JP2019177689A - 液体を吐出する装置および液体を吐出する装置における異常検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力室若しくはノズル内に発生した気泡等の異常発生を精度良く検知することができる、液体を吐出する装置が提供される。【解決手段】ノズル１０４と、前記ノズルに連通し液体を収容する圧力室１０６と、前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧力発生素子１１２と、前記圧力発生素子に単一周期の電圧を検知用波形として入力する駆動波形生成部３２と、前記ノズル内の液体の液面に光を照射し、前記検知用波形に起因する前記ノズル内の液面の振動を検知する液面振動検知部９と、検知された前記液面の振動の波形と、前記単一周期の電圧と、に基づいて、前記圧力室若しくは前記ノズル内の異常を判断する判断部１２と、を備える液体を吐出する装置１００。【選択図】図４

Description

本発明は、液体を吐出する装置および液体を吐出する装置における異常検出方法に関する。

インクジェット方式の画像形成装置では、インク滴を吐出させるノズルの内部に気泡が発生し、インク滴が所望の速度と体積で吐出されずに異常画像となる場合がある。

これに対して、圧電素子（ピエゾ素子）を用いてノズル内部の残留振動を測定し、気泡発生の有無を検知し回復動作に繋げる技術がある。例えば、特許文献１では、駆動時の圧電素子（ピエゾ素子）とは異なる検出用圧電素子を用いて、インクジェット記録ヘッド内のインクの圧力振動を検出し、その周波数特性から求めた周波数スペクトルに基づいて、ヘッド内部の異常状態を検出することが開示されている。

しかし、特許文献１では、圧電素子の変化の後の残留振動による圧力変動が、圧力室からノズルの液面（メニスカス）に伝播し、さらに液面から圧力室に伝播して戻ってくることによる、圧電素子での電圧変化を検出しているため、信号雑音比（ＳＮ比）が小さく、圧力室の気泡の有無を精度良く検出できなかった。また、ＳＮ比を上げるために、検出に用いる駆動電圧を上げると、インク滴が吐出してしまうため実施困難という問題があった。

そこで、本発明は上記事情に鑑み、圧力室若しくはノズル内に発生した気泡等の異常発生を精度良く検知することができる、液体を吐出する装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様では、
ノズルと、
前記ノズルに連通し液体を収容する圧力室と、
前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧力発生素子と、
前記圧力発生素子に単一周期の電圧を検知用波形として入力する駆動波形生成部と、
前記ノズル内の液体の液面に光を照射し、前記検知用波形に起因する前記ノズル内の液面の振動を検知する液面振動検知部と、
検知された前記液面の振動の波形と、前記単一周期の電圧と、に基づいて、前記圧力室若しくは前記ノズル内の異常を判断する判断部と、
を備える液体を吐出する装置、を提供する。

一態様によれば、液体を吐出する装置において、圧力室若しくはノズル内に発生した気泡等の異常発生を精度良く検知することができる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の平面図。 図１の画像形成装置に搭載される記録ヘッドの１つの下面図。 本発明の記録ヘッドの液室長手方向の断面図。 本発明の実施形態に係る記録ヘッドと液面振動検知部による振動検知の概略模式図。 本発明の液滴吐出及び振動検知に係るブロック図。 図５の伝達関数解析部における機能ブロック図。 図５のコントローラ、駆動制御基板、及び検知用基板のハードウェアブロック図。 本発明の液面振動検知で用いる波形であって、（ａ）圧電素子へ入力する検知用波形を示す図、（ｂ）レーザードップラー振動計によって検知された出力波形を示す図。 比較例の液面振動検知での液室内の振動伝播を示す概略図。 比較例の液面振動検知で用いる、（ａ）圧電素子へ入力する検知用波形を示す図と、（ｂ）圧電素子によって検知された残留振動の出力波形を示す図。 本発明によって算出される、液室又はノズル内に気泡を含む場合の伝達関数の出力例。 本発明の検査・回復の制御を示すフローチャート。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。以下、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

＜画像形成装置＞
まず、本発明の液体吐出装置をシリアル型の画像形成装置に適用する構成について説明する。図１は画像形成装置１００の平面説明図である。

図１において、装置本体フレーム部材を構成するメイン側板１２１Ａ，１２１Ｂに横架された主ガイド部材であるガイドロッド１２２と図示しない従ガイド部材（ガイドロッド、ガイドステーなど）とで、キャリッジ６を主走査方向（ガイドロッド長手方向）に摺動自在に保持している。このキャリッジ６は、主走査モータ、駆動プーリ、従動プーリ及びタイミングベルトで構成され、キャリッジ駆動部７に近傍に配置されて、該キャリッジ駆動部７を駆動させる主走査機構によって主走査方向に移動走査される。キャリッジ６は、記録ヘッド２と共に移動する移動部として機能する。

このキャリッジ６には、例えば、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色のインク滴を吐出する画像形成手段としての液体吐出ヘッドからなるサブタンク一体型の４個の記録ヘッド２が搭載されている。記録ヘッド２は複数のノズルからなるノズル列を主走査方向に対して直交する副走査方向に配列し、滴吐出方向を下方に向けて装着している。

一方、キャリッジ６の下側には、給紙カセットから給紙される用紙１を副走査方向に搬送する搬送手段としての搬送ベルト１４１が配置されている。この搬送ベルト１４１は、無端状ベルトであり、サブ側板間で回転自在に保持された搬送ローラ１４２とテンションローラ１４３との間に掛け渡されて、副走査モータによって搬送ローラ１４２が回転駆動されることによって矢示方向（ベルト搬送方向）に周回移動される。この構成により、キャリッジ６は搬送ベルト移動方向、即ち、記録媒体搬送方向に対して垂直方向に移動可能である。

また、キャリッジ６の主走査方向の印字領域外の一方の端部に維持回復手段８が配置されている。

維持回復手段８は、キャリッジ６の移動範囲において、搬送される用紙１とは異なる部分に設けられる。維持回復手段８は、用紙１にインクを吐出していないときに、空吐出として吐出されたインクを回収する、空吐出受け又は／及びキャップであり、これらの下部に、下方から吸引する吸引手段を備えていてもよい。

キャリッジ６の主走査方向の印字領域外の他方の端部には、鏡１０とレーザードップラー振動計（ＬＤＶ：Laser Doppler Vibrometer）９が設けられている（下記、レーザードップラー振動計をＬＤＶと省略して説明する場合もある）。

本発明では、記録ヘッド２のノズル内のインク状態を調べるために、ノズル表面であるメニスカスを振動させ、鏡１０によって屈折されたレーザー光を照射して、ＬＤＶ９で測定することで、メニスカスの振動が検出される。

図２は記録ヘッド２Ｋを拡大した下面図を示している。図２に示すように、各記録ヘッド２には、複数のノズル（ノズル孔）１０４が形成され、図１で示したベルト搬送方向に沿って、２列のノズル列ＬＡ，ＬＢが形成されている。

ノズル列ＬＡ，ＬＢには、間隔ｐ毎に複数のノズル１０４が配列されており、ノズル列ＬＡのノズルと、ノズル列ＬＢのノズルは互いに２／１・ｐずれた位置に配置されているため、画像の高解像度化が可能である。

＜ヘッド＞
次に、液体吐出ヘッドとして機能する記録ヘッド２（３１）の一例について図３を参照して説明する。図３は記録ヘッド２の液室長手方向（ノズル配列方向と直交する方向）に沿う断面説明図である。

この記録ヘッド２は、流路板１０１と、振動板部材１０２と、ノズル板１０３とを接合している。これにより、液滴を吐出するノズル１０４が貫通孔１０５を介して通じる個別液室１０６、個別液室１０６に液体を供給する流体抵抗部１０７、液体導入部１０８がそれぞれ形成される。

そして、フレーム部材１１７に形成した共通液室１１０から振動板部材１０２に形成されたフィルタ部１０９を介してインクが液体導入部１０８に導入され、液体導入部１０８から流体抵抗部１０７を介して個別液室１０６にインクが供給される。なお、「個別液室」は、液室、加圧室、加圧液室、圧力室、個別流路、圧力発生室などと称されるものを含む意味である。

流路板１０１は、ＳＵＳなどの金属板を積層して、貫通孔１０５、個別液室１０６、流体抵抗部１０７、液体導入部１０８などの開口部や溝部をそれぞれ形成している。振動板部材１０２は各液室１０６、流体抵抗部１０７、液体導入部１０８などの壁面を形成する壁面部材であるとともに、フィルタ部１０９を形成する部材である。なお、流路板１０１は、ＳＵＳなどの金属板に限らず、シリコン基板を異方性エッチングして形成することもできる。

そして、振動板部材１０２の液室１０６と反対側の面に個別液室１０６のインクを加圧してノズル１０４から液滴を吐出させるエネルギーを発生するアクチュエータ手段（圧力発生手段）としての柱状の積層型の圧電素子１１２が接合されている。この圧電素子１１２の一端部はベース部材１１３に接合され、また、圧電素子１１２には駆動波形を伝達するＦＰＣ１１５が接続されている。これらによって、圧電アクチュエータ１１１を構成している。

なお、この例では、圧電素子１１２は積層方向に伸縮させるｄ３３モードで使用しているが、積層方向と直交する方向に伸縮させるｄ３１モードでもよい。

このように構成した記録ヘッド２においては、例えば、圧電素子１１２に印加する電圧を基準電位から下げることによって、図３（ａ）に示すように、圧電素子１１２が収縮し、振動板部材１０２が変形して個別液室１０６の容積が膨張する。これにより、個別液室１０６内にインクが流入する。

その後、圧電素子１１２に印加する電圧を上げることによって、図３（ｂ）に示すように、圧電素子１１２を積層方向に伸長させ、振動板部材１０２をノズル１０４方向に変形させて個別液室１０６の容積を収縮させる。これにより、個別液室１０６内のインクが加圧され、ノズル１０４から液滴Ｌが吐出される。

そして、圧電素子１１２に印加する電圧を基準電位に戻すことによって振動板部材１０２が初期位置に復元し、液室１０６が膨張して負圧が発生するので、このとき、共通液室１１０から液室１０６内にインクが充填される。そこで、ノズル１０４のメニスカス面の振動が減衰して安定した後、次の液滴吐出のための動作に移行する。

＜液面振動検知＞
図４は、本発明の実施形態に係る記録ヘッドと液面振動検知部による振動検知の概略模式図である。

本発明の一実施形態では、圧電素子１１２に印加した検知用波形に起因するノズル内の液面の振動を測定する液面振動検知部として、レーザードップラー振動計（ＬＤＶ）９を用いる。レーザードップラー振動計は、レーザーを２分割して対象物に照射し、その反射後のドップラー遷移によって周波数変調された位相のずれを検出し振動の速度を数値化するものである。

図４に示すように、記録ヘッド２のノズル１０４と対向可能な位置に、鏡１０が設けられている。記録ヘッド２のノズル内のインク状態を調べるために、ノズル表面であるメニスカス（液面）を振動させ、鏡１０によって屈折されたレーザー光を照射して、ＬＤＶ９で測定することで、メニスカスの振動が出力波形Voutとして検出される。なお、本例では、レーザー光を反射させ、屈曲させる部材として鏡を例としているが、レーザー光を屈曲させ、反射できる光学部材であれば他の部材であってもよい。

本発明では、検知用波形として単一周期波形Vinが印加されることによって圧電素子が周期的に変異し（収縮し又は膨張し）、それによって液室１０６内のインクには周期的な圧力が発生する。その圧力は、図４の記録ヘッド２のも模式図で示すように、液室１０６及びノズル１０４内を伝播し（Ｐ）、ノズル１０４表面のインクのメニスカス（液面）に振動が発生する。

そして、レーザードップラー振動計（ＬＤＶ）９から発光されたレーザー光をノズル１０４のインクのメニスカス（液面）に照射し、前記液面の振動状態を検出した出力波形（応答出力信号）Voutとして測定する。即ち、印加された単一周期信号Vinに応じて伸縮を続けている圧電素子１１２から振動が伝播して、振動しているノズルのインクのメニスカスを、レーザードップラー振動計９で測定する。

レーザードップラー振動計は、電気信号に変換し増幅できること、及び、非接触測定であることでノイズが少ないため、SN比が高いという特徴がある。そのため、本発明において、レーザードップラー振動計９を用いて検出を行うことで、液室及びノズル内のインクのメニスカス振動（液面振動）を出力波形Voutにより高精度に測定することができる。

そして、伝達関数解析部（判断部）１２で、入力に用いた単一周期信号Vinと、検知された出力波形Voutから液室１０６の伝達関数H(s)（=Vout/Vin）を求めて、液室１０６又はノズル１０４に気泡等の異常が発生していないかどうか判断する。

下記、図４に示す液面振動検知を実現する、制御構成について説明する。

＜液体吐出・液面振動検知制御＞
図５は、本発明の実施形態の画像形成制御に係る全体ブロック図である。

画像形成装置１００において、画像形成制御に係る構成として、コントローラ４と、駆動制御基板３Ｋと、記録ヘッド２Ｋと、ＬＤＶ９と、検知用基板１１と、を有する。図５では、ブラック用ヘッド２Ｋのノズル列Ｌ１用の制御に係る構成について示しているが、ノズル列Ｌ２や、他の色のヘッド２Ｍ，２Ｃ，２Ｙについても同様の制御構成を有しているものとする。

コントローラ４は、画像形成装置１００の主制御部であり、システム全体の制御を司る。コントローラ４は、駆動制御基板３Ｋの上位制御部である。

駆動制御基板３及び記録ヘッド２は図１に示す記録ヘッド２又はキャリッジ６内に設けられている。駆動制御基板３Ｋと記録ヘッド２Ｋとは、ケーブル２９によって、電気的に接続されている。

駆動制御基板３は、記録ヘッド２Ｋ内の圧電素子１１２を駆動するための駆動波形、及び、画像データ信号を生成するための回路を搭載したリジッド基板である。

記録ヘッド２Ｋは、圧電素子１１２を内蔵し、駆動制御基板３Ｋから送信される駆動波形、及び、画像データ信号に応じて圧電素子を駆動することで、用紙１にインク滴を吐出する。

駆動制御基板３は、制御部３１と、駆動波形生成部３２とを有する。

制御部３１は、画像データを元にタイミング制御信号と駆動波形データを生成する。

駆動波形生成部３２は、生成された駆動波形データをＤＡ変換し、電圧増幅、電流増幅する。

記録ヘッド２Ｋは、ヘッド基板２１と、圧電素子支持基板２３と、圧電素子１１２とを有する。ヘッド基板２１には制御部２２が設けられ、圧電素子支持基板２３には圧電素子駆動ＩＣ２４が設けられている。

駆動制御基板３の制御部３１で生成されたタイミング制御信号等のデジタル信号は、ケーブル２９を介して、シリアル通信で、記録ヘッド２に伝送される。そして、ヘッド基板２１上の制御部２２によってデシリアライズされ、圧電素子支持基板２３の圧電素子駆動ＩＣ２４に入力される。

駆動波形生成部３２によって生成された駆動波形は、ケーブル２９を介して、タイミング制御信号を応じた圧電素子駆動ＩＣ２４のＯＮ／ＯＦＦによって圧電素子１１２に入力される。

駆動制御基板３の制御部３１は、画像処理部３３を有している。画像処理部３３は、コントローラ４から受け取った画像データや、印字の基準となるライン同期信号ＬＳを基に、画像処理を行い、補正をする。

なお画像処理部３３は、図５では、駆動制御基板３の制御部３１が有する機能として説明したが、画像処理部３３の機能は、制御部３１の外であって、例えば、コントローラ４の内部に設けてもよい。

また、本発明では、キャリッジ６とは別に、レーザードップラー振動計（ＬＤＶ）９と検知用基板１１とが設けられている。ＬＤＶ９はレーザー光源９１、受光部９２、及び処理部９３を備えている。検知用基板１１は伝達関数解析部１２を備えている。

ＬＤＶ９では、基本周波数で振幅変調したレーザー光を物体に照射し、その物体から戻ってきた反射光との位相差を測定することから時間を求め、その時間に光速をかけることで、測定物までの距離を求める。

処理部９３には、例えば、発光、受光の指示をするＣＰＵ９４や、レーザー光源９１を駆動させるドライバ９５や、受光部９２で受光した光を増幅する増幅部９６が設けられている。

検知用基板１１の伝達関数解析部１２は、ＬＤＶ９によって検知された出力波形Voutを解析して、液室１０６又はノズル１０４で、異常が発生しているか否かを判定する。

伝達関数解析部１２によって回復動作が必要であると判断された場合に、コントローラ４を介して、キャリッジ６又は維持回復手段８に維持回復動作を行うように指示する。例えば、フラッシングによる回復を行う場合は、記録ヘッド２Ｋのノズル１０４からインクを空吐出させる。また、吸引回復を行う場合は、キャリッジ６により、維持回復手段８に対向する位置に記録ヘッド２Ｋを移動させ、維持回復手段８のキャップを記録ヘッド２Ｋに嵌めた状態で、下方から吸引することでノズル１０４に負圧をかけてノズル１０４内及び液室１０６のインクを吸い出す。

図６は、本発明の伝達関数解析部１２における機能ブロック図を示す。

伝達関数解析部１２は、伝達関数演算部２０１と、伝達関数変化演算部２０２と、正常状態記憶部２０３と、比較判断部２０４とを実行可能に有している。

伝達関数演算部２０１と、伝達関数変化演算部２０２と、比較判断部２０４は、図７のＦＰＧＡ７１によって実現される。正常状態記憶部２０３はＲＯＭ７２によって実現される。

伝達関数演算部２０１は、圧電素子１１２に入力した検知用波形Vinと、検知された出力波形Voutからインク液室の伝達関数H(s)を求める。詳しくは、伝達関数H(s)は、出力波形Voutを、印加した検知用波形Vinで割ることで求められる（H(s)=Vout/Vin））。

伝達関数変化演算部２０２は、伝達関数H(s)を、ノズルの周波数特性に基づいて、振幅に対する伝達関数の変化である［H(s)_振幅］と、位相に対する伝達関数の変化である［H(s)_位相］とを演算する。ノズルの周波数特性とは、ノズルの固有振動周波数に相当し、製造段階で決定されるものである。

正常状態記憶部２０３は、正常状態での、振幅に対する伝達関数の変化であるH(s)_振幅、及び/又は、位相に対する伝達関数の変化であるH(s)_位相を、予め記憶しておく。

比較判断部２０４は、検出された振幅に対する伝達関数の変化H(s)_振幅、及び/又は位相に対する伝達関数の変化H(s)_位相と、正常状態記憶部２０３に記憶された、正常状態のH(s)_振幅、及び/又は正常値のH(s)_位相を比較して、液室又はノズルの状態が、異常がないかどうか判断する。そして比較判断部２０４は、異常の有無を示す信号を、コントローラ４に入力する。

伝達関数解析部１２で、異常ありと判断する信号を送信した場合は、コントローラ４が指示することで、維持回復手段８又は記録ヘッド２に、維持回復動作を実施させる。

図６では、コントローラ４とは異なる検知用基板１１に伝達関数解析部１２を設ける例を示しているが、コントローラ４の内部に伝達関数解析部１２の機能を設けてもよい。

次に、図７を用いて、コントローラ４、駆動制御基板３、及び検知用基板１１のハードウェア構成について説明する。図７は、画像形成装置１００のコントローラ４、駆動制御基板３、及び検知用基板１１のハードウェアブロック図である。

図７に示すように、コントローラ４では、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）６２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）６３と、ＮＶ（Non Volatile:不揮発性）ＲＡＭ６４と、インターフェース（I/F）６５と、ＩＯインターフェース６６とが、メモリバス６７を介して接続されている。なお、メモリバス６７は、複数のバスに分離されていても良い。

また、駆動制御基板３では、ＦＰＧＡ５１と、ＲＯＭ５２と、ＲＡＭ５３と、ＮＶＲＡＭ５４と、ＩＯインターフェース５５とが、バス５６を介して接続されている。

コントローラ４において、ＣＰＵ６１は、画像形成装置１００全体の制御を司る。ＲＯＭ６２には、各種情報や制御プログラム等が格納される。ＲＡＭ６３は、各種処理が実行されるときに作業領域として使用される。

例えば、ＣＰＵ６１は、ＲＡＭ６３を作業領域として利用して、ＲＯＭ６２に格納された各種の制御プログラムを実行し、画像形成装置１００における各種動作を制御するための制御指令を出力する。この際ＣＰＵ６１は、ＦＰＧＡ５１と通信しながら、ＦＰＧＡ５１と協働して画像形成装置１における各種の動作制御を行う。

ＮＶＲＡＭ６４には、装置固有の情報や、更新可能な情報等が格納される。

インターフェース６５は、ホストコンピュータ等の外部装置との情報のやり取りを仲介する。ＩＯインターフェース６６は、装置内の各部との情報のやり取りを仲介する。ＩＯインターフェース６６には、駆動制御基板３のＩＯインターフェース５５や、検知用基板１１のＩＯインターフェース７５や、操作パネル等の入出力装置、各種センサ等も接続される。各種センサとは、例えば、キャリッジ６のホームポジションセンサや、用紙１の位置を検出する紙位置検出センサ、温度や湿度等の機器内環境を検出するセンサ等である。なお、ＮＶＲＡＭ６４は、挿抜可能な形態としても良い。

また、駆動制御基板３のＦＰＧＡ５１は、画像形成に係る画像データ処理やタイミング制御等を行う。例えば、ＦＰＧＡ５１は、ＲＡＭ６３を作業領域として利用して、ＲＯＭ６２に格納された駆動波形を選択し、個別液室１０６内のインクのメニスカス搖動を指示するための制御指令を出力する。この際ＦＰＧＡ５１は、コントローラ４のＣＰＵ６１と通信しながら、ＣＰＵ６１と協働して画像形成装置１における各種の動作制御を行う。

駆動制御基板３のＲＯＭ５２には、共通駆動波形や、検知用波形である単一周期の波形Vinを予め記憶しておく。

また、検知用基板１１では、ＦＰＧＡ７１と、ＲＯＭ７２と、ＲＡＭ７３と、ＮＶＲＡＭ７４と、ＩＯインターフェース７５とが、バス７６を介して接続されている。

検知用基板１１のＦＰＧＡ７１は、図６に示す、伝達関数に関する演算や異常有無の判断を、ＲＡＭ７３を作業領域として利用して、ＲＯＭ７２又はＮＶＲＡＭ７４によって実行される正常状態記憶部２０３を参照して、実行する。

なお、図６、図７では、コントローラ４を画像形成装置１００に設ける例を説明したが、コントローラ４の機能の一部又は全部を、画像形成装置１００と接続される上位装置が有していてもよい。

＜検出波形＞
図８は、本発明の振動検知で用いる、印加する入力波形と検出された出力波形を示す。図８において（ａ）は、圧電素子１１２へ入力される検知用波形を示し、（ｂ）はドップラー装置９によって検出された出力波形である。図８において、横軸は時刻［μｓ］、縦軸は、電位［Ｖ］を示す。

図８（ａ）に示すように、本発明では、検知用波形として、単一周期信号Vinを圧電素子１１２に印加する。また、この単一周期信号Vinは、伝達関数解析部１２にも印加する。単一周期信号とは例えば正弦波信号であり、図８（ａ）は正弦波信号での例を示すが、単一周期の波形であれば、三角波や矩形波であってもよい。

この単一周期波形Vinが印加されることによって圧電素子１１２が周期的に変異し（収縮し又は膨張し）、それによってインク液室１０６内のインクには周期的な圧力が発生する。

図８（ｂ）は、レーザードップラー振動計９で測定された出力波形を示す。図８では、位相差検出方式を用いたレーザードップラー装置での波形を示しているため、図８（ｂ）に示す、検出された出力波形Voutは、図８（ａ）の入力した単一周期の電圧Vinに対して、位相差が発生して、周期的な波形をしている。

図８（ｂ）では、出力波形Voutは周期的な波形を示しているため、ノイズ等は発生していない正常状態の検出結果に相当する。

＜比較例＞
ここで、図９及び図１０を用いて、振動の検出方法が異なる、比較例に係るメニスカス振動の測定方法について説明する。図９は、比較例の液面振動検知での液室内の振動伝播を示す概略図である。

比較例では、ピエゾ駆動電圧Vinに対するインク液室内の応答を、同一若しくは別設置のピエゾ素子を用いて測定する。そのため、測定の際は、圧電素子１１２で発生した振動を、インクのメニスカスまで伝播させ（Ｐ１）、さらに、インクのメニスカスから圧電素子１１２に伝播してきた振動（Ｐ２）を測定していることになる。

図１０は、比較例の液面振動検知で用いる波形を示すものであって、（ａ）は圧電素子へ入力する検知用波形を示す図であり、（ｂ）は圧電素子によって検知された残留振動の出力波形を示す図である。

比較例では、図１０（ａ）に示すように周期的ではない単発のパルスを圧電素子１１２へ入力させ、その後、その単発のパルスによる一回の圧電素子の伸縮に起因して発生するインクの残留振動波形を測定している。また、図９に示すように、伝播して圧電素子に起電力として変換された量を測定するため、メニスカスの状態を、戻ってきた伝播によって検出しているため、比較例による出力波形は、図１０（ｂ）に示すようにノイズが多く、ノイズＳＮ比が小さい。

また、ＳＮ比を大きくするため駆動電圧を大きくすると吐出してしまい、印刷動作中では実施困難であった。

これに対して、本発明では、レーザードップラー振動計９を用いて、インクのメニスカスを直接測定しているため、圧電素子１１２で発生した振動に連動しているインクのメニスカスの振動を、液室内部のインクに伝播を戻すことなく、直接測定することができる。

＜本発明の伝達関数による異常検出＞
図１１は、本発明のドップラー振動計９で検出した、気泡を含む場合の伝達関数の出力例である。

詳しくは、図１１では、図８で測定された、入力の単一周期波形Vinと、出力の検出波形Voutに対して、周波数を振った数値を示している。

図１１において、振幅に対する伝達関数の変化が「H(s)_振幅」であり、位相に対する伝達関数の変化が「H(s)_位相」である。

図４に示したように、インク液室若しくはノズル内部に気泡Ｂが発生すると、検出された出力波形Voutの振幅・位相が変化する。その結果、図１１に示すように、他の部分の変化量に対して突出して、伝達関数H(s)が変化している部分が「気泡発生に依る変化」に相当している。

この演算結果と、予め気泡の発生の無い正常状態での伝達関数H(s)を測定しておき、この正常なH(s)と比較検証することに依って、気泡が発生しているか否かを判定する。図１１を、図１０（ｂ）と比較すると、ノイズの発生位置が明確であることがわかる。

したがって、インク液室やノズル内に発生する気泡はそのサイズ・位置が変化し気泡を精度良く検知できる周波数が変化する。そのため、図１１のように値が推移する場合、気泡が発生していると判定する。

このように、本発明では伝達関数H(s)を周波数特性として導出しているため、気泡のサイズ・位置に依らずに精度良く気泡の発生を検知することができる。

また、気泡が含まれている、と判定された場合は、フラッシングと呼ばれる回復動作や維持回復手段を用いた吸引動作等のメンテナンスを行うことによって気泡を排除し、気泡による異常画像の発生を回避することが出来る。

＜検査・回復フロー＞
次に、図１２を用いて、本発明の検査及び回復のフローについて説明する。図１２は、本発明の画像形成装置における記録ヘッドの検査及び回復の制御フローである。

Ｓ１（ステップ１）において、駆動波形生成部３２は、検知用波形としての単一周期波形Vinを、圧電素子１１２に印加する。この印加により、圧電素子１１２が伸縮し、これが伝播して、インクのメニスカスが振動する。

Ｓ２で、レーザードップラー振動計９で、インクのメニスカス振動を検知する。

Ｓ３で、伝達関数解析部１２で、検知されたメニスカス振動の出力波形Voutと、入力した、単一周期波形Vinとを基に、伝達関数H(s)を演算する。

Ｓ４で、伝達関数H(s)に対して周波数特性を用いて、振幅に対する伝達関数の変化であるH(s)_振幅と、位相に対する伝達関数の変化であるH(s)_位相を算出する。

Ｓ５で、H(s)_振幅、H(s)_位相が、正常状態と比較したときの変化のズレ量が閾値より小さい場合（ＮＯ）、正常吐出状態であると判定する（Ｓ６）。

Ｓ５で、H(s)_振幅、H(s)_位相が、正常状態と比較したときの変化のズレ量が閾値以上の場合（Ｙｅｓ）、気泡混入状態であると判定する（Ｓ７）。

そして、Ｓ８で適宜、回復動作を実施して、フローを終了する。

上述のように、本発明では、インク液室若しくはノズル内部に発生した気泡等の異常発生を精度良く検知することができる。そして高精度に検知した検知結果に用いて、適切に維持回復動作を実行することができる。

以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

上記例では、本発明の液滴を吐出する装置をシリアル型の画像形成装置する例について説明したが、本発明の構成を、ライン型の画像形成装置に適用してもよい。

例えば、上記実施の形態では、本発明に係る記録ヘッドを備えた画像形成装置について説明したが、本発明に係る記録ヘッド及びその制御は、画像形成装置を含めた液体を吐出する装置に広く適用することができる。

本願において、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッド又は液体吐出ユニットを備え、液体吐出ヘッドを駆動させて、液体を吐出させる装置である。液体を吐出する装置には、液体が付着可能なものに対して液体を吐出することが可能な装置だけでなく、液体を気中や液中に向けて吐出する装置も含まれる。

この「液体を吐出する装置」は、液体が付着可能なものの給送、搬送、排紙に係わる手段、その他、前処理装置、後処理装置なども含むことができる。

例えば、「液体を吐出する装置」として、インクを吐出させて用紙に画像を形成する装置である画像形成装置、立体造形物（三次元造形物）を造形するために、粉体を層状に形成した粉体層に造形液を吐出させる立体造形装置（三次元造形装置）がある。

また、「液体を吐出する装置」は、吐出された液体によって文字、図形等の有意な画像が可視化されるものに限定されるものではない。例えば、それ自体意味を持たないパターン等を形成するもの、三次元像を造形するものも含まれる。

上記「液体が付着可能なもの」とは、液体が少なくとも一時的に付着可能なものであって、付着して固着するもの、付着して浸透するものなどを意味する。具体例としては、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布などの被記録媒体、電子基板、圧電素子などの電子部品、粉体層（粉末層）、臓器モデル、検査用セルなどの媒体であり、特に限定しない限り、液体が付着するすべてのものが含まれる。

上記「液体が付着可能なもの」の材質は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど液体が一時的でも付着可能であればよい。

又、「液体吐出ヘッド」は、使用する圧力発生手段が限定されるものではない。例えば、圧電アクチュエータ（積層型圧電素子を使用するものでもよい。）、発熱抵抗体等の電気熱変換素子を用いるサーマルアクチュエータ、振動板と対向電極からなる静電アクチュエータ等を使用することができる。

又、本願の用語における、画像形成、記録、印字、印写、印刷、造形等は何れも同義語とする。

１ 用紙（記録媒体）
２ 記録ヘッド（液滴吐出ヘッド）
９ ドップラー振動計（液面振動検知部）
１１ 検知用基板
１２ 伝達関数解析部（判断部）
１０４ ノズル
１０６ 液室（圧力室）
１１２ 圧電素子（圧力発生素子）
Ｂ 気泡

特開２００６‐０５１７００号公報

Claims (8)

1. ノズルと、
   前記ノズルに連通し液体を収容する圧力室と、
   前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧力発生素子と、
   前記圧力発生素子に単一周期の電圧を検知用波形として入力する駆動波形生成部と、
   前記ノズル内の液体の液面に光を照射し、前記検知用波形に起因する前記ノズル内の液面の振動を検知する液面振動検知部と、
   検知された前記液面の振動の波形と、前記単一周期の電圧と、に基づいて、前記圧力室若しくは前記ノズル内の異常を判断する判断部と、を備える
   液体を吐出する装置。
2. 前記液面振動検知部は、レーザードップラー振動計である
   請求項１に記載の液体を吐出する装置。
3. 前記判断部は、前記圧力発生素子へ入力した前記単一周期の電圧と、前記液面振動検知部によって検知された前記液面の振動の出力波形とを用いて、前記圧力室の伝達関数を導出し、
   導出された前記伝達関数とその正常値との差異に依って、前記圧力室若しくは前記ノズル内の気泡混入等の異常発生を検出する
   請求項１又は２に記載の液体を吐出する装置。
4. 前記伝達関数は周波数特性を含む
   請求項３に記載の液体を吐出する装置。
5. 前記判断部は、振幅に対する伝達関数の変化を、正常状態と比較して、異常発生か否かを判断する
   請求項４に記載の液体を吐出する装置。
6. 前記判断部は、位相に対する伝達関数の変化を、正常状態と比較して、異常発生か否かを判断する
   請求項４に記載の液体を吐出する装置。
7. 前記判断部が異常と判断した際に、前記ノズルの液面に対して異常状態回復動作を実施させる制御部、を備える
   請求項１乃至６のいずれか一項に記載の液体を吐出する装置。
8. ノズルと、前記ノズルに連通し液体を収容する圧力室と、前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧力発生素子と、液面振動検知部と、を備える液体を吐出装置の異常検出方法であって、
   単一周期の電圧を入力して、前記圧力発生素子を伸縮させるステップと、
   液面振動検知部によって、前記ノズル内の液体の液面に光を照射し、検知用波形に起因する前記ノズル内の液面の振動を検知する振動検知ステップと、
   検知された前記液面の振動の波形と、入力された前記単一周期の電圧と、に基づいて、前記圧力室若しくは前記ノズル内の異常を判断するステップと、を有する
   液体を吐出する装置の異常検出方法。

Images