JP2020146861A - 記録ヘッドの駆動回路および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力発生素子へ電荷を充電または放電する期間に発生する駆動波形の異常を検知する記録ヘッドを提供する。【解決手段】駆動回路８０は、圧力発生素子３１に印加する、駆動波形電圧を生成する駆動波形生成回路８９と、駆動波形の異常を検知する異常検知回路８７と、を備え、異常検知回路は、駆動波形電圧が印加された際の、圧力発生素子の充電電流又は放電電流の電流パルスを検知するパルス検知手段、基準となる周期毎に、電流パルスの発生回数をカウントする回数カウント手段７４、及びカウントした電流パルスの発生回数が所定の範囲より多い場合に、駆動波形電圧の異常と判定する異常判定手段７７を、有し、駆動波形電圧は立ち下がり要素と立ち上がり要素とを含んでおり、パルス検知手段は、駆動波形電圧の立ち上がり要素および立ち下がり要素が印加されている期間及びその前後で生じる、電流パルスを検知する。【選択図】図７

Description

本発明は、記録ヘッドの駆動回路、および記録ヘッドと該記録ヘッドの駆動回路とを備える画像形成装置に関する。

インクジェット記録ヘッドとして圧電素子で形成されたヘッドがある。圧電素子は主にコンデンサ成分であり、この圧電素子が収縮するように所定の駆動電圧波形（駆動波形）を印加することで、インク滴をノズルから吐出することができる。

ここで、駆動波形を生成する駆動回路や圧電素子を含むヘッドに異常が生じ、駆動波形が、所定の波形形状以外となった場合は、ノズルから正常なインク滴を吐出することが出来なくなり、不吐出、かすれ、濃度差、常時吐出、サテライト等による異常画像となる。そのため、駆動電圧波形の異常状態を監視する技術がある。

例えば、特許文献１では、圧電素子に印加する駆動電圧波形の電圧パルス信号を所定の基準電圧（閾値）と比較して、パルス出力を得て、その変化回数をカウントして、駆動電圧波形の状態監視を行っていた。

しかし、特許文献１の技術では、駆動回路の故障状態によっては、電圧パルスの立ち上がりや立ち下がり波形の形状（電圧と時間の関係で、通常はスルーレートという）が異常になる場合があるので、駆動波形の形状は異常であっても、基準電圧と比較した変化回数は同じになることもある。

従って、駆動電圧波形の異常状態を、基準電圧と比較して得た電圧パルスのカウント手段で検知する方法では、駆動波形電圧の立ち上がりや立ち下がり等の電圧値が移行している期間（充電または放電する期間）で発生する異常波形を正常波形と区別する事が困難であり、回路の故障内容によっては駆動電圧波形の異常を検知できない場合がある。

そこで、本発明は上記事情に鑑み、圧力発生素子へ電荷を充電または放電する期間に発生する駆動波形の異常を、検知することができる、記録ヘッドの駆動回路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、
記録ヘッドを駆動する駆動回路であって、
記録ヘッドは、液体を吐出するノズルに対応する圧力室内の液体に圧力を付与する圧力発生素子を備えており、
駆動回路は、
前記圧力発生素子に印加する、駆動波形電圧を生成する駆動波形生成回路と、
前記駆動波形電圧の異常を検知する異常検知回路と、を備え、
前記異常検知回路は、
前記駆動波形電圧が印加された際の、前記圧力発生素子の充電電流又は放電電流の電流パルスを検知するパルス検知手段、
基準となる周期毎に、前記電流パルスの発生回数をカウントする回数カウント手段、及び
カウントした前記電流パルスの発生回数がしきい値の値とは異なる場合に、駆動波形電圧の異常と判定する異常判定手段を、有し、
前記駆動波形電圧は、勾配を有する立ち下がり要素と、勾配を有する立ち上がり要素と、を含んでおり、
前記パルス検知手段は、前記駆動波形電圧の前記立ち上がり要素および前記立ち下がり要素が印加されている期間及びその前後で生じる、前記電流パルスを検知することができる
記録ヘッドの駆動回路、を提供する。

一態様によれば、記録ヘッドの駆動回路において、圧力発生素子へ電荷を充電または放電する期間に発生する駆動波形の異常を、検知することができる。

本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置に於ける全体構成の概略図。 図１のインクジェット記録モジュールの構成を示す側面図。 図１のインクジェット記録ヘッドモジュールをラインヘッド構成で配置した概略図。 図３の１つの記録ヘッドの拡大底面図。 記録ヘッドの構成斜視図。 第１実施形態に係るヘッドモジュールにおける駆動制御基板とヘッド基板のブロック図。 第１実施形態に係る駆動制御基板における、駆動ヘッドの駆動回路の詳細ブロック図。 図７の駆動制御基板のハードウエアブロック図。 正常時の駆動波形と、駆動波形印加時に圧電素子に充電される充電電流の波形と、比較例に係る電圧を用いた異常検知を説明する波形図。 異常発生時の駆動波形と、駆動波形印加時に圧電素子に充電される充電電流の波形と、本発明の第１実施形態に係る充電電流を用いた異常検知を説明する波形図。 第２実施形態に係る駆動制御基板における、駆動ヘッドの駆動回路のブロック図。

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。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。

＜全体構成＞
まず、画像形成装置の全体構成について説明する。図１はオンデマンド方式のライン走査型インクジェット記録装置（画像形成装置）１に於ける全体構成図であり、インクジェット記録装置本体Xと、記録媒体供給部２と、記録媒体回収部１３で構成される。

インクジェット記録装置本体Xは、規制ガイド３と、インフィード部４と、ダンサローラ５と、EPC（Edge Position Control）６と、蛇行量検出器７と、画像形成ユニット８と、プラテン９と、維持・回復モジュール６０と、乾燥モジュール１０と、を備えている。

規制ガイド３は、記録媒体Ｓの幅方向の位置決めを行う。インフィード部４は、駆動ローラと従動ローラを含んで構成され、記録媒体Ｓの張力を一定に保つ。ダンサローラ５は、記録媒体Ｓの張力に応じて上下し位置信号を出力する。ＥＰＣ６及び蛇行量検出器７は、記録媒体Ｓの端部の位置を制御する。維持・回復モジュール６０は、画像形成ユニット８の維持・回復を行う。乾燥モジュール１０は、画像形成ユニット８で付与されたインクを乾燥する。

さらに、画像形成装置１は、記録媒体Ｓを設定された速度で駆動させる駆動ローラと従動ローラのアウトフィード部１１、記録媒体Ｓを装置外に排紙する駆動ローラと従動ローラからなるプラー１２が設けられている。

画像形成ユニット８は印字ノズルを印刷幅全域に配置したラインヘッドを有する各色のインクジェット記録モジュール１４Ｋ、１４Ｃ、１４Ｍ、及び１４Ｙ（図３参照）を備え、カラー印刷はブラック、シアン、マゼンダ、イエローの各ラインヘッドにより行われ、各ラインヘッドのノズル面はプラテン９上に所定の隙間を保って支持されている。

画像形成ユニット８が記録媒体Ｓの搬送速度に応じてインク吐出を行うことで、記録媒体Ｓ上にカラー画像を形成する。尚、ライン走査型を用いることで高速な画像形成が可能となるが、本発明はシリアル型の画像形成装置にも適用可能である。

＜ヘッドモジュールの側面＞
図２は、図１のインクジェット記録モジュール１４Ｋの構成を示す側面図である。画像形成ユニット８に設けられるインクジェット記録モジュール（ヘッドモジュール）１４Ｋは、駆動制御基板１８と、記録ヘッド１５と、ケーブル５１から主に構成される。

駆動制御基板１８には、制御手段８１、駆動波形生成回路８９、異常検知回路８７等が搭載されている。ケーブル５１は、駆動制御基板側コネクタ５２と、ヘッド側コネクタ５３を接続し駆動制御基板１８と、インクジェット記録ヘッド１５に搭載されるヘッド基板５４間のアナログ信号、及びデジタル信号の通信を担う。

インクジェット記録ヘッド１５は、ヘッド基板５４、ヘッド駆動ＩＣ基板５５と、ヘッド内インクタンク５６、剛性プレート２８で主に構成される。尚、ライン走査型インクジェット記録装置では、インクジェット記録ヘッド１５が、記録媒体Ｓの搬送方向の垂直方向である本紙面の奥行き方向（若しくは、手前方向）に、並べた（並列させた）ラインヘッド構成である。

ただし本発明は、１つ若しくは複数のインクジェット記録ヘッド１５を、記録媒体Ｓと直行する方向（主走査方向）に往復移動しながら画像を形成するシリアル走査型プリンタや、その他液滴吐出装置等、上記ライン走査型構成に限定しない。

＜ヘッドモジュールの底面図＞
図３は、各インクジェット記録モジュール１４をラインヘッド構成で配置した概略図である。図３に示した画像形成ユニット８は、ヘッドアレイを含んで構成される４つのインクジェット記録モジュール１４Ｋ、１４Ｃ、１４Ｍ、及び１４Ｙの集合体により構成されている。ブラック用インクジェット記録モジュール１４Ｋはブラックのインク滴を吐出し、シアン用インクジェット記録モジュール１４Ｃはシアンのインク滴を吐出し、マゼンダ用インクジェット記録モジュール１４Ｍはマゼンダのインク滴を吐出し、イエロー用インクジェット記録モジュール１４Ｙはイエローのインク滴を吐出する。

各インクジェット記録モジュール（ヘッドモジュール）１４Ｋ、１４Ｃ、１４Ｍ、及び１４Ｙのヘッド部である各ヘッドアレイは、用紙等の記録媒体Ｓの搬送方向（矢印方向）と直交する方向に延びている。このようにヘッドをアレイ化することにより広域な印刷領域幅を確保している。

図４は、図３の記録ヘッド１５の底面の拡大図である。記録ヘッド１５のノズル面（底面）１７には多数の印字ノズル１６が千鳥状に配列されており、本実施形態では印字ノズル１６を２列各６４個千鳥状に配列している。このように多数の印字ノズル１６を千鳥配列することで、高解像度に対応できる。

図５は、記録ヘッド１５の構成斜視図である。記録ヘッド１５は、ノズルプレート１９、圧力室プレート２１、リストリクタプレート２３、ダイアフラムプレート２６、剛性プレート２８ならびに圧電素子群３５を主に有している。

流路板３６は、ノズルプレート１９と、圧力室プレート２１と、リストリクタプレート２３と、ダイアフラムプレート２６とを順次重ねて位置決めして接合することにより構成される。ノズルプレート１９には多数個の印字ノズル１６が千鳥状に配列、形成されている。圧力室プレート２１には、各印字ノズル１６に対応する個別液室（個別圧力発生室、液室、圧力室）２０が形成されている。リストリクタプレート２３には、共通インク流路２７と個別液室２０を連通して個別液室２０へのインク流量を制御するリストリクタ２２が形成されている。ダイアフラムプレート２６には、振動板２４とフィルタ２５が設けられている。

この流路板３６を剛性プレート２８に接合して、フィルタ２５を共通インク流路２７の開口部と対向させる。インク導入パイプ３０の上側開口端は、剛性プレート２８の共通インク流路２７に接続され、インク導入パイプ３０の下側開口端は、インクを充填したヘッド内インクタンク５６（図２参照）に接続される。

圧電素子支持基板３２は、圧電素子駆動ＩＣ（ヘッド駆動ＩＣ）３３が搭載され、圧電素子３１を支持している。圧電素子駆動ＩＣ３３には電極パッド（圧電パッド）３４が接続され、駆動波形が圧電素子３１へと印加される（図６参照）。詳しくは、駆動波形が電極パッド３４から入力され、圧電素子駆動ＩＣ３３の中に含まれる、それぞれの圧電素子３１に対応づけられたアナログスイッチ３８ａ１〜３８ａｎ、３８ｂ１〜３８ｂｎで任意のパルスが選択され、圧電素子３１に印加される。

圧電素子３１を多数個配列して構成した圧電素子群３５が、剛性プレート２８に装着される。剛性プレート２８の開口部２９へ圧電素子群３５を挿入し、各圧電素子３１の自由端を振動板２４に接着固定することにより、記録ヘッド１５が構成される。

＜ヘッドモジュールの駆動回路＞
図６は、本発明の実施形態のヘッドモジュール１４Ｋにおける駆動制御基板１８と記録ヘッド１５のブロック図（回路図）である。

ヘッドモジュール１４Ｋには、駆動制御基板１８と、記録ヘッド１５とが設けられている。記録ヘッド１５には、複数のノズル列が形成されている。図６は説明を簡単にするために、２列のノズル列から成る構成例を示している。なお、本例では、ブラック用のヘッドモジュール１４Ｋを例として説明するが、他色のヘッドモジュール１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｙも同様の構成である。

記録ヘッド１５は、駆動制御に係る部分として圧電素子（圧力発生素子）３１ａ，３１ｂと、アナログスイッチ３８ａ，３８ｂと、メモリ３９が設けられている。

各ノズル列に対応する構成として、ピエゾ素子である圧電素子３１ａ，３１ｂとアナログスイッチ３８ａ，３８ｂとが対になっている。アナログスイッチ３８ａ，３８ｂは駆動波形の中から任意の駆動パルスを選択するものであり、アナログスイッチ３８ａ，３８ｂのオン/オフのタイミングを調整することより、インク滴の大きさを変更できる。

アナログスイッチ３８ａ，３８ｂは、記録ヘッド１５における例えば、圧電素子駆動ＩＣ３３の内部に設けられている。

また、記録ヘッド１５内に内蔵された不揮発性のメモリ３９には、各ノズル列に対応した電圧補正値のデータが格納されている。電圧補正値はヘッドの製造工程でインク吐出速度を算出し、所定の吐出速度が得られる電圧補正値が格納されている。

駆動制御基板１８には、制御手段８１と、波形生成手段８２と、ＤＡＣ（Digital Analog Converter）８３ａ，８３ｂと、増幅器８４ａ，８４ｂと、素子駆動部８５と、が設けられている。

波形生成手段８２は、波形データ格納メモリ８２１及び駆動波形選択部８２２を有している。波形データ格納メモリ８２１では、駆動条件（温度、インク種（大滴・中滴・小滴）、印刷解像度など）に対応づけられた複数の駆動波形データが格納されている。駆動波形選択部８２２は、波形データ格納メモリ８２１に格納された駆動波形データから、コントローラ４０から入力された駆動条件に対応づけられた波形データを、選択して出力する。

波形生成手段８２から送信された波形データは、ＤＡＣ８３ａ，８３ｂにてアナログの駆動波形に変換され、増幅器８４ａ，８４ｂにて駆動波形の電圧が増幅される。

そして、電圧が増幅された駆動波形は、素子駆動部８５のトランジスタ８６ａ〜８６ｄで電流増幅される。素子駆動部８５は、電流増幅回路であって、トランジスタ８６ａ〜８６ｄで構成されるプッシュプル回路であり、一組のトランジスタＡ、Ｂにより接続された全ての圧電素子３１ａ、３１ｂを駆動する。

サーミスタ８８は、素子駆動部８６周辺の温度を計測し、素子駆動部８５の温度異常を検知する。

なお、図６では、２つの圧電素子３１ａ，３１ｂが設けられた例を示しているが、ノズル列毎に駆動波形が入力される際、ノズル列内のそれぞれのノズルに対応づけられた各圧電素子３１ａ１〜３１ａｎ、３１ｂ１〜３１ｂｎに対して、スイッチ３８ａ１〜３８ａｎ、３８ｂ１〜３８ｂｎも同数設けられている。素子駆動部８５から出力されたノズル列ごとの駆動波形信号を、それぞれのスイッチ３８ａ１〜３８ａｎ、３８ｂ１〜３８ｂｎが、コントローラ４０からの画像データに基づいたタイミングで、オン/オフすることで、各ノズルから任意の液滴サイズ（例、小滴、大滴）を選択することができる。

図６に示す駆動制御基板１８において、波形生成手段８２と、ＤＡＣ８３ａ，８３ｂと、増幅器８４ａ，８４ｂと、素子駆動部８５は、駆動波形を生成する駆動波形生成回路８９として機能する。

そして、駆動制御基板１８において、制御手段８１を除いた、駆動波形生成回路８９と、異常検知回路８７は、駆動回路８０として機能する。

制御手段８１は、駆動制御基板１８全体を制御する。例えば、波形データ格納メモリ８２１から読みだしたデータに対して、メモリ３９からの補正データに基づいた電圧倍率の演算処理等を行う。なお、図６では駆動制御基板１８において、制御手段８１が設けられる例を示したが、画像処理部の機能は、駆動制御基板１８の外であって、例えば、コントローラ４０の内部に設けてもよい。

制御手段８１は、例えば、駆動制御基板１８における、ＣＰＵ６６（図８参照）等によって実現される。

＜第１実施形態の異常検知回路＞
図７は、本発明の第１実施形態の記録ヘッドの駆動回路８０の詳細ブロック図である。駆動回路８０は、駆動波形生成回路８９と異常検知回路８７とを備えている。

異常検知回路８７は、パルス検知手段７１と、パルスカウント手段７４と、パルス間隔計測手段７５と、ピーク電流検知部７６と、異常判定手段７７と、を有している。

パルス検知手段７１は、電流検知抵抗７２と、検出した電流をパルス電圧に変化する電流検知手段７３と、を備えている。

本実施形態では、電流検知抵抗７２を、素子駆動部８５と、電源電力を供給する電源Ｖｃｃとの間に配置し、電流検知抵抗７２に流れる電流を検知するように構成している。この構成により、圧電素子３１への充電電流の異常を検知することができる。

電流検知手段７３は、電流検知抵抗７２に電流が流れた場合、抵抗の両端に発生する電圧を電流センスアンプ（図示せず）で検知し、そのアナログ出力をコンパレータで設定したしきい値と比較して、電流パルスに対応づけられた電圧パルスを生成する。

詳しくは、電流検知手段７３は、異常検知パルス出力部７３１と、パルス閾値設定部７３２と、駆動条件毎パルス閾値記憶部７３３を有している。

パルス閾値設定部７３２は、入力された駆動条件に応じて、駆動条件毎に対応づけられた駆動波形に適したパルス閾値を、駆動条件毎パルス閾値記憶部７３３から呼び出して、検知される電流に対するパルス閾値（電流閾値）を、設定する。

充電電流のパルスを検知する電流しきい値は、特に駆動波形の波の高さと関連性が高いため、電流しきい値Ithは、設定した駆動波形の波高に応じて正常時に発生する電流パルスに対して所定割合になるように、設定される。なお、パルス閾値は任意の固定値としても良い。

そして、異常検知パルス出力部７３１は、図１０に示すように、充電電流（充電電流パルス）Icを電流しきい値Ithと比較して、異常検知パルスOUTcを出力する。

パルスカウント手段（回数カウント手段）７４は、パルス検知手段７１で、検出した電流パルスに対応づけられた電圧値である異常検知パルスOUTcのパルス数をカウントする。充電電流の電流パルスは、駆動波形電圧が立ち上がる度に発生するため、駆動条件に応じて設定される駆動波形電圧の波形の形状の１周期あたりの立ち上がり回数が、正常時にカウントされるパルスの数となる。

パルス間隔計測手段７５（時間計測手段）は、連続して発生する複数の電流パルス（異常検知パルス）において、複数の電流パルス（異常検知パルス）間の時間間隔を計測する。

ピーク電流検知部７６は、充電電流のパルスのピーク値を検出する。

異常判定手段７７は、パルス回数判定部７７１、パルス間隔判定部７７２、ピーク電流判定部７７３、駆動波形毎立ち上がり回数記憶部７７４、及び駆動波形毎パルス間隔記憶部７７５を有している。

異常判定手段７７のパルス回数判定部７７１では、所定の周期毎に、パルスカウント手段７４によってカウントされた電圧パルス（異常検知パルス）の数が、駆動波形毎立ち上がり回数記憶部７７４に記憶された所定のしきい値を超えた場合に、駆動波形の異常を検知する。例えば、所定のしきい値は、正常時に発生する駆動周期内の電流パルスの数に該当する。基準となる所定の周期は、例えば、駆動波形を印加する周期である、駆動周期パルス信号に相当するライン同期信号ＬＳと同じ周期、又は駆動波形電圧パルス周期の整数倍の周期に設定する。

また、異常判定手段７７のパルス間隔判定部７７２では、パルス間隔計測手段７５で計測した電流パルス（異常検知パルス）間の時間間隔が、駆動波形毎パルス間隔記憶部７７５で記憶された所定の範囲外となった場合に、駆動波形電圧の異常と判定する。

例えば、所定間隔は、ヘッドのメニスカス周期と関連づけられた間隔に設定される。ヘッドのメニスカス周期はヘッド内の個別液室２０（図５参照）により決まる周期であって、記録ヘッド１５の個別液室２０の固有の値である駆動振動周波数の逆数である。よって、駆動パルスとなる圧電素子３１（ピエゾ）に充電・放電する周期の最小は、このメニスカス周期に依存するので、これに基づき算出した値を電流パルスの最小間隔としてしきい値に設定すると良い。

さらに、異常判定手段７７のピーク電流判定部７７３において、充電電流のパルスのピークが所定値よりも大きいと判定した場合に、異常と判定する。

異常判定手段７７において、異常と判定された場合は、制御手段８１又は上位のコントローラ４０に通知する。

なお、パルスカウント手段７４、パルス間隔計測手段７５、異常判定手段７７は図８に示すＦＰＧＡ６１内の回路に集積すると良い。

なお、図７の構成では、異常判定手段７７において、充電電流の監視に基づく異常検知パルスを用いた判定として、パルス回数判定部７７１と、パルス間隔判定部７７２の両方を含む例を示しているが、異常判定手段７７として、パルス回数判定部７７１又はパルス間隔判定部７７２のいずれか一つとしても良い。

例えば、異常判定手段７７としてパルス回数判定部７７１の１つのみを設ける場合、パルスカウント手段７４は必要だが、パルス間隔計測手段７５は設けなくてもよい。一方、異常判定手段７７としてパルス間隔判定部７７２の１つのみを設ける場合、パルス間隔計測手段７５は必要だが、パルスカウント手段７４は設けなくてもよい。

図８は、駆動制御基板１８のハードウエアブロック図である。

駆動制御基板１８では、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）６１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）６２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）６３と、ＮＶ（Non Volatile:不揮発性）ＲＡＭ６４とＣＰＵ（Central Processing Unit）６６とが、バス６７を介して接続されている。上位I/F６５はコントローラ４０と接続される。

駆動制御基板１８のＦＰＧＡ６１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、ＦＰＧＡ６１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、異常検出のためのパルスのカウント、パルス間隔の計測、異常判定等を実施する。この際ＦＰＧＡ６１は、コントローラ４０と通信しながら、コントローラ４０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。

ＲＯＭ６２は、波形データ格納メモリ８２１を実現し、共通駆動波形や滴サイズに応じた駆動波形や微駆動波形、空吐出波形等の波形データを予め記憶しておく。さらに、ＲＯＭ６２は、駆動条件毎パルス閾値記憶部７３３、駆動波形毎立ち上がり回数記憶部７７４、駆動波形毎パルス間隔記憶部７７５等を実現し、異常検知に関して、駆動条件に対応づけられた電流しきい値、回数閾値、及びヘッドの特性に対応づけられたパルス間隔を予め記憶しておく。

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。なお、ＮＶＲＡＭ６４は、挿抜可能な形態としても良い。

上位インターフェース６５は、コントローラ４０と接続するためのインターフェース回路である。

駆動制御基板１８のＣＰＵ５６は、制御手段８１を実現し、画像形成に係る画像データ処理等を行う。

＜正常時の波形と比較例の異常検知＞
図９は、正常時の駆動波形と、駆動波形印加時に圧電素子に充電される充電電流の波形と、比較例に係る電圧を用いた異常検知を説明する波形図である。

図９において（ａ）は駆動周期パルス信号を示し、（ｂ）は駆動波形を示し、（ｃ）は充電電流パルスを示し、（ｄ）は比較例に係る電圧を用いた異常検知パルス波形を示している。また、図９の横軸はいずれも時間を示している。

図９（ａ）に示す、駆動周期パルス信号LSは吐出タイミングを決める信号であり所定の周期で出力される。例えば上位のコントローラ４０から入力されるライン同期信号ＬＳである。例えば、吐出周期が30kHzであれば、パルス間の時間は３３．３μsである。

図９（ｂ）に示す、駆動波形電圧Ｖｐは、駆動周期パルスLSを契機に出力される。また、駆動波形電圧Vpは複数のパルス群から成る波形である。本例は異常なパルスを含まない正常時の駆動波形を示している。電圧しきい値Vthは、比較例において、駆動波形電圧Vpから異常検知パルスOUTvを生成するためのしきい値電圧である。

図９（ｃ）に示す、充電電流パルスIcは圧電素子３１を充電するパルス電流波形である。図９（ｃ）に示すように、充電電流の電流パルスは、駆動波形電圧Vpが立ち上がる度に発生する。

図９（ｄ）に示す、比較例に係る電圧を用いた異常検知パルス波形は、「所定の電圧しきい値」から駆動波形の異常を検知するための異常検知パルスを出力している。詳しくは、異常検知パルスOUTvは、図９（ｂ）に示す駆動波形電圧において、電圧しきい値Ｖｔｈよりも低い電圧の期間、Lowパルスを出力する。この比較例では、電圧を基にした異常電圧パルスOUTvは、Lowパルスが２回の信号となっており、このパルスをカウントすることで異常検知を行っている。

＜本発明の第１実施形態の異常検知＞
図１０は、異常発生時の駆動波形と、駆動波形印加時に圧電素子に充電される充電電流の波形と、第１実施形態に係る充電電流を用いた異常検知を説明する波形図である。図１０を使用して、本発明の第１実施形態に係る、具体的な異常検知方法を説明する。

図１０において（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図９と同様に、駆動周期パルス信号LS、駆動波形電圧Vp、充電電流パルスIcを示しているが、（ｄ）は本発明の第１実施形態に係る充電電流を用いた異常検知パルス波形OUTcを示している。なお、図９と同じ信号は同じ番号としている。

図１０（ｂ）に示す駆動波形は、異常が発生している状態を示している。例えば、異常時の駆動波形電圧Vpは、素子駆動部８５を含む駆動波形生成回路８９の各要素のいずれか（図６参照）に故障等が生じた場合に発生する異常駆動波形の一例である。

異常時の駆動波形のおおよその形状は、図９に示す正常時の駆動波形と類似している。よって、異常時の駆動波形から、図９に示すように電圧の閾値Vthを用いて異常検知パルスOUTvを生成すると、その異常検知パルスOUTvは、正常時と異常時とで異常検知パルスが類似した波形になってしまう。特に、図１０（ｂ）に示すような、駆動波形電圧の、所定の勾配を有する立ち下がり要素、立ち上がり要素の最中およびその直前直後で発生するノイズパルス波形は、図９（ｄ）に示すような電圧を用いて生成した異常検知パルスでは、駆動波形の異常を検知することができない。

そこで、本発明では、電流を用いて駆動波形のパルスの異常であるノイズパルスを検知する。図１０（ｃ）に示すように、異常時の充電電流パルスIcは、駆動波形を印加した際に素子駆動部８５及び圧電素子３１に流れる充電電流であり、図９（ｃ）に示す正常時の充電電流パルスとは異なる異常パルスが生じている。図１０（ｃ）に示す１つ目の充電電流のパルスPAは、立ち下がりの直後の異常電圧パルスに同期して発生した規定外の異常パルスである。

図１０（ｄ）に示す異常検知パルスOUTcは、図１０（ｃ）に示す充電電流パルスIcを基に、電流検知手段７３で生成されたパルスである。上述のように、電流検知手段７３は、図１０（ｃ）に示す充電電流Icが電流しきい値Ithよりも高くなっている期間、異常検知パルスOUTcのHighパルスを出力する。そのため、異常検知パルスOUTcのパルス部のA、B、Cは夫々の充電電流の電流パルスの発生期間に対応している。

次に、本発明における具体的な駆動波形の異常検知方法について説明する。異常判定手段７７は、駆動周期パルス信号LSを、上位のコントローラ４０から受信するので、受信したパルス信号LSの間隔内における、異常検知パルスOUTcの発生回数をカウントする。図示していないが、図１０の波形では、正常時の電流パルスは２回となるので、カウント数も２となる。

一方、図１０の異常検知パルスOUTcは３回のパルスが発生しているので、カウント数も３回となる。従って、異常判定手段７７内に設定する異常波形検知のためのしきい値を、駆動周期に対して２回と設定すれば、しきい値を超えている３回は異常と判断することができる。充電電流の電流パルスは、上述のように、駆動波形電圧が立ち上がる度に発生し、駆動条件に応じて設定される駆動波形電圧の波形の形状の１周期あたりの立ち上がり回数を、カウントした電流パルスの発生回数をしきい値とし、しきい値を超えた場合は、異常と判断される。

なお、異常検知パルスOUTcのパルス数のしきい値は、駆動条件（温度、インク種、印刷解像度など）により異なるので、それらの条件で切り替えると良い。この設定により、印刷駆動条件が異なった場合でも異常判定の精度を高めることができる。

さらに、パルス間隔の計測手段７５（図７参照）で、異常検知パルスOUTcのパルスが発生する間隔の時間を計測し、パルス間隔が所定時間より短くなった場合は、駆動波形の異常を検知することができる。具体的には、図１０のｔ２の時間相当をしきい値に設定した場合、ｔ１の時間は、ｔ１＜ｔ２の関係になるので、異常を検知することができる。

また、ヘッドのメニスカス周期はヘッド内の個別液室により決まる周期である。よって、駆動パルスとなる圧電素子３１に充電・放電する周期の最小は、このメニスカス周期に依存するので、これに基づき算出した値を電流パルスの最小間隔としてしきい値（間隔の閾値）に設定すると良い。

なお、印加する駆動波形電圧Vpは、画像を形成する解像度（例1200dpi, 600dpi）によって異なるので、解像度毎に異常波形検知のための、電流のしきい値Ithを可変しても良い。

具体的には解像度毎に電流しきい値テーブルを駆動条件毎パルス閾値記憶部７３３に予め準備しておき、印刷開始前に、コントローラ４０からコマンド等で解像度を受信して、電流検知手段７３のパルス閾値設定部７３２は、異常波形検知のための電流しきい値を印刷駆動条件に合わせて設定する。

図１０に示すような検知により、充電電流を用いて駆動波形の異常を検知しているため、本発明の本実施形態において、異常検知回路は駆動波形電圧の立ち上がりや立ち下がり期間や、その直前直後で異常波形が発生する場合でも、速やかに異常を検知することができる。即ち、本実施形態では、圧電素子３１（圧力発生素子）へ電荷を充電する期間に発生する駆動波形の異常を、検知することができる。

上記実施形態においては、駆動波形の異常検知装置は、圧電素子３１への充電電流を検知することで、パルス電流を検知する構成について、説明した。しかし、本発明の駆動波形の異常検知装置は、圧電素子３１に充電された電荷を放電するパルス電流を検知してもよい。

＜第２実施形態の異常検知回路＞
上記実施形態においては、圧電素子３１からの放電電流を検知する例を、図１１を用いて説明する。図１１は、本発明の第２実施形態の記録ヘッドの駆動回路８０Ａの詳細ブロック図である。駆動回路８０Ａは、駆動波形生成回路８９と異常検知回路８７Ａとを備えている。

本実施形態では、素子駆動部８５と、接地端子ＧＮＤとの間に、電流検知抵抗７２Ａが設けられる点が異なる。そのため、異常検知回路８７Ａは、圧電素子３１に充電された電荷を放電するパルス電流を検知して、異常を検知する。

本実施形態では、放電電流を監視している。そのため、放電電流の電流パルスは、駆動波形電圧が立ち下がる度に発生する。電流検知抵抗７２Ａを流れることで発生する電圧は、図１０の充電電流時と同一であるので、以後の動作も同様に作用する。

本実施形態においては、駆動条件に応じて設定される駆動波形電圧の波形の形状の１周期あたりの立ち下がり回数を、カウントした電流パルスの発生回数がしきい値とする。そして、異常判定手段７７のパルス回数判定部７７１では、所定の周期毎に、パルスカウント手段７４によってカウントされた電圧パルス（異常検知パルス）の数が、駆動波形毎立ち上がり回数記憶部７７４に記憶された所定のしきい値を超えた場合に、駆動波形の異常を検知する。

あるいは、異常検知パルスが連続する場合、計測した複数の電流パルス（異常検知パルス）間の時間間隔が、駆動波形毎パルス間隔記憶部７７５で記憶された所定の範囲外（間隔が短くなっている）となった場合に、駆動波形電圧の異常と判定する。

その他の制御は、第１実施形態と同様である。

本実施形態においても、電流を用いて異常を検知しているため、異常検知回路は、異常が駆動波形電圧の立ち下がり期間や、その直前直後で発生する場合でも、圧電素子３１へ電荷を放電する期間に発生する駆動波形の異常を、検知することができる。

第１実施形態では、充電電流を検知する制御例、第２実施形態では、放電電流を検知する制御例を説明したが、充電電流と放電電流の両方を検知する構成であってもよい。

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。

例えば、上記実施の形態では、本発明に係る搬送装置を備えた画像形成装置について説明したが、本発明に係る搬送装置は、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。

又、「液体吐出装置」は、液体吐出ヘッドと液体が付着可能なものとが相対的に移動する装置があるが、これに限定するものではない。具体例としては、液体吐出ヘッドを移動させるシリアル型装置、液体吐出ヘッドを移動させないライン型装置等が含まれる。

ここで、「液体吐出装置」とは、液体吐出部である液体吐出ヘッド又は液体吐出ユニットを備え、液体吐出部を駆動させて、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、この「液体吐出装置」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、後処理装置等も含むことができる。

又、「液体吐出装置」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等を意味する。具体例としては、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布等の被記録媒体、電子基板、圧電素子等の電子部品、粉体層（粉末層）、臓器モデル、検査用セル等の媒体であり、特に限定しない限り、液体が付着する全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、セラミックス等液体が一時的でも付着可能であればよい。

又、「液体」は、インク、処理液、ＤＮＡ試料、レジスト、パターン材料、結着剤、造形液、又は、アミノ酸、たんぱく質、カルシウムを含む溶液及び分散液等も含まれる。

又、「液体吐出装置」としては他にも、用紙の表面を改質する等の目的で用紙の表面に処理液を塗布するために処理液を用紙に吐出する処理液塗布装置、原材料を溶液中に分散した組成液を、ノズルを介して噴射させて原材料の微粒子を造粒する噴射造粒装置等がある。

「液体吐出ユニット」とは、インクジェットヘッド等の液体吐出ヘッドに機能部品、機構が一体化したものであり、液体の吐出に関連する部品の集合体である。例えば、「液体吐出ユニット」は、ヘッドタンク、キャリッジ、供給機構、維持回復機構、主走査移動機構の構成の少なくとも一つを液体吐出ヘッドと組み合わせたもの等が含まれる。

ここで、一体化とは、例えば、液体吐出ヘッドと機能部品、機構が、締結、接着、係合等で互いに固定されているもの、一方が他方に対して移動可能に保持されているものを含む。又、液体吐出ヘッドと、機能部品、機構が互いに着脱可能に構成されていても良い。

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 画像形成装置
Ｘ インクジェット記録装置本体
８ 画像形成ユニット
１４ インクジェット記録モジュール（ヘッドモジュール）
１５ 記録ヘッド（インクジェット記録ヘッド部、液体吐出ヘッド）
１８ 駆動制御基板
１６ ノズル（印字ノズル、吐出口）
２０ 個別液室（圧力室）
３１ 圧電素子（圧力発生素子）
３２ 圧電素子支持基板
３３ 圧電素子駆動ＩＣ（ヘッド駆動ＩＣ）
３４ 電極パッド
４０ コントローラ
５０ 接続部
７１，７１Ａ パルス検知手段
７２，７２Ａ 電流検知抵抗
７３，７３Ａ 電流検知手段
７４ パルスカウント手段（回数カウント手段）
７５ パルス間隔計測手段（時間計測手段）
７６ ピーク電流検知部
７７，７７Ａ 異常判定手段
８０ 駆動回路
８１ 制御手段
８２ 波形生成手段（駆動波形生成部）
８５ 素子駆動部
８７，８７Ａ 異常検知回路
８９ 駆動波形生成回路
Ic 充電電流（充電電流パルス）
Ith 電流しきい値
LS 駆動周期パルス信号（基準となる周期）
OUTc 異常検知パルス
Vp 駆動波形電圧
Ｖｃｃ 電源
ＧＮＤ 接地端子
Ｓ 記録媒体

特開２０１２−２５０４７２号公報

Claims (10)

1. 記録ヘッドを駆動する駆動回路であって、
   記録ヘッドは、液体を吐出するノズルに対応する圧力室内の液体に圧力を付与する圧力発生素子を備えており、
   駆動回路は、
   前記圧力発生素子に印加する、駆動波形電圧を生成する駆動波形生成回路と、
   前記駆動波形電圧の異常を検知する異常検知回路と、を備え、
   前記異常検知回路は、
   前記駆動波形電圧が印加された際の、前記圧力発生素子の充電電流又は放電電流の電流パルスを検知するパルス検知手段、
   基準となる周期毎に、前記電流パルスの発生回数をカウントする回数カウント手段、及び
   カウントした前記電流パルスの発生回数がしきい値の値とは異なる場合に、駆動波形電圧の異常と判定する異常判定手段を、有し、
   前記駆動波形電圧は、勾配を有する立ち下がり要素と、勾配を有する立ち上がり要素と、を含んでおり、
   前記パルス検知手段は、前記駆動波形電圧の前記立ち上がり要素および前記立ち下がり要素が印加されている期間及びその前後で生じる、前記電流パルスを検知することができる
   記録ヘッドの駆動回路。
2. 記録ヘッドを駆動する駆動回路であって、
   記録ヘッドは、液体を吐出するノズルに対応する圧力室内の液体に圧力を付与する圧力発生素子を備えており、
   駆動回路は、
   前記圧力発生素子に印加する駆動波形電圧を生成する駆動波形生成回路と、
   前記駆動波形電圧の異常を検知する異常検知回路と、を備え、
   前記異常検知回路は、
   前記駆動波形電圧が印加された際の、前記圧力発生素子の充電電流又は放電電流の電流パルスを検知するパルス検知手段、
   連続して発生する複数の電流パルスにおいて、連続する電流パルス間の時間を計測する時間計測手段、及び
   計測した前記電流パルス間の時間が所定の範囲外となった場合に、駆動波形電圧の異常と判定する異常判定手段を、有する
   前記駆動波形電圧は、勾配を有する立ち下がり要素と、勾配を有する立ち上がり要素と、を含んでおり、
   前記パルス検知手段は、前記駆動波形電圧の前記立ち上がり要素および前記立ち下がり要素が印加されている期間及びその前後で生じる、前記電流パルスを検知することができる
   記録ヘッドの駆動回路。
3. 記録ヘッドを駆動する駆動回路であって、
   記録ヘッドは、液体を吐出するノズルに対応する圧力室内の液体に圧力を付与する圧力発生素子を備えており、
   駆動回路は、
   前記圧力発生素子に印加する駆動波形電圧を生成する駆動波形生成回路と、
   前記駆動波形電圧の異常を検知する異常検知回路と、を備え、
   前記異常検知回路は、
   前記駆動波形電圧が印加された際の、前記圧力発生素子の充電電流又は放電電流のパルスを検知するパルス検知手段、
   基準となる周期毎に、前記パルスの発生回数をカウントする回数カウント手段、及び
   カウントしたパルスの発生回数が所定の範囲より多い場合に、駆動波形電圧の異常と判定する異常判定手段を、有しており、
   連続して発生する複数の電流パルスにおいて、電流パルス間の時間を計測する時間計測手段、及び
   計測した前記電流パルス間の時間が所定の範囲外となった場合に、駆動波形電圧の異常と判定する異常判定手段を、有しており、
   前記駆動波形電圧は、勾配を有する立ち下がり要素と、勾配を有する立ち上がり要素と、を含んでおり、
   前記パルス検知手段は、前記駆動波形電圧の前記立ち上がり要素および前記立ち下がり要素が印加されている期間及びその前後で生じる、前記電流パルスを検知することができる
   記録ヘッドの駆動回路。
4. 前記駆動波形電圧を印加して前記圧力発生素子を駆動させる素子駆動部を備え、
   前記異常検知回路の前記パルス検知手段は、前記素子駆動部に電源電力を供給する電源と、前記素子駆動部との間に設けられる電流検知抵抗を有していることで、前記圧力発生素子を充電する前記充電電流の電流パルスを検知する
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の記録ヘッドの駆動回路。
5. 前記充電電流の電流パルスは、前記駆動波形電圧が立ち上がる度に発生し、駆動条件に応じて設定される前記駆動波形電圧の波形の形状の１周期あたりの立ち上がり回数を、カウントした前記電流パルスの発生回数をしきい値とする
   請求項４に記載の記録ヘッドの駆動回路。
6. 前記駆動波形電圧を印加して前記圧力発生素子を駆動させる素子駆動部を備え、
   前記異常検知回路の前記パルス検知手段は、接地端子と、前記素子駆動部との間に設けられる電流検知抵抗を有していることで、前記圧力発生素子に充電された電荷が放電される前記放電電流の電流パルスを検知する
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の記録ヘッドの駆動回路。
7. 前記放電電流の電流パルスは、前記駆動波形電圧が立ち下がる度に発生し、駆動条件に応じて設定される前記駆動波形電圧の波形の形状の１周期あたりの立ち下がり回数を、カウントした前記電流パルスの発生回数をしきい値とする
   請求項６に記載の記録ヘッドの駆動回路。
8. 複数のノズルにそれぞれ対応づけられた複数の圧力室を有しており、
   連続する電流パルス間の時間の間隔の閾値は、それぞれの圧力室の固有振動周波数に応じて設定される
   請求項１乃至７のいずれか一項に記載の記録ヘッドの駆動回路。
9. 前記パルス検知手段は、前記駆動波形電圧が印加されて、前記圧力発生素子の充電電流又は放電電流の電流パルスを検知する際の、電流パルスを検知するしきい値を、駆動条件に応じて設定する
   請求項１乃至８のいずれか一項に記載の記録ヘッドの駆動回路。
10. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載の記録ヘッドの駆動回路と、
    前記記録ヘッドと、を備える
    画像形成装置。

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