JP2018051890A - 記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸引を行なっている間に、吸引によって変形した圧電素子である変位素子に生じる電圧あるいは電流などの電気的出力を測定して、詰まり等の状態を調べることができる記録装置を提供する。【解決手段】記録装置は、複数の吐出孔８が配置されているヘッド本体１３と、ヘッド本体１３の外部から、複数の吐出孔内の液体を吸引する吸引部と、検出部と、を有しており、ヘッド本体１３は、複数の吐出孔にそれぞれ繋がっている複数の加圧室１０と、複数の加圧室を加圧する複数の圧電素子（変位素子５０）を有しており、検出部は、複数の吐出孔内の液体を、吸引部で吸引した際の、複数の圧電素子（変位素子）に生じる電気的出力を検出する。【選択図】図５

Description

本開示は、記録装置に関するものである。

記録装置として、吐出孔から、インクなどの液体を吐出する液体吐出ヘッドを含むものが知られている。また、そのような記録装置において、液体に含まれる固形分などが吐出孔に詰まった場合に、液体吐出ヘッドに吸引キャップを取り付けて吸引することで、吐出孔に詰まったものを取り除く、詰まりの回復方法が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。

特開平１０−１３８５１５号公報

本開示の記録装置は、複数の吐出孔が配置されているヘッド本体と、該ヘッド本体の外部から、前記複数の吐出孔内の液体を吸引する吸引部と、検出部と、を有しており、前記ヘッド本体は、前記複数の吐出孔にそれぞれ繋がっている複数の加圧室と、該複数の加圧室を加圧する複数の圧電素子を有しており、前記検出部は、前記複数の吐出孔内の液体を、前記吸引部で吸引した際の、前記複数の圧電素子に生じる電気的出力を検出することを特徴とする。

（ａ）は、本開示の一実施形態に係る液体吐出ヘッドを含む記録装置の側面図であり、（ｂ）は平面図である。 図１の液体吐出ヘッドを構成するヘッド本体の平面図である。 図２の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図であり、説明のため一部の流路を省略した平面図である。 図２の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図であり、説明のため一部の流路を省略した平面図である。 図３のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図である。 （ａ）は、吸引キャップを取り付けた状態のヘッド本体の縦断面図であり、（ｂ）は、吐出孔面側から見た平面図である。

図１（ａ）は、本開示の一実施形態に係る記録装置であるカラーインクジェットプリンタ１（以下で単にプリンタと言うことがある）の概略の側面図であり、図１（ｂ）は、概略の平面図である。プリンタ１は、記録媒体である印刷用紙Ｐをガイドローラ８２Ａから搬送ローラ８２Ｂへと搬送することにより、印刷用紙Ｐを液体吐出ヘッド２に対して相対的に移動させる。制御部８８は、画像や文字のデータに基づいて、液体吐出ヘッド２を制御して、印刷用紙Ｐに向けて液体を吐出させ、印刷用紙Ｐに液滴を着弾させて、印刷用紙Ｐに印刷などの記録を行なう。

本実施形態では、液体吐出ヘッド２はプリンタ１に対して固定されており、プリンタ１はいわゆるラインプリンタとなっている。本開示の記録装置の他の実施形態としては、液体吐出ヘッド２を、印刷用紙Ｐの搬送方向である第２方向Ｄ２に交差する方向、例えば、ほぼ直交する方向である第１方向Ｄ１に往復させるなどして移動させる動作と、印刷用紙
Ｐの搬送を交互に行なう、いわゆるシリアルプリンタが挙げられる。

プリンタ１には、印刷用紙Ｐとほぼ平行となるように平板状のヘッド搭載フレーム７０（以下で単にフレームと言うことがある）が固定されている。フレーム７０には図示しない２０個の孔が設けられており、２０個の液体吐出ヘッド２がそれぞれの孔の部分に搭載されていて、液体吐出ヘッド２の、液体を吐出する部位が印刷用紙Ｐに面するようになっている。液体吐出ヘッド２と印刷用紙Ｐとの間の距離は、例えば０．５〜２０ｍｍ程度とされる。５つの液体吐出ヘッド２は、１つのヘッド群７２を構成しており、プリンタ１は、４つのヘッド群７２を有している。

液体吐出ヘッド２は、第１方向Ｄ１に細長い長尺形状を有している。この長い方向を長手方向と呼ぶことがある。また、第１方向と直交する方向を第２方向Ｄ２とする。第２方向Ｄ２を、液体吐出ヘッド２の短手方向と呼ぶことがある。

１つのヘッド群７２内において、３つの液体吐出ヘッド２は、印刷用紙Ｐの搬送方向である第２方向Ｄ２に交差する方向、例えば、ほぼ直交する方向である第１方向Ｄ１に沿って並んでおり、他の２つの液体吐出ヘッド２は搬送方向に沿ってずれた位置で、３つの液体吐出ヘッド２の間にそれぞれ一つずつ並んでいる。液体吐出ヘッド２は、各液体吐出ヘッド２で印刷可能な範囲が、印刷用紙Ｐの搬送方向に交差する方向である向印刷用紙Ｐの幅方向に繋がるように、あるいは端が重複するように配置されており、印刷用紙Ｐの幅方向に隙間のない印刷が可能になっている。

４つのヘッド群７２は、印刷用紙Ｐの搬送方向に沿って配置されている。各液体吐出ヘッド２には、図示しない液体タンクから液体、例えば、インクが供給される。１つのヘッド群７２に属する液体吐出ヘッド２には、同じ色のインクが供給されるようになっており、４つのヘッド群７２で４色のインクが印刷できる。各ヘッド群７２から吐出されるインクの色は、例えば、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）である。このようなインクを、制御部８８で制御して印刷すれば、カラー画像が印刷できる。

プリンタ１に搭載されている液体吐出ヘッド２の個数は、単色で、１つの液体吐出ヘッド２で印刷可能な範囲を印刷するのであれば、１つでもよい。ヘッド群７２に含まれる液体吐出ヘッド２の個数や、ヘッド群７２の個数は、印刷する対象や印刷条件により適宜変更できる。例えば、さらに多色の印刷をするためにヘッド群７２の個数を増やしてもよい。また、同色で印刷するヘッド群７２を複数配置して、搬送方向に交互に印刷すれば、同じ性能の液体吐出ヘッド２を使用して搬送速度を速くできる。これにより、時間当たりの印刷面積を大きくすることができる。また、同色で印刷するヘッド群７２を複数準備して、搬送方向と交差する方向にずらして配置して、印刷用紙Ｐの幅方向の解像度を高くしてもよい。

さらに、色の付いたインクを印刷する以外に、印刷用紙Ｐの表面処理をするために、コーティング剤などの液体を印刷してもよい。

プリンタ１は、記録媒体である印刷用紙Ｐに印刷を行なう。印刷用紙Ｐは、給紙ローラ８０Ａに巻き取られた状態になっており、２つのガイドローラ８２Ａの間を通った後、フレーム７０に搭載されている液体吐出ヘッド２の下側を通り、その後２つの搬送ローラ８２Ｂの間を通り、最終的に回収ローラ８０Ｂに回収される。印刷する際には、搬送ローラ８２Ｂを回転させることで印刷用紙Ｐは、一定速度で搬送され、液体吐出ヘッド２によって印刷される。回収ローラ８０Ｂは、搬送ローラ８２Ｂから送り出された印刷用紙Ｐを巻き取る。搬送速度は、例えば、７５ｍ／分とされる。各ローラは、制御部８８によって制
御されてもよいし、人によって手動で操作されてもよい。

記録媒体は、印刷用紙Ｐ以外に、ロール状の布などでもよい。また、プリンタ１は、印刷用紙Ｐを直接搬送する代わりに、搬送ベルトを直接搬送して、記録媒体を搬送ベルトに置いて搬送してもよい。そのようにすれば、枚葉紙や裁断された布、木材、タイルなどを記録媒体にできる。さらに、液体吐出ヘッド２から導電性の粒子を含む液体を吐出するようにして、電子機器の配線パターンなどを印刷してもよい。またさらに、液体吐出ヘッド２から反応容器などに向けて所定量の液体の化学薬剤や化学薬剤を含んだ液体を吐出させて、反応させるなどして、化学薬品を作製してもよい。

また、プリンタ１は、吸引キャップ９０と吸引部とを備えている。印刷する液体の一部が固着するなどして、液体吐出ヘッド２内で詰まった場合などに、吸引キャップ９０は、液体吐出ヘッド２に取り付けられて、吸引部で吸引することで、詰まりを取り除く。

また、プリンタ１に、位置センサ、速度センサ、温度センサなどを取り付けて、制御部８８が、各センサからの情報から分かるプリンタ１各部の状態に応じて、プリンタ１の各部を制御してもよい。例えば、液体吐出ヘッド２の温度や液体タンクの液体の温度、液体タンクの液体が液体吐出ヘッド２に加えている圧力などが、吐出される液体の吐出量や吐出速度などの吐出特性に影響を与えている場合などに、それらの情報に応じて、液体を吐出させる駆動信号を変えるようにしてもよい。

次に、本開示の一実施形態に係る液体吐出ヘッド２について説明する。図２は、図１に示された液体吐出ヘッド２の要部であるヘッド本体１３を示す平面図である。図３は、図２の一点鎖線で囲まれた領域の拡大平面図であり、ヘッド本体１３の一部を示す図である。図４は、図３と同じ位置の拡大平面図である。図３および図４では、図を分かりやすくするため、一部の流路を省略して描いている。また、図３および図４では、図面を分かりやすくするために、圧電アクチュエータ基板２１の下方にあって破線で描くべき加圧室１０、しぼり１２および吐出孔８などを実線で描いている。図５は図３のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図である。図６（ａ）は、吸引キャップ９０を取り付けた状態のヘッド本体１３の縦断面図であり、（ｂ）は、吐出孔面４−２側から見た平面図である。

ヘッド本体１３は、平板状の流路部材４と、流路部材４上に、圧電基板である圧電アクチュエータ基板２１とを有している。ヘッド本体１３には、さらに、圧電アクチュエータ基板２１を駆動する駆動信号を伝達する配線基板を含んでもよい。

圧電アクチュエータ基板２１は台形形状を有しており、その台形の１対の平行対向辺が流路部材４の長手方向である第１方向Ｄ１に平行になるように流路部材４の上面である加圧室面４−１に配置されている。以下で、台形形状の上底および下底のうちで、長い方を長辺と呼び、短い方を短辺と呼ぶことがある。

また、流路部材４の長手方向に平行な２本の仮想直線のそれぞれに沿って２つずつ、つまり合計４つの圧電アクチュエータ基板２１が、全体として千鳥状に流路部材４上に配列されている。流路部材４上で隣接し合う圧電アクチュエータ基板２１の斜辺同士は、流路部材４の短手方向について部分的にオーバーラップしている。このオーバーラップしている部分の圧電アクチュエータ基板２１を駆動することにより印刷される領域では、２つの圧電アクチュエータ基板２１により吐出された液滴が混在して着弾することになる。

流路部材４の内部には液体流路の一部であるマニホールド５が配置されている。マニホールド５は流路部材４の長手方向に沿って延び細長い形状を有しており、流路部材４の上面にはマニホールド５の開口５ｂが形成されている。開口５ｂは、１０個あり、流路部材
４の長手方向に平行な２本の直線上に５個ずつ配置されている。開口５ｂは、４つの圧電アクチュエータ基板２１が配置された領域を避けた位置に配置されている。マニホールド５には、図示されていない液体タンクから、開口５ｂを通じて液体が供給されるようになっている。

流路部材４内に形成されたマニホールド５は、複数本に分岐している（分岐した部分のマニホールド５を副マニホールド５ａということがある）。開口５ｂに繋がるマニホールド５は、圧電アクチュエータ基板２１の斜辺に沿うように延在しており、流路部材４の長手方向と交差して配置されている。２つの圧電アクチュエータ基板２１に挟まれた領域では、１つのマニホールド５が、隣接する圧電アクチュエータ基板２１に共有されており、副マニホールド５ａがマニホールド５の両側から分岐している。各副マニホールド５ａは、流路部材４の内部の各圧電アクチュエータ基板２１に対向する領域において、隣り合って配置され、ヘッド本体１３の長手方向に延在している。

流路部材４は、複数の加圧室１０がマトリクス状（すなわち、２次元的かつ規則的）に形成されている４つの加圧室群９を有している。加圧室１０は、角部にアールが施されたほぼ菱形の平面形状を有する中空の領域である。加圧室１０は流路部材４の上面に開口するように形成されている。これらの加圧室１０は、流路部材４の上面における圧電アクチュエータ基板２１に対向する領域のほぼ全面にわたって配列されている。したがって、これらの加圧室１０によって形成された各加圧室群９は圧電アクチュエータ基板２１とほぼ同一の大きさおよび形状の領域を占有している。また、各加圧室１０の開口は、流路部材４の上面に圧電アクチュエータ基板２１が接着されることで閉塞されている。

本実施形態では、図３に示されているように、マニホールド５は、流路部材４の短手方向に互いに平行に並んだ４行の副マニホールド５ａに分岐している。一つの副マニホールド５ａに繋がった加圧室１０は、副マニホールド５ａの片側に２行ずつ、両側で４行の加圧室行１１を構成している。副マニホールド５ａは４行存在するため、加圧室行１１は、１６行存在する。図３では、もっとも長辺側に配置された加圧室行１１を加圧室行１１−１、加圧室行１１−１から短辺側に向かって順に加圧室行１１−２〜１１−１６が配置されている状態を示してある。各加圧室行１１に含まれる加圧室１０の数は、圧電アクチュエータ基板３２の外形形状に対応して、長辺側から短辺側に向かって次第に少なくなるように配置されている。

吐出孔８は、ヘッド本体１３の解像度方向である長手方向において、約４２μｍ（６００ｄｐｉならば２５．４ｍｍ／１５０＝４２μｍ間隔である）の間隔で略等間隔に配置されている。これによって、ヘッド本体１３は、長手方向に６００ｄｐｉの解像度で画像形成が可能となっている。台形形状の圧電アクチュエータ基板２１がオーバーラップしている部分では、２つの圧電アクチュエータ基板２１の下方にある吐出孔８が、互いに補完し合うように配置されていることにより、吐出孔８は、ヘッド本体１３の長手方向に６００ｄｐｉに相当する間隔で配置されている。

また、各副マニホールド５ａには平均すれば１５０ｄｐｉに相当する間隔で個別流路３２が接続されている。これは、６００ｄｐｉ分の吐出孔８を４行の副マニホールド５ａに分けて繋ぐ設計をする際に、各副マニホールド５ａに繋がる個別流路３２が等しい間隔で繋がるとは限らないため、マニホールド５ａの延在方向、すなわち主走査方向に平均１７０μｍ（１５０ｄｐｉならば２５．４ｍｍ／１５０＝１６９μｍ間隔である）以下の間隔で個別流路３２が形成されているということである。

圧電アクチュエータ基板２１の上面における各加圧室１０に対向する位置には後述する個別電極３５がそれぞれ形成されている。個別電極３５は加圧室１０より一回り小さく、
加圧室１０とほぼ相似な形状を有していて、圧電アクチュエータ基板２１の上面における加圧室１０と対向する領域内に収まる個別電極本体３５ａと、個別電極本体３５ａから、加圧室１０の外まで引き出せた引出電極３５ｂとを含んでいる。

流路部材４の下面である吐出孔面４−２には、吐出孔８の下側の開口である吐出孔８が多数開口している。吐出孔８は、流路部材４の下面側に配置された副マニホールド５ａと対向する領域を避けた位置に配置されている。また、吐出孔８は、流路部材４の下面側における圧電アクチュエータ基板２１と対向する領域内に配置されている。吐出孔８の集まりである吐出孔群は圧電アクチュエータ基板２１とほぼ同一の大きさおよび形状の領域を占有しており、対応する圧電アクチュエータ基板２１の圧電素子、すなわち変位素子５０を変位させることにより吐出孔８から液滴が吐出できる。そして、それぞれの吐出孔群内の吐出孔８は、流路部材４の長手方向に平行な複数の直線に沿って等間隔に配列されている。

ヘッド本体１３に含まれる流路部材４は、複数のプレートが積層された積層構造を有している。これらのプレートは、流路部材４の上面から順に、キャビティプレート２２、ベースプレート２３、アパーチャ（しぼり）プレート２４、サプライプレート２５、２６、マニホールドプレート２７、２８、２９、カバープレート３０およびノズルプレート３１である。これらのプレートには多数の孔が形成されている。各プレートは、これらの孔が互いに連通して個別流路３２および副マニホールド５ａを構成するように、位置合わせして積層されている。ヘッド本体１３は、図５に示されているように、加圧室１０は流路部材４の上面に、副マニホールド５ａは内部の下面側に、吐出孔８は下面にと、個別流路３２を構成する各部分が異なる位置に互いに近接して配設され、加圧室１０を介して副マニホールド５ａと吐出孔８とが繋がる構成を有している。

各プレートに形成された孔について説明する。これらの孔には、次のようなものがある。第１に、キャビティプレート２２に形成された加圧室１０である。第２に、加圧室１０の一端から副マニホールド５ａへと繋がる流路を構成する連通孔である。この連通孔は、ベースプレート２３（詳細には加圧室１０の入り口）からサプライプレート２５（詳細には副マニホールド５ａの出口）までの各プレートに形成されている。なお、この連通孔には、アパーチャプレート２４に形成されたしぼり１２と、サプライプレート２５、２６に形成された個別供給流路６とが含まれている。

第３に、加圧室１０の他端から吐出孔８へと連通する流路を構成する連通孔であり、この連通孔は、以下の記載においてディセンダ（部分流路）と呼称される。ディセンダは、ベースプレート２３（詳細には加圧室１０の出口）からノズルプレート３１（詳細には吐出孔８）までの各プレートに形成されている。ディセンダの吐出孔８側は特に断面積が小さい、ノズルプレート３１に形成されたノズルとなっている。

第４に、副マニホールド５ａを構成する連通孔である。この連通孔は、マニホールドプレート２７〜３０に形成されている。

このような連通孔が相互に繋がり、副マニホールド５ａからの液体の流入口（副マニホールド５ａの出口）から吐出孔８に至る個別流路３２を構成している。副マニホールド５ａに供給された液体は、以下の経路で吐出孔８から吐出される。まず、副マニホールド５ａから上方向に向かって、個別供給流路６を通り、しぼり１２の一端部に至る。次に、しぼり１２の延在方向に沿って水平に進み、しぼり１２の他端部に至る。そこから上方に向かって、加圧室１０の一端部に至る。さらに、加圧室１０の延在方向に沿って水平に進み、加圧室１０の他端部に至る。そこから少しずつ水平方向に移動しながら、主に下方に向かい、下面に開口した吐出孔８へと進む。

圧電アクチュエータ基板２１は、図５に示されるように、２枚の圧電セラミック層２１ａ、２１ｂからなる積層構造を有している。これらの圧電セラミック層２１ａ、２１ｂはそれぞれ２０μｍ程度の厚さを有している。圧電アクチュエータ基板２１の変位する部分である変位素子５０の厚さは４０μｍ程度であり、１００μｍ以下であることにより、変位量を大きくすることができる。圧電セラミック層２１ａ、２１ｂのいずれの層も複数の加圧室１０を跨ぐように延在している（図３参照）。これらの圧電セラミック層２１ａ、２１ｂは、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料からなる。

圧電アクチュエータ基板２１は、Ａｇ−Ｐｄ系などの金属材料からなる共通電極３４、Ａｕ系などの金属材料からなる個別電極３５を有している。個別電極３５は上述のように圧電アクチュエータ基板２１の上面における加圧室１０と対向する位置に配置されている。個別電極３５は、加圧室１０と対向している個別電極本体３５ａと、加圧室１０と対向している領域外に引き出されて引出電極３５ｂとを含んでいる。引出電極３５ｂには、引出電極３５ｂと配線基板とを電気的に接続する、凸形状の接続導体３６が配置されている。接続導体３６は、例えば、高さ５〜２００μｍ程度であり、導電粒子を含んだ樹脂である。

圧電セラミック層２１ａ、ｂおよび共通電極３４は、それぞれほぼ同じ形状であることにより、これらを同時焼成により作製する場合に、反りを小さくできる。１００μｍ以下の圧電アクチュエータ基板２１は焼成過程で反りが生じやすく、その量も大きくなる。また、反りが生じていると、流路部材４に積層した際に、その反りを変形させて接合することになり、その際の変形が変位素子５０の特性変動に影響し、ひいては液体吐出特性のばらつきにつながるため、反りは、圧電アクチュエータ基板２１の厚さと同程度以下に小さいことが望ましい。そして、内部電極のある場所とない場所の焼成収縮挙動の差による反りを少なくするために内部電極である共通電極３４は内部にパターンのないベタで形成される。なお、ここで略同じ形状であるとは、外周の寸法の差がその部分の幅の１％以内であることを言う。圧電セラミック層２１ａ、ｂの外周は、基本的に焼成前に重ねられた状態で切断して形成されるので、加工精度の範囲内で同じ位置になる。共通電極３４も、ベタ印刷した後に、圧電セラミック層２１ａ、ｂと同時に切断することで形成されると反りが生じ難いが、圧電セラミック層２１ａ、ｂと相似形状で少し小さいパターンで印刷することにより、圧電アクチュエータ２１基板の側面に共通電極３４が露出しなくなるため、電気的信頼性が高くなる。

詳細は後述するが、個別電極３５には、制御部８８からフレキシブル配線基板（ＦＰＣ、Flexible Printed Circuit）などの配線基板を通じて駆動信号が供給される。駆動信号は、印刷用紙Ｐの搬送速度と同期して一定の周期で供給される。共通電極３４は、圧電セラミック層２１ａと圧電セラミック層２１ｂとの間の領域に面方向のほぼ全面にわたって形成されている。すなわち、共通電極３４は、圧電アクチュエータ基板２１に対向する領域内のすべての加圧室１０を覆うように延在している。共通電極３４の厚さは２μｍ程度である。共通電極３４は図示しない領域において接地され、グランド電位に保持されている。本実施形態では、圧電セラミック層２１ｂ上において、個別電極３５からなる電極群を避ける位置に個別電極３５とは異なる表面電極（不図示）が形成されている。表面電極は、圧電セラミック層２１ｂの内部に形成されたスルーホールを介して共通電極３４と電気的に接続されているとともに、多数の個別電極３５と同様に配線基板に電気的に接続される。

なお、後述のように、個別電極３５に選択的に所定の駆動信号が供給されることにより、この個別電極３５に対応する加圧室１０内の液体に圧力が加えられる。これによって、
個別流路３２を通じて、対応する吐出孔８から液滴が吐出される。すなわち、圧電アクチュエータ基板２１における各加圧室１０に対向する部分は、各加圧室１０および吐出孔８に対応する個別の変位素子５０（アクチュエータ）に相当する。つまり、２枚の圧電セラミック層からなる積層体中には、図５に示されているような構造を単位構造とする変位素子５０が加圧室１０毎に、加圧室１０の直上に位置する振動板２１ａ、共通電極３４、圧電セラミック層２１ｂ、個別電極３５により構成されており、圧電アクチュエータ基板２１には圧電素子である変位素子５０が複数含まれている。なお、本実施形態において１回の吐出動作によって吐出孔８から吐出される液体の量は５〜７ｐＬ（ピコリットル）程度である。

圧電アクチュエータ基板２１を平面視したとき、個別電極本体３５ａは加圧室１０と重なるように配置されており、加圧室１０の中央に位置している部位の、個別電極３５と共通電極３４とに挟まれている圧電セラミック層２１ｂは、圧電アクチュエータ基板２１の積層方向に分極されている。分極の向きは上下どちらに向かっていてもよく、その方向に対応し駆動信号を与えることで駆動できる。

図５に示されるように、共通電極３４と個別電極３５とは、最上層の圧電セラミック層２１ｂのみを挟むように配置されている。圧電セラミック層２１ｂにおける個別電極３５と共通電極３４とに挟まれた領域は活性部と呼称され、その部分の圧電セラミックスには厚み方向に分極が施されている。本実施形態の圧電アクチュエータ基板２１においては、最上層の圧電セラミック層２１ｂのみが活性部を含んでおり、圧電セラミック層２１ａは活性部を含んでおらず、振動板として働く。この圧電アクチュエータ基板２１はいわゆるユニモルフタイプの構成を有している。

液体吐出ヘッド２における駆動信号の一例として、いわゆる引き打ちの駆動信号を用いた吐出方法を説明する。また、加圧室１０内の液体の共振周期の半分の時間をＡＬ（Acoustic Length）とする。制御部８８が共通電極３４および個別電極３５に印加する電圧を
印加電圧ｖとし、加圧室１０内の液体の圧力を圧力ｐとして説明する。圧力Ｐは、詳細には、加圧室１０の変位素子５０に面した領域の面積重心付近の圧力である。

制御部８８は、吐出ユニット１５から液滴を吐出しない状態においては、印加電圧ｖとして所定の電圧ｖ１を印加している。これにより、変位素子５０は加圧室１０側へ撓んでいる。このときの圧力ｐを基準圧力ｐ０とする。

吐出を行なう際には、まず、印荷電圧ｖを、電圧ｖ０まで下げる。ｖ０は、例えば０（ゼロ）［Ｖ］である。印荷電圧ｖを変える時点を時間的基準として、この時点をｔ＝０（ゼロ）とする。印荷電圧ｖが電圧ｖ０になったことで、変位素子５０の加圧室１０側への撓みは小さくなろうとする。印荷電圧ｖを、０（ゼロ）［Ｖ］とすれば、変位素子５０は、ほぼ撓みのない状態に戻ろうとし、印荷電圧ｖを、ｖ１と符号が逆の電圧にすれば、変位素子５０は、加圧室１０とは逆側に撓んだ状態に撓もうとする。

ｔ＝０（ゼロ）での印荷電圧ｖの変化により、圧力ｐは低くなる。標準状態の圧力ｐ０よりも圧力ｐが低くなった加圧室１０は、吐出孔８も含まれる加圧室１０に繋がっている流路から液体を引き込み、圧力ｐはｐ０に戻っていく。ｔ＝ＡＬ／２の時点で、圧力ｐはｐ０に戻る。ｔ＝ＡＬ／２を過ぎても、加圧室１０に繋がっている流路からの液体の流入は続くため、流入した液体により、圧力ｐはｐ０よりも高くなっていく。

ｔ＝ＡＬの時点で、圧力ｐは、ｔ＝０（ゼロ）からこの時点までの間でもっとも高くなる。このときに、制御部８８は、印荷電圧ｖを上げる。例えば、印荷電圧ｖをｖ１に戻す。印荷電圧ｖを上げる前に高くなっていた圧力に、印荷電圧ｖを上げたことで生じた圧力
が足されるので、圧力ｐはさらに高くなる。この時点の圧力ｐは、２回分の電圧変化の圧力が足された状態になっている。より詳細には、ｔ＝ＡＬの時点の基準圧力ｐ０からの圧力ｐの変化の絶対値（｜ｐ−ｐ０｜）は、ｔ＝０（ゼロ）の時点の基準圧力ｐ０からの圧力ｐの変化の絶対値（｜ｐ−ｐ０｜）の約２倍となっている。

この約２倍になった圧力ｐは、加圧室１０から、加圧室１０に繋がっている流路に、圧力波として伝わっていく。この圧力波のうち、吐出孔８に達した圧力波によって、吐出孔８の内側の液体の一部が外部に押し出されて、液滴として吐出される。液滴の吐出後も、加圧室１０においては振動が続いている。これを残留振動という。残留振動は、徐々に減衰していく。この残留振動の周期は、ＡＬの２倍である。

２回加える電圧変化の間隔、すなわちパルス幅は、上述のようにＡＬにすると、原理的には、液体の吐出量は最大になり、液体の吐出速度は、最高になる。パルス幅は、ＡＬからずれた値であっても、ＡＬ／２より大きく、３×ＡＬ／２より小さい値で有れば圧力の重ね合わされて強くなる。そして、パルス幅を、ＡＬに近い値にすれば吐出が生じる。実際の吐出においては、吐出量や吐出量を調整するため、あるいは、吐出される液体が１滴ではなくなる分滴などが生じ難いように、パルス幅は、ＡＬから外れた値に、適宜調整される。

以上のような、プリンタ１で印刷を行なっていると、駆動信号を与えても、液体が吐出されないことがある。原因は、流路の詰まり、あるいは、気泡の流入であることが多い。吐出される液体には、固形分や粘度の高い成分が分散されていることがあり、その一部が流路内に固着することで、流路が塞がってしまったり、断面積が狭くなってしまうことがある。また、液体の溶剤成分が少なくなって、液体の粘度が高くなり、吐出できなくなることがある。こられを総称して、流路の詰まりと言う。流路の詰まりは個別流路３２に起こり易く、吐出孔８の付近で特に起こり易い。

個別流路３２の、加圧室１０よりも吐出孔８側の流路が詰まれば、吐出孔８に、圧力波が伝わらなくなったり、伝わっても弱くなるので、吐出が生じないか、吐出量が減ったり、吐出速度が遅くなったりする。また、圧力は通常と同様に伝わっても、吐出孔８内の液体が、通常の圧力波では正常に吐出できないほど粘度になっていることにより、吐出が生じないか、吐出量が減ったり、吐出速度が遅くなったりする。個別流路３２の、加圧室１０よりもマニホールド５側の流路が詰まれば、加圧室１０の圧力振動が通常と異なる状態になることで、吐出特性が変動する。また、加圧室１０への液体の供給が不足することで、吐出ができなくなる。

気泡は、供給側、すなわちマニホールド５の開口５ｂ側から流入する場合、および吐出孔８側から流入する場合がある。個別流路３２全体の液体がなくなってしまえば、そもそも吐出される液体が存在しないので、吐出できない。個別流路３２内に、小さな気泡が存在する場合も、気泡は、体積変化することで、吐出の圧力波を吸収するので、圧力が減ることで、吐出できなくなったり、吐出特性が変動する。

以降、流路の詰まり、および気泡の存在などを含めて、吐出不良の状態を詰まり等と言う。

いずれにしても、印刷を行なうには、詰まり、あるいは気泡の影響を少なくし、正常な吐出を行なえる状態に復帰させる必要がある。復帰は、例えば、次のように行なう。

吐出不良のあるヘッド本体１３に吸引キャップ９０を取り付ける（図６（ａ）、（ｂ）参照）。吸引キャップ９０は、平面形状がヘッド本体１３よりも一回り大きい。吸引キャ
ップ９０は、吐出孔８が配置されている領域を覆うように、吐出孔面４−２に取り付けられて、すべての吐出孔８の外側に、ほぼ密閉されたキャップ空間９２を作る。吸引キャップ９０のキャップ空間９２に面した部分、例えば、平面方向の中央部分に吸引孔９０ａが設けられている。吸引孔９０ａは、ポンプ等の吸引部とチューブで繋がれる。吸引部は、キャップ空間９２内の空気および吐出孔８内の液体を吸引する。

吸引キャップ９０には、囲み部９０ｂが設けられており、囲み部９０ｂは、ヘッド本体１３に取り付けられた際には、ヘッド本体１３の側面を囲むようになっている。囲み部９０ｂにより、ヘッド本体１３に対して、吸引キャップ９０の概略の位置が定められる。囲み部９０ｂの内側には、吐出孔面４−２に当たる当接部９０ｃが設けられている。当接部９０ｃは、吐出孔面４−２の吐出孔８が配置されている領域の全体を囲むように配置されている。吸引された際に、キャップ空間９２が減圧されて、当接部９０ｃは、吐出孔面４−２に押し付けられる。当接部９０ｃを、ゴムなどの弾性体で構成すれば、吸引された際に、吸引キャップ９０と吐出孔面４−２との間に隙間ができ難くなる。これにより、キャップ空間９２に外部から気泡が入って、吸引が不十分になったり、液体が外部に漏れたりし難くなる。

ヘッド本体１３に吸引キャップ９０を取り付けた後、吸引孔９０ａにチューブなどを介して繋がれたポンプなどの吸引部で、吸引をする。吸引されることで、キャップ空間９２は減圧され、吐出孔８から液体が吸い出される。詰まりおよび気泡は、吐出孔８から流れ出る液体とともに、ヘッド本体１３から外に排出される。また、詰まっていることにより、最初の内は、吐出孔８から液体が吸い出されないような流路を塞いでいる詰まりであっても、吸引時間を長くしたり、より強く吸引することで、吐出孔８から液体が吸い出される。

単に吸引して、詰まり等を除こうとする場合、回復作業を終了した後に、実際の印刷等の吐出動作を行なわないと、詰まり等が除かれたかどうかが分からない。そこで、吸引を行なっている間に、吸引によって変形した圧電素子である変位素子５０に生じる電圧あるいは電流などの電気的出力を測定して、詰まり等の状態を調べる。なお、電気的出力を測定するとは、電圧の変化がない状態、あるいは電流が流れない状態などを測定する場合も含む。

変位素子５０には、駆動信号を印加する為に、例えば、圧電アクチュエータ基板２１に電気的に接続された配線基板にドライバＩＣ（Integrated Circuit）が実装されている。このドライバＩＣに、変位素子５０が変形したときに生じる電気的出力を検知できる検知部を設ける。検知部は、例えば、変位素子５０に生じた電圧の差を検知し、制御部８８に検知結果である電圧のデータなどを送る。以降では、検知部は、吐出するのと同様な状態において、変位素子５０に電圧が加わっていない状態の変位素子５０の電圧を基準にした電圧を測定するものとして説明する。また、加圧室１０の圧力が低くなる方が、検知部の測定する電圧が高くなるとする。

制御部８８には、判定部８８ａが存在し、変位素子５０毎に、詰まり等が生じているどうかを、検知結果である電圧を元に判定する。判定部８８ａは、さらに、変位素子５０毎の詰まり等の判定結果をもとに、吸引部の制御を行なう。

詰まり等の判定方法について説明する。詰まり等がどのような状態であるかによって、測定された電圧は、正常な場合に比較して、異なる結果となる。吐出可能な正常な状態か、回復を必要とする状態かの判定は、例えば、下記のいずれかの方法で行なうことができる。１つ目の方法は、あらかじめ、電圧の正常な範囲を、確定した値として設定しておく方法である。測定された電圧が、正常な範囲として設定された範囲であれば、正常と判定
し、それを外れていた場合は詰まり等があると判定する。正常な範囲は、あらかじめ、判定部８８ａに記録しておく。２つ目の方法は、他の変位素子５０と比較して判定する方法である。元々、多数の吐出孔８に詰まり等が生じることは少ない上、回復動作を行なうことで、多くの吐出孔８の詰まり等は回復するので、ある程度回復動作を行なった後には、ほとんどの吐出孔８の詰まり等は解消されている。判定部８８ａは、必要な範囲、例えばすべての変位素子５０の電圧の平均を算出し、その平均値に対してずれの大きい変位素子５０に対応する流路に詰まり等があると判定する。この際の判定は、平均値に対して正常と範囲する電圧の値をあらかじめ設定しておいてもよいし、電圧の分散や標準偏差等を計算して、その結果から、正常と範囲する電圧の値を決めてもよい。１つ目の方法では、液体の種類が変わった場合に、正常と判定する範囲の変更が必要になる場合があるが、２つ目の方法であれば、変更が必要になる可能性を低くできる。

判定する際の状態としては、液体供給状態と、液体供給制限状態とがある。液体供給状態は、ヘッド本体１３への液体の供給が特に制限されていない状態であり、通常の吐出を行なう場合と同じか、あるいは、それよりも液体が供給され易い状態である。吸引による回復動作を行なう際には、液体供給状態にされて、吐出孔８から液体が吸引され易い状態にされる。

これに対して、液体供給制限状態とは、ヘッド本体１３への、液体の供給が止められるか、あるいは、通常の吐出を行なう場合と比較して、液体の供給が制限された状態である。液体供給制限状態にするには、マニホールド５の供給口５ａよりも液体の供給側に弁を設けて、その弁を閉じたり、変形可能な流路を設けて、その流路を変形させて流路抵抗を高くしたり、吐出の際に加えている背圧を大きくしたりする。液体供給制限状態は、吸引による回復動作を行なっている間に、詰まり等の検出を行なうために、一時的に設定される。

続いて、液体供給状態での判定について説明する。この状態では、正常な流路には、一定の速度で液体が流れ、詰まり等がある流路には、液体が流れないか、正常な流路よりも流れる速度が低くなる。正常な加圧室１０には液体が流れるので、圧力は低くなり、電圧は高くなる。この場合の、圧力をＰ１とし、電圧をＶ１とする。

加圧室１０よりも吐出孔８側に詰まり等が有った場合、液体が流れないか速度が遅くなるため、加圧室１０の圧力は低くならないか、低くなったとしても、Ｐ１ほどには低くならない。この結果、電圧はＶ１よりも低くなる。加圧室１０よりもしぼり１２側に詰まり等が有った場合、加圧室１０への液体の供給が制限されるので、加圧室１０の圧力はＰ１よりも低くなる。この結果、電圧はＶ１よりも高くなる。

続いて、液体供給制限状態での判定について説明する。ここでは、液体の供給が止められた状態について説明する。供給が大きく制限されれば、以降で説明する状態に近づき、供給の制限が小さければ、上述の液体供給状態に近づく。液体の供給を止めたり、大きく制限することで、上述の液体供給状態と違う状態における電圧を測定できるので、判定部８８ａによる判定がより正確になる。

加圧室１０よりも吐出孔８側のみに詰まり等が有った場合、および、加圧室１０よりもしぼり１２側のみに詰まり等が有った場合には、加圧室１０の圧力はほぼＰ１となり、電圧もほぼＶ１となる。加圧室１０よりも吐出孔８側および加圧室１０よりもしぼり１２側の両方に詰まり等が有った場合、加圧室１０の圧力は低くならないか、低くなったとしても、Ｐ１ほどには低くならない。この結果、電圧はＶ１よりも低くなる。これは、詰まりが両方にあった場合には、加圧室１０の液体は、実質的に吸引されないからである。どちらか一方、あるいは両方が気泡で有った場合には、気泡があるため、吸引の圧力の一部し
か加圧室１０に伝わらなくなるので、圧力は、Ｐ１までは低下しない。

液体供給状態では、両方に詰まり等が有った場合には、それらの影響が相殺されて、Ｖ１との電圧の差が小さくなることがあるが、液体供給制限状態で判定することにより、より正確に判定できる。

また、詰まり等が存在するかの判定は、１回でもよく、複数回行ってもよい。判定を複数回行うことで、判定がより正確になる。また、単に複数回判定するだけでなく、複数回の電圧の平均を算出して比較すれば、測定誤差の影響を低減できる。

さらに、詰まり等がある場合、特に気泡がある場合は、複数回の電圧のばらつきが大きくなる。電圧の値が、正常範囲であっても、電圧の値のばらつきが大きい場合に、詰まり等があると判定してもよい。

また、吸引部による吸引は、一定の圧力、あるいは一定の流量で吸引するのではなく、吸引する強さを周期的に変化させてもよい。つまり、吸引の圧力や吸引量を大きくする強い吸引と、吸引の圧力や吸引量を小さくする弱い吸引とを交互に後に行なう。吸引の強弱の周波数は、例えば１Ｈｚ〜１００ｋＨｚにする。ポンプなどの吸引部による吸引の強さを変える速さが、必要な周波数よりも遅い場合は、吸引部に、ポンプなどとは別に、振動を与える振動部を設けて、吸引する気体あるいは液体を振動させてもよい。

測定は、例えば、吸引の強さの周期よりも短い周期で行ってもよいし、吸引の強さの周期に合わせて行ってもよい。吸引の強さの周期よりも短い周期で測定すれば、電圧の最大値、最小値、および吸引の強さの周期に対する電圧の変化の周期の時間的ずれなどが分かるので、より詳細な判定ができる。吸引の強さの周期に合わせて、例えば、吸引がもっとも強くなっているとき、あるいは、吸引がもっとも弱くなっているときに測定してもよい。さらに、一般的には、吸引の強さの変化に対して、正常な加圧室１０内の圧力が変化するタイミングがずれるので、正常な加圧室１０内の圧力がもっとも高くなるとき、あるいは最も低くなるときに測定してもよい。

吸引する強さを周期的に変化させ、次の点で判定を行なうことで、より正確な判定ができる。

第１に、詰まり等がある場合には、詰まり等の状態が変化することがあるので、正常な場合と比較して、電圧のばらつきが大きくなる。これは、上述の測定を複数回行うのと同じであるが、吸引の強さを変化させているので、ばらつきはより大きくなり、判定がより正確になる。

第２に、周期の位相差を考慮した判定である。吸引の強さを周期的に変化させると、完全に詰まっているような場合を除けば、加圧室１０の圧力は、ほぼ同じ周期で変化する。なお、完全に詰まっているような場合は、吸引したことによる電圧の変化がほとんどないので、詰まり等があることが分かる。

吸引の強さの周期と、加圧室１０の圧力の周期が、ほぼ同じ周期であったとしても、周期の位相は、一般的に差がある。また、正常な加圧室１０と詰まり等がある加圧室１０とでは、位相に差が生じることがある。そのため、単なる吸引では区別がつき難かった詰まり等を、位相の差で判定することができる。

吸引の強さの周期のよりも短い間隔で測定を行えば、位相のずれを算出することができ、位相差で判定できる。また、例えば、吸引の強さの周期に合わせて、吸引がもっとも強
いときに測定した場合には、次のようになる。正常な加圧室１０の圧力は、吸引の強さの周期に対して、ある位相差で変化していて、吸引がもっとも強いときには、圧力はＰ２となり、電圧はＶ２になったとする。詰まり等がある場合には、正常な加圧室１０の圧力変化とは異なる位相差が生じる可能性が高い。位相差があれば、吸引がもっとも強いときの圧力は、位相差の分だけＰ２からずれ、電圧はＶ２からずれる。したがって、吸引の強さの周期に合わせて測定し、電圧の値で判定することでも、位相差に基づく判定ができる。

また、吸引する強さの周波数を、異なる値にして、測定することで、より正確な判定ができる。

以上の測定および判定は、適宜組み合わせて行なうことができる。具体的な組み合わせとして、次のようなものがある。液体供給状態で定圧もしくは定量で吸引した状態、液体供給状態で周期的な強さで吸引した状態、液体供給制限状態で定圧もしくは定量で吸引した状態、および液体供給制限状態で周期的な強さで吸引した状態などである。周期的な強さでの吸引では、周期を変えて複数の条件で測定してもよい。

液体供給状態での測定および判定は、詰まり等の回復動作と同時に行なうことができる。液体供給制限状態では測定および判定は、詰まり等の回復動作を中断して行なう。

詰まり等の回復方法は、例えば、次のように行なう。吐出不良が生じた場合に、正常な吐出ができるように回復動作を行なう。また、吐出不良が生じていなくても、一定時間吐出を続けたり、逆に一定時間吐出しない状態が続いた場合に、予防的に回復動作を行なう。

回復動作を行なうには、ヘッド本体１３に吸引キャップ９０を取り付けるなどして、吐出孔８内の液体を吸引できるようにする。この際、回復動作を始める前に、液体供給制限状態での測定および判定を行って、この状態を初期状態として記録してもよい。回復動作は、供給抑制部によるヘッド本体１３への液体の供給の制限は行なわず、通常の吐出を行なう際と同じように液体が供給されるようにするか、もしくは、より液体の供給がされ易い状態で行なう。回復動作では、吸引部が、吸引孔９０ａから空気あるいは液体を吸引する。吸引は、定圧あるいは定量で行なってもよいし、吸引の強さを周期的に変化させてもよい。吸引を始めた初期において、測定および判定を行って、この状態を初期状態として記録してもよい。

測定および判定は、吸引による回復動作を行ないながら、連続的、あるいは離散かつ定期的に行なう。また、必要であれば、液体供給制限状態にして測定および判定を行なう。判定は、各測定において、その時の測定データだけに基づいて行ってもよいし、記録しておいた初期状態などの、それ以前の測定データと比較して行ってもよい。

回復動作は、すべての圧電素子の電圧データが正常であると判定したときに停止してもよい。そのようにすれば、使用できなくなる、もしくは、再使用できるように処理が必要になる、吸引される液体の量を少なくできる。また、所定時間経過しても、すべての圧電素子の電圧データが正常であると判定されない場合は、吸引部の吸引の圧力を高くしたり、吸引量を多くして、より強い回復動作を行なってもよい。そのようにすれば、取り除き難い詰まり等でも、復帰させられる可能性が高くなるとともに、取り除き易い詰まり等は、初期の弱い回復動作で、回復できるので、吸引する液体の量を少なくできる。

制御部８８は、所定時間が過ぎても、すべての圧電素子の電圧データが正常であると、判定部８８ａが判定できない場合には、吸引等の回復動作を止めてもよい。

測定および判定は、複数のモードがあってもよい。例えば、液体供給状態で定量の吸引を行ないながら測定し、その結果から判定する第１のモード、液体供給状態で定量の吸引を行ないながら測定し、その後、液体供給状態で周期的な強さの吸引を行ないながら測定し、その後、液体供給制限状態で定量の吸引を行ないながら測定し、それら３つの結果から判定する第２のモードなどを持っていてもよい。第１のモードは、吸引する液体の量が少なく、時間も短いが、第２のモードよりも判定の精度が劣る場合がある。第２のモードは、吸引する液体の量が多くなり、時間も長くかかるが、判定の精度が高くなる。各モードに含まれる、測定条件および判定条件は、ここまで説明したものを適宜組み合わせられる。吐出不良が生じているにもかかわらず、詰まり等があると判定できない場合は、異なるモードに切り替えて、判定するようにしてもよい。

１・・・プリンタ
２・・・液体吐出ヘッド
４・・・流路部材
４−１・・・加圧室面
４−２・・・吐出孔面
５・・・マニホールド
５ａ・・・副マニホールド
５ｂ・・・マニホールドの開口
６・・・個別供給流路
８・・・吐出孔
９・・・加圧室群
１０・・・加圧室
１１−１〜１１−１６・・・加圧室行
１２・・・しぼり
１３・・・ヘッド本体
２１・・・圧電アクチュエータ基板
２１ａ・・・圧電セラミック層（セラミック振動板）
２１ｂ・・・圧電セラミック層
２２〜３１・・・プレート
３２・・・個別流路
３４・・・共通電極
３５・・・個別電極
３５ａ・・・個別電極本体
３５ｂ・・・引出電極
３６・・・接続電極
５０・・・変位素子（圧電素子）
７０・・・ヘッド搭載フレーム
７２・・・ヘッド群
８０Ａ・・・給紙ローラ
８０Ｂ・・・回収ローラ
８２Ａ・・・ガイドローラ
８２Ｂ・・・搬送ローラ
８８・・・制御部
８８ａ・・・判定部
９０・・・吸引キャップ
９０ａ・・・吸引孔
９０ｂ・・・囲み部
９０ｃ・・・当接部
９２・・・キャップ空間
Ｄ１・・・第１方向
Ｄ２・・・第２方向
Ｐ・・・印刷用紙

Claims (5)

1. 複数の吐出孔が配置されているヘッド本体と、
   該ヘッド本体の外部から、前記複数の吐出孔内の液体を吸引する吸引部と、
   検出部と、を有しており、
   前記ヘッド本体は、前記複数の吐出孔にそれぞれ繋がっている複数の加圧室と、該複数の加圧室を加圧する複数の圧電素子を有しており、
   前記検出部は、前記複数の吐出孔内の液体を、前記吸引部で吸引した際の、前記複数の圧電素子に生じる電気的出力を検出することを特徴とする記録装置。
2. 前記吸引部は、吸引する強さを周期的に変化させることを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
3. さらに供給抑制部を有しており、前記吸引部が吸引する際に、前記供給抑制部は、前記ヘッド本体に供給される液体の供給を抑制、あるいは停止させることを特徴とする請求項１または２に記載の記録装置。
4. さらに判定部を有しており、該判定部は、前記検出部が検出した、前記複数の圧電素子に生じた電気的出力を比較して、該電気的出力の異なる圧電素子に対応する、前記吐出孔および前記加圧室を含む個別流路が異常であると判定することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の記録装置。
5. さらに判定部を有しており、該判定部は、前記検出部が検出した、前記複数の圧電素子のすべてに生じた電気的出力が正常であると判定した場合に、前記吸引部を停止することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の記録装置。

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