JP2020059255A - 液体吐出装置、液体吐出方法、及び液体吐出ヘッドの吐出検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液体吐出速度の低下を抑制しつつ、液体吐出ヘッドにおける液体の吐出状態の検出を適正に行うことが可能な液体吐出装置の提供を目的とする。【解決手段】液体吐出装置１は、吐出口から液体を吐出させるための第１の駆動エネルギーを液体吐出ヘッド３ 発熱素子６０５に印加する第１の駆動制御と、前記第１の駆動エネルギーより大きな第２の駆動エネルギーを発熱素子に印加する第２の駆動制御とを行う駆動制御手段６１３、Ｋ１を備える。また、液体吐出装置は、温度検知素子により検知された温度を示す信号に基づいて当該温度検知素子に対応する吐出口の液体の吐出状態が正常であるか否かを判定する判定手段Ｋ２、６３０と、を備える。駆動制御手段は、判定手段による判定を行う場合に前記第２の駆動制御を行う。【選択図】図５

Description

本発明は、液体吐出ヘッドの吐出口から液体を吐出させて記録媒体への記録を行う液体吐出装置、液体吐出方法、及び液体吐出ヘッドの吐出検知方法に関する。

液体吐出装置では、液体吐出ヘッドに設けられている吐出口の中で、吐出不良の発生した吐出口を特定するための検査を行い、その検査結果を画像の補完や吐出性能の回復動作に反映させることが行われている。吐出不良が発生した吐出口を特定するための検査方法としては、吐出口毎の温度情報を検知し、各吐出口の温度変化の様子に基づいて吐出不良が生じているか否かを判定する方法がある。また、吐出口毎の温度情報により吐出不良の発生を判定する方法としては、温度検知素子により検知される温度曲線において急激な降温変化が生じる際に現れる変曲点の有無を検出することにより、吐出状態の正否を判定する方法が知られている。

特許文献１には、温度曲線に現れる変曲点をより高精度に判定するため、発熱素子に印加する駆動電圧を制御する方法が開示されている。この制御方法では、吐出口からインクを吐出させるための第１の駆動電圧を発熱素子に印加した後、吐出口からのインクの吐出に至らない程度の第２の駆動電圧を、温度曲線の変曲点が検出される前に発熱素子に印加することが行われている。これによれば、温度曲線に含まれる雑音に対する耐性を向上させて変曲点を検出することが可能となる。

特開２０１２−２５０５１１号公報

しかしながら、特許文献１に開示の技術では、第１の駆動電圧を印加してから、第２の駆動電圧を印加するまでに遅延時間が生じるため、高速記録が要求される液体吐出装置には適用し難いという課題がある。

本発明は、液体吐出速度の低下を抑制しつつ、液体吐出ヘッドにおける液体の吐出状態の検出を適正に行うことが可能な液体吐出装置、液体吐出方法、及び液体吐出ヘッドの吐出状態検査方法の提供を目的とする。

本発明は、吐出口から液体を吐出させるための熱エネルギーを発生可能な発熱素子と前記発熱素子の温度を検出する温度検知素子とを有する記録ヘッドを備えた液体吐出装置であって、前記吐出口から液体を吐出させるために第１の駆動エネルギーを前記発熱素子に印加する第１の駆動制御と、前記第１の駆動エネルギーより大きな第２の駆動エネルギーを前記発熱素子に印加する第２の駆動制御とを行う駆動制御手段と、前記温度検知素子により検知された温度を示す信号に基づいて当該温度検知素子に対応する前記吐出口の液体の吐出状態が正常であるか否かの判定を行う判定手段と、を備え、前記駆動制御手段は、前記判定手段による前記判定を行う場合に前記第２の駆動制御を行うことを特徴とする。

また、本発明は、吐出口から液体を吐出させるための熱エネルギーを発生可能な発熱素子と前記発熱素子の温度を検出する温度検知素子とを有する液体吐出ヘッドの吐出検知方法であって、前記吐出口から液体を吐出させるための第１の駆動エネルギーを前記発熱素子に印加する第１の駆動制御と、前記第１の駆動エネルギーより大きな第２の駆動エネルギーを前記発熱素子に印加する第２の駆動制御とを行う駆動制御工程と、前記温度検知素子により検知された温度を示す信号に基づいて当該温度検知素子に対応する前記吐出口の液体の吐出状態が正常であるか否かの判定を行う判定工程と、を備え、前記駆動制御工程は、前記判定工程において前記判定を行う場合に前記第２の駆動制御を行うことを特徴とする。

本発明によれば、液体吐出速度の低下を抑制しつつ、液体吐出ヘッドにおける液体の吐出状態の検出を適正に行うことが可能になる。

本実施形態における記録装置の斜視図である。 記録素子基板の概略構成を示す図である。 ヒータと温度検知素子を拡大して示す断面図である。 温度検知素子の温度プロファイルの一例を示す図である。 記録装置における制御系の機能的な構成の一例を示す図である。 第１駆動電圧を印加したときの温度波形を示す図である。 第２駆動電圧を印加したときの温度波形を示す図である。 図７に示す温度波形を微分増幅して得られる検知出力値の波形を示す図である。 図６に示す温度波形を微分増幅して得られる検知出力値の波形を示す図である。 ヒータに印加される第２駆動電圧と検知出力との関係を示す図である。

以下、図面を参照して本発明に係る液体吐出装置の実施形態について詳細に説明する。以下の説明においては、液体を吐出する液体吐出装置の一例としてインクジェット記録装置（以下、単に記録装置ともいう）を例に挙げて説明する。記録装置は、例えば、記録機能のみを有するシングルファンクションプリンタであっても良いし、記録機能、ＦＡＸ機能、スキャナ機能等の複数の機能を有するマルチファンクションプリンタであっても良い。また、例えば、カラーフィルタ、電子デバイス、光学デバイス、微小構造物等を所定の記録方式で製造するための製造装置、例えば、回路基板を製造する装置、あるいは３次元プリンタであっても良い。また液体吐出装置には、インク等の液体を吐出する液体吐出ヘッドが設けられる。

なお、以下の説明において、「記録」とは、記録媒体に対して液体を付与する動作を意味し、記録媒体に付与された液体によって表される情報の有意無意を問わない。すなわち、「記録」は文字、図形等のような有意の情報を形成する動作のみに限定されない。更に「記録」は人間が視覚で知覚し得るように顕在化したものであるか否かも問わず、記録媒体上に画像、模様、パターン、構造物等を形成する、又は媒体の加工を行なう動作も含む。

また、「記録媒体」とは、一般的な記録装置で用いられる紙のみならず、布、プラスチック・フィルム、金属板、ガラス、セラミックス、樹脂、木材、皮革等、インクを受容可能なものも表す。

更に、「液体」とは、上記「記録」の定義と同様広く解釈されるべきものである。従って、「液体」は、記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成又は記録媒体の加工、或いは記録媒体に吐出される液体の処理（例えば、記録媒体に付与される液体に含まれる色剤の凝固または不溶化）に供され得る液体を意味する。以下では、液体として色材を含んだ液体（インク）を用いる場合を例に採り説明する。
（第１の実施形態）

図１は、本実施形態における記録装置１の斜視図である。記録装置１は、矢印Ａ方向（走査方向）に往復移動するキャリッジ２を備える。キャリッジ２には、インクジェット方式に従ってインクを吐出して記録を行なうインクジェット記録ヘッド（以下、記録ヘッドと呼ぶ）３が着脱可能に搭載される。また、記録装置１は、記録紙などの記録媒体Ｐを、給紙機構５を介して給紙し、記録位置まで搬送する。記録位置において、キャリッジ２と共に記録ヘッド３を走査させつつ記録ヘッド３からインクを吐出させることによって記録媒体Ｐに画像などの記録を行う。

記録装置１のキャリッジ２には、記録ヘッド３の他、例えば、インクカートリッジ６が搭載される。インクカートリッジ６は、記録ヘッド３に供給するインクを貯留する。なお、インクカートリッジ６は、キャリッジ２に対して着脱可能になっている。

図１に示す記録装置１は、カラー記録が可能である。そのため、キャリッジ２には、例えば、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロ（Ｙ）、ブラック（Ｋ）のインクをそれぞれ収容する４つのインクカートリッジが搭載されている。これら４つのインクカートリッジは、それぞれ独立して着脱でき、装着されたインクカートリッジから、対応する記録ヘッドへとインクが供給される。

記録ヘッド３には、記録素子基板（以下、基板と略す場合もある）が設けられており、当該基板上には、複数の吐出口が配列された吐出口形成部材が配置される。記録ヘッド３は、例えば、熱エネルギーを利用してインクを吐出するインクジェット方式を用いた構成を有する。そのため、記録ヘッド３には、熱を発生可能な発熱素子（以下、ヒータと称す））６０５や、ヒータの駆動制御を行なう制御回路が設けられている。ヒータは、電気エネルギーを熱エネルギーに変換可能な電気熱変換素子により構成されている。ヒータは、各吐出口に対応して設けられ、記録信号に応じてパルス状の電圧が印加される。

キャリッジ２の往復運動の範囲外（記録領域外）には、記録ヘッド３の各吐出口におけるインクの吐出不良を回復する回復装置４が配備されている。回復装置４が設けられる位置は、いわゆるホームポジションなどと呼ばれ、記録動作が行なわれていない間、記録ヘッド３はこの位置で静止する。

ここで、図２（ａ）及び図２（ｂ）を用いて、上述した記録素子基板の概略構成について説明する。図２（ａ）は記録素子基板の断面構成の一例を示し、図２（ｂ）は記録素子基板の平面構成の一例を示す。なお、ここでは吐出口形成部材の図示は省略している。

図２（ａ）に示すように、記録素子基板は、シリコン基板９０１の上に複数の層が形成された積層構造を有する。具体的には、シリコン基板９０１上には、ＳｉＯ２等のフィールド酸化膜９０２を介して絶縁膜ＰＳＧ９０３が形成されている。絶縁膜ＰＳＧ９０３上には、Ａｌ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｔａ等の薄膜抵抗体で形成される温度検知素子９０５と、温度検知素子９０５を接続配線するＡＬ１配線９０４とが設けられている。

さらに、温度検知素子９０５及びＡＬ１配線９０４上層には、ＳｉＯ等の層間絶縁膜９０６が設けられている。層間絶縁膜９０６上には、ＴａＳｉＮ等の電気熱変換するヒータ９０７や、ヒータ９０７とシリコン基板９０１に形成された駆動回路とを接続するＡＬ２配線９０８が設けられている。この他、ＳｉＯ２等のパシベーション膜９０９や、ヒータ９０７上の耐キャビテーション性を高めるＴａ等の耐キャビテーション膜９１０も設けられている。

図２（ｂ）に示すように、記録素子基板の平面上には、ヒータの領域９１１、駆動回路と接続するＡＬ２配線９１２を示す領域、温度検知素子の個別配線のＡＬ１配線９１４を示す領域、共通配線のＡＬ１配線９１５を示す領域がある。また、領域９１３は温度検知素子９０５が設けられている領域を示している。

このような記録素子基板の構成は、半導体プロセスで形成される。本実施形態に係る記録素子基板は、温度検知素子９０５をＡＬ１層に置いて、成膜、パターニングすることで作製できるため、従来の記録素子基板の構造を変更せずに作製できる。

なお、図２（ｂ）では、温度検知素子９０５が矩形形状で示されているが、これに限られず、温度検知素子９０５は、例えば、ジグザグに蛇行した形状でも形成されていても良い。このような形状の場合、温度検知素子９０５の抵抗値が大きくなるほど、検知信号が大きくなるので、温度変化を精度良く検知できるという利点が得られる。

図３は、インクを吐出するための熱エネルギーを発生させるヒータ９０７と温度検知素子９０５を拡大して示す断面図である。ヒータ９０７にインクを吐出させるための駆動電圧を印加すると、ヒータ９０７上のインクが発泡し、その発泡時の圧力によって吐出口形成部材９３０に形成された吐出口からインクが吐出される。その後、吐出されなかった液体がヒータ上に墜落してくる。この墜落インクの量や時間タイミングの変化を温度検知素子９０５の温度を検出することで、正常吐出と吐出異常とを判別することが可能になる。

ここで、図４を用いて、ヒータ９０７にインクを吐出させるための駆動電圧を印加したときの温度検知素子９０５の温度ロファイルについて説明する。図４の符号１１〜１５は、種々の吐出状態に対応した温度プロファイルを示している。具体的には、符号１１は、正常吐出時の温度プロファイルを示しており、符号１２は、吐出口内に気泡が残留したことにより引き起こされた吐出異常時の温度プロファイルを示している。また、符号１３は、流路に不純物が堆積しインク再充填が正常に行なわれなかったために起こった吐出異常時の温度プロファイルを示している。符号１４は、ノズル表面に付着したインクによって起こった吐出異常時の温度プロファイルを示している。符号１５は、吐出口に異物が詰まったことによる吐出異常時の温度プロファイルを示している。

ここで、符号１１に示す正常吐出時の温度プロファイルでは、検知温度が最高温度に到達した時間から一定時間後に温度が降下する速度が急激に変化するポイント（変曲点）が出現している。本実施形態では、インクを吐出させるための駆動電圧（第１の駆動電圧（第１の駆動エネルギー））の印加後、約７ｕｓに変曲点が現れる。なお、この変曲点が現れる時間については、吐出口、インクの流路といったヘッドの構造や、ヒータの発熱等の条件によって異なってくる。従って、変曲点が生じているか否かを判定するタイミングについては、記録ヘッドに応じて適宜設定されることが好ましい。

一方、符号１２〜符号１５に示す吐出異常時の温度プロファイルは、正常吐出時の温度プロファイルに対してその特徴が異なっている。特に、吐出異常時の全ての温度プロファイルにおいて共通した現象としては、変曲点が現れない点が挙げられる。そこで、所定の時間範囲内、例えば、変曲点前から変曲点後の所定期間に得られる温度を示す信号の波形（以下、温度波形と呼ぶ）を演算処理することにより、正常吐出が行なわれたか否かを判定することができる。

次に、図５を用いて、図１に示す記録装置１における制御系の機能的な構成の一例について説明する。なお、ここでは、正常吐出であるか否かの判定に係る構成について重点的に説明する。

記録装置１の制御系の構成は、記録ヘッド３側に配される記録素子基板６０１に設けられる回路と、記録装置１の本体部側に配される制御回路６１３、データ処理部６３０、及び電源部６５０とに大別される。

制御回路６１３は、記録装置１における各構成の動作を制御する。制御回路６１３では、例えば、発熱素子としてのヒータ（Ｈ１〜Ｈ４）６０５の駆動回路の制御や、当該駆動回路を介した温度検知動作を制御する。

データ処理部６３０は、ＡＤ変換器６１４と、ダブルバッファ６１５と、演算器（演算手段）６１６と、判定器（判定手段）６１７と、レジスタ６１８とを備える。データ処理部６３０においては、温度検知信号ＶＳに基づいて、上記各構成により各種データ処理を行なう。

具体的には、ＡＤ変換器６１４は、温度検知信号ＶＳをアナログデータからデジタルデータに変換する。ダブルバッファ６１５は、２つのレジスタから構成され、時分割駆動時間毎に当該２つのレジスタを交互に切り替えて、ＡＤ変換器６１４からのデジタルデータを一時的に格納する。演算器６１６は、デジタルフィルタ処理と微分演算処理を行なう。判定器６１７は、演算器６１６の演算結果に基づいて各吐出口の吐出が正常吐出であるか吐出異常であるかを判定する。レジスタ６１８は、各吐出口に対する判定結果を格納する。

一方、記録素子基板６０１に設けられる回路は、ヒータ６０５を駆動させるための駆動回路Ｋ１と、ヒータの温度を検知するための温度検知回路Ｋ２とに分けられる。

駆動回路Ｋ１には、回路ブロック６０６と、ＡＮＤゲート６０２と、駆動制御回路６４１と、駆動スイッチ６０４と、発熱素子としてのヒータ６０５とが設けられている。ヒータ６０５と駆動スイッチ６０４とは直列に接続され、それらは装置本体側に設けられた電源部６５０におけるヒータ駆動用の第１電源６５１と第２電源６５２とに並列に接続されている。第１電源６５１と第２電源６５２には、それぞれスイッチ６５３、６５４が直列に接続されている。これらのスイッチ６５３、６５４は、制御回路６１３からの電源切換え信号に基づいてオン、オフが切換えられる。但し、スイッチ６５４には反転回路６５５が接続されているため、いずれか一方のスイッチ６５３又は６５４がオンとなるとき、他方のスイッチ６５３又は６５４がオフとなる。これにより、ヒータ６０５に接続された駆動スイッチ６０４がオンとなっているとき、そのヒータ６０５には、第１電源６２１からの第１駆動電圧又は、第２電源６５２からの第２駆動電圧が選択的に印加されることとなる。

第１電源６５１は、記録媒体に対して所定の画像を記録する際に、ヒータ６０５に第１駆動電圧を印加するための電源である。また、第２電源６５２は、記録ヘッド３の各吐出口が正常吐出の状態にあるか、吐出異常の状態にあるかを検査する際に、ヒータ６０５に対して電圧（第１駆動電圧Ｖａ）を印加するための電源である。第２電源６５２は、第１電源６５１より大きな電圧（第２駆動電圧Ｖｂ）をヒータ６０５に印加するための電源である。本実施形態では、第１電源６５１はヒータ６０５に対して２４．７Ｖの電圧Ｖａを印加し、第２電源６５２はヒータ６０５に対して２８．２Ｖの電圧Ｖｂを印加するものとなっている。

回路ブロック６０６は、２ラインデコーダや３ビットシフトレジスタの他、ラッチを含み構成される。回路ブロック６０６には、制御回路６１３から出力される各種信号（ＣＬＫ１（シリアルクロック））、ＤＡＴＡ１（記録データ及び時分割駆動データを含むシリアルデータ）、ＬＴ（ラッチ信号））が入力される。これにより、回路ブロック６０６は、時分割駆動信号ＢＬ（ブロック選択信号）ＢＬ０、ＢＬ１や、記録信号Ｄ（Ｄ０、Ｄ１）を生成し、それらをＡＮＤゲート６０２へと出力する。

ＡＮＤゲート６０２は、時分割駆動信号ＢＬ（ＢＬ０、ＢＬ１）と記録信号Ｄ（Ｄ０、Ｄ２）との論理積をとり、印加イネーブル信号Ａ（Ａ１〜Ａ４）を発生する。駆動制御回路６４１は、各ヒータ６０５（Ｈ１〜Ｈ４）に対応して設けられており、制御回路６１３から出力されるヒート信号ＨＥと前述の印加イネーブル信号Ａとの論理積をとり、対応するヒータに対して駆動信号Ｂ（Ｂ１〜Ｂ４）を出力する。駆動スイッチ６０４は、ヒータ６０５をオン／オフするＭＯＳトランジスタである。

上記構成を有する駆動回路Ｋ１は、複数設けられるヒータ６０５（Ｈ１〜Ｈ４）を時分割駆動させることができる。図５では、ヒータＨ１，Ｈ３と、ヒータＨ２，Ｈ４とがそれぞれ異なるタイミングで駆動される。すなわち、ヒータＨ１とＨ３が同時に駆動され、これとは異なるタイミングでヒータＨ２とＨ４が同時に駆動される。このような時分割駆動を行うことにより、ヒータ６０５に接続される共通配線部などに同時に流れる電流を低減することができる。なお、図５ではヒータ６０５として４つのヒータ（Ｈ１〜Ｈ４）を示しているが、実際の記録ヘッドにおいては、周知のように多数の吐出口が設けられており、各吐出口に対応してヒータが設けられている。そして、所定数のヒータからなるヒータ群が時分割に駆動されることとなる。

次に、温度検知回路Ｋ２について説明する。温度検知回路Ｋ２としては、シフトレジスタ６０７、温度検知素子６０８、選択スイッチ６０９、読出スイッチ６１０及び６１１と、差動アンプ６１２と、が設けられている。温度検知素子６０８は、選択スイッチ６０９及び読出スイッチ６１０を介して温度検知素子バイアス用の定電流源６２０に接続されている。また、温度検知素子６０８は、各ヒータ６０５に対応して複数設けられている。各温度検知素子６０８は、対応するヒータ６０５の近傍に配されている。

選択スイッチ６０９は、温度検知素子６０８を選択するためのスイッチであり、ＭＯＳトランジスタによって構成されている。読出スイッチ６１０及び６１１は、温度検知素子６０８の端子電圧を読み出すためのスイッチであり、ＭＯＳトランジスタによって構成されている。シフトレジスタ６０７は、制御回路６１３から出力されるシフトクロックＣＬＫ２及びシフトデータＤＡＴＡ２を受けて、選択信号Ｃ（Ｃ１〜Ｃ４）を順次出力する。これにより、駆動されるヒータに対応した温度検知素子６０８の読出スイッチ６１０、６１１がオンとなり、温度検知素子６０８の端子電圧が差動アンプ６１２に入力される。差動アンプ６１２は、入力された端子電圧に基づいて温度検知信号ＶＳを発生する。この温度検知信号ＶＳはデータ処理部６３０に入力される。データ処理部６３０は、各部において前述の処理を行い、各吐出口の吐出が正常吐出であるか吐出異常であるかを判定する。
なお、制御回路６１３と駆動回路Ｋ１とにより本発明における駆動制御手段が構成され、温度検知回路Ｋ２とデータ処理部６３０とにより、本発明における判定手段が構成されている。

次に、上記構成を有する記録装置の液体吐出動作、及び吐出口の吐出性能の検査方法を詳細に説明する。図６（ａ）は、ヒータ６０５に対して第１駆動電圧（第１の駆動エネルギー）Ｖａを印加したときに温度検知素子６０８よって検知された温度に対応する出力値（温度出力値）の変化（温度波形）を示す図である。なお、温度検知素子６０８から出力される温度出力値ｔ[V]は、[−ｔ／０．３５×１０００＋４０]℃で定義される。この第１の駆動電圧Ｖａは、記録媒体に対して画像を記録する際にヒータに印加すべきパルス電圧であり、その電圧値は２４．７Ｖ、パルス幅は０．５５μｓとしている。

吐出口のインク吐出状態が正常吐出状態にある場合、温度検知素子６０８から出力される温度出力値の波形（温度波形）Ｗ１のようになる。すなわち、第１の駆動電圧Ｖａの印加に伴って昇温していき、最高到達温度を経て降温に転じていく。この正常吐出時においては、時刻ｔｐで変曲点が現れる。これに対し、吐出異常時には変曲点が現れない。なお、時刻ｔｐは、第１駆動電圧Ｖｂの印加から約４．５μｓ経過した時刻である。

また、本実施形態では、微小変化の変曲点を検知し易くするために、温度波形の変化を強調するための微分演算を演算器６１６で行なって変曲点を検知し、その結果に基づいて正常吐出であるか否かの判定を判定器６１７で行なっている。しかし、雑音による影響や微分演算回路の製造公差（ばらつき）による影響を考慮した場合、誤判定を避けるためには、吐出時の変曲点の波形変化をより十分に大きくすることが必要になる。

図６（ｂ）は、図６（ａ）の温度波形の中の変曲点付近の時間変化を拡大して示した図である。図示のように、ｔｐにおける正常吐出時の変曲点を通過する接線Ｄａの傾きは小さい。このため、接線の傾きに基づいて吐出口が正常吐出であるか否かを検知することは困難になる。そこで、本実施形態では、この正常吐出時における変曲点の変化を大きくすることによって、吐出口の吐出状態、すなわち、吐出口が正常吐出状態にあるか否かを、より確実に検知できるようにしている。

ここで、本実施形態において実施される吐出検知方法（以下、吐出検知という）について説明する。なお、以下に説明する吐出状態の検知処理は、検査モード記録または予備吐出時に行われる。

吐出口の吐出状態の検知処理を実行する場合、制御回路６１３は所定の制御信号ＰＳを出力してスイッチ６５４をオンさせ、スイッチ６５３をオフさせる。これにより、第２電源６５２から出力される第２の駆動電圧（第２の駆動エネルギー）Ｖｂをヒータ６０５に印加可能な状態になる。第２の駆動電圧Ｖｂは、第１の駆動電圧Ｖａより高く、第１の駆動電圧Ｖａを印加した場合よりも大きい熱エネルギーをヒータ６０５から発生させることができる。なお、本実施形態では、吐出状態の検知処理を行う場合に、より大きな熱エネルギーをヒータにおいて発生させるため、ヒータに印加可能な電圧を高めるようにしている。しかし、ヒータに印加可能な電圧を一定とし、ヒータの通電駆動時間に相等する電圧印加時間（駆動パルス幅）を長くする制御を行うようにしても同様の効果が得られる。図７（ａ）は、ヒータ６０５に対して第２駆動電圧Ｖｂを印加したときの温度検知素子６０８の温度出力値の変化（温度波形）を示す図である。図６と同様に、温度出力値ｔ[V]は、[−ｔ／０．３５×１０００＋４０]℃で定義される。ここでは、前述のようにインク吐出に用いられる第２の駆動電圧Ｖｂの電圧値は２８．２Ｖであり、パルス幅は０．５５μｓとしている。

吐出口のインク吐出状態が正常吐出状態にある場合、温度検知素子６０８から出力される温度出力値の波形（温度波形）Ｗ１１のようになる。すなわち、第２の駆動電圧Ｖｂの印加に伴って昇温していき、最高到達温度を経て降温に転じていく。このとき正常吐出時においては、時刻ｔｐで変曲点が現れる。変曲点が現れる時刻ｔｐは、本実施形態で用いるノズルにおいては第２電圧Ｖａの印加から約４．５μｓ経過した時刻である。これに対し、吐出口が不吐出状態にある場合の温度出力値の温度波形はＷ１２のようになる。この温度波形では、変曲点は出現しない。

図７（ｂ）は、図７（ａ）の温度波形の変曲点が表れる時刻ｔｐ付近の時間変化を拡大した図である。この図７（ｂ）と図６（ｂ）とを比較した場合、時刻ｔｐ２における正常吐出時の変曲点における接線Ｄｂの傾きが前述の第１の駆動電圧Ｖａを印加した場合の傾きＤａと比較して大きくなっていることが分かる。これにより、吐出口が正常吐出状態にある場合の傾きと、不吐出状態にあるときの傾きとを比較することによって、吐出口がいずれの状態にあるかを確実に検知することが可能になる。

第２の駆動電圧を印加した場合にも、傾きを検出するために、温度波形の変化を強調するための微分演算を演算器６１６において行う。図８は、図７に示した温度波形の変曲点前後の所定期間ｔｓ（時刻４ｕｓ〜８ｕｓ）において、当該温度波形を微分増幅して得られる検知出力値の波形を示している。図８の波形に示すように、正常吐出時における検知出力値のピーク電圧は約４５０ｍＶとなるのに対し、異常吐出時（不吐時）における検知出力値のピーク電圧は約３５０ｍＶ程度に収まっている。これらの出力値を判定器６１７における比較器で比較することにより、吐出口が正常吐出状態にあるか不吐出状態にあるかを検知することが可能になる。

一般に、画像の記録時（通常駆動時）に用いる駆動電圧の値を高く設定すると、ヒータ６０５の耐久性の劣化が懸念される。しかし、本実施形態では、駆動回数（吐出数）の少ない吐出検知のときにのみ第２の駆動電圧Ｖｂをヒータ６０５に印加し、駆動回数の多い通常駆動時には第１の駆動電圧Ｖａを印加する。これにより、ヒータ６０５の耐久性の劣化を抑えることができる。

図８に示す吐出検知における検知出力値の波形（第２の駆動電圧Ｖｂをヒータ６０５に印加したときの検知出力値の波形）に対する比較例として、第１の駆動電圧Ｖａをヒータ６０５に印加したときの検知出力値の波形を図９に示す。図９は、図６に示す温度波形の変曲点の前後の所定期間ｔｓ（時刻４ｕｓ〜８ｕｓ）において、当該温度波形を微分増幅して得られる検知出力値の波形を示している。図９に示すように、第１の駆動電圧Ｖａを印加した場合にも、正常吐出時には約３００ｍＶのピーク電圧が表れ、異常吐出時（不吐時）には約２５０ｍＶのピーク電圧が表れる。従って、両電圧の間には５０Ｖの差が生じる。しかし、雑音による影響や微分演算回路の製造公差（ばらつき）による影響を加味すると、５０ｍＶ程度の差分では誤検知となる場合が多い。

従って、本実施形態では、吐出検知の実施において第２の駆動電圧をヒータに印加し、正常吐出状態の電圧と不吐出状態の電圧との差分を、１００ｍＶ程度まで広げた。このため、雑音や微分演算回路の製造公差（ばらつき）などによる影響を低減でき、高精度に吐出検出を行うことが可能になる。

さらに、本実施形態では、通常記録と吐出状態の検出のいずれにおいても、１回の吐出動作において、当該吐出動作を行う１つのヒータに対し１つの駆動電圧（第１駆動電圧または第２駆動電圧）を印加する構成を採る。このため、１回の吐出駆動において、駆動電圧の印加を２回行う従来の装置に比べ、１回の吐出動作に要する時間を短縮でき、記録動作の低下を抑制することができる。このため、近年の記録装置に要請されている高速記録にも十分に対応することが可能になる。
（他の実施形態）
上記第１の実施形態では、予め定めた一定の駆動条件（駆動電圧または駆動パルス幅）で吐出検知を行う例を示した。しかし、温度検知素子６０８には、温度に対する抵抗変化率の公差によるばらつきや、経時変動などによって性能差（感度差）が生じることがあり、その性能差が吐出検知における検知出力に影響を及ぼすことがある。

図１０はヒータ６０５に印加される第２駆動電圧Ｖｂと検知出力との関係を示している。図１０において、破線は温度検知素子６０８の感度（例えば、温度に対する抵抗変化率)が低下している場合を、実線は温度検知素子６０８の感度が正常に保たれている場合をそれぞれ示している。

図１０に示すように、温度検知素子６０８の感度が正常に保たれている場合、正常吐出時の検知出力（Ｌ１）と、不吐出状態の検知出力（Ｌ２）との差分を大きくすることができ、これによって適正に吐出検知を行うことが可能になる。これに対し、温度検知素子６０８の感度が低下している場合、正常吐出時の検知出力（Ｌ１１）と、不吐出状態の検知出力（Ｌ１２）との差分が小さくなって吐出検知が困難になり、誤検知の発生頻度が高くなる可能性がある。

そこで、温度検知素子６０８の感度（例えば、温度に対する抵抗変化率）を予め測定し、感度が低下している場合には、第２の駆動電圧Ｖｂとして３０.０Ｖの電圧をヒータに印加するようにしてもよい。これにより、吐出検知を適正に実施することが可能になる。なお、第２の駆動電圧は、３０．０Ｖに限定されるものではない。温度検知素子６０８の感度の測定結果によっては、さらに高い駆動電圧Ｖｂを設定し、適正な吐出検知を実施可能にすることもできる。但し、駆動電圧Ｖｂを高く設定すると、ヒータ６０５の耐久性が劣化する虞があるため、駆動電圧Ｖｂの設定値はヒータ６０５の耐久性や吐出検知回数などに応じて適宜設定することが好ましい。

また、温度検知素子６０８の温度に対する抵抗変化率の測定は、出荷時に実施しても良いし、記録ヘッドの着荷時に実施しても良い。さらに、定期的に温度検知素子６０８の感度測定を行うようにすれば、常に良好な吐出検知性能を得ることができる。

また、微分演算回路の公差によって検知出力が低下する場合もある。このため、微分演算回路についても、当該回路の諸特性を予め測定し、その測定結果に応じて第２の駆動電圧Ｖｂを高めるようにすれば、さらに吐出検知の適正化を図ることができる。

また、上記実施形態では、第１駆動電圧を発生させるための第１電源と、第２の駆動電圧を発生させるための第２電源を備える例を示した。この場合、２つの電源を具備する必要がある。さらに、上記のように温度検知素子の感度低下などに対応すべく第２駆動電圧を変更する場合には、第２電源を交換する必要がある。これに対し、第２駆動電圧のパルス幅を変更可能とする制御を採用すれば、単一の駆動電源を用いて異なる電気エネルギーをヒータに供給することが可能になり、製造コストの低減、及びユーザの利便性を高めることができる。但し、駆動電圧のパルス幅の拡大には、記録動作におけるヒータの駆動周波数によって自ずと限界があり、第２駆動電圧を増大させる程度によっては、上記実施形態のように、複数の駆動電源を用い、これらを選択的に切り換えるようにすることが有効である。その他、単一の電源によって供給可能な最大電圧を分圧してヒータに供給する構成を採ることも可能である。

１ 記録装置（液体吐出装置）
３ 記録ヘッド（液体吐出ヘッド）
６０５ 発熱素子
６１３ 制御回路
６３０ データ処理部
Ｋ１ 駆動回路
Ｋ２ 温度検知回路

Claims (11)

1. 吐出口から液体を吐出させるための熱エネルギーを発生可能な発熱素子と前記発熱素子の温度を検出する温度検知素子とを有する記録ヘッドを備えた液体吐出装置であって、
   前記吐出口から液体を吐出させるために第１の駆動エネルギーを前記発熱素子に印加する第１の駆動制御と、前記第１の駆動エネルギーより大きな第２の駆動エネルギーを前記発熱素子に印加する第２の駆動制御とを行う駆動制御手段と、
   前記温度検知素子により検知された温度を示す信号に基づいて当該温度検知素子に対応する前記吐出口の液体の吐出状態が正常であるか否かの判定を行う判定手段と、を備え、
   前記駆動制御手段は、前記判定手段による前記判定を行う場合に前記第２の駆動制御を行うことを特徴とする液体吐出装置。
2. 前記判定手段は、前記温度検知素子によって検出された温度を示す信号の波形における変曲点を検出した場合に、当該温度検知素子によって検知された前記吐出口の液体の吐出状態が正常でないと判定することを特徴とする請求項１記載の液体吐出装置。
3. 前記温度を示す信号の波形の中の前記変曲点が検出される前後の所定期間における前記温度を示す信号に微分演算することにより前記判定を行なうことを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出装置。
4. 前記駆動制御手段は、前記吐出口の吐出性能を回復させるための予備吐出において前記吐出口から液体を吐出させる際に前記第２の駆動制御を行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
5. 前記第２の駆動制御は、第２の駆動エネルギーを前記記録ヘッドの前記温度検知素子の温度に対する抵抗変化率に応じて変更する制御であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
6. 前記第２の駆動制御は、前記温度を示す信号を微分演算する手段の特性に応じて変更する制御であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
7. 前記発熱素子は、印加された電圧に応じた熱エネルギーを発生する電気熱変換素子であり、
   前記第１の駆動エネルギーは、前記発熱素子に印加する第１の駆動電圧であり、
   前記第２の駆動エネルギーは、前記第１の駆動電圧より高い電圧値を有する第２駆動電圧であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
8. 前記第１の駆動エネルギーは、前記発熱素子に印加するパルス状の第１の駆動電圧であり、
   前記第２の駆動エネルギーは、前記第１の駆動電圧より広いパルス幅を有するパルス状の第２駆動電圧であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
9. 吐出口から液体を吐出させるための熱エネルギーを発生可能な発熱素子と前記発熱素子の温度を検出する温度検知素子とを有する液体吐出ヘッドを備え、前記液体吐出ヘッドの前記吐出口から液体を吐出させる液体吐出方法であって、
   前記吐出口から液体を吐出させるために第１の駆動エネルギーを前記発熱素子に印加する第１の駆動制御と、前記第１の駆動エネルギーより大きな第２の駆動エネルギーを前記発熱素子に印加する第２の駆動制御とを行う駆動制御工程と、
   前記温度検知素子により検知された温度を示す信号に基づいて当該温度検知素子に対応する前記吐出口の液体の吐出状態が正常であるか否かの判定を行う判定工程と、を備え、
   前記駆動制御工程は、前記判定工程において前記判定を行う場合に前記第２の駆動制御を行うことを特徴とする液体吐出方法。
10. 吐出口から液体を吐出させるための熱エネルギーを発生可能な発熱素子と前記発熱素子の温度を検出する温度検知素子とを有する液体吐出ヘッドの吐出検知方法であって、
    前記吐出口から液体を吐出させるための第１の駆動エネルギーを前記発熱素子に印加する第１の駆動制御と、前記第１の駆動エネルギーより大きな第２の駆動エネルギーを前記発熱素子に印加する第２の駆動制御とを行う駆動制御工程と、
    前記温度検知素子により検知された温度を示す信号に基づいて当該温度検知素子に対応する前記吐出口の液体の吐出状態が正常であるか否かの判定を行う判定工程と、を備え、
    前記駆動制御工程は、前記判定工程において前記判定を行う場合に前記第２の駆動制御を行うことを特徴とする液体吐出ヘッドの吐出検知方法。
11. 前記判定手段は、前記温度検知素子によって検出された温度を示す信号の波形における変曲点を検出した場合に、当該温度検知素子によって検知された前記吐出口の液体の吐出状態が正常でないと判定することを特徴とする請求項１０に記載の液体吐出ヘッドの吐出検知方法。

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