２は、図４に示すように、第１シフトレジスター４１及び第２シフトレジスター４２からなるシフトレジスター（ＳＲ）回路と、第１ラッチ回路４３及び第２ラッチ回路４４からなるラッチ回路と、デコーダー４５と、制御ロジック４６と、レベルシフター４７と、スイッチ４８（第１スイッチ）と、圧電素子２０と、スイッチ４９（第２スイッチ）と、噴射異常検出回路５１と、を備えている。そして、各シフトレジスター４１，４２、各ラッチ回路４３，４４、レベルシフター４７、第１スイッチ４８、及び、圧電素子２０は、それぞれノズル２８毎に対応した数だけ設けられる。なお、図４では、１ノズル分の構成のみが図示され、他のノズル分の構成については図示が省略されている。

この記録ヘッド２は、プリンターコントローラー３１から送られてくる選択データ（階調データ）ＳＩに基づいてインクの噴射制御を行う。本実施形態では、２ビットで構成された選択データの上位ビット群、選択データの下位ビット群の順に記録ヘッド２へクロック信号ＣＬＫに同期して送られてくるので、まず、選択データの上位ビット群が第２シフトレジスター４２にセットされる。全てのノズル２８について選択データの上位ビット群が第２シフトレジスター４２にセットされると、次にこの上位ビット群が第１シフトレジスター４１にシフトする。これと同時に、選択データの下位ビット群が第２シフトレジスター４２にセットされる。

第１シフトレジスター４１の後段には、第１ラッチ回路４３が電気的に接続され、第２シフトレジスター４２の後段には、第２ラッチ回路４４が電気的に接続されている。そして、プリンターコントローラー３１側からのラッチパルスが各ラッチ回路４３，４４に入力されると、第１ラッチ回路４３は記録データの上位ビット群をラッチし、第２ラッチ回路４４は記録データの下位ビット群をラッチする。各ラッチ回路４３，４４でラッチされた記録データ（上位ビット群，下位ビット群）はそれぞれ、デコーダー４５へ出力される。このデコーダー４５は、記録データの上位ビット群及び下位ビット群に基づいて、駆動信号ＣＯＭに含まれる各駆動パルスを選択するためのパルス選択データを生成する。

第１スイッチ４８の入力側には駆動信号発生回路３９からの駆動信号ＣＯＭが供給される。また、第１スイッチ４８の出力側には、圧電素子２０の個別電極２０ａが接続されている（図７参照）。この第１スイッチ４８は、上記の選択データに基づき各駆動信号に含まれる各駆動パルスを圧電素子２０へ選択的に供給する。このような動作をする第１スイッチ４８は、選択供給手段の一種として機能する。

一方、圧電素子２０の共通電極２０ｂ側には、第２スイッチ４９を介して噴射異常検出回路５１が接続されている。第２スイッチ４９は、制御ロジック４６から出力される切替信号に応じて切替制御される。噴射異常検出回路５１は、検査駆動パルスＰｄによって圧電素子２０が駆動されたときの残留振動に基づく圧電素子２０の逆起電力信号を検出信号としてプリンターコントローラー３１側に出力するように構成されている。プリンターコントローラー３１（制御部３７）は、噴射異常検出回路５１から出力される逆起電力信号に基づき、検査対象ノズルの噴射異常の有無を検査する。したがって、噴射異常検出回路５１およびプリンターコントローラー３１は、本発明における検査手段として機能する。

図７は、圧電素子２０の逆起電力信号Ｓｃを検出する回路構成を説明する図である。なお、同図では、ノズル３つ分の構成を例示し、他のノズル２８に対応する構成は便宜上省略しているが、圧電素子２０および第１スイッチ４８は同一ノズル列を構成するノズル２８の数分だけ設けられる。そして、同図では、中央の圧電素子２０が、検査対象ノズル（第１ノズル）に対応する圧電素子２０である。上述したように、駆動信号発生回路３９の駆動電圧供給源は、圧電素子２０毎の第１スイッチ４８を介して圧電素子２０の駆動電極２０ａにそれぞれ接続され、定電圧供給源は、第２スイッチ４９および当該第２スイッチ４９と並列に接続されている検出抵抗器５０を介して圧電素子２０の共通電極２０ｂに電気的に接続されている。この第２スイッチ４９は、例えばＭＯＳ−ＦＥＴから構成され、期間Ｔ１における記録動作中或いは、期間Ｔ２における前駆動パルスＰｐおよび検査駆動パルスＰｄの印加中（圧力振動発生区間）においてはオンに切り替えられる（図７（ａ））。この場合、電流Ｉｄは、第２スイッチ４９側を流れる。一方、期間Ｔ２における検査駆動パルスＰｄの印加直後の検出区間においてはオフに切り替えられる（図７（ｂ））。この場合、電流Ｉｄは、検出抵抗器５０側を流れる。

ここで、検査駆動パルスＰｄによって圧電素子２０が駆動された後には、圧力室１７内のインクに生じた圧力振動に応じて当該圧力室１７の作動部である振動板２１が振動する。これに伴って圧電素子２０にも減衰振動（残留振動）が生じ、この残留振動に基づく逆起電力が生じる。噴射異常検出回路５１は、上記の検出抵抗器５０の両端の電位差を増幅および２値化することで圧電素子２０の逆起電力信号Ｓｃ（検出信号）を得る。ノズル２８からインクが噴射されない所謂ドット抜けの場合や、ノズル２８からインクが噴射されるとしても正常なノズル２８と比較してインクの量や飛翔速度が極端に低下している場合などの異常時には、上記の検出信号の周期成分、振幅成分、およびラッチ信号（ＬＡＴ２）を基準としたときの位相成分が、正常時のものと比較して異なることが判っている。このため、逆起電力信号Ｓｃに基づく噴射異常の判定は、例えば、上記各成分についてそれぞれ正常とされる範囲を予め規定しておき、検出信号の各成分が規定範囲内に入るか否かに基づいて行われる。なお、より詳細な判定方法については周知であるため、その説明は省略する。

噴射異常検査は、ノズル列を構成する各ノズル２８について１つずつ順次行われる。期間Ｔ２における噴射異常検査モードでは、まず、検査対象ノズルに対応する圧電素子２０の第２スイッチ４９が切替信号によりオンとされる（第１の工程。図７（ａ））。なお、検査対象ノズル以外のノズルに対応する圧電素子２０については、第１スイッチ４８がオフにされる。これは検査対象ノズルの圧電素子２０の逆起電力信号Ｓｃを検出する際に、他の圧電素子２０からのリーク電流が検出抵抗器５０側に回り込まないようにするためである。

そして、期間Ｔ１においてインクが噴射された場合、図７（ａ）に示すように、検査対象ノズルに対応する圧電素子２０には、選択データ（１１）に基づいて期間ｔ５の前駆動パルスＰｐおよび期間ｔ６の検査駆動パルスＰｄが順次印加される。また、期間Ｔ１においてインクが噴射さなかった場合、検査対象ノズルに対応する圧電素子２０には、選択データ（０１）に基づいて期間ｔ５の前駆動パルスＰｐは選択されずに期間ｔ６の検査駆動パルスＰｄのみが印加される。これに対し、他のノズルに対応する圧電素子２０には、選択データ（００）に基づき検査駆動パルスＰｄは印加されない（非検出）。これにより、検査対象ノズルに対応する圧電素子２０のみが駆動され（第２の工程）、検査対象ノズルに対応する圧力室１７には圧力変動が生じる。この圧力振動の減衰振動（残留振動）に伴って、当該圧力室１７の作動部である振動板２１および圧電素子２０も振動し、この振動により圧電素子２０には逆起電力が生じる。

続いて、切替信号により第２スイッチ４９がオフに切り替えられる（第３の工程：図７（ｂ））。これにより、検出抵抗器５０には、検査対象ノズルに対応する圧電素子２０の上記逆起電力に基づく電流Ｉｄが流れる。そして、噴射異常検出回路５１は、上記の検出抵抗器５０の両端の電位差から圧電素子２０の逆起電力信号Ｓｃを得る。この逆起電力信号Ｓｃに基づいて、ノズル２８の異常の有無が判定される（第４の工程）。

このように本発明に係るプリンター１では、検査駆動パルスＰｄによる検査用振動に先立って予備振動を生じさせる前駆動パルスＰｐを検査駆動パルスＰｄの前に発生させるので、期間Ｔ２における噴射異常検査モードの直前の期間Ｔ１においてインクの噴射に伴って生じた残留振動の影響を低減する（リセットする）ことができる。そして、噴射異常検査では、噴射異常が生じていないときの予備振動と検査用振動の合成波をリファレンス振動として検査を行うことで、噴射異常の検出精度を向上させることが可能となる。

なお、上記実施形態では、前駆動パルスＰｐが検査駆動パルスＰｄの前に１つだけ発生する構成を例示したが、これには限られず、前駆動パルスＰｐが検査駆動パルスＰｄの前に複数発生される構成を採用することも可能である。この場合、前駆動パルスＰｐの駆動電圧は、後に発生されるものほど低く設定されることが望ましい。これにより、先に発生される前駆動パルスＰｐによる予備振動を段階的に制振させることができ、検査駆動パルスＰｄによる検査用振動への影響をより低減することができる。

また、上記実施形態では、圧力発生手段として所謂撓み振動型の圧電素子を例示したが、これには限られない。例えば、所謂縦振動型の圧電素子を圧力発生手段として採用する構成においても本発明を適用することができる。この場合、上記の噴射駆動パルス、前駆動パルスＰｐ、および検査駆動パルスＰｄの波形の極性が反転することになる。

そして、本発明は、圧力発生手段を駆動させることで生じる残留振動に基づいて噴射異常を検出する構成を有する液体噴射装置であれば、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噴射装置、例えば、ディスプレイ製造装置、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，２…記録ヘッド，１７…圧力室，２０…圧電素子，２１…振動板（作動部），２８…ノズル，３１…プリンターコントローラー，３７…制御部，３９…駆動信号発生回路，４８…第１スイッチ，４９…第２スイッチ，５０…検出抵抗器，５１…噴射異常検出回路

Claims (3)

1. 液体を噴射するノズル、当該ノズルに連通する圧力室、及び、当該圧力室の一部を構成する作動部と、前記作動部を変形させる圧力発生手段を有し、当該圧力発生手段の駆動によって前記ノズルから液体を噴射させる液体噴射ヘッドと、
   前記圧力発生手段を駆動させて前記圧力室内に圧力振動を生じさせる駆動波形を発生する駆動波形発生手段と、
   前記圧力発生手段の駆動によって生じる前記作動部の振動に基づき噴射異常を検査する検査手段と、を備え、
   前記駆動波形発生手段は、前記ノズルから液体を噴射させて着弾対象にドットを形成させる噴射駆動波形および当該噴射駆動波形の後であって前記検査手段による検査時に圧力振動を生じさせる検査駆動波形を発生させると共に、当該検査駆動波形による圧力振動に先立って予備的な圧力振動を生じさせる前駆動波形を発生させることを特徴とする液体噴射装置。
2. 前記前駆動波形は、前記圧力室を膨張させるように電位が変化する第１の変化要素と、当該第１の変化要素の後に発生されて前記圧力室を収縮させるように電位が変化する第２の変化要素と、を有し、
   前記第１の変化要素の始端から前記第２の変化要素の始端までの時間が、前記圧力室内の液体に生じる固有振動周期Ｔｃの自然数倍に設定され、
   前記第１の変化要素の始端から前記検査駆動波形の始端までの時間が、前記圧力室内の液体に生じる固有振動周期Ｔｃの自然数倍に設定されたことを特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
3. 液体を噴射するノズル、当該ノズルに連通する圧力室、及び、当該圧力室の一部を構成する作動部と、前記作動部を変形させる圧力発生手段を有し、当該圧力発生手段の駆動によって前記ノズルから液体を噴射させる液体噴射ヘッドと、前記圧力発生手段を駆動させて前記圧力室内に圧力振動を生じさせる駆動波形を発生する駆動波形発生手段と、前記圧力発生手段の駆動によって生じる前記作動部の振動に基づき噴射異常を検査する検査手段と、を備える液体噴射装置の制御方法であって、
   前記ノズルから液体を噴射させて着弾対象にドットを形成させる噴射駆動波形および当該噴射駆動波形の後であって前記検査手段による検査時に圧力振動を生じさせる検査駆動波形を発生させると共に、当該検査駆動波形による圧力振動に先立って予備的な圧力振動を生じさせる前駆動波形を発生させることを特徴とする液体噴射装置の制御方法。

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