JP4561233B2 - インクジェット記録装置の不吐出検出回路、インクジェット記録装置の検査方法、及びインクジェット記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェット記録装置の不吐出検出回路、インクジェット記録装置の検査方法、及びインクジェット記録装置にかかり、特に、圧電素子を用いてインクを吐出するインクジェット記録装置の不吐出検出回路、インクジェット記録装置の検査方法、及びインクジェット記録装置に関する。

近年、インク吐出口からインクを吐出する、いわゆるインクジェット記録装置は、小型で、安価である等の特徴から、多くのプリンターに用いられている。これらインクジェット方式の中でも、圧電素子の変形を利用してインクを吐出させるピエゾインクジェット方式等が高解像度、高速印字性などの観点から多く利用されている。

ピエゾ素子等の圧電素子の振動エネルギーを利用するインクジェット記録装置は、インク流路に設けられた圧電素子を画像情報に応じて振動させ、この圧電素子の歪みによってインク滴を形成する。圧電素子にかかる電圧の波形を制御することで、インク吐出口のメニスカスや吐出後のインクの再供給を制御することが可能であるため、高い周波数での駆動（インク吐出）と、インク滴の量を変化させた階調記録が可能となる。

このようなインクジェット記録装置の動作では、インク供給部へノズルから気泡が入り込んだり、ノズル表面に付着したインクが乾燥することにより不吐出が発生する。通常これを未然に防止するために、ノズル表面を頻繁に吸引したり、ワイプ等のメンテナンスを行うため、多くの時間と多くのインクの浪費を招く。また、メンテナンスが完全でないと、ドット抜けとなり、印刷物の品質を損なう。

そこで、不吐出ノズルを検出して、不吐出ノズル以外のノズルを使用して印刷を行うことが考えられる。

不吐出ノズルの検出方法としては、例えば、特許文献１や特許文献２に記載の技術が提案されている。特許文献１、２に記載の技術では、圧電素子の共振点の変化から不吐出ノズルを検出することが提案されている。詳細には、周波数を徐々に変化させて圧電素子の共振点を検出している。

この他に、圧電素子をインク吐出の駆動源としていない場合の不吐出ノズルの検出方法として特許文献３に記載の技術などが提案されている。
特開２０００−３５５１００号公報 特開２０００−３１８１８３号公報 特開２００３−１１８０９３号公報

しかしながら、従来の特許文献１や特許文献２に記載の技術では、周波数を徐々に変化させて圧電素子の共振周波数を検出しているため、共振点の検出に時間が掛かってしまう、という問題がある。

また、圧電素子をインク吐出の駆動源とした圧電ヘッドを使用する場合には、気泡流入やノズル面へのインク付着による状態変化を検出するためには、圧電素子の電気系アドミッタンスの影響を排除した、圧電素子、圧力室、インク供給路、及びノズルから構成される圧電ヘッドの音響系アドミッタンスの共振周波数を検出する必要があるが、特許文献１や特許文献２に記載の技術では、圧電素子の共振周波数を検出しているため、不吐出ノズルの検出精度が低下する、という問題がある。

また、圧電ヘッドの音響系アドミッタンスの共振周波数を検出しようとした場合に、ＳＮ比が低いため共振周波数の検出が難しい、という問題がある。

本発明は、上記事実を考慮して成されたもので、圧電ヘッドの音響系アドミッタンスの共振周波数を検出し、不吐出ノズルを短時間で検出することが可能なインクジェット記録装置の不吐出検出回路、インクジェット記録装置の検査方法、及びインクジェット記録装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載のインクジェット記録装置の不吐出検出回路は、圧電素子を有し、等価回路が電気系インピーダンスと音響系インピーダンスの並列回路で表される圧電ヘッドと、前記等価回路と直列接続になるように前記圧電ヘッドに接続した第１抵抗と、前記圧電ヘッド外部に設けると共に電気的に容量が可変な可変素子を含むコンデンサと、前記コンデンサに直列に接続した第２抵抗と、を含むブリッジ回路と、前記ブリッジ回路における前記圧電ヘッドの等価回路と前記第１抵抗間、及び前記コンデンサと前記第２抵抗間に発生する差動電圧を増幅する差動増幅回路と、前記差動増幅回路によって増幅された前記差動電圧が最小となるように前記可変素子の容量を調節する調節回路と、前記調節回路による調節後に、前記ブリッジ回路を駆動する信号と前記差動増幅回路によって増幅された前記差動電圧との位相差が０となるように、前記差動電圧の位相を調整して、前記ブリッジ回路の駆動信号を生成する正帰還回路と、前記正帰還回路によって生成された駆動信号で前記ブリッジ回路を駆動したときの前記差動増幅回路から発振される発振周波数を検出する周波数検出回路と、を含むことを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、ブリッジ回路は、圧電ヘッド、電気系インピーダンスと音響系インピーダンスの並列回路で表される圧電ヘッドの等価回路と直列接続になるように圧電ヘットに接続した第１抵抗、圧電ヘッド外部に設けると共に電気的に容量が可変な可変素子を含むコンデンサと、コンデンサに直列に接続した第２抵抗、を含んで構成されており、該ブリッジ回路における圧電ヘッドの等価回路と第１抵抗間、及びコンデンサと第２抵抗間に発生する差動電圧が差動増幅回路によって増幅される。

このように差動増幅回路によって増幅された差動電圧は、圧電ヘッドの音響振動系のアドミッタンスに比例したものとなる。従って、差動増幅回路によって増幅された差動電圧を用いることで、圧電ヘッドの音響振動系の共振周波数をＳＮ比の高い信号として得ることができる。

また、正帰還回路では、ブリッジ回路を駆動する信号と差動増幅回路によって増幅された差動電圧との位相差が０となるように、差動電圧の位相が調整され、ブリッジ回路の駆動信号が生成される。これによって、差動増幅回路から音響振動系の共振周波数で信号を発振させることができる。すなわち、発振しない場合や、予め設定した発振周波数とは異なる発振周波数である場合に、不吐出として判定することが可能である。

そして、周波数検出手段を更に含んで、正帰還回路で生成された駆動信号でブリッジ回路を駆動したときの差動増幅回路から発振される発振周波数を検出することで、検出された周波数から不吐出を検出することが可能となる。例えば、発振していな場合や発振周波数がずれた場合等に不吐出と判断することが可能である。

従って、音響系アドミッタンスの共振周波数を検出して、不吐出ノズルを短時間で検出することが可能となる。

また、コンデンサが、電気的に容量が可変可能な可変素子を含んでおり、調整回路が、差動増幅回路によって増幅された差動電圧が最小となるように可変素子の容量を調節した後に、生成された駆動信号をブリッジ回路に入力することで、差動増幅回路によって増幅された差動電圧を、圧電ヘッドの音響振動系のアドミッタンスに比例したものとすることが可能となる。

請求項２に記載のインクジェット記録装置の検査方法は、圧電素子を有し、等価回路が電気系インピーダンスと音響系インピーダンスの並列回路で表される圧電ヘッドによってインクを吐出するインクジェット記録装置の検査方法であって、前記圧電ヘッド、前記等価回路と直列接続になるように前記圧電ヘッドに接続された第１抵抗、前記圧電ヘッド外部に設けると共に電気的に容量が可変な可変素子を含むコンデンサ、及び前記コンデンサに直列に接続した第２抵抗を含むブリッジ回路を構成すると共に、前記ブリッジ回路における前記圧電ヘッドの等価回路と前記第１抵抗間、及び前記コンデンサと前記第２抵抗間に発生する差動電圧を増幅する差動増幅回路を構成し、前記ブリッジ回路を駆動する信号と前記差動電圧との位相差が０となるように、差動電圧の位相を調整して、前記ブリッジ回路に入力する正帰還回路を構成し、前記差動増幅回路によって増幅された前記差動電圧が最小となるように前記可変素子の容量を調節した後に、前記正帰還回路で生成される信号を前記ブリッジ回路の駆動信号として入力して前記ブリッジ回路を駆動したときの前記差動増幅回路から発振される発振周波数を検出することを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、圧電ヘッド、電気系インピーダンスと音響系インピーダンスの並列回路で表される圧電ヘッドの等価回路と直列接続になるように圧電ヘッドに接続した第１抵抗、圧電ヘッド外部に設けると共に電気的に容量が可変な可変素子を含むコンデンサ、及びコンデンサに直列に接続した第２抵抗を含むブリッジ回路を構成すると共に、ブリッジ回路における圧電ヘッドの等価回路と第１抵抗間、及びコンデンサと第２抵抗間に発生する差動電圧を増幅する差動増幅回路を構成する。

そして、ブリッジ回路を駆動する信号と差動電圧との位相差が０となるように、差動電圧の位相を調整して、ブリッジ回路に入力する正帰還回路を構成し、正帰還回路で生成される信号をブリッジ回路の駆動信号とする。これによって、差動増幅回路から音響振動系の共振周波数で信号を発振させることができる。すなわち、発振しない場合や、予め設定した発振周波数とは異なる発振周波数である場合に、不吐出として判定することが可能である。

そして、生成された駆動信号でブリッジ回路を駆動したときの差動増幅回路から発振される発振周波数を検出することで、検出された周波数から不吐出を検出することが可能となる。例えば、発振していな場合や発振周波数がずれた場合等に不吐出と判断することが可能である。

従って、音響系アドミッタンスの共振周波数を検出して、不吐出ノズルを短時間で検出することが可能となる。

また、コンデンサが、電気的に容量が可変可能な可変素子を含んでおり、差動増幅回路によって増幅された差動電圧が最小となるように可変素子の容量を調節した後に、生成された駆動信号をブリッジ回路に入力することで、差動増幅回路によって増幅された差動電圧を、圧電ヘッドの音響振動系のアドミッタンスに比例したものとすることが可能となる。

なお、請求項１に記載の発明は、請求項３に記載の発明のように、圧電素子を有する圧電ヘッドに駆動信号を入力することでインクを吐出して画像を記録するインクジェット記録装置に搭載するようにしてもよい。

以上説明したように本発明によれば、圧電素子を有し、等価回路が電気系インピーダンスと音響系インピーダンスの並列回路で表される圧電ヘッドと、等価回路と直列接続になるように圧電ヘッドにに接続した第１抵抗と、圧電ヘッド外部に設けると共に電気的に容量が可変な可変素子を含むコンデンサと、コンデンサに直列に接続した第２抵抗と、を含むブリッジ回路における圧電ヘッドの等価回路と第１抵抗間、及びコンデンサと第２抵抗間に発生する差動電圧を差動増幅回路で増幅し、増幅した差動電圧が最小となるように可変素子の容量を調整した後に、増幅した差動電圧と、ブリッジ回路を駆動する信号との位相差が０となるように、差動電圧の位相を調整して、ブリッジ回路の駆動信号とすることにより、差動増幅回路から信号を発振させることができるので、発振された信号の周波数から圧電ヘッドの音響系アドミッタンスの共振周波数を検出して、不吐出ノズルを短時間で検出することが可能となる、という効果がある。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。

図１は、本発明の形態に係わるインクジェット記録装置の１ノズルあたりのヘッド構造を示す図である。

ヘッド１０は、本発明の圧電ヘッドに対応し、インクタンク１２、供給路１４、圧力室１６、ノズル１８、及び圧電素子２０を有している。

インクタンク１２には、インクが蓄えられ、インクタンク１２に蓄えられたインクは、供給路１４を介して圧力室１６に供給され、圧力室１６を介してノズル１８にインクが供給される。

圧力室の１６の壁面は振動板１６Ａからなり、該振動板１６Ａに圧電素子２０が設けられており、圧電素子２０によって振動板１６Ａを振動させることで、圧力波が発生する。すなわち、圧電素子２０の振動によって発生する圧力波によって、インクタンク１２に蓄えられたインクが供給路１４、圧力室１６を介してノズル１８から吐出されるようになっている。

図２は、本発明の実施の形態に係わるインクジェット記録装置の不吐出検出回路を示す図である。なお、本発明の実施の形態に係わるインクジェット記録装置の不吐出検出回路は、ノズルからのインクの不吐出を検出するための回路であり、インクジェット記録装置搭載するようにしてもよいし、インクジェット記録装置の製造工程の検査装置等に適用するようにしてもよいし、インクジェット記録装置の不吐出検出回路の一部をインクジェット記録装置に組み込むようにしてもよい。

図２に示すように、インクジェット記録装置の不吐出検出回路１００は、駆動回路２４がヘッド１０を含むブリッジ回路２６に接続されている。ヘッド１０は、ノズル選択用のオン抵抗Ｒｄを含むアナログマルチプレクサからなるスイッチＳＷｎと、ヘッド等価回路１１が直列に接続され、それぞれがノズル数分並列に接続されている。

ブリッジ回路２６は、ヘッド１０（スイッチＳＷｎのオン抵抗Ｒｄとヘッド等価回路１１）と、ヘッド１０に直列に接続された電流検出抵抗Ｒｓと、上記オン抵抗Ｒｄと同一のヘッド１０外部に設けた抵抗Ｒｄ及び該抵抗Ｒｄに直列に接続されヘッド１０外部に設けたコンデンサＣと、該コンデンサＣに直列に接続された電流検出抵抗Ｒｓとで構成されており、抵抗Ｒｄとヘッド１０間に駆動回路２４が接続されると共に２つの電流検出抵抗Ｒｓ間が接地されて、駆動回路２４から駆動電圧ＶＳがブリッジ回路２６に印加されるようになっている。

上記コンデンサＣは、可変容量ダイオードδＣと、該可変容量ダイオードδＣと直列に接続された静電容量Ｃ１と、可変容量ダイオードδＣの直列接続に対して並列に接続された静電容量Ｃ０で構成されている。なお、静電容量Ｃ１は、可変容量ダイオードδＣに印加する直流電圧をブリッジ回路２６に流入させないためのカップリングコンデンサである。

また、ヘッド１０と電流検出抵抗Ｒｓ間、及びコンデンサＣと電流検出抵抗Ｒｓ間に差動増幅器２８が接続されており、ヘッド１０と電流検出抵抗Ｒｓ間から差動増幅器２８に電圧Ｖ１が印加され、コンデンサＣと電流検出抵抗Ｒｓ間から差動増幅器２８に電圧Ｖ２が印加される。

差動増幅器２８の出力端には、切換スイッチ３２を介して静電容量自動調節回路３０が接続されており、静電容量自動調節回路３０の出力端に、抵抗Ｒ０を介して上記コンデンサＣにおける静電容量Ｃ１と可変容量ダイオードδＣ間に接続されている。

静電容量自動調節回路３０は、詳細には、反転増幅器３４からなり、差動増幅器２８の出力端が切換スイッチ３２を介して反転増幅器３４のマイナス入力端子に接続され、反転増幅器３４のプラス入力端子には、一端が接地された直流電源が接続されている。また、反転増幅器３４の出力端が抵抗Ｒ０に接続されている。

更に、差動増幅器２８の出力端には、周波数測定手段３８が接続されている。周波数測定手段３８としては、例えば、図３（Ａ）に示すような周波数カウンタや図３（Ｂ）に示すような周波数−電圧変換等を適用することが可能である。周波数カウンタては、正弦波をゼロクロスコンパレータ４０で方形波に変換してエッジ間の時間を別の高速クロックで測定して周波数に換算することができる。また、周波数−電圧変化では、正弦波の負から正への変化点でトリガする単安定マルチバイブレータ４２でパルス幅が一定のパルスに変換して、周波数は正弦波の周波数と同じなので、デューティ比が正弦波の周波数に比例する。従って、平滑回路４４で平均電圧に変換することで、変換された電圧で周波数を得ることができる。なお、周波数検出手段３８は、上記に限るものではなく、他の周波数測定手段を適用するようにしてもよい。

また、切換スイッチ３２は、帯域通過フィルタ３６及び全域通過フィルタ３７を介して駆動回路２４に接続されており、帯域通過フィルタ３６及び全域通過フィルタ３７を介した正帰還回路とされている。

帯域通過フィルタ３６は、ヘッド１０の音響振動系の共振周波数を含む周波数を通過させるバンドパスフィルタ等を適用することができるが、ローパスフィルタを適用することも可能である。

図４は、全域通過フィルタ３７の一例を示す図である。全域通過フィルタ３７は、位相だけを変化させるためのフィルタであり、図４に示すように、差動増幅器２８の出力Ｖ０が増幅器４６のプラス端子にコンデンサＣｉを介して入力される。また、増幅器４６のプラス入力端子は、さらに抵抗Ｒを介して接地されている。

一方、増幅器４６のマイナス入力端子は、抵抗Ｒを介して差動増幅器２８の出力に接続されていると共に、増幅器４６の出力端子と抵抗Ｒを介して接続されている。

なお、全域通過フィルタ３７の定数は、駆動回路２４、ブリッジ回路２６、差動増幅器２８、及び正帰還回路（帯域通過フィルタ３６及び全域通過フィルタ３７）の一巡ループで、電圧利得が１以上、かつ開ループでの位相差が０となるように設定されている。

次に本発明の実施の形態に係わるインクジェット記録装置の不吐出検出回路における作用について説明する。

まずはじめに、本発明の実施の形態に係わるインクジェット記録装置の不吐出検出回路の動作原理について説明する。

ヘッド１０は、ヘッド等価回路１１として表すと図５に示すように表すことができる。すなわち、電気系インピーダンスＺｅと音響系インピーダンスＺａとに分けることができる。なお、角周波数をω、虚数単位をｊとするとき、電気系インピーダンスＺｅと音響系インピーダンスＺａは、｜Ｚｅ（ｊω）｜＜＜｜Ｚａ（ｊω）｜である（実際には、電気系インピーダンスＺｅと音響系インピーダンスＺａは約１：３０程度である）。また、Ｒｄ＜＜｜Ｚａ（ｊω）｜とする。

電気系インピーダンスＺｅは、静電容量Ｃｄで表し、音響系インピーダンスＺａは、圧電素子２０、圧力室１６、供給路１４、及びノズル１８にそれぞれ対応する等価回路で表すことができる。圧電素子はインダクタンスＬ１０、抵抗Ｒ１０、及び静電容量Ｃ１０の直列共振回路で表すことができ、圧力室１６は静電容量Ｃ１１で表すことができ、供給路１４はインダクタンスＬ１１と抵抗Ｒ１１の直列回路として表すことができ、ノズル１８はインダクタンスＬ１２と抵抗Ｒ１２の直列回路として表すことができる。

すなわち、ヘッド等価回路１１は、図５下側に示すように、電気系インピーダンスＺｅと音響系インピーダンスＺａの並列回路とみなすことができる。

このように、ヘッド等価回路１１を用いると、本発明の実施の形態に係わるインクジェット記録装置の不吐出回路１００におけるブリッジ回路２６は、図６に示すように、置き換えることができる。すなわち、各ヘッド１０は、電気系インピーダンスＺｅと音響系インピーダンスＺａの並列回路に置き換えることができる。ここで、静電容量自動調節回路３０によって可変容量ダイオードδＣを調節することで、コンデンサＣを電気系インピーダンスＺｅとなるようにすると、ブリッジ回路２６のコンデンサＣが電気系インピーダンスＺｅとなり、この時、電流検出抵抗Ｒｓはノズル選択スイッチのオン抵抗Ｒｄに対して十分小さいものとすると、差動増幅器２８への入力電圧Ｖ１、Ｖ２はそれぞれ以下のように表すことができる。

ここで、｜Ｚｅ｜＜＜｜Ｚａ｜、Ｒｄ＜＜｜Ｚａ｜であるので、

となり、

Ｆ（ｊω）はノズル選択回路のオン抵抗Ｒｄと静電容量Ｃｄから構成される低域通過フィルタであるが、その遮断周波数は、問題としている音響系の共振周波数に比べて十分大きいので、音響系の共振周波数の帯域ではＦ（ｊω）は１とみなせる。

従って、差動増幅器２８の出力Ｖ０は、以下の式で表すことができ、ヘッド１０の音響系のアドミッタンスＹａに比例する。

すなわち、差動増幅器２８の出力Ｖ０を用いることで、ヘッド１０の音響振動系の共振周波数をＳＮ比の高い信号として得ることが可能となる。

次に、本発明の実施の形態に係わるインクジェット記録装置の不吐出回路の動作について説明する。なお、ヘッド１０の不吐出を検出する際には、測定対象のノズルのスイッチＳＷｎをオンして１つずつ不吐出を検出するものとし、各ノズル毎に不吐出を検出する前に動作スイッチ３２をオンとして可変容量ダイオードδＣを調整してから各ノズルの不吐出を検出する。

まず、交流電源から電圧ＶＩが駆動回路２４に入力されと、駆動回路２４から電圧ＶＳがブリッジ回路２６に入力される。これによって、差動増幅回路２８には、電圧Ｖ２と電圧Ｖ１が入力され、差動増幅回路２８の出力Ｖ０は、Ｖ０＝Ｖ１−Ｖ２となる。なお、可変容量ダイオードδＣの調節を行う場合には圧電素子２０の共振周波数から外れた信号を入力するものとする。

この時、差動増幅器２８の出力電圧Ｖ０は、以下の（１）に示すようになる。

すなわち、差動増幅器２８の出力電圧Ｖ０は、（Ｃ０＋δＣ）＞Ｃｄならば駆動回路２４の入力電圧ＶＩと同相となり、（Ｃ０＋δＣ）＜Ｃｄならば駆動回路２８の入力電圧ＶＩと逆相となる。

ここで、切換スイッチ３２が静電容量自動調節回路３０に切換えられると、差動増幅器２８の出力電圧Ｖ０が静電容量自動調節回路３０に出力される。この時、可変容量ダイオードδＣへの印加電圧が高い時には可変容量ダイオードδＣが小さいので差動増幅器２８の出力電圧Ｖ０の直流平均電圧は正となり、可変容量ダイオードδＣへの印加電圧が低下して可変容量ダイオードδＣが増加する。一方、可変容量ダイオードδＣへの印加電圧が低い時には可変容量ダイオードδＣが大きいので差動増幅器２８の出力電圧Ｖ０の直流平均電圧は負となり、可変容量ダイオードδＣへの印加電圧が増加して可変容量ダイオードδＣが減少する。この動作によって差動増幅器２８の出力電圧Ｖ０は０に収束していく。これによって、上述の動作原理で説明したようにコンデンサＣの容量をヘッド１０の電気インピーダンスＺｅに調節することができ、差動増幅器２８の出力Ｖ０を用いて圧電素子２０の音響振動系の周波数の測定が可能となり、切換スイッチ３２が正帰還回路に切換えられることで周波数検出手段３８による周波数検出が行われる。

切換スイッチ３２が正帰還回路に切換えられると、差動増幅器２８から出力される差動電圧Ｖ０は、帯域通過フィルタ３６に出力され、ヘッド１０の音響振動系の共振周波数を含む周波数帯域のみが全域通過フィルタ３７に出力される。

ここで、全域通過フィルタ３７の伝達特性について詳細に説明する。

全域通過フィルタ３７の伝達特性は、以下の式で表すことができる。

となり、ゲイン特性は、

となり、全周波数で一定である。

他方、位相特性は、

であり、０度から−１８０度まで回転する。

図７に、ヘッド１０の音響振動系位相特性の一例を示す。図７に示すように、この例における音響振動系位相特性では、６０ｋＨｚ付近に小さな極小点がある。この点での位相は＋７０度程度である。本実施の形態では、全域通過フィルタ３７の定数をうまく選んで、図７に示す全域通過フィルタ特性のように設計している。

これによって、結果としてヘッド１０と全域通過フィルタ３７を直列に接続したときの位相差が図５に示す合成位相のように６０ＫＨｚ付近で位相差が０となる。

これによって、差動増幅器２８から出力される信号を上記周波数（ヘッド１０の音響振動系の共振周波数）で発振させることができる。従って、周波数測定手段３８によって発振周波数を測定したり、発振を検出することにで、予め発振周波数とずれている場合や発振していない場合に、不吐出と判断することができ、短時間で高速な不吐出検出が可能となる。

なお、帯域通過フィルタ３６によって、上記発振周波数以外で発振しないように帯域通過フィルタ３６を通過する周波数が制限される。

図８は、ヘッド１０における電気−音響結合系のアドミッタンスの周波数−位相特性を示す図であり、図９は、本発明の実施の形態に係わるインクジェット記録装置の不吐出検出回路１００におけるヘッド１０の音響振動系の位相−周波数特性を示す図である。

ヘッド１０のアドミッタンスの周波数−位相特性は、図８の矢印Ａに示すように、電気系アドミッタンス（Ｒｄ、Ｃｄ）の影響が大きく、圧力室に関する共振はほとんどみられないので、従来では、図８矢印Ｂに示す圧電素子の共振点の変動から間接的に不吐出を検出していた。

本実施の形態では、上述したように、差動増幅器２８の出力Ｖ０を用いることで、ＳＮ比の高い信号を得ることができ、かつ音響振動系の共振周波数で発振させることができるので、図９に示すようにヘッド１０の音響振動系のアドミッタンスを高いＳＮ比で検出することができる。そして、位相差０度のゼロクロスで発振するので、発振がない場合や発振しなくなったことを周波数検出手段３８によって検出することで、ノズルを不吐出として検出することができる。従って、ヘッド１０の音響系のアドミッタンスの共振周波数を検出して、不吐出ノズルを短時間で検出することができる。なお、本実施の形態では、発振の有無を検出することで不吐出ノズルを検出するが、この他に、周波数測定手段３８によって発振周波数の変化を検出することでも不吐出ノズルを検出することができる。

次に、上記の実施の形態に係わるインクジェット記録装置の不吐出検出回路１００におけるブリッジ回路２６の変形例について説明する。図１０は、ブリッジ回路２６の変形例を示す図である。なお、上記の実施の形態と同一構成については同一符号を付して説明する。

図１０に示すように、変形例のブリッジ回路２７は、上記の実施の形態と同様に、駆動回路２４に接続されている。ヘッド１０は、上記の実施の形態と同様にノズル選択用のアナログマルチプレクサとオン抵抗Ｒｄを含むスイッチＳＷｎと、ヘッド等価回路１１が直列に接続されて構成され、各ノズル毎に並列に接続されている。

上記の実施の形態では、ブリッジ回路２６は、ヘッド１０（スイッチＳＷｎのオン抵抗Ｒｄとヘッド等価回路１１）と、ヘッド１０に直列に接続された電流検出抵抗Ｒｓと、上記オン抵抗と同一のヘッド１０外部に設けた抵抗Ｒｄ及び該抵抗Ｒｄに直列に接続されヘッド１０外部に設けたコンデンサＣと、該コンデンサＣに直列に接続された電流検出抵抗Ｒｓとで構成していたが、変形例では、ヘッド等価回路１１と、ヘッド１０のスイッチＳＷｎのオン抵抗Ｒｄと、上記オン抵抗Ｒｄと同一のヘッド１０外部に設けた抵抗Ｒｄと、抵抗Ｒｄに直列に接続されたヘッド１０の外部に設けたコンデンサＣと、で構成されている。

変形例では、ブリッジ回路２７のスイッチＳＷｎと抵抗Ｒｄ間に駆動回路２４が接続されると共にヘッド１０とコンデンサＣ間が接地されている。

コンデンサＣは、上記の実施の形態と同様に、静電容量Ｃ１と直列に接続された可変容量ダイオードδＣと、静電容量Ｃ１、可変容量ダイオードδＣの直列接続に対して並列に接続された静電容量Ｃ０で構成されている。なお、静電容量Ｃ１は、可変容量ダイオードδＣに印加する直流電圧をブリッジ回路２７に流入させないためのカップリングコンデンサである。

また、スイッチＳＷｎとヘッド１０間、及び抵抗ＲｄとコンデンサＣ間に差動増幅器２８が接続されている。この時、変形例では、ブリッジ回路２７の端子電圧が上記の実施の形態に比べて高くなってしまうので（３０Ｖ程度）、分圧回路が挿入されている。詳細には、ブリッジ回路２７と差動増幅器２８間に抵抗Ｒｘが接続されると共に、抵抗Ｒｘと差動増幅器２８間に接地された抵抗Ｒｙが接続されている。これによって、上記の実施の形態と同様に差動増幅器２８を動作させることができる。

差動増幅器２８の出力は、上記の実施の形態と同様に、静電容量自動調節手段３０に入力され、静電容量自動調節手段３０の出力は、抵抗Ｒ０を介して抵抗Ｒ０を介して上記コンデンサＣの静電容量Ｃ１と可変容量ダイオードδＣ間に接続されている。なお、静電容量自動調節回路３０については、上記の実施の形態と同一構成とされているので説明を省略する。また、図１０では省略したが、上記の実施の形態と同様に、差動増幅器２８の出力端には、周波数検出手段３８が接続されると共に、切換スイッチ３２を介して正帰還回路（帯域通過フィルタ３６及び全域通過フィルタ３７）が接続される。

このようにブリッジ回路２７を構成しても、上記の実施の形態と同様に動作させることができる。

ところで、上記の実施の形態に係わる不吐出検出回路１００は、図１１に示すように、インクジェット記録装置に搭載するようにしてもよい。図１１は、不吐出検出回路１００をインクジェット記録装置に搭載した場合の一例を示す図である。

インクジェット記録装置に上述の不吐出検出回路１００を搭載する場合には、駆動部１０２、ヘッドアッセンブリ１０４、及び不吐出検出部１０６として、インクジェット記録装置１１０に搭載する。

駆動部１０２は、波形生成回路１１２、上述の駆動回路２４、動作切換スイッチ１０８、及びノズル選択手段１１４を含んで構成する。

波形生成回路１１２は、ヘッド１０からインクを吐出して画像を記録するための駆動信号を生成し、駆動回路２４は、波形生成回路１１２によって生成された駆動信号の電力を増幅してヘッド１０に供給する。

ノズル選択手段１１４は、ヘッド１０のスイッチＳＷｎのオンオフを制御して、画像を記録する際にはインクを吐出するノズルの選択を行い、不吐出を検出する際には、不吐出検出を行うノズルの選択を行う。

また、動作切換スイッチ１０８は、画像を記録する際には、波形生成回路１１２によって生成された駆動信号を駆動回路２４に入力するように切換え、不吐出検出を行う際には、上述の正帰還回路の全域通過フィルタ３７からの信号を駆動回路２４に入力するように切換えを行うようになっている。

ヘッドアッセンブリ１０４は、上述のヘッド１０からなり、スイッチＳＷｎに駆動信号を入力することでインクを吐出する。すなわち、ノズル選択手段１１４によってスイッチＳＷｎが制御されることで画像を記録する。

不吐出検出部１０６は、駆動部１０２とヘッドアッセンブリ１０４と合わせて正帰還回路を構成し、発振周波数の変化または発振の有無によってノズル不吐出を検出する。

不吐出検出部１０６は、上述のブリッジ回路２６のうちの、２つの電流検出抵抗Ｒｓ、抵抗Ｒｄ、及びコンデンサＣを含んで構成すると共に、差動増幅器２８、静電容量自動調整回路３０、切換スイッチ３２、帯域通過フィルタ３６、全域通過フィルタ３７、及び周波数測定手段３８を含んで構成する。

このように構成することによって、インクジェット記録装置１１０に上述の不吐出検出回路１００を搭載することが可能となる。

本発明の実施の形態に係わるインクジェット記録ヘッドの１ノズルあたりのヘッド構造を示す図である。 本発明の実施の形態に係わるインクジェット記録装置の不吐出検出回路を示す図である。 周波数検出手段の一例を説明するための図である。 全域通過フィルタの一例を示す図である。 ヘッド等価回路を示す図である。 ヘッド等価回路を適用した時のブリッジ回路を示す図である。 ヘッドの音響振動系位相特性の一例を示す図である。 ヘッドにおける電気−音響結合系のアドミッタンスの周波数−位相特性を示す図である。 本発明の実施の形態に係わるインクジェット記録装置の不吐出検出回路におけるヘッドの音響振動系の位相−周波数特性を示す図である。 ブリッジ回路の変形例 不吐出検出回路をインクジェット記録装置に搭載した場合の一例を示す図である。

符号の説明

１０ ヘッド
１１ ヘッド等価回路
２０ 圧電素子
２４ 駆動回路
２６、２７ ブリッジ回路
２８ 差動増幅器
３０ 静電容量自動調節回路
３２ 切換スイッチ
３４ 反転増幅器
３６ 帯域通過フィルタ
３７ 全域通過フィルタ
３８ 周波数測定手段
４０ ゼロクロスコンパレータ
４２ 単安定マルチバイブレータ
４４ 平滑回路
４６ 増幅器
１００ 不吐出検出回路
１１０ インクジェット記録装置
ＳＷｎ スイッチ
Ｒｄ オン抵抗
Ｃ コンデンサ
δＣ 可変容量ダイオード
Ｒｓ 電流検出抵抗

Claims (3)

1. 圧電素子を有し、等価回路が電気系インピーダンスと音響系インピーダンスの並列回路で表される圧電ヘッドと、前記等価回路と直列接続になるように前記圧電ヘッドに接続した第１抵抗と、前記圧電ヘッド外部に設けると共に電気的に容量が可変な可変素子を含むコンデンサと、前記コンデンサに直列に接続した第２抵抗と、を含むブリッジ回路と、
   前記ブリッジ回路における前記圧電ヘッドの等価回路と前記第１抵抗間、及び前記コンデンサと前記第２抵抗間に発生する差動電圧を増幅する差動増幅回路と、
   前記差動増幅回路によって増幅された前記差動電圧が最小となるように前記可変素子の容量を調節する調節回路と、
   前記調節回路による調節後に、前記ブリッジ回路を駆動する信号と前記差動増幅回路によって増幅された前記差動電圧との位相差が０となるように、前記差動電圧の位相を調整して、前記ブリッジ回路の駆動信号を生成する正帰還回路と、
   前記正帰還回路によって生成された駆動信号で前記ブリッジ回路を駆動したときの前記差動増幅回路から発振される発振周波数を検出する周波数検出回路と、
   を含むインクジェット記録装置の不吐出検出回路。
2. 圧電素子を有し、等価回路が電気系インピーダンスと音響系インピーダンスの並列回路で表される圧電ヘッドによってインクを吐出するインクジェット記録装置の検査方法であって、
   前記圧電ヘッド、前記等価回路と直列接続になるように前記圧電ヘッドに接続された第１抵抗、前記圧電ヘッド外部に設けると共に電気的に容量が可変な可変素子を含むコンデンサ、及び前記コンデンサに直列に接続した第２抵抗を含むブリッジ回路を構成すると共に、前記ブリッジ回路における前記圧電ヘッドの等価回路と前記第１抵抗間、及び前記コンデンサと前記第２抵抗間に発生する差動電圧を増幅する差動増幅回路を構成し、
   前記ブリッジ回路を駆動する信号と前記差動電圧との位相差が０となるように、差動電圧の位相を調整して、前記ブリッジ回路に入力する正帰還回路を構成し、
   前記差動増幅回路によって増幅された前記差動電圧が最小となるように前記可変素子の容量を調節した後に、前記正帰還回路で生成される信号を前記ブリッジ回路の駆動信号として入力して前記ブリッジ回路を駆動したときの前記差動増幅回路から発振される発振周波数を検出することを特徴とするインクジェット記録装置の検査方法。
3. 圧電素子を有する圧電ヘッドに駆動信号を入力することでインクを吐出して画像を記録するインクジェット記録装置であって、
   請求項１に記載のインクジェット記録装置の不吐出検出回路を含むことを特徴とするインクジェット記録装置。
   

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