JP2017113942A - 液体噴射ヘッドの駆動回路、及び液体噴射ヘッドの駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】既存の回路構成を利用しつつ、短時間で液滴の充填状態の判定を可能とする液体噴射ヘッドの駆動回路を提供する。【解決手段】印加される電圧にしたがって変形する圧電アクチュエータ７５により、圧電アクチュエータに対応する圧力室に充填された液体を被記録媒体に着弾する液滴としてノズル孔から噴射するノズルを複数備える液体噴射ヘッドの駆動回路１８０は、第１交流信号に基づく電圧を圧電アクチュエータに印加して、液体の充填状態に応じた第１電気的特性を検出し、第１交流信号とは周波数が異なる第２交流信号に基づく電圧を圧電アクチュエータに印加して、液体の充填状態に応じた第２電気的特性を検出する検出部１８１と、検出部が検出した第１電気的特性と第２電気的特性とに基づいて、液体の充填状態を判定する判定部１８２と、を備える。【選択図】図６

Description

本発明は、液体噴射ヘッドの駆動回路、及び液体噴射ヘッドの駆動方法に関する。

被記録媒体に記録可能な液体、例えばインクを噴射する装置として、インク室の複数のノズル孔から被記録媒体に向かってインク滴を噴射する液体噴射記録装置が知られている。このような液体噴射記録装置の中には、所謂インクジェット方式が採用されたインクジェットヘッドを備えたものがある。インクジェットヘッドには、インクが充填される複数の長溝が形成されている圧電アクチュエータが設けられている。各長溝の両側壁には、それぞれ電極が設けられており、これら電極に所定の駆動電圧を印加すると側壁が変形し、長溝内の容積が変化するようになっている。これにより、ノズル孔からインク滴が被記録媒体に向かって吐出する。

このように、インクジェットヘッドは、側壁に生じた振動エネルギーを長溝内のインクに伝播することによりインクを吐出させるので、インク室内にインクが隙間無く十分に充たされている必要がある。しかし、実際には、インクジェットヘッドに初めてインクを充填する際や、インクの交換を行う際など、一部の長溝内にインクが充填されなかったり、長溝内に気泡が発生したりする場合がある。このような充填不良がある長溝では、側壁に生じた振動エネルギーがインクへ十分に伝播されず、インクが正常に吐出されず印字不良が発生する。

印字不良となることを防ぐため、通常、充填状態を確認するための印刷を行い、充填状態の確認が行われるが、確認用にインクや被記録媒体を消費してしまうことになる。このような問題を解決するために、例えば、特許文献１に示すような技術が提案されている。特許文献１に示す技術では、ヘッドの圧電素子の任意の周波数におけるインピーダンスを測定し、測定したインピーダンスの周波数特性を求める。そして、求めた周波数特性から圧電素子に気泡が付着しているか否かを判定する。

特開平１１−３３４１０２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、ヘッドを駆動するヘッド駆動回路とは別に、インピーダンスを測定するインピーダンス測定回路が必要となり、インピーダンスを測定するごとに、これらを切り替えなければならない。すなわち、新たな回路が加えられることにより回路構成が煩雑になるという問題に加えて、インク液の充填状態をチェックする処理が行われるごとに切り替えをする必要があるため、印刷可能状態になるまでの時間が長くなるという問題がある。

本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、既存の回路構成を利用しつつ、従来よりも短時間で液滴の充填状態の判定を可能とする液体噴射ヘッドの駆動回路、及び液体噴射ヘッドの駆動方法を提供することにある。

上記問題を解決するために、本発明の一態様は、印加される電圧にしたがって変形する圧電アクチュエータにより、前記圧電アクチュエータに対応する圧力室に充填された液体を被記録媒体に着弾する液滴としてノズル孔から噴射するノズルを複数備える液体噴射ヘッドの駆動回路であって、第１交流信号に基づく電圧を前記圧電アクチュエータに印加して、前記液体の充填状態に応じた第１電気的特性を検出し、前記第１交流信号とは周波数が異なる第２交流信号に基づく電圧を前記圧電アクチュエータに印加して、前記液体の充填状態に応じた第２電気的特性を検出する検出部と、前記検出部が検出した前記第１電気的特性と前記第２電気的特性とに基づいて、前記液体の充填状態を判定する判定部と、を備える液体噴射ヘッドの駆動回路である。

また、本発明の一態様は、印加される電圧にしたがって変形する圧電アクチュエータにより、前記圧電アクチュエータに対応する圧力室に充填された液体を被記録媒体に着弾する液滴としてノズル孔から噴射するノズルを複数備える液体噴射ヘッドの駆動方法であって、前記液体噴射ヘッドが、第１交流信号に基づく電圧を前記圧電アクチュエータに印加して、前記液体の充填状態に応じた第１電気的特性を検出し、前記第１交流信号とは周波数が異なる第２交流信号に基づく電圧を前記圧電アクチュエータに印加して、前記液体の充填状態に応じた第２電気的特性を検出する第１ステップと、前記液体噴射ヘッドが、前記第１ステップにおいて検出された前記第１電気的特性と前記第２電気的特性とに基づいて、前記液体の充填状態を判定する第２ステップと、を含む液体噴射ヘッドの駆動方法である。

この発明によれば、既存の回路構成を利用しつつ、従来よりも短時間で液滴の充填状態の判定が可能となる。

本発明の実施形態における液体噴射記録装置の斜視図である。 同実施形態における液体噴射ヘッドの一部破断斜視図である。 同実施形態における流路部材の概略構成図である。 同実施形態における液体噴射ヘッドチップの分解斜視図である。 同実施形態における液体噴射ヘッドチップの一部を拡大した分解斜視図である。 同実施形態における制御回路基板に形成される駆動回路の内部構成、及び液体噴射ヘッドチップとの接続構成を示す概略ブロック図である。 同実施形態における駆動回路によるインク液の充填状態の判定処理を示すフローチャートである。 同実施形態における駆動回路の検出部が検出した消費電流の変化を示すグラフである。

（液体噴射記録装置）
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
図１は、液体噴射記録装置１の斜視図である。
液体噴射記録装置１は、紙等の被記録媒体Ｓを搬送する一対の搬送機構２，３と、被記録媒体Ｓにインク滴を噴射する液体噴射ヘッド４と、液体噴射ヘッド４にインクを供給する液体供給部５と、液体噴射ヘッド４を被記録媒体Ｓの搬送方向（主走査方向）と略直交する方向（副走査方向）に走査させる走査部６とを備えている。

なお、以下の説明において、副走査方向をＸ方向、主走査方向をＹ方向、そしてＸ方向及びＹ方向にともに直交する方向をＺ方向として説明する。液体噴射記録装置１は、Ｘ方向、Ｙ方向が水平方向となるように、かつＺ方向が重力方向上下方向となるように載置して使用されるようになっている。
すなわち、液体噴射記録装置１を載置した状態では、被記録媒体Ｓ上を液体噴射ヘッド４が水平方向（Ｘ方向、Ｙ方向）に沿って走査するように構成されている。また、この液体噴射ヘッド４から重力方向下方（Ｚ方向下方）に向かってインク滴が噴射され、このインク滴が被記録媒体Ｓに着弾するように構成されている。

一対の搬送機構２，３は、それぞれＸ方向に延びて設けられたグリットローラ２０，３０と、グリットローラ２０，３０のそれぞれに平行に延びるピンチローラ２１，３１と、詳細は図示しないがグリットローラ２０，３０を軸回りに回転動作させるモータ等の駆動機構とを備えている。

液体供給部５は、インクが収容された液体収容体５０と、液体収容体５０と液体噴射ヘッド４とを接続する液体供給管５１とを備えている。液体収容体５０は、複数設けられており、例えば、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４種類のインクが収容されたインクタンク５０Ｙ，５０Ｍ，５０Ｃ，５０Ｋが並べて設けられている。インクタンク５０Ｙ，５０Ｍ，５０Ｃ，５０ＫのそれぞれにはポンプモータＭが設けられており、液体供給管５１を通じてインクを液体噴射ヘッド４へ押圧移動する。液体供給管５１は、例えば、液体噴射ヘッド４（キャリッジユニット６２）の動作に対応可能な可撓性を有するフレキシブルホースで構成されている。

なお、液体収容体５０は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４種類のインクが収容されたインクタンク５０Ｙ，５０Ｍ，５０Ｃ，５０Ｋに限られるものではなく、さらに多色のインクを収容したインクタンクを備えていてもよい。

走査部６は、Ｘ方向に延びて設けられた一対のガイドレール６０，６１と、一対のガイドレール６０，６１に沿って摺動可能なキャリッジユニット６２と、キャリッジユニット６２をＸ方向に移動させる駆動機構６３とを備えている。駆動機構６３は、一対のガイドレール６０，６１の間に配設された一対のプーリ６４，６５と、一対のプーリ６４，６５間に巻回された無端ベルト６６と、一方のプーリ６４を回転駆動させる駆動モータ６７とを備えている。

一対のプーリ６４，６５は、一対のガイドレール６０，６１の両端部間にそれぞれ配設されており、Ｘ方向に間隔を空けて配置されている。無端ベルト６６は、一対のガイドレール６０，６１間に配設されており、この無端ベルト６６に、キャリッジユニット６２が連結されている。キャリッジユニット６２の基端部６２ａには、複数の液体噴射ヘッド４が搭載されている。具体的には、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４種類のインクに個別に対応する液体噴射ヘッド４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４ＫがＸ方向に並んで搭載されている。

（液体噴射ヘッド）
図２は、液体噴射ヘッド４の一部破断斜視図である。
同図に示すように、液体噴射ヘッド４は、被記録媒体Ｓ（図１参照）に対してインク滴を噴射する噴射部７０と、噴射部７０と電気的に接続された制御回路基板８０と、噴射部７０と液体供給管５１との間に、それぞれ接続部９３，９４を介して介在された圧力緩衝器９０とをベース４１，４２上に備えている。圧力緩衝器９０は、液体供給管５１から噴射部７０へインクの圧力変動を緩衝しながら通流させるためのものである。なお、ベース４１，４２は一体成形とされていても構わない。

噴射部７０は、圧力緩衝器９０に接続部７２を介して接続された流路部材７１と、電圧が印加されることにより、インクを液滴として被記録媒体Ｓへと噴射させる液体噴射ヘッドチップ７３と、液体噴射ヘッドチップ７３と制御回路基板８０とに電気的に接続され液体噴射ヘッドチップ７３に電圧を印加するためのフレキシブル配線７４とを備えている。

（流路部材）
図３は、流路部材７１の概略構成図である。
図３に示すように、流路部材７１は、接続部７２を通って流入するインクを液体噴射ヘッドチップ７３に満遍なく行き渡らせる。流路部材７１は、流路部材７１を固定するためのフランジ部１７１と、流路部材本体１７２とが一体成形されており、且つＹ方向に沿って長くなるように形成されている。

流路部材本体１７２は、液体噴射ヘッドチップ７３側の端面、つまり、フランジ部１７１とは反対側の端面に、Ｙ方向に沿って長い開口部１７２ａが形成された略箱状に形成されている。この開口部１７２ａが液体噴射ヘッドチップ７３に連通されている。
また、流路部材本体１７２のＺ方向上側の側面１７２ｂに接続部７２が接続されており、この接続部７２と開口部１７２ａとが流路部材本体１７２の内部に形成された凹部１７２ｃを介して連通されている。

（液体噴射ヘッドチップ）
図４は、液体噴射ヘッドチップ７３の分解斜視図である。また、図５は、液体噴射ヘッドチップ７３の一部を拡大した分解斜視図である。
図４、図５に示すように、液体噴射ヘッドチップ７３は、略長方形状の圧電アクチュエータ７５を備えている。圧電アクチュエータ７５は、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）により、Ｙ−Ｚ平面に延在するように略板状に形成されたものである。圧電アクチュエータ７５は、この上部（Ｘ方向流路部材７１側の面、図４、図５における上面、以下、単に上部という）の面（上面７５ｇ）にＺ方向に沿って延びる溝７６（以下、長溝７６という）を有している。以下では、一例として、図４、５に示すように、インクを吐出するための圧力室の一部を、長溝７６が構成する場合について説明するが、圧力室の形状、構成は、長溝７６に限られず、適宜変更されてよい。

長溝７６は、横断面が矩形状に形成され、インクが充填される。また、複数の長溝７６が、圧電アクチュエータ７５の長手方向の全長に亘って並設され、長溝７６の各々は、側壁７７によって区分けされている。
圧電アクチュエータ７５の前端面７５ｄには、ポリイミドなどからなるノズルプレート８１が設けられている。ノズルプレート８１の一方の主面は、圧電アクチュエータ７５への接合面とされ、他方の主面には、インクの付着等を防止するための撥水性や親水性を有する撥水膜が塗布されている。
また、ノズルプレート８１には、その長手方向に所定の間隔（長溝７６のピッチと同等の間隔）を空けて複数のノズル開口部８５（以下、ノズル孔８５ともいう）が形成されている。ノズル開口部８５は、ポリイミドフィルムなどのノズルプレート８１に、例えば、エキシマレーザ装置を用いて形成される。これらノズル開口部８５は、それぞれ長溝７６の位置に一致するように配置される。
なお、複数の長溝７６はインクが充填される吐出溝とインクが充填されない非吐出溝とに分類される場合があるが、その場合ノズル孔８５は吐出溝の位置にのみ対応して開口し、非吐出溝の位置には開口しないように形成することができる。

圧電アクチュエータ７５の上面７５ｇには、長方形状のカバープレート８２が設けられている。カバープレート８２の短手方向の長さ寸法は、圧電アクチュエータ７５の短手方向の長さ寸法よりも短く設定されている。カバープレート８２の前端面８２ａと、圧電アクチュエータ７５の前端面７５ｄとは面一になっている。

カバープレート８２には、その長手方向に延びる矩形状の開口部８３が形成されている。この開口部８３は、圧電アクチュエータ７５の長手方向の全体の長溝７６に亘って延ばされている。すなわち、全ての長溝７６が開口部８３を介して外方に開放され、開口部８３によって各長溝７６がそれぞれ連通した状態になっている。

また、圧電アクチュエータ７５とカバープレート８２を接合したものに、ノズルプレート８１が接合される。さらにノズルプレート８１を支持するノズル支持プレート８４が接合され、液体噴射ヘッドチップ７３を構成している。液体噴射ヘッドチップ７３は、カバープレート８２の開口部８３と、流路部材７１の開口部１７２ａとが連通するように配置され、流路部材７１を介して長溝７６内にインクが流入されるようになっている。

長溝７６の底面は、圧電アクチュエータ７５の前方（Ｚ方向下方）側からＺ方向の略中央部まで延びる前方平坦面７５ａと、この前方平坦面７５ａの後部から後方側に向かって深さが漸次浅くなるような傾斜面７５ｂと、この傾斜面７５ｂの後部から後方側に向かって延びる後方平坦面７５ｃとで構成されている。なお、長溝７６の後端部は、不図示の封止部により封止されている。

また、長溝７６の側壁７７には、両主面の上部寄りに、それぞれ駆動電極７８が蒸着法により長手方向全体に亘って設けられている。この駆動電極７８が、フレキシブル配線７４を介して制御回路基板８０に電気的に接続されることにより、制御回路基板８０から液体噴射ヘッドチップ７３に電圧が印加される。このような構成のもと、圧力緩衝器９０内の貯留室から、接続部７２，９４を介して所定量のインクが流路部材７１に供給される。そして、流路部材７１の開口部１７２ａから液体噴射ヘッドチップ７３の開口部８３へとインクが行き渡る。

（駆動回路）
図６は、液体噴射ヘッドチップ７３に電圧を印加する制御回路基板８０に形成される駆動回路１８０の内部構成、及び液体噴射ヘッドチップ７３との接続構成を示す概略ブロック図である。図６では、実際には図４、図５に示すように多数存在する長溝７６の個数を、説明のための一例として、６個としており、それぞれ長溝７６Ａ，７６Ｂ，７６Ｃ，７６Ｄ，７６Ｅ，７６Ｆとして示している。また、以下の説明において、長溝７６Ａ，７６Ｂ，７６Ｃ，７６Ｄ，７６Ｅ，７６Ｆのそれぞれに対応するノズル孔８５を、ノズル孔８５Ａ，８５Ｂ，８５Ｃ，８５Ｄ，８５Ｅ，８５Ｆとして示す。

駆動回路１８０は、検出部１８１、判定部１８２、制御部１８４、印加部２００を備える。制御部１８４は、噴射制御部１８５、ノズル選択部１８６を備える。噴射制御部１８５は、印刷モードと判定モードとの２つのモードを有している。
印刷モードとは、被記録媒体Ｓに印刷を行うモードである。印刷モードにおいて、噴射制御部１８５は、外部、例えば、接続される装置等から入力される印刷対象を示す印刷情報を含んだ印刷を指示する指示信号を受けて、インクタンク５０Ｙ，５０Ｍ，５０Ｃ，５０ＫのポンプモータＭの駆動制御を行う。また、噴射制御部１８５は、指示信号に含まれる印刷情報に基づいて駆動情報を生成する。そして、噴射制御部１８５は、生成した駆動情報をノズル選択部１８６に出力する。この駆動情報に基づき、圧電アクチュエータ７５が駆動してインク液が吐出される。これにより、被記録媒体Ｓに印刷が行われる。

判定モードとは、インクの充填状態を判定するモードである。判定モードにおいて、噴射制御部１８５は、全ての長溝７６におけるインクの充填状態を判定するために、予め定められる２つの異なる周波数の交流の駆動波形によって、長溝７６ごとの駆動電極７８を駆動させる。噴射制御部１８５は、長溝７６Ａ〜７６Ｆごと、すなわちノズル孔８５Ａ〜８５Ｆごとに、２つの異なる周波数の交流の駆動波形で電圧を印加させる駆動情報を、判定対象のノズル孔８５Ａ〜８５Ｆを示す情報に関連付けてノズル選択部１８６に対して出力する。また、噴射制御部１８５は、判定モードにおいて、判定対象として駆動させる駆動電極７８Ａ〜７８Ｆに対応するノズル孔８５Ａ〜８５Ｆを示すノズル識別情報を検出部１８１に出力する。なお、ノズル孔８５Ａ〜８５Ｆを示す情報、及びノズル識別情報は、ノズル孔８５Ａ〜８５Ｆごとに予め付与されるノズル番号、または長溝７６ごとに予め付与される流路番号などであってもよい。

ノズル選択部１８６は、記憶領域を備える。この記憶領域には、複数の周波数の駆動波形の情報が予め記憶されている。また、ノズル選択部１８６は、噴射制御部１８５から取得したノズル識別情報にしたがってノズル孔８５Ａ〜８５Ｆに対応する駆動端子２００Ａ〜２００Ｆを選択する。また、ノズル選択部１８６は、噴射制御部１８５から取得した駆動情報に対応する駆動波形の情報を内部の記憶領域から読み出す。また、ノズル選択部１８６は、選択した駆動端子２００Ａ〜２００Ｆを示す情報と、読み出した駆動波形の情報とを印加部２００に出力する。

印加部２００は、電源Ｖｄｄに接続された電源端子２０１Ａ〜２０１Ｆと、ＧＮＤ（接地）に接続された接地端子２０２Ａ〜２０２Ｆと、駆動電極７８Ａ〜７８Ｆに接続された駆動端子２００Ａ〜２００Ｆとを備える。駆動端子２００Ａ〜２００Ｆには、接続先を電源端子２０１Ａ〜２０１Ｆと接地端子２０２Ａ〜２０２Ｆとのいずれかに切り替えるスイッチが設けられている。また、印加部２００は、ノズル選択部１８６から取得した駆動端子を示す情報にしたがって、駆動端子２００Ａ〜２００Ｆを特定する。そして、印加部２００は、特定した駆動端子２００Ａ〜２００Ｆの接続を、ノズル選択部１８６から取得した駆動波形の情報のオンオフ状態にしたがって、電源端子２０１Ａ〜２０１Ｆと接地端子２０２Ａ〜２０２Ｆとの間で切り替える。これにより、駆動電極７８Ａ〜７８Ｆに電源Ｖｄｄから供給される電圧が印加され、圧電厚み滑り効果により長溝７６の側壁７７が変形する。その結果、長溝７６の容積が減少して長溝７６内の圧力が増加し、ノズルプレート８１のノズル孔８５からインク滴が吐出される。

検出部１８１は、判定モードの場合、電源Ｖｄｄから印加部２００を介して駆動電極７８に供給、消費される消費電流を検出する。ここで、検出部１８１によって検出される消費電流が、インク液の充填状態によって変化する原理について説明する。液体噴射ヘッドチップ７３についての等価回路は、印加部２００を介して駆動電極７８に交流の駆動波形で電圧が印加される際、インク液が充填されている箇所と、気泡が含まれている箇所とが存在する場合、このＬやＣの成分が異なるので、駆動電極７８に印加される交流の周波数によって共振点がずれるため消費電流に変化が現れることになる。したがって、予め定められる２つの異なる周波数は、少なくとも各々の周波数で駆動させた際の消費電流の変化の傾向に違いが現れるような周波数を選択しておく必要がある。例えば、一方の周波数では、気泡の有無により消費電流の変化が大きく現れ、他方の周波数では、気泡の有無により消費電流の変化が小さく現れるような２つの異なる周波数を選択する。適した組み合わせは、一方の周波数では、気泡の有無により消費電流の変化が大きく現れ、他方の周波数では、気泡の有無に関わらず消費電流が一定か、ほぼ一定であるような組み合わせである。ここで、変化が大きいとは、例えば、最大値と最小値の差が所定値以上である場合や、分散が所定値以上である場合等をいう。

また、検出部１８１は、交流の消費電流の測定のために必要となる予め定められる測定時間が経過すると、消費電流の測定を終了する。そして、検出部１８１は、測定した消費電流の値とノズル識別情報とを関連付けて判定部１８２に出力する。また、検出部１８１は、測定が終了した旨を示す情報を噴射制御部１８５に出力する。判定部１８２は、検出部１８１から取得したノズル識別情報と、検消費電流の値とを関連付けて内部の記憶領域に記憶する。また、判定部１８２は、あるノズル孔８５Ａ〜８５Ｆのノズル識別情報について、２つの異なる周波数に対応する２つの消費電流を取得した場合、ノズル識別情報ごとの消費電流値の差を算出する。そして、判定部１８２は、消費電流の差と、予め定められる閾値とに基づいて、各々のノズル孔８５Ａ〜８５Ｆのインク充填状態を判定する。例えば、判定部１８２は、算出した差が、閾値以下である場合、当該ノズル孔８５Ａ〜８５Ｆについてはインク充填状態が正常であると判定し、算出した差が、閾値を超えている場合、当該ノズル孔８５Ａ〜８５Ｆについてはインク充填状態が気泡の存在等により正常ではないと判定する。なお、算出した差と、閾値との対比は、任意に定められるものである。例えば、算出した差が、閾値未満の場合、正常であると判定し、算出した差が、閾値以上の場合、正常でないと判定するようにしてもよい。このように、判定部１８２は、２つの周波数に対応する消費電流の差に基づいて判定を行うため、流路ごとのばらつきや測定系のオフセットをキャンセルすることができる。

図７は、噴射制御部１８５による判定モードの処理の流れを示したフローチャートである。噴射制御部１８５は、最初の判定対象のノズル孔８５を選択する。以下では、一例として、判定対象として、長溝７６Ａに対応するノズル孔８５Ａを選択する場合について説明する。噴射制御部１８５は、選択したノズル孔８５Ａを示す情報と、予め定められる２つの異なる周波数のうち、第１の周波数を示す駆動情報を生成してノズル選択部１８６に出力する。また、噴射制御部１８５は、選択したノズル孔８５Ａを示すノズル識別情報を検出部１８１に出力する（ステップＳ１）。

ノズル選択部１８６は、判定対象のノズル孔８５Ａを示す情報に対応する駆動端子２００Ａを示す情報を選択する。ノズル選択部１８６は、噴射制御部１８５が出力する駆動情報にしたがって、内部の記憶領域に記憶している第１の周波数に対応する交流の駆動波形の情報を読み出す。ノズル選択部１８６は、選択した駆動端子２００Ａを示す情報と、読み出した第１の周波数の駆動波形の情報とを印加部２００に出力する。印加部２００は、ノズル選択部１８６から取得した情報に基づき、判定対象でないノズル孔８５Ｂ〜８５Ｆに対応する駆動端子２００Ｂ〜２００Ｆを、接地端子２０２Ａ〜２０２Ｆに接続する。また、印加部２００は、第１の周波数の駆動波形にしたがって、判定対象のノズル孔８５Ａに対応する駆動端子２００Ａの接続先を、電源端子２０１Ａと接地端子２０２Ａとに順に切り替えて接続する。検出部１８１は、駆動端子２００Ａの接続先が、電源端子２０１Ａと接地端子２０２Ａとに順に切り替えて接続されている間、電源Ｖｄｄから駆動電極７８Ａに供給され消費される消費電流を検出する（ステップＳ２）。

予め定められる測定時間が経過した後、検出部１８１は、消費電流の測定を終了し、ノズル孔８５Ａの識別情報と、測定した消費電流の値とを関連付けて判定部１８２に出力するとともに、測定が終了した旨を示す情報を噴射制御部１８５に出力する。次に、噴射制御部１８５は、検出部１８１から終了を示す情報を取得すると、第１の周波数により測定したノズル孔８５Ａの情報と、第２の周波数を示す情報とを含む駆動情報を生成してノズル選択部１８６に出力する。また、噴射制御部１８５は、選択したノズル孔８５Ａを示す識別情報を検出部１８１に出力する。

ノズル選択部１８６は、噴射制御部１８５が出力する判定対象のノズル孔８５Ａを示す情報に対応する駆動端子２００Ａを示す情報を選択する。また、ノズル選択部１８６は、噴射制御部１８５から取得した駆動情報にしたがって、内部の記憶領域に記憶している第２の周波数に対応する交流の駆動波形の情報を読み出す。ノズル選択部１８６は、選択した駆動端子２００Ａを示す情報と、読み出した第２の周波数の駆動波形の情報とを印加部２００に出力する。印加部２００は、ノズル選択部１８６が出力する情報を受けて、判定対象でないノズル孔８５Ｂ〜８５Ｆに対応する駆動端子２００Ｂ〜２００Ｆを、接地端子２０２Ａ〜２０２Ｆに接続する。また、印加部２００は、第２の周波数の駆動波形にしたがって、判定対象のノズル孔８５Ａに対応する駆動端子２００Ａの接続先を、電源端子２０１Ａと接地端子２０２Ａとに順に切り替えて接続する。検出部１８１は、駆動端子２００Ａの接続先が、電源端子２０１Ａと接地端子２０２Ａとに順に切り替えて接続されている間、電源Ｖｄｄから駆動電極７８Ａに供給され消費される消費電流を検出する（ステップＳ３）。

予め定められる測定時間が経過した後、検出部１８１は、消費電流の測定を終了し、ノズル孔８５Ａの識別情報と、測定した消費電流の値とを関連付けて判定部１８２に出力するとともに、測定が終了した旨を示す情報を噴射制御部１８５に出力する。判定部１８２は、ステップＳ２において検出された消費電流と、ステップＳ４において検出された消費電流との差を算出する。判定部１８２は、消費電流の差と、予め定められる閾値とに基づいて、インクが正常に充填されているか否かを判定する。例えば、消費電流の差が、閾値以下の場合、ノズル孔８５Ａの長溝７６Ａにはインクが正常に充填されていると判定し、消費電流の差が、閾値を超えている場合、ノズル孔８５Ａの長溝７６Ａにはインクが正常に充填されていないと判定する。判定部１８２は、ノズル孔８５Ａについての判定結果を出力する。判定部１８２は、外部に接続される装置に判定結果を出力してもよいし、内部の記憶領域に判定結果を記憶させてもよい（ステップＳ４）。

検出部１８１は、測定を終了した際に、測定が終了した旨を示す情報を噴射制御部１８５に出力する。次に、噴射制御部１８５は、全てのノズル孔８５について、判定が行われたか否かを判定する（ステップＳ５）。全てのノズル孔８５について判定が終了していない場合、ステップＳ１に戻り、噴射制御部１８５は、ノズル孔８５Ｂ，８５Ｃ，８５Ｄ，８５Ｅ，８５Ｆを順に選択して、各々についてステップＳ２以降の処理を繰り返す。一方、全てのノズル孔８５Ａ〜８５Ｆについて、判定が終了していると判定した場合、噴射制御部１８５は、処理を終了する。

なお、上記の判定モードの処理において、ノズル孔ごとに第１の周波数と第２の周波数とによる測定を順次行う場合について説明したが、これには限られない。例えば、全てのノズル孔について、ステップＳ２の第１の周波数での測定を行った後、全てのノズル孔について、ステップＳ３の第２の周波数での測定を行ってもよい。そして、全てのノズル孔について２つの消費電流の値が得られた後に、ステップＳ４の判定処理を行うようにしてもよい。

図８は、第１の周波数を、１ＭＨｚとし、第２の周波数を、５００ｋＨｚとした場合の全てのノズル孔８５についての測定結果を示すグラフである。横軸は、ノズル番号または流路番号を示しており、右側の縦軸は、駆動に要した駆動電流、すなわち消費電流を示している。左側の縦軸は、１ＭＨｚで要した消費電流から、５００ｋＨｚで要した消費電流を減算した差の値を示す。図８に示すように、第２の周波数である５００ｋＨｚについては、気泡の有無に関わらず消費電流の変化が小さくほぼ３ｍＡ程度の一定値となっている。これに対して、第１の周波数である１ＭＨｚについては、気泡が存在することにより、ノズル番号が９０番付近以降のノズル孔８５で変化が発生している。１ＭＨｚにおける消費電流から５００ｋＨｚにおける消費電流を減算した差分を示すグラフを参照すると、流路番号が０〜９０番付近までは差分が０．４ｍＡ以下である。その後、流路番号の増加に伴い、差分はステップ状に０．６８ｍＡ付近まで上昇した後、緩やかに減少している。流路番号が１８０番付近から２５０番付近までは、０．４ｍＡを超えているものの安定した状態が観察されている。その後、また差分は増加し、３１０番付近で０．７ｍＡとなった後、再び減少している。

例えば、ここで、判定部１８２に予め設定される閾値を０．５ｍＡとすると、流路番号が０から９０番付近までのノズル孔８５と、１８０番付近から２５０番付近までのノズル孔８５については、判定部１８２は、インクの充填状態が正常であると判定し、それ以外のノズル孔８５については正常でないとして判定することになる。

上記の実施形態の構成により、制御回路基板８０は、２つの異なる周波数の交流の駆動波形で駆動電極７８を駆動させて、検出部１８１が消費電流を検出し、２つの異なる周波数に対応する消費電流の差分に基づいて判定部１８２がインク液の充填状態を判定することができる。これにより、制御部１８４及び印加部２００という既存の回路構成を利用しつつ、測定対象の周波数を２つとすることで従来よりも短時間で液滴の充填状態の判定が可能となる。

通常、図７に示す判定モードの処理は、インクの初期充填等の際に行われるが、何らかのエラーが発生して繰り返し幾つかの判定処理を行わなければならない場合、特許文献１に記載の技術では、その都度、周波数インピーダンス特性を測定するインピーダンス測定回路に切り替える必要がある。これに対して、上記の実施形態の構成では、そのような切り替えを行う必要がなく、噴射制御部１８５において、処理のモードを判定モードに変更するだけでよいため、判定に要する時間が短くて済むという利点もある。

また、特許文献１に記載の技術では、ある範囲内の周波数インピーダンス特性を予め測定して判定に用いるリファレンスとしてテーブル化して記憶領域に記憶させているため、記憶させるためのメモリが必要となる。これに対して、上記の実施形態では、判定結果を外部に出力する場合、第２の周波数での消費電流を測定するまでの間、第１の周波数で測定した消費電流の値を記憶させておくメモリと、判定に用いる閾値を記憶させておくメモリだけでよく、より少ない記憶領域で構成できるという利点もある。

なお、上記の実施形態において、２つの異なる周波数を第１の周波数と第２の周波数として説明したが、これらは、例えば、以下のようにして定めておく。まず、長溝７６の一部のインク液の充填状態を、あえて気泡等が存在するような充填状態としておき、いくつかの周波数の交流の駆動波形をノズル孔８５ごとに印加部２００に与える。次に、検出部１８１により、ノズル孔８５ごとの消費電流を測定し、その中で変化の少ないものを第２の周波数とし、変化が大きく現れるものを第１の周波数として予め噴射制御部１８５に設定しておく。周波数ごとの消費電流の変化は、圧電アクチュエータ７５の材料、形状や、駆動電極７８の電極の幅などでも変化するため、液体噴射ヘッドチップ７３ごとに、第１の周波数と第２の周波数を定めておく。

また、判定部１８２に予め設定する閾値として、例えば、上記のように第１の周波数と、第２の周波数を求めた際に、各々について測定した消費電流の差を求めて、その差の値の全体における下限値付近、または連続して変化している箇所の下限値付近の値を適用してもよい。例えば、図８を例として説明すると、ノズル番号が０から９０番付近までの差が、約０．４ｍＡ以下となっていることから、閾値を０．４ｍＡとしてもよい。また、差が平坦である場合もインク液が正常に充填されている状態であるとみなしてもよく、例えば、上述したように、１８０番付近から２５０番付近は、差が平坦になっているため、インク液が正常に充填されているとみなして、閾値として、１８０番付近から２５０番付近のノズル孔８５が全て正常と判定されるような０．４５〜０．５ｍＡの間の値としてもよい。

また、気泡として問題となるのは、ノズル孔８５から吸い出すことができず、長溝７６に留まってしまう気泡や、インクタンク５０から供給されるインク液に含まれる大きな気泡などである。特に、後者の大きな気泡については、流路部材７１の開口部１７２ａから、カバープレート８２の開口部８３に流れ込み、各長溝７６に充填されていく際に、開口部８３において、いくつかの長溝７６にまたがるように留まってしまう場合がある。また、インク液には、一度インク液で濡れた箇所には、インク液は流れ込みやすいのに対して、乾いている箇所には、インク液が流れ込み難いという性質がある。このとき、１つの長溝７６だけが乾いているということは少なく、一定の広がりをもつ範囲で乾いていることが多い。

したがって、幾つかの長溝７６にまたがって大きな気泡が存在する場合や、一定の広がりで乾いているところが存在する場合、いくつかの連続する長溝７６において消費電流の変化が大きくなる。そのため、全てのノズル孔８５について、消費電流を測定して閾値とする下限値付近の値を求めるのではなく、離間した位置に存在する幾つかのノズル孔８５について消費電流を測定し、これらの下限値付近の値から閾値を求めるようにしてもよい。これにより、閾値を求める際の測定回数や演算量を少なくすることができる。
例えば、図８を例とすると、流路番号が、０番から７９番まで、８０番から１５９番まで、１６０番から２３９番まで、２４０番か３１９番まで、３２０番から最後までの５つの区分に分けて、それぞれから１つのノズル孔８５を代表として選択し、当該選択した５つのノズル孔８５の消費電流の変化から閾値を求めるようにしてもよい。

また、上記の実施形態では、第１の周波数と、第２の周波数とを予め定めるようにしているが、本発明の構成は、当該実施の形態に限られない。例えば、気泡の有無により消費電流の変化が現れやすい幾つかの周波数と、気泡の有無に関わらず消費電流の変化が小さい幾つかの周波数を予め測定により求めておき、それぞれから１つずつ周波数を選択して図７の判定処理を行ってもよい。また、図７の処理を、周波数の組み合わせを変えて繰り返し行い、判定の精度を高めるようにしてもよい。

また、上記の実施形態において、検出部１８１は、消費電流を検出しているが、本発明の構成は、当該実施の形態に限られず、電気的特性を示す値でよく、例えばインピーダンス等を検出するようにしてもよい。ただし、インピーダンスを検出する場合は、インピーダンス測定回路に別途切り替える構成を追加する必要がある。これに対して、消費電流を検出する場合は、既存の構成を利用可能であるため、回路構成を簡潔にすることができる。

上述した実施形態における検出部１８１、判定部１８２、制御部１８４をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。また、上述した実施形態における検出部１８１、判定部１８２、制御部１８４は、液体噴射ヘッド４の外部（例えば、液体噴射記録装置１側）の制御回路基板において、実現されるようにしてもよい。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

８０ 制御回路基板
１８０ 駆動回路
１８１ 検出部
１８２ 判定部
１８４ 制御部
１８５ 噴射制御部
１８６ ノズル選択部
２００ 印加部
２００Ａ〜２００Ｆ 駆動端子
２０１Ａ〜２０１Ｆ 電源端子
２０２Ａ〜２０２Ｆ 接地端子
７３ 液体噴射ヘッドチップ
７５ 圧電アクチュエータ
７６Ａ〜７６Ｆ 長溝
７７ 側壁
７８Ａ〜７８Ｆ 駆動電極
８２ カバープレート

Claims (6)

1. 印加される電圧にしたがって変形する圧電アクチュエータにより、前記圧電アクチュエータに対応する圧力室に充填された液体を被記録媒体に着弾する液滴としてノズル孔から噴射するノズルを複数備える液体噴射ヘッドの駆動回路であって、
   第１交流信号に基づく電圧を前記圧電アクチュエータに印加して、前記液体の充填状態に応じた第１電気的特性を検出し、前記第１交流信号とは周波数が異なる第２交流信号に基づく電圧を前記圧電アクチュエータに印加して、前記液体の充填状態に応じた第２電気的特性を検出する検出部と、
   前記検出部が検出した前記第１電気的特性と前記第２電気的特性とに基づいて、前記液体の充填状態を判定する判定部と、
   を備える液体噴射ヘッドの駆動回路。
2. 前記第１交流信号の周波数は、前記液体の充填状態に応じた前記第１電気的特性の変化量が、前記第２電気的特性の変化量に比して相対的に大きい周波数である
   請求項１に記載の液体噴射ヘッドの駆動回路。
3. 前記第１電気的特性と前記第２電気的特性とは、消費電流である
   請求項１または請求項２に記載の液体噴射ヘッドの駆動回路。
4. 前記判定部は、前記第１電気的特性と前記第２電気的特性とに基づく値と、閾値とを比較することにより、前記液体の充填状態を判定し、
   前記閾値は、
   複数の前記圧力室ごとに予め測定された前記第１電気的特性の下限値に基づいて定められる
   請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の液体噴射ヘッドの駆動回路。
5. 前記閾値は、
   複数の前記圧力室のうち、位置が離間した２以上の圧力室について予め測定された前記第１電気的特性に基づいて定められる
   請求項４に記載の液体噴射ヘッドの駆動回路。
6. 印加される電圧にしたがって変形する圧電アクチュエータにより、前記圧電アクチュエータに対応する圧力室に充填された液体を被記録媒体に着弾する液滴としてノズル孔から噴射するノズルを複数備える液体噴射ヘッドの駆動方法であって、
   前記液体噴射ヘッドが、第１交流信号に基づく電圧を前記圧電アクチュエータに印加して、前記液体の充填状態に応じた第１電気的特性を検出し、前記第１交流信号とは周波数が異なる第２交流信号に基づく電圧を前記圧電アクチュエータに印加して、前記液体の充填状態に応じた第２電気的特性を検出する第１ステップと、
   前記液体噴射ヘッドが、前記第１ステップにおいて検出された前記第１電気的特性と前記第２電気的特性とに基づいて、前記液体の充填状態を判定する第２ステップと、
   を含む液体噴射ヘッドの駆動方法。

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