JP2015128849A - 液体吐出装置、および液体供給路の状態検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インク供給経路の圧力異常に起因するノズルからのインクのしみ出しなどを簡便に検出することができる液体吐出装置を提供する。【解決手段】液体吐出装置（インクジェットプリンター１００）は、インク１を充填するキャビティ７０と、キャビティ７０にインク１を供給するインク供給路８０と、キャビティ７０に連通しキャビティ７０に充填されたインク１を吐出するノズル７１と、複数のノズル７１内に充填されるインク１の量に基づいて、供給するインク供給路８０の状態を検出する検出部４０とを備える。【選択図】図５

Description

本発明は、液体吐出装置、および液体供給路の状態検出方法に関する。

液体吐出装置としてのインクジェットプリンターにおいて、例えば、特許文献１に記載されているように、液滴吐出動作後のキャビティ内の残留振動をアクチュエーターによって検出し、検出した振動パターンに基づいて液滴吐出ヘッドの吐出異常を検出する手段、およびこの手段を備えた液滴吐出装置（インクジェットプリンター）が知られている。この検出手段によれば、吐出異常検出用の装置を必要とせずにノズル単位での異常検出が可能であり、また印刷動作中であっても吐出異常を検出することができる。

特開２００６−２１８８７２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の液滴吐出装置では、キャビティ（液滴を吐出するための圧力室）やノズルの状態に起因する吐出異常は検出できるものの、キャビティに液体を供給する液体供給路の異常を検出することができないという課題があった。液体供給路の異常があると、それに起因して吐出異常が発生する。例えば、液体供給路に混入、あるいは発生した気泡などによるインク供給経路の圧力異常や、インク供給経路の圧力異常に起因するノズルからのインクのしみ出しなどが発生する。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の適用例または形態として実現することが可能である。

［適用例１］ 本適用例に係る液体吐出装置は、液体を充填するキャビティと、前記キャビティに前記液体を供給する液体供給路と、前記キャビティに連通し前記キャビティに充填された前記液体を吐出するノズルと、複数の前記ノズル内に充填される前記液体の量に基づいて前記液体供給路の状態を検出する検出部と、を備えることを特徴とする。

本適用例の液体吐出装置のような構成においては、液体供給路に何らかの異常があった場合に、一部のノズルから液体がしみ出してしまったりする。このとき、液体がしみ出した一部のノズルにおけるノズル内の液体の量は、他の多くのノズルにおけるノズル内の液体の量とは異なることとなる。従って、ノズル内に充填される液体の量に基づいて液体供給路の状態を検出することで、液体供給路の異常を検出することができる。

［適用例２］ 本適用例に係る液体吐出装置は、圧電素子が振動させる振動板の振動に応じてキャビティの容積が変化することにより、前記キャビティに充填される液体を吐出する吐出部と、前記液体を貯留する貯留部と、前記貯留部から複数の前記キャビティへ前記液体を供給する液体供給路と、前記振動板の残留振動に基づいて前記液体供給路の状態を検出する検出部と、を備えることを特徴とする。

本適用例の液体吐出装置のような構成においては、液体供給路に何らかの異常があった場合に、一部のノズルから液体がしみ出してしまったりする。このとき、液体がしみ出した一部のノズルにおけるノズル内の液体の量は、他の多くのノズルにおけるノズル内の液体の量とは異なることとなる。ノズル内の液体の量が異なると、ノズルにおける液体のイナータンスが変わり、これに連通するキャビティにおける振動板の残留振動のしかた（振動板の残留振動パターン）が変わる。従って、振動板の残留振動に基づいて液体供給路の状態を検出することで、液体供給路の異常を検出することができる。

［適用例３］ 上記適用例に係る液体吐出装置において、前記検出部は、前記残留振動の周期に基づいて前記液体供給路の状態を検出することを特徴とする。

ノズルに充填される液体のイナータンスが変わると、ノズルに連通するキャビティの容積を変化させる振動板の振動に対する残留振動の周期が変わる。そのため、本適用例のように、残留振動の周期の変動を観察することにより、ノズルに充填される液体のイナータンスの変化（つまりは、ノズルに充填される液体の量の変化）が分かる。つまり、その変化をもたらす液体供給路の状態の変化をより簡便に検出することができる。

［適用例４］ 上記適用例に係る液体吐出装置において、前記吐出部は、媒体に前記液体を吐出しない場合に待機位置へ移動可能であり、前記検出部は、前記吐出部が前記待機位置から他の位置へ移動を開始する前に、前記液体供給路の状態を検出することを特徴とする。

本適用例によれば、検出部は、吐出部が待機位置から他の位置へ移動を開始する前に、液体供給路の状態を検出する。そのため、例えば、液体供給路の圧力異常が検出された場合には、ノズルからの液体のしみ出しなどが危惧されるが、吐出部が待機位置から他の位置へ移動を開始する前であるため、しみ出した液体によって媒体を汚してしまったり、待機位置以外の場所を汚してしまったりすることを未然に防ぐことができる。

［適用例５］ 上記適用例に係る液体吐出装置において、前記キャビティに連通するマニホールドと、前記液体供給路に充填される前記液体を圧送可能なポンプと、を備え、前記液体供給路は、前記貯留部から前記マニホールドまでの往路と、前記マニホールドから前記貯留部までの帰路とを含む循環経路を有し、前記ポンプは、前記検出部が前記液体供給路の状態を異常と判断した場合に、前記液体の圧送速度を速くすることを特徴とする。

本適用例によれば、液体供給路は、貯留部からマニホールドまでの往路と、マニホールドから貯留部までの帰路とを含む循環経路を有しており、ポンプがこの循環経路内の液体を圧送させる。また、ポンプは、検出部が液体供給路の状態を異常と判断した場合に、液体の圧送速度を速くする。従って、例えば、液体供給路に気泡が含まれ、この気泡に起因した液体供給路の異常（所定の圧力を上回る異常）を検出部が検出した場合に、液体供給路内の液体の圧送速度を速くすることで、内部に含まれる気泡は循環経路内を循環し、貯留部に移動させることができる。その結果、液体供給路の状態を良好な状態に復帰させることができる。

［適用例６］ 上記適用例に係る液体吐出装置において、前記液体供給路に充填される前記液体を加圧可能な加圧部を備え、前記加圧部は、前記検出部が前記液体供給路の状態を異常と判断した場合に、前記液体供給路に充填される前記液体を加圧することを特徴とする。

本適用例によれば、加圧部は、検出部が液体供給路の状態を異常と判断した場合に、液体供給路に充填される液体を加圧する。従って、例えば、液体供給路に気泡が含まれ、この気泡に起因した液体供給路の異常（所定の圧力を上回る異常）を検出部が検出した場合に、液体供給路に充填される液体を加圧することで、循環経路内からキャビティおよびノズルに移動した気泡を、ノズルから排出することができる。その結果、循環経路内の気泡の排除と合わせることで、液体供給路の状態を良好な状態に復帰させることができる。

［適用例７］ 本適用例に係る液体供給路の状態検出方法は、液体を充填するキャビティと、前記キャビティに前記液体を供給する液体供給路と、前記キャビティに連通し前記キャビティに充填された前記液体を吐出するノズルと、を備えた液体吐出装置における液体供給路の状態検出方法であって、複数の前記ノズル内に充填される前記液体の量に基づいて前記液体供給路の状態を検出することを特徴とする。

本適用例の液体供給路の状態検出方法に係る液体吐出装置においては、液体供給路に何らかの異常があった場合に、一部のノズルから液体がしみ出してしまったりする。このとき、液体がしみ出した一部のノズルにおけるノズル内の液体の量は、他の多くのノズルにおけるノズル内の液体の量とは異なることとなる。ノズル内の液体の量が異なると、ノズルにおける液体のイナータンスが変わり、これに連通するキャビティにおける振動板の残留振動のしかた（振動板の残留振動パターン）が変わる。従って、振動板の残留振動に基づいて液体供給路の状態を検出することで、液体供給路の異常を検出することができる。

［適用例８］ 本適用例に係る液体供給路の状態検出方法は、圧電素子が振動させる振動板の振動に応じてキャビティの容積が変化することにより、前記キャビティに充填される液体を吐出する吐出部と、前記液体を貯留する貯留部と、前記貯留部から前記キャビティへ前記液体を供給する液体供給路と、を備えた液体吐出装置における液体供給路の状態検出方法であって、前記振動板の残留振動に基づいて前記液体供給路の状態を検出することを特徴とする。

本適用例の液体供給路の状態検出方法に係る液体吐出装置においては、液体供給路に何らかの異常があった場合に、一部のノズルから液体がしみ出してしまったりする。このとき、液体がしみ出した一部のノズルにおけるノズル内の液体の量は、他の多くのノズルにおけるノズル内の液体の量とは異なることとなる。ノズル内の液体の量が異なると、ノズルにおける液体のイナータンスが変わり、これに連通するキャビティにおける振動板の残留振動のしかた（振動板の残留振動パターン）が変わる。従って、振動板の残留振動に基づいて液体供給路の状態を検出することで、液体供給路の異常を検出することができる。

（ａ）実施形態１に係る液体吐出装置を模式的に示す正面図、（ｂ）同側面図 実施形態１に係る液体吐出装置のブロック図 （ａ）吐出部を模式的に示す断面図、（ｂ）同平面図 ヘッドユニットの一例を示す平面図 吐出部および液体供給路を示す概略図 （ａ）〜（ｃ）インク供給路内のインクの圧力とノズルに形成されるメニスカスとの関係を示す概念図 同一のヘッドユニット内に設けられたノズルに含まれるインクの量の分布を示すグラフ 振動板の残留振動を想定した単振動の等価回路図 イナータンスと残留振動波形との関係を示すグラフ 検出部のブロック図 残留振動検出部の一例を示す回路図

以下に本発明を具体化した実施形態について、図面を参照して説明する。以下は、本発明の一実施形態であって、本発明を限定するものではない。なお、以下の各図においては、説明を分かりやすくするため、実際とは異なる尺度で記載している場合がある。

（実施形態１）
図１（ａ）は、実施形態１に係る液体吐出装置としてのインクジェットプリンター１００を模式的に示す正面図、図１（ｂ）は、同側面図である。
図１（ａ），（ｂ）において、Ｚ軸方向が上下方向、−Ｚ方向が下方向、Ｙ軸方向が前後方向、＋Ｙ方向が手前方向、Ｘ軸方向が左右方向、＋Ｘ方向が左方向、Ｘ−Ｙ平面が、インクジェットプリンター１００が設置される床Ｆと平行な面としている。

インクジェットプリンター１００は「液体」としてのインク１を吐出することで、「媒体」としてのロール状に巻かれた状態で供給されるロール紙２に画像を記録するインクジェット式プリンターであり、記録部１０、供給部２０、収納部３０、検出部４０、制御部５０などから構成されている。

記録部１０は、制御部５０が備える画像情報に応じて、ロール紙２に画像を形成（印刷）する部分であり、ロール紙２の表面にインク１を吐出する「吐出部」としての吐出ヘッド１１、吐出ヘッド１１を駆動する「駆動部」としてのヘッドドライバー１１ｄ、ヘッド移動機構１２、駆動ローラー１３、「貯留部」としてのインクタンク１４などを備えている。

吐出ヘッド１１は、吐出するインク１の種類毎に複数設けられ、共通のインク１を吐出する複数の吐出ヘッド１１により１つのヘッドユニット１９（後述）が構成される。インク１の種類としては、例えば、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック、クリアなどを用いる。従って、この場合、５つのヘッドユニット１９により吐出部が構成される。なお、吐出ヘッド１１（ヘッドユニット１９）は、ロール紙２の幅方向に固定して配列されたラインヘッド式、あるいは、可動のキャリッジに搭載され、ロール紙２の幅方向に移動しながらインク１を吐出するシリアルヘッド式のいずれであっても良い。吐出ヘッド１１の構成については後述する。

ヘッド移動機構１２は、制御部５０の制御の下に、吐出ヘッド１１のメンテナンスなどを目的として、図１（ｂ）に示すように、吐出ヘッド１１（ヘッドユニット１９）を記録吐出領域Ａ、「待機位置」としての非記録吐出領域Ｂおよびメンテナンス領域Ｃの間を移動可能に支持している。

記録吐出領域Ａは、搬送経路に支持されるロール紙２の上方に位置し、吐出ヘッド１１によってロール紙２にインク１が吐出され、画像が形成される領域である。
非記録吐出領域Ｂは、記録吐出領域ＡのＹ側に位置し、フラッシングなどの吐出クリーニングを行う領域である。非記録吐出領域Ｂは、吐出ヘッド１１から吐出されるインク１を受けて回収するインク回収部１５が設けられている。
メンテナンス領域Ｃは、非記録吐出領域Ｂの更にＹ側に位置し、周囲の空間によって吐出ヘッド１１のメンテナンスを容易とする領域である。

駆動ローラー１３は、制御部５０の制御の下に、画像の形成に伴って駆動される駆動モーター（図示省略）により回転してロール紙２を搬送（移動）する。
インクタンク１４は、インク１を貯留している。インクタンク１４に貯留されるインク１は、「液体供給路」としてのインク供給路８０（後述）によって、吐出ヘッド１１に供給される。インクタンク１４および連通するインク供給路８０は、インク１の種類毎に独立して設けられている。

供給部２０は、記録前のロール紙２を収容する媒体供給部であり、ロール紙２の搬送経路において記録部１０の上流側に位置し、ロール紙２を装填する繰出しリール２１などを備えている。繰出しリール２１は、繰出しモーター（図示省略）により回転して、ロール紙２を供給部２０の下流側に配置される記録部１０に向けて繰り出す。
収納部３０は、記録後のロール紙２を巻き取り収納する媒体収納部であり、ロール紙２の搬送経路において記録部１０の下流側に位置し、ロール紙２を巻き取る巻取りリール３１などを備えている。巻取りリール３１は、巻取モーター（図示省略）により回転して、収納部３０の上流側に配置される記録部１０を経て送られてきたロール紙２を巻き取る。

なお、媒体は、ロール紙２を例に説明しているが、単票式の媒体であっても良い。単票式の媒体を対象とする場合には、媒体供給部は、媒体を記録部１０へ１枚ずつ供給するためのセパレーターを含む供給機構を備える。また、媒体収納部は、記録後に記録部１０から排出される媒体を収納する収納トレーなどを備える。

図２は、インクジェットプリンター１００のブロック図である。
検出部４０は、吐出ヘッド１１におけるインク１の状態を検出（観察）することで、インク供給路８０の状態を検出する部分であり、制御部５０によって制御される。検出部４０の詳細については後述する。

制御部５０は、インクジェットプリンター１００の集中制御を行う制御ユニットであり、演算ユニット（ＣＰＵ）、外部装置との通信インターフェイス（Ｉ／Ｆ）、記憶部などを有し、ロール紙２の搬送制御、画像形成のための印刷制御、吐出ヘッド１１へのインク供給制御、インク供給路８０の状態の検出制御、吐出ヘッド１１のヘッド移動制御などを行う。
制御部５０は、通信インターフェイス（Ｉ／Ｆ）を介し、予め、パーソナルコンピューターや画像処理装置などの外部装置から印刷する画像情報を受信し、記憶部に記憶しておく。

搬送制御は、前述した繰出しモーターや巻取モーターなどを含む搬送経路内の各種搬送モーターやロール紙２の位置決め機構や保持機構（図示省略）の制御などを行う。
印刷制御は、画像形成のための制御であり、画像情報に基き、駆動ローラー１３の制御と同期して吐出ヘッド１１に対してインク１の吐出制御を行う。
インク供給制御は、インク供給路８０内のインク１を圧送するポンプ１７の駆動制御や、インク供給路８０内のインク１の圧力制御を行う「加圧部」としてのポンプ１８の制御などを行う。
ヘッド移動制御は、吐出ヘッド１１（ヘッドユニット１９）のメンテナンスなどを行うための移動に対する制御であり、記録吐出領域Ａ、非記録吐出領域Ｂおよびメンテナンス領域Ｃの間で吐出ヘッド１１（ヘッドユニット１９）を移動させるためのヘッド移動機構１２の制御を行う。
検出制御は、インク供給路８０の状態を検出する検出部４０の制御を行う。

図３（ａ）は、「吐出部」としての吐出ヘッド１１を模式的に示す断面図、図３（ｂ）は、同平面図である。また、図３（ａ）は、図３（ｂ）のＥ−Ｅ断面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）の下面（−Ｚ方向）から見た平面図である。

吐出ヘッド１１は、インク１の吐出系として、インク１が充填される複数のキャビティ７０、キャビティ７０の一方の端部下方に連通しキャビティ７０に充填されたインク１を吐出するノズル７１、複数のノズル７１が形成されたノズル基板７２、複数のキャビティ７０を形成するキャビティ基板７３、キャビティ７０の天井部を構成する振動板７５、振動板を振動させる圧電素子７６、振動板７５と圧電素子７６とを接合する接合板７７、ヘッド基体９０などを備えている。

また、吐出ヘッド１１は、キャビティ７０へのインク１の供給系として、キャビティ７０の他方の端部に連通する連通路８１、複数の連通路８１にインク１を供給するマニホールド８２、マニホールド８２にインク１を循環供給するインク導入路８３、マニホールドからインク１を循環排出するインク排出路８４などを備えている。

キャビティ７０は、インク１をノズル７１からインク滴として吐出させるための圧力室である。キャビティ７０は、Ｘ軸方向に延在する略直方体の空洞であり、キャビティ基板７３によってＹ軸方向に並ぶように複数形成されている。キャビティ７０の＋Ｘ側の端部は、−Ｚ方向に延出し、ノズル７１が連通する一方の端部下方領域を形成している。
ノズル７１は、Ｘ−Ｙ平面に延在するノズル基板７２にＹ軸方向に並ぶ複数の貫通孔として形成されており、ノズル７１が形成されたノズル基板７２の領域が同じピッチで並ぶキャビティ７０の一方の端部下方に当接することで、キャビティ７０とノズル７１とを連通させている。

振動板７５は、キャビティ７０の天井部を構成するように、キャビティ基板７３とヘッド基体９０とに挟持されている。
圧電素子７６は、制御部５０の印刷制御に従って駆動制御されるヘッドドライバー１１ｄによって駆動する。ヘッド基体９０に収納され、その上端領域がヘッド基体９０に固定されている。圧電素子７６の下端は、接合板７７を介して振動板７５に接合されている。
吐出ヘッド１１は、圧電素子７６が振動させる振動板７５の振動に応じてキャビティ７０の容積が変化することにより、キャビティ７０に充填されるインク１をキャビティ７０に連通するノズル７１から吐出する。

図４は、ヘッドユニット１９の一例を示す平面図であり、ヘッドユニット１９をその下面から見た様子を示している。
ヘッドユニット１９は、複数の吐出ヘッド１１を備えている。複数の吐出ヘッド１１は、図４に示されるように、千鳥状に配置され、ロール紙２の全幅方向にわたってインク１を吐出することができるようになっている。ここで、複数の吐出ヘッド１１が千鳥状に配置されるとは、ある吐出ヘッド１１（第１の吐出部）が、他の吐出ヘッド１１（第２の吐出部）に対して、Ｙ方向における位置が一部において重複し、一部において重複しないように配置されることである。

また、各吐出ヘッド１１には２列のノズル７１の列が千鳥状に形成されている。なお、ノズル７１の列は２列以上でもよく、複数のノズル７１の列が千鳥状に形成されていればよい。ここで、複数のノズル７１の列が千鳥状に形成されるとは、あるノズル７１の列（第１のノズル列）が、他のノズル７１の列（第２のノズル列）に対して、Ｙ方向における位置が一部において重複し、一部において重複しないように形成されることである。これにより、ロール紙２の幅方向（ロール紙２の搬送方向と交差する方向）について、例えば、７２０ｄｐｉのノズルピッチを実現している。

図５は、吐出部（吐出ヘッド１１）および液体供給路（インク供給路８０）を示す概略図である。
インク供給路８０は、複数のキャビティ７０にインク１を供給する供給路であり、インクタンク１４からマニホールド８２（インク導入路８３）までの往路８０ａとマニホールド８２（インク排出路８４）からインクタンク１４までの帰路８０ｂとを有する循環経路で構成されている。換言すれば、インク供給路８０は、往路８０ａと、帰路８０ｂとを含む循環経路を有している。また、往路８０ａには、インク供給路８０内のインク１を圧送するポンプ１７が備えられている。
ポンプ１７は、制御部５０の制御により、インク供給路８０内のインク１を圧送する速度を変えることができる。

インクタンク１４は、図５に示すように、内部にインク１を貯留しており、気泡が含まれない領域のインク１を往路８０ａに送り出すように構成されている。また、インクタンク１４は、インク供給路８０内のインク１の圧力制御を行うポンプ１８を備えている。
ポンプ１８は、制御部５０の制御により、インク供給路８０内のインク１の圧力を変えることができる。

以上のような構成のインクジェットプリンター１００において、何らかの原因により、インク供給路８０の内部に気泡が混入した場合、マニホールド８２内のインク１の圧力が所定の圧力を超えてしまう場合がある。具体的には、例えば、図５に示すように、マニホールド８２からインクタンク１４に向かう帰路８０ｂが、マニホールド８２の上方向に延在している場合で、上方に無視し得ない気泡が混入した場合には、図５に示すインク１の水柱１ａによる水頭圧がマニホールド８２内のインク１に影響を与える。無視し得ない気泡とは、この水頭圧が、吐出ヘッド１１における正常なインク吐出に影響を及ぼすに至る程度の気泡を言う。

図６（ａ）〜（ｃ）は、インク供給路８０内のインク１の圧力とノズル７１に形成されるメニスカスとの関係を示す概念図である。
図６（ａ）は、インク供給路８０内のインク１の圧力が正常（所定の圧力範囲）な場合のノズル７１に形成されるメニスカスを示している。メニスカス圧力とキャビティ７０内のインク１の圧力とが拮抗し平衡を保っている。これに対して、キャビティ７０内のインク１の圧力高まると、メニスカスの位置が下がってくる（図６（ｂ））。さらにキャビティ７０内のインク１の圧力高まると、メニスカスが維持できずに、インク１がノズル７１の開口から外にしみ出してしまう（図６（ｃ））。このしみ出しは、インク滴の正常な吐出に影響を与えたり（例えば、インク滴の量がばらつく、インク滴の吐出角度が変わってしまうなど）、媒体（ロール紙２）に付着して汚してしまったりする問題を引き起こす。

インク供給路８０内に上述した無視し得ない気泡が混入あるいは発生した場合には、マニホールド８２からキャビティ７０内のインク１の圧力が高くなり、図４に示すヘッドユニット１９に複数設けられたノズル７１において、図６（ｂ）または図６（ｃ）に示す状態が観察される。
図６（ａ）〜（ｃ）から明らかなように、正常な状態からインク１のしみ出しの状態までの範囲で、ノズル７１内のインク１（インク１ｎ）の量が異なっている。
すなわち、インク１のしみ出しが発生したノズル７１は、ノズル７１内のインク１の量が多くなる。具体的には、ノズル７１内のインク１（インク１ｎ）の量は、図６（ａ）の状態＜図６（ｂ）の状態＜図６（ｃ）の状態、という関係になっている。

図７は、同一のヘッドユニット１９内に設けられたノズル７１に含まれるインク１ｎの量の分布を概念的に示すグラフである。グラフの横軸はノズル内インク量を表す。ノズル内インク量とは、１つのノズル７１内に含まれるインク１ｎの量である。また、グラフの縦軸は、１つのヘッドユニット１９内に含まれるノズル７１の総数のうち、該当する横軸の箇所（ノズル内インク量）のノズル７１の数が占める比率である。なお、縦軸はこれをノズル数比率とし、百分率（％）で表している。

このグラフは、１つのヘッドユニット１９内に含まれるノズル７１における、ノズル内インク量のバラつきを表している。グラフが横軸に広がれば広がる程、ノズル内インク量のバラつきが大きいことを意味する。また、グラフの形は、１つの大きな山ができる形が好ましく、複数の山ができる形は好ましくない。山が複数できるということは、あるノズル内インク量を示すノズル７１の群が複数存在することであり、ノズル内インク量のバラつきが大きいことを意味するためである。なお、このグラフの中で、最も高いノズル数比率を示すノズル内インク量の値を、最頻値と呼称する。最頻値とは、ヘッドユニット１９内における各ノズル７１のノズル内インク量の中で、最も多く存在するノズル内インク量の値である。

分布Ｍ１は、正常な状態におけるインク１ｎの量の分布である。これに対し、分布Ｍ２は、インク供給路８０内に気泡が含まれた結果、一部のノズル７１からインク１のしみ出しが発生したときのインク１ｎの量の分布である。
分布Ｍ１から分布Ｍ２へ、その最頻値の値がＰ１からＰ２にシフトしている。また、分布Ｍ２では、ピークがＰ２とＰ３の２箇所に観察されている。また、正常な状態におけるインク１ｎの量の分布の横軸の幅（ピークＰ１から最大値までの分布幅Ｓ１）に比較して、インク１のしみ出しが発生したときのインク１ｎの量の分布の横軸の幅（ピークＰ２から最大値までの分布幅Ｓ２）が大きくなっている。

本願発明者は、インク供給路８０内に上述した無視し得ない気泡が含まれた場合において、このような傾向の現象が現れること、および、正常な状態と異常として検出すべき状態との識別が可能なことを見出した。
異常を検出する方法は、具体的には、閾値幅Ｓｓを設定する。閾値幅Ｓｓは、分布幅Ｓ１と分布幅Ｓ２との間の値とする。そして、ヘッドユニット１９内に設けられたノズル７１に含まれる（充填されている）インク１ｎの量の分布を測定し、最頻値Ｐ２から閾値幅Ｓｓを超えた位置に分布する量のインク１ｎを含むノズル７１が有った場合には、インク供給路８０に異常があると判定する方法である。
なお、異常として判定する方法は、閾値幅Ｓｓを超えたノズル７１の有無による判定に限定するものではなく、閾値幅Ｓｓを超えたノズル７１の発生率（図７におけるＮＧ領域の割合）が所定の値（例えば５％）を超えた場合に異常と判定する方法であっても良い。

分布Ｍ１および分布Ｍ２は、吐出ヘッド１１やインク供給路８０の仕様、またインク１の仕様などによって異なるため、異常を検出するための閾値幅Ｓｓや許容ＮＧ領域率は、適宜インクジェットプリンター１００の状態を評価することにより設定することが好ましい。

次に、インク１ｎの量の分布を測定、評価する方法について説明する。
図６に示すように、ノズル７１内のインク１ｎの量が変わると、ノズル７１におけるインク１ｎのイナータンスが変わり、これに連通するキャビティ７０における振動板７５の振動のしかたが変わる。従って、インク１ｎの量の分布を測定する方法の一つとして、振動板７５の振動を評価する方法がある。具体的には、以下に示すように、キャビティ７０における振動板７５の残留振動周波数（あるいは周期）の評価によって行う。

図８は、振動板７５の残留振動を想定した単振動の等価回路図である。
Ｐは、キャビティ７０内のインク１に与える圧力、ｍは、キャビティ７０およびノズル７１内のインク１のイナータンス、ｃは、振動板７５のコンプライアンス、ｒは流路抵抗、ｕは、圧力Ｐを与えた時のステップ応答としての体積速度である。
振動板７５の振動（移動）に対する自由振動（残留振動）は、下記数１に示す計算モデルで与えられる。

図９は、イナータンスｍと残留振動波形との関係を示すグラフである。図の横軸は時間を示し、縦軸は、残留振動の大きさを表している。
例えば、インク供給路８０内に無視し得ない気泡が含まれ、その結果として、ノズル７１内のインク１ｎの量が増加した場合には、その増加量に伴って増加するイナータンスｍによって、残留振動の周期が増加する。具体的には、正常時の周期Ｔ１（周波数ｆ１＝１／Ｔ１）がイナータンスｍの増加時の周期Ｔ２（周波数ｆ２＝１／Ｔ２）に変化する。
従って、残留振動の周期（周波数）を測定し、その分布を評価することにより、インク１ｎの量の分布を評価することができる。異常を検出するためには、この残留振動の周期（周波数）の分布を評価し、異常を検出するための閾値幅Ｓｓや許容ＮＧ領域率を設定する。

図１０は、検出部４０を説明するブロック図である。
検出部４０は、吐出ヘッド１１におけるインク１の状態を検出することで、インク供給路８０の状態を検出する部分であり、残留振動検出部４１、計測部４２、判定部４３などから構成されている。残留振動検出部４１および計測部４２は、個々のノズル７１に対して共通に設けられている。

図１１は、残留振動検出部４１の一例を示す回路図である。
残留振動検出部４１は、キャビティ７０内のインク１の圧力変化が圧電素子７６に伝達されることを利用して残留振動を検出する部分である。具体的には圧電素子７６の機械的変位によって発生する起電力（起電圧）の変化を検出する。
残留振動検出部４１は、トランジスターＱと、交流増幅器４１１と、比較器４１２などを含み構成されている。
トランジスターＱは、圧電素子７６のグランド端（ＨＧＮＤ印加側）を接地または開放するスイッチであり、そのゲート電圧（ゲート信号ＤＳＥＬ）は、制御部５０によってコントロールされる。抵抗Ｒ３は、トランジスターＱのオンオフの切り替わり時における急激な電圧変化を抑制するために設けられている。
交流増幅器４１１は、直流成分を除去するコンデンサーＣと、基準電圧Ｖｒｅｆの電位を基準として抵抗Ｒ１、Ｒ２で決まる増幅率で反転増幅する演算器ＡＭＰとで構成されている。交流増幅器４１１は、圧電素子７６に駆動信号のパルスを印加した後にグランド端を開放することで発生する残留振動の交流成分を増幅する。
比較器４１２は、増幅された残留振動ＶａＯＵＴと基準電圧Ｖｒｅｆとを比較するコンパレータであり、残留振動に応じた周期のパルスＰＯＵＴを出力する。

ゲート信号ＤＳＥＬがハイレベルになるとトランジスターＱがオンし、圧電素子７６のグランド端が接地された状態になり、駆動信号が圧電素子７６に供給される。逆に、トランジスターＱのゲート電圧（ゲート信号ＤＳＥＬ）がローレベルになるとトランジスターＱがオフし、圧電素子７６の起電力が残留振動検出部４１に伝達される。
残留振動検出部４１は、残留振動による起電力信号を増幅した残留振動ＶａＯＵＴに応じた周期のパルスＰＯＵＴを計測部４２に出力する。

図１０に戻り説明する。
計測部４２は、残留振動に応じた周期のパルスＰＯＵＴの周期を計測し、計測値を判定部４３に伝達する。
判定部４３は、制御部５０の制御の下に残留振動の計測値を集計し、その分布を評価することで、インク供給路８０の状態を検出する。判定部４３は、インク供給路８０の状態を検出した結果を制御部５０に伝達する。

なお、判定部４３の機能を制御部５０内に設け、制御部５０において、インク１ｎの量の分布を評価する構成としても良い。つまり、計測部４２の計測結果を制御部５０に集約し、制御部５０がその分布を評価することで、インク供給路８０の状態を検出する構成であっても良い。

また、インク１ｎの量の分布を測定、評価する方法は、検出部４０による方法に限定するものではない。インク１ｎの量を定量化できる方法であれば良く、例えば、ノズル７１に形成されるメニスカスの位置を光学的に検出する方法や、ノズル７１に充填されるインク１ｎによって導通する電極間の抵抗を電気的に検出する方法などであっても良い。

次に、インクジェットプリンター１００におけるインク供給路８０の状態検出方法や、状態を評価した結果、異常を検出した場合のインクジェットプリンター１００の動作について説明する。
インクジェットプリンター１００におけるインク供給路８０の状態検出は、吐出ヘッド１１（ヘッドユニット１９）が非記録吐出領域Ｂ（図１（ｂ）参照）に移動している場合に行われる。つまり、吐出ヘッド１１（ヘッドユニット１９）が非記録吐出領域Ｂ（待機位置）から他の位置へ移動を開始する前に、インク供給路８０の状態を検出する。
なお、状態を評価分析し、異常として検出するための閾値幅Ｓｓ、および異常と判定すべき、閾値幅Ｓｓを超えたノズル７１の発生率ＮＧ％については、予め制御部５０の記憶部に記憶されている。また、以下の動作は、制御部５０の制御の下に行われる。

まず、ヘッド移動機構１２により、吐出ヘッド１１（ヘッドユニット１９）を非記録吐出領域Ｂに移動する。
次に、検出部４０によって、ノズル７１内に充填されるインク１ｎの量の分布を測定し、この分布に基づいて、インク供給路８０の状態を検出する。具体的には、全てのノズル７１に対応する振動板７５の残留振動の周期を測定し、インク１ｎの量の分布を反映した周期の分布を観測する。判定部４３、あるいは判定部４３の機能を備える制御部５０にて、分布の最頻値を求め、この最頻値に対して閾値幅Ｓｓを上回る位置に分布するノズル７１の発生率を発生率ＮＧ％と比較する。
最頻値に対して閾値幅Ｓｓを上回るインク１ｎの量のノズル７１が一つでもあった場合に異常と判断する場合には、該当するノズル７１の有無をチェックする。

最頻値に対して閾値幅Ｓｓを上回る位置に分布するノズル７１の発生率が発生率ＮＧ％を下回った場合、判定部４３、あるいは判定部４３の機能を備える制御部５０は、インク供給路８０の状態を正常と判断し、所望の動作に移行する。所望の動作には、ヘッド移動機構１２により、吐出ヘッド１１（ヘッドユニット１９）を記録吐出領域Ａに移動させ、ロール紙２への画像記録を開始する動作が含まれる。
最頻値に対して閾値幅Ｓｓを上回るインク１ｎの量のノズル７１が一つでもあった場合に異常と判断する場合には、該当するノズル７１が無い場合に正常と判断し、同様の動作を行う。

最頻値に対して閾値幅Ｓｓを上回る位置に分布するノズル７１の発生率が発生率ＮＧ％と同じか上回った場合、判定部４３、あるいは判定部４３の機能を備える制御部５０は、インク供給路８０の状態を異常と判断し、異常に対処する動作に移行する。
最頻値に対して閾値幅Ｓｓを上回るインク１ｎの量のノズル７１が一つでもあった場合に異常と判断する場合、該当するノズル７１が有った場合には、同様に異常に対処する動作に移行する。
図５を参照し、この動作を説明する。

異常への対処（正常状態への復帰処理）は、異常と判断される原因がインク供給路８０に含まれる気泡にあるということを前提とし、気泡を除去する動作として行う。具体的には、まず、ポンプ１７の駆動圧（あるいは駆動速度）を高め、インク供給路８０内のインク１の圧送速度を速くする。すなわち、インク供給路８０内のインク１の流速を上昇させる。インク供給路８０内のインク１の圧送速度が高まることで、内部に含まれる気泡は循環経路内を循環し、インクタンク１４に移動させることができる。圧送速度を速く維持する時間は、インク１の循環が充分に行われ、インク供給路８０内に含まれると考えられる気泡が、インクタンク１４に移動を完了するに充分な時間とすることが好ましい。インクタンク１４に移動した気泡は、図５に示すように、インクタンク１４内でインク１の表面に浮上することで消失する。

更に、異常への対処として、ポンプ１８の駆動圧を高め、インク供給路８０に充填されるインク１を加圧する。加圧は、マニホールド８２を介してキャビティ７０内のインク１がノズル７１から充分吐出する程度に行う。加圧され、キャビティ７０内のインク１がノズル７１から充分吐出することで、循環経路内からキャビティ７０およびノズル７１に移動した気泡を、ノズル７１から排出することができる。また、ノズル７１開口部のしみ出しが解消される。ノズル７１から吐出するインク１は、非記録吐出領域Ｂに設けられたインク回収部１５に吐出される。

これらの異常への対処を行い、再度、インク供給路８０の状態を検出（観察）する。その結果、インク供給路８０の状態は正常に復帰したと判断された場合には、所望の動作に移行する。再度、異常が検出された場合には、制御部５０は、再び、異常への対処動作を行うか、または、予め制御部５０に設定した内容に応じ、エラーを発報する。

以上述べたように、本実施形態による液体吐出装置、および液体供給路の状態検出方法によれば、以下の効果を得ることができる。
インクジェットプリンター１００は、インク１を充填する複数のキャビティ７０と、これらにインク１を供給するインク供給路８０と、キャビティ７０に連通しキャビティ７０に充填されたインク１を吐出するノズル７１とを備えている。このような構成において、インク供給路８０からキャビティ７０に充填されたインク１に加わる圧力が所定の圧力を上回った場合に、ノズル７１内に形成されたメニスカスの位置や形状が変化してノズル７１に充填されるインク１の量が所定の量を上回ったり、形成されたメニスカスが維持されず、ノズル７１からインク１がしみ出してしまったりする。このような、インク供給路８０の異常が発生した場合には、その結果として複数のノズル７１に亘るノズル７１内のインク１の量の分布が、通常時とは異なる分布を示すようになる。

インクジェットプリンター１００は、複数のノズル７１内に充填されるインク１の量の分布を測定し、測定した分布に基づいて、インク供給路８０の状態を検出する検出部４０を備えている。換言すると、検出部４０は、複数のノズル７１内に充填されるインク１の量に基づいて、インク供給路８０の状態を検出する。そのため、通常時とは異なる分布になった場合には、検出部４０によって、インク供給路８０における圧力異常として検出することができる。

換言すると、液体吐出装置は、液体を充填するキャビティ７０と、キャビティ７０に液体を供給する液体供給路と、キャビティ７０に連通しキャビティ７０に充填された液体を吐出するノズル７１と、複数のノズル７１内に充填される液体の量に基づいて液体供給路の状態を検出する検出部４０と、を備えている。このような構成においては、液体供給路に何らかの異常があった場合に、一部のノズル７１から液体がしみ出してしまったりする。このとき、液体がしみ出した一部のノズル７１におけるノズル７１内の液体の量は、他の多くのノズル７１におけるノズル７１内の液体の量とは異なることとなる。従って、ノズル７１内に充填される液体の量に基づいて液体供給路の状態を検出することで、液体供給路の異常を検出することができる。

また、インクジェットプリンター１００は、圧電素子７６が振動させる振動板７５の振動に応じてキャビティ７０の容積が変化することにより、キャビティ７０に充填されるインク１をキャビティ７０に連通するノズル７１から吐出する吐出ヘッド１１と、インク１を貯留するインクタンク１４と、インクタンク１４からキャビティ７０へインク１を供給するインク供給路８０と、圧電素子７６を駆動するヘッドドライバー１１ｄとを備えている。インク供給路８０の異常（所定の圧力を上回る異常）が発生した場合には、その結果として複数のノズル７１に亘るノズル７１内のインク１の量の分布が、通常時とは異なる分布を示すようになる。ノズル７１内のインク１の量が変わると、ノズル７１におけるインク１のイナータンスが変わり、これに連通するキャビティ７０における振動板７５の残留振動のしかた（振動板７５の残留振動パターン）が変わる。

インクジェットプリンター１００は、振動板７５の残留振動に基づいてインク供給路８０の状態を検出する検出部４０を備えている。そのため、ノズル７１内のインク１の量が、通常時とは異なる場合には、検出部４０によって、インク供給路８０における圧力異常として検出することができる。また、検出部４０は、振動板７５を振動させる圧電素子７６を検出手段として活用して検出回路を設けることで構成できるため、新たに、インク供給路８０の状態を検出する装置などを備えることなく、インク供給路８０の状態が検出できるインクジェットプリンター１００を提供することができる。

換言すると、液体吐出装置は、圧電素子７６が振動させる振動板７５の振動に応じてキャビティ７０の容積が変化することにより、キャビティ７０に充填される液体を吐出する吐出部と、液体を貯留する貯留部と、貯留部から複数のキャビティ７０へ液体を供給する液体供給路と、振動板７５の残留振動に基づいて液体供給路の状態を検出する検出部４０と、を備えている。このような構成においては、液体供給路に何らかの異常があった場合に、一部のノズル７１から液体がしみ出してしまったりする。このとき、液体がしみ出した一部のノズル７１におけるノズル７１内の液体の量は、他の多くのノズル７１におけるノズル７１内の液体の量とは異なることとなる。ノズル７１内の液体の量が異なると、ノズル７１における液体のイナータンスが変わり、これに連通するキャビティにおける振動板の残留振動のしかた（振動板の残留振動パターン）が変わる。従って、振動板の残留振動に基づいて液体供給路の状態を検出することで、液体供給路の異常を検出することができる。

また、ノズル７１に充填されるインク１のイナータンスが変わると、ノズル７１に連通するキャビティ７０の容積を変化させる振動板７５の振動に対する残留振動の周期が変わる。そのため、本実施形態のように、残留振動の周期の変動を観察することにより、ノズル７１に充填されるインク１のイナータンスの変化（つまりは、ノズル７１に充填されるインク１の量の変化）が分かる。つまり、その変化をもたらすインク供給路８０の状態の変化をより簡便に検出することができる。

また、検出部４０は、吐出ヘッド１１が非記録吐出領域Ｂから他の位置へ移動を開始する前に、インク供給路８０の状態を検出する。そのため、例えば、インク供給路８０の圧力異常が検出された場合には、ノズル７１からのインク１のしみ出しなどが危惧されるが、吐出ヘッド１１が非記録吐出領域Ｂから他の位置へ移動を開始する前であるため、しみ出したインク１によって媒体を汚してしまったり、非記録吐出領域Ｂ以外の場所を汚してしまったりすることを未然に防ぐことができる。

また、インク供給路８０は、インクタンク１４からマニホールド８２までの往路８０ａとマニホールド８２からインクタンク１４までの帰路８０ｂとを含む循環経路を有しており、ポンプ１７がこの循環経路内のインク１を圧送させる。また、ポンプ１７は、検出部４０がインク供給路８０の状態を異常と判断した場合に、インク１の圧送速度を速くする。従って、例えば、インク供給路８０に気泡が含まれ、この気泡に起因したインク供給路８０の異常（所定の圧力を上回る異常）を検出部４０が検出した場合に、インク供給路８０内のインク１の圧送速度を速くすることで、内部に含まれる気泡は循環経路内を循環し、インクタンク１４に移動させることができる。その結果、インク供給路８０の状態を良好な状態に復帰させることができる。

また、ポンプ１８は、検出部４０がインク供給路８０の状態を異常と判断した場合に、インク供給路８０に充填されるインク１を加圧する。従って、例えば、インク供給路８０に気泡が含まれ、この気泡に起因したインク供給路８０の異常（所定の圧力を上回る異常）を検出部４０が検出した場合に、インク供給路８０に充填されるインク１を加圧することで、循環経路内からキャビティ７０およびノズル７１に移動した気泡を、ノズル７１から排出することができる。その結果、循環経路内の気泡の排除と合わせることで、インク供給路８０の状態を良好な状態に復帰させることができる。

以上述べたように、本実施形態のインクジェットプリンター１００によると、インク供給経路の圧力異常に起因するノズルからのインクのしみ出しなどが簡便に検出できる液体吐出装置が構成される。

１，１ｎ…インク、２…ロール紙、１０…記録部、１１…吐出ヘッド、１１ｄ…ヘッドドライバー、１２…ヘッド移動機構、１３…駆動ローラー、１４…インクタンク、１５…インク回収部、１７，１８…ポンプ、１９…ヘッドユニット、２０…供給部、２１…繰出しリール、３０…収納部、３１…巻取りリール、４０…検出部、４１…残留振動検出部、４２…計測部、４３…判定部、５０…制御部、７０…キャビティ、７１…ノズル、７２…ノズル基板、７３…キャビティ基板、７５…振動板、７６…圧電素子、７７…接合板、８０…インク供給路、８０ａ…往路、８０ｂ…帰路、８１…連通路、８２…マニホールド、８３…インク導入路、８４…インク排出路、９０…ヘッド基体、１００…インクジェットプリンター。

Claims (8)

1. 液体を充填するキャビティと、
   前記キャビティに前記液体を供給する液体供給路と、
   前記キャビティに連通し前記キャビティに充填された前記液体を吐出するノズルと、
   複数の前記ノズル内に充填される前記液体の量に基づいて前記液体供給路の状態を検出する検出部と、を備えることを特徴とする液体吐出装置。
2. 圧電素子が振動させる振動板の振動に応じてキャビティの容積が変化することにより、前記キャビティに充填される液体を吐出する吐出部と、
   前記液体を貯留する貯留部と、
   前記貯留部から複数の前記キャビティへ前記液体を供給する液体供給路と、
   前記振動板の残留振動に基づいて前記液体供給路の状態を検出する検出部と、を備えることを特徴とする液体吐出装置。
3. 請求項２に記載の液体吐出装置であって、
   前記検出部は、前記残留振動の周期に基づいて前記液体供給路の状態を検出することを特徴とする液体吐出装置。
4. 請求項２又は３に記載の液体吐出装置であって、
   前記吐出部は、媒体に前記液体を吐出しない場合に待機位置へ移動可能であり、
   前記検出部は、前記吐出部が前記待機位置から他の位置へ移動を開始する前に、前記液体供給路の状態を検出することを特徴とする液体吐出装置。
5. 請求項２乃至４のいずれか一項に記載の液体吐出装置であって、
   前記キャビティに連通するマニホールドと、
   前記液体供給路に充填される前記液体を圧送可能なポンプと、を備え、
   前記液体供給路は、前記貯留部から前記マニホールドまでの往路と、前記マニホールドから前記貯留部までの帰路とを含む循環経路を有し、
   前記ポンプは、前記検出部が前記液体供給路の状態を異常と判断した場合に、前記液体の圧送速度を速くすることを特徴とする液体吐出装置。
6. 請求項４又は５に記載の液体吐出装置であって、
   前記液体供給路に充填される前記液体を加圧可能な加圧部を備え、
   前記加圧部は、前記検出部が前記液体供給路の状態を異常と判断した場合に、前記液体供給路に充填される前記液体を加圧することを特徴とする液体吐出装置。
7. 液体を充填するキャビティと、前記キャビティに前記液体を供給する液体供給路と、前記キャビティに連通し前記キャビティに充填された前記液体を吐出するノズルと、を備えた液体吐出装置における液体供給路の状態検出方法であって、
   複数の前記ノズル内に充填される前記液体の量に基づいて前記液体供給路の状態を検出することを特徴とする液体供給路の状態検出方法。
8. 圧電素子が振動させる振動板の振動に応じてキャビティの容積が変化することにより、前記キャビティに充填される液体を吐出する吐出部と、前記液体を貯留する貯留部と、前記貯留部から前記キャビティへ前記液体を供給する液体供給路と、を備えた液体吐出装置における液体供給路の状態検出方法であって、
   前記振動板の残留振動に基づいて前記液体供給路の状態を検出することを特徴とする液体供給路の状態検出方法。

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