JP4609018B2

JP4609018B2 - 液体吐出ヘッドの検査方法及びプリンタ装置

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Publication number: JP4609018B2
Application number: JP2004275346A
Authority: JP
Inventors: 孝八木
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2004-09-22
Filing date: 2004-09-22
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2024-09-22
Also published as: JP2006088446A; US7267420B2; US20060061615A1

Description

本発明は液体吐出ヘッドの検査方法及びプリンタ装置に係り、特に、圧電素子が設けられたノズルを複数備え、個々の圧電素子への駆動電界の印加に伴って個々のノズルから記録液滴を吐出する液体吐出ヘッドを検査する液体吐出ヘッドの検査方法、及び、該液体吐出ヘッドの検査方法を適用可能なプリンタ装置に関する。

記録ヘッドのノズルから吐出させたインク滴を記録媒体に付着させて記録媒体に文字や写真等の画像を記録するインクジェット記録方式の一種として、従来よりオンデマンド型が知られている。オンデマンド型は記録情報に対応してノズルから間欠的にインク滴を吐出させる方式であり、このオンデマンド型の１種として、圧電素子への駆動信号電圧の印加に伴う圧電素子の変位を、インクで満たされた圧力室へ振動板を介して伝達することで、圧力室内の圧力変動によりノズルからインク滴を吐出させる圧電方式が知られている。

圧電方式の記録ヘッドは、圧電体に電極材を成膜して形成された多数個の圧電素子を、振動板やインク流路、圧力室、ノズル等が多数形成された流路板の個々のノズルに対応する位置に接着等により各々接合した後に、個々の圧電素子に電気配線を接続し、インク供給路を取付けることによって製造されるが、接合した多数個の圧電素子の中には、接合不良の圧電素子やクラックが内在している圧電素子が混在していることがある。そして、このような圧電素子はインクの吐出不良の原因となるので、プリンタ装置の製造時又は出荷時には、記録ヘッドにインク吐出不良の原因となる圧電素子が混在していないか否かを検査し、上記のような圧電素子が混在している記録ヘッドを出荷対象から除外する必要がある。

記録ヘッドにインク吐出不良の原因となる圧電素子が混在していないか否かを検査することは、記録ヘッドに設けられている個々の圧電素子のインピーダンスの周波数特性を各々測定し、個々の圧電素子の共振周波数を各々閾値と比較することによって行うことが一般的であり、例えば特許文献１には、各ノズルにインピーダンスアナライザを接続し各ノズルに対応して設けられた圧電素子の固有振動数（共振周波数）を測定し、接着状態が正常の圧電素子における固有振動数からずれた固有振動数を示す圧電素子を接着不良と判断する技術が開示されている。

また、特許文献２には、圧電素子を駆動して圧電素子に流れる電流を検出し、検出した電流が規定範囲外のときに圧電素子又は圧電素子駆動回路に故障があるものと判断する技術が開示されており、特許文献３には、インクジェットプリンタに圧電素子駆動時の共振周波数を測定する測定部を設けると共に、基準となる共振周波数データを記憶部に記憶しておき、圧電素子駆動時の共振周波数の変化を測定することで、圧電素子の不良発生及び圧力室の気泡発生によるインク不吐出を検知する技術が開示されている。なお、圧電素子の共振周波数の測定時に圧電素子に印加する電圧は、インクを吐出させるために圧電素子に印加する電圧よりも明らかに低い電圧（例えばインク吐出のための印加電圧が30〜40Vとすると、0.5V程度）であることが一般的であった。
特開平１１−６４１７５号公報特開２００２−１２７４０５号公報特開２００４−９５０１号公報

しかしながら、プリンタ装置の製造時又は出荷時に上記の検査を行うことで、個々の圧電素子の共振周波数が一定範囲内に収まっていることを確認した記録ヘッドであっても、プリンタ装置の使用を継続している間に経時的に一部の圧電素子に故障や顕著な特性変化が発生することがある。経時的に故障或いは顕著な特性変化が発生する圧電素子（短寿命の圧電素子）は、記録ヘッドの製造時点で接合状態が僅かに不良であったり、クラックが僅かに内在していたことが原因と考えられているが、従来の記録ヘッドの検査では、共振周波数の閾値を調整したとしても経時的に故障或いは顕著な特性変化が発生する圧電素子を検出することは困難であり、検査精度が不足しているのが実情であった。

本発明は上記事実を考慮して成されたもので、液体吐出ヘッドに設けられた圧電素子の経時的な故障等の発生を抑制することが可能な液体吐出ヘッドの検査方法及びプリンタ装置を得ることが目的である。

記録ヘッド（液体吐出ヘッド）に用いる圧電素子は印加する電圧の大きさによってインピーダンスが変化する。本願発明者は上記事実に着目し、液体吐出ヘッドの個々の圧電素子に、従来通りの電圧と従来よりも高い電圧（具体的には、液体吐出ヘッドからインクを吐出させる際と略同等の大きさの電圧）を各々印加して個々の圧電素子のインピーダンスの周波数特性を各々測定し、個々の圧電素子の共振周波数を求める実験を行った。結果を図１（Ａ）に示す。なお、図１（Ａ）における横軸は、個々の圧電素子に対応するノズルの液体吐出ヘッド上での位置を表している。図１（Ａ）及び（Ｂ）からも明らかなように、従来よりも高い電圧を圧電素子に印加した場合、個々の圧電素子の共振周波数のばらつきが大きくなっていることが理解できる。

また、本願発明者は、上記の検査により個々の圧電素子に故障が発生していないことを確認した液体吐出ヘッドを用い、該液体吐出ヘッドに設けられている圧電素子の一部に故障或いは顕著な特性変化が発生したことが確認される迄の間、液体吐出ヘッドを継続的に駆動する試験を行った。そして、試験中に故障等が生じた圧電素子に対し、検査時に高電圧を印加して求めた共振周波数を確認したところ、試験中に故障等が生じた圧電素子は、検査時に高電圧を印加して求めた共振周波数が相対的に低い周波数を示していた圧電素子であり、図１（Ｃ）にも示すように、低電圧を印加したときの共振周波数に対し、高電圧を印加したときの共振周波数の低下度合いが大きいことが確認された。本願発明者は上記事実に基づき、液体吐出ヘッドの検査に際して低電圧（従来通りの電圧）及び高電圧（例えば液体吐出ヘッドからインクを吐出させる際と略同等の大きさの電圧）を各々印加して共振周波数を各々求めて両者を比較すれば、経時的に故障等が発生し易いと推定される圧電素子を検知できることに想到して本発明を成すに至った。

上記に基づき請求項１記載の発明に係る液体吐出ヘッドの検査方法は、圧電素子が設けられたノズルを複数備え、個々の圧電素子への駆動信号電圧の印加に伴って個々のノズルから記録液滴を吐出する液体吐出ヘッドに対し、電圧の大きさが一定振幅で周期的に変化する第１の電圧を前記圧電素子に印加し、前記圧電素子を流れる電流を測定することを、前記第１の電圧の周波数を変化させながら繰り返すことで、前記圧電素子のインピーダンスの周波数特性を求め、求めた前記周波数特性から第１の電圧印加時の共振周波数を導出することを、前記個々の圧電素子に対して各々行うと共に、電圧の大きさが一定振幅で周期的に変化しかつ最大電圧が前記第１の電圧よりも高い第２の電圧を前記圧電素子に印加し、前記圧電素子を流れる電流を測定することを、前記第２の電圧の周波数を変化させながら繰り返すことで、前記圧電素子のインピーダンスの周波数特性を求め、求めた前記周波数特性から第２の電圧印加時の共振周波数を導出することを、前記個々の圧電素子に対して各々行い、個々の圧電素子について、第１の電圧印加時の共振周波数に対する第２の電圧印加時の共振周波数の低下率を演算し、前記低下率が閾値以上の圧電素子を、経時的に故障する確率が高い圧電素子と判断する。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記第２の電圧は最大電圧が前記駆動信号電圧と略同等の大きさであることを特徴としている。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、少なくとも第２の電圧を印加して共振周波数を測定する際に、測定期間中に圧電素子に印加される電圧の極性が一定となるように、バイアス電圧を加えた電圧を圧電素子に印加することを特徴としている。

請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記液体吐出ヘッドには情報の読み出し及び書き込みが可能な記録素子が付加されており、前記経時的に故障する確率が高いと判断した圧電素子の情報を前記記録素子に書き込むことを特徴としている。

請求項５記載の発明に係るプリンタ装置は、圧電素子が設けられたノズルを複数備え、個々の圧電素子への駆動信号電圧の印加に伴って個々のノズルから記録液滴を吐出する液体吐出ヘッドを備えたプリンタ装置であって、請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の液体吐出ヘッドの検査方法によって経時的に故障する確率が高いと判断された圧電素子を表す情報を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶されている情報に基づき、経時的に故障する確率が高いと判断された圧電素子の駆動頻度が低下するように、前記液体吐出ヘッドの駆動を制御する駆動制御手段と、を備えたことを特徴としている。

請求項６記載の発明に係るプリンタ装置は、圧電素子が設けられたノズルを複数備え、個々の圧電素子への駆動信号電圧の印加に伴って個々のノズルから記録液滴を吐出する液体吐出ヘッドを備えたプリンタ装置であって、電圧の大きさが一定振幅で周期的に変化する第１の電圧を前記圧電素子に印加し、前記圧電素子を流れる電流を測定することを、前記第１の電圧の周波数を変化させながら繰り返すことで、前記圧電素子のインピーダンスの周波数特性を求め、求めた前記周波数特性から第１の電圧印加時の共振周波数を導出することを、前記個々の圧電素子に対して各々行うと共に、電圧の大きさが一定振幅で周期的に変化しかつ最大電圧が前記第１の電圧よりも高い第２の電圧を前記圧電素子に印加し、前記圧電素子を流れる電流を測定することを、前記第２の電圧の周波数を変化させながら繰り返すことで、前記圧電素子のインピーダンスの周波数特性を求め、求めた前記周波数特性から第２の電圧印加時の共振周波数を導出することを、前記個々の圧電素子に対して各々行う測定手段と、個々の圧電素子について、第１の電圧印加時の共振周波数に対する第２の電圧印加時の共振周波数の低下率を演算し、前記低下率が閾値以上の圧電素子を、経時的に故障する確率が高い圧電素子と判断する判断手段と、前記判断手段によって経時的に故障する確率が高いと判断された圧電素子を表す情報を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶されている情報に基づき、経時的に故障する確率が高いと判断された圧電素子の駆動頻度が低下するように、前記液体吐出ヘッドの駆動を制御する駆動制御手段と、を備えたことを特徴としている。

請求項７記載の発明は、請求項６記載の発明において、前記測定手段による前記第１の電圧印加時の共振周波数及び第２の電圧印加時の共振周波数の測定、前記判断手段による前記経時的に故障する確率が高い圧電素子の判断が定期的に行われることを特徴としている。

以上説明したように本発明は、液体吐出ヘッドに設けられた圧電素子の経時的な故障等の発生を抑制することが可能になる、という優れた効果を有する。

以下、図面を参照して本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。図２には本発明を適用可能なインクジェットプリンタ装置の液体吐出ヘッド１０の内部構造が示されている。なお、液体吐出ヘッド１０には多数個のノズルが設けられているが、個々のノズルに対応する部分は互いに同一の構造とされており、図２には単一のノズルに対応する部分のみを示している。

図２に示すように、液体吐出ヘッド１０にはインクタンク１２が設けられており、このインクタンク１２には、図示しないインク供給路を介して供給されたインクが貯留されている。インクタンク１２は供給路１４を介して圧力室１６と連通されており、圧力室１６はインクタンク１２から供給路１４を介して供給されるインクで満たされている。圧力室１６の壁面の一部は振動板１６Ａで構成されており、振動板１６Ａには圧電素子２０が接着等により接合されている。圧電素子２０に電圧（後述する駆動信号電圧）が印加されると、圧電素子２０が変位することで振動板１６Ａが振動し、振動板１６Ａの振動が圧力波として圧力室１６内を伝播することで、圧力室１６内のインクが、圧力室１６と連通されたノズル１８を介しインク滴として吐出される。

図３には液体吐出ヘッド１０の検査及び駆動を行う検査／駆動部２４が示されている。検査／駆動部２４は、液体吐出ヘッド１０の製造工程やインクジェットプリンタ装置の出荷時に液体吐出ヘッド１０の検査を行う検査装置、又は、液体吐出ヘッド１０が取付けられるインクジェットプリンタ装置に搭載することができる。検査／駆動部２４は、液体吐出ヘッド１０のノズル１８からインク滴が吐出されるように圧電素子２０を駆動（圧電素子２０に印加）するための駆動信号電圧を生成する駆動電圧生成部２６を備えている。駆動電圧生成部２６は、ノズル１８から所定の滴体積のインク滴（記録液滴）が所定の滴速度で吐出されると共に、記録液滴以外のインク滴（異常サテライトやミスト等）の吐出が抑制されるように設定された波形の信号を生成し、この信号を所定電圧迄増幅することで駆動信号電圧を生成する。なお本実施形態において、駆動信号電圧の大きさ（最大電圧）は、例えば30〜40Ｖ程度とされている。

また検査／駆動部２４は、圧電素子２０の共振周波数を測定する際に圧電素子２０へ印加するための第１の測定電圧を生成する第１の測定電圧生成部２８と、同じく共振周波数の測定時に圧電素子２０へ印加するための第２の測定電圧を生成する第２の測定電圧生成部３０を備えている。第１の測定電圧生成部２８は、第１の測定電圧として、振幅が一定で電圧の大きさが周期的に変化し、最大電圧が駆動信号電圧よりも所定値以上小さい（例えば0.5Ｖ程度）電圧を生成する。また、第２の測定電圧生成部３０は、第２の測定電圧として、振幅が一定で電圧の大きさが周期的に変化し、最大電圧が駆動信号電圧と同程度（例えば30〜40Ｖ程度）の電圧を生成する。なお、図３では、第１の測定電圧及び第２の測定電圧として正弦波状の波形を示しているが、これに限られるものではなく、例えば余弦波を採用しても良い。

また、圧電素子２０に印加する測定電圧の振幅とバイアス値の設定によっては、例えば図４（Ａ）に示すように、測定電圧印加期間内の一部期間で圧電素子２０に逆極性の電圧が印加される場合が考えられるが、特に印加電圧の高い第２の測定電圧の印加に際して上記のように一時的に電圧の極性が切り替わると、圧電素子２０の破壊等の悪影響を圧電素子２０に及ぼす可能性がある。このため、第２の測定電圧生成部３０は、第２の測定電圧印加期間中に圧電素子２０へ印加される電圧の極性が一定となるように（第２の測定電圧の極性が一時的に切り替わることのないように）、振幅が一定で電圧の大きさが周期的に変化する電圧を生成した後に、例として図４（Ｂ）にも示すように、生成した電圧にバイアス電圧Ｖ_Bを加えることで、最大電圧が駆動信号電圧と同程度（例えば30〜40Ｖ程度）の第２の測定電圧を生成するように構成されている。なお、上記事項は請求項３記載の発明に対応している。

更に、第１の測定電圧生成部２８及び第２の測定電圧生成部３０は、第１の測定電圧／第２の測定電圧における周波数を、例えば１ｋＨz〜１ＭＨz程度の範囲で変更可能とされている。第１の測定電圧生成部２８及び第２の測定電圧生成部３０は駆動／測定制御部４６に接続されており、駆動／測定制御部４６からの指示に応じて第１の測定電圧／第２の測定電圧の周波数を変化させる。

駆動電圧生成部２６、第１の測定電圧生成部２８及び第２の測定電圧生成部３０は切替部３２に各々接続されており、切替部３２には駆動信号電圧、第１の測定電圧及び第２の測定電圧が各々入力される。また、切替部３２は駆動／測定制御部４６に接続されている。図３では、切替部３２を模式的にスイッチとして示しているが、切替部３２は、実際にはＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチング素子を含んで構成されており、駆動／測定制御部４６からの指示に従い、入力される駆動信号電圧、第１の測定電圧及び第２の測定電圧の何れかを選択的に出力する。

切替部３２の出力端は、液体吐出ヘッド１０に設けられている圧電素子２０の数と同数のスイッチング素子３４Ａを備えたスイッチング部３４の個々のスイッチング素子３４Ａの一端に各々接続されている。スイッチング部３４の個々のスイッチング素子３４ＡもＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチング素子から成り、個々のスイッチング素子３４Ａのオンオフは駆動／測定制御部４６によって制御される。個々のスイッチング素子３４Ａの他端は液体吐出ヘッド１０の個々の圧電素子２０の一端に接続されており、個々の圧電素子２０の他端は電流検出用抵抗３６を介して接地されている。

また、圧電素子２０と電流検出用抵抗３６の間は電流検出部３８に接続されており、電流検出用抵抗３６を流れる電流の大きさが電流検出部３８によって検出される。電流検出部３８の出力端には、共振周波数判定部４０、素子状態判定部４２、素子状態記憶部４４、駆動／測定制御部４６が順に接続されている。共振周波数判定部４０は、電流検出部３８によって検出された電流値に基づいて個々の圧電素子２０のインピーダンス（詳しくはインピーダンスの逆数であるアドミッタンス）の周波数特性を求め、求めた個々の圧電素子２０のインピーダンス（アドミッタンス）の周波数特性から共振周波数（第１の測定電圧印加時の共振周波数（第１の共振周波数）及び第２の測定電圧印加時の共振周波数（第２の共振周波数）を導出する。

また、素子状態判定部４２は共振周波数判定部４０によって導出された第１の共振周波数及び第２の共振周波数に基づいて個々の圧電素子２０の状態を判定し、素子状態記憶部４４は素子状態判定部４２による判定結果を記憶する。なお、素子状態記憶部４４は、例えばフラッシュメモリ等の不揮発性メモリを適用することができる。駆動／測定制御部４６は、液体吐出ヘッド１０の個々の圧電素子２０の検査を行う場合には、液体吐出ヘッド１０の個々の圧電素子２０に第１の測定電圧又は第２の測定電圧が順に印加されるように、切替部３２及びスイッチング部３４を制御し、液体吐出ヘッド１０からインクを吐出させて記録用紙に画像を記録させる場合には、外部から入力される駆動データ（記録用紙に所定の画像が記録されるように液体吐出ヘッド１０の各ノズル１８からインク滴を吐出させるための駆動データ）に応じて、液体吐出ヘッド１０の個々の圧電素子２０に駆動信号電圧が印加されるように切替部３２及びスイッチング部３４を制御する。

次に本実施形態の作用として、検査／駆動部２４によって実施されるヘッド検査処理について、図５を参照して説明する。なお、このヘッド検査処理は、液体吐出ヘッド１０の製造工程やインクジェットプリンタ装置の出荷時には、検査装置に内蔵された検査／駆動部２４によって実施され、液体吐出ヘッド１０が取付けられたインクジェットプリンタ装置が出荷された後は、インクジェットプリンタ装置の電源オン時（或いは電源オフ時）、又はインクジェットプリンタ装置のメインテナンス時、又はインクジェットプリンタ装置がプリント処理を行っていない待機時に、インクジェットプリンタ装置に搭載された検査／駆動部２４によって実施される。なお、検査／駆動部２４が搭載されたインクジェットプリンタ装置は請求項６（詳しくは請求項７）に記載のプリンタ装置に対応している。

ヘッド検査処理では、まず駆動／測定制御部４６により、液体吐出ヘッド１０に設けられている多数の圧電素子２０の中から処理対象の圧電素子２０が選択される（ステップ１００）。次に駆動／測定制御部４６は、第１の測定電圧生成部２８から出力される第１の測定電圧の周波数が所定の初期値（例えばヘッド検査処理における第１の測定電圧の周波数変更範囲の上限又は下限に相当する周波数値）となるように、第１の測定電圧生成部２８を制御する（ステップ１０２）。そして駆動／測定制御部４６は、第１の測定電圧生成部２８から出力された第１の測定電圧が切替部３２から出力されるように切替部３２を制御すると共に、スイッチング部３４に設けられている多数のスイッチング素子３４Ａのうち処理対象の圧電素子２０に対応するスイッチング素子３４Ａのみがオンするようにスイッチング部３４を制御する（ステップ１０４）。これにより、切替部３２から出力された第１の測定電圧が処理対象の圧電素子２０にのみ印加されることになる。

第１の測定電圧が処理対象の圧電素子２０に印加されると、電流検出部３８は電流検出用抵抗３６を流れる電流、すなわち処理対象の圧電素子２０を流れる電流の大きさを測定する（ステップ１０６）。なお、電流検出部３８によって測定された電流値は共振周波数判定部４０に入力され、共振周波数判定部４０で保持される。電流の測定が完了すると、駆動／測定制御部４６は、第１の測定電圧の周波数を所定の周波数変更範囲の全範囲に亘って変更したか否か判定し（ステップ１０８）、判定が否定された場合は、第１の測定電圧生成部２８から出力される第１の測定電圧の周波数が所定値だけ変化するように第１の測定電圧生成部２８を制御（ステップ１１０）する。そして、処理対象の圧電素子への第１の測定電圧の印加・電流の測定（ステップ１０４，１０８）が再度行われる。

所定の周波数変更範囲の全範囲に亘って第１の測定電圧の周波数が変更され、各周波数における第１の測定電圧を処理対象の圧電素子２０に印加したときの電流が各々測定されると（ステップ１０８の判定が肯定されると）、共振周波数判定部４０は、電流検出部３８から入力されて保持している電流値に基づいて、第１の測定電圧の周波数が各値のときのアドミッタンス|Ｙ|（インピーダンス|Ｚ|の逆数）を各々演算することで、例として図６に示すように、第１の測定電圧を印加したときの処理対象の圧電素子２０のアドミッタンス|Ｙ|の周波数特性を求め、求めた周波数特性においてアドミッタンス|Ｙ|が急峻に変化している箇所の周波数（図６における共振周波数ｆ₀）を、処理対象の圧電素子に第１の測定電圧を印加したときの共振周波数（第１の共振周波数ｆＬ）として導出する（ステップ１１２）。

なお、上述したステップ１０２〜１１２は請求項１に記載の「電圧の大きさが一定振幅で周期的に変化する第１の電圧を前記圧電素子に印加し、圧電素子を流れる電流を測定することを、第１の電圧の周波数を変化させながら繰り返すことで、圧電素子のインピーダンスの周波数特性を求め、求めた周波数特性から第１の電圧印加時の共振周波数を導出することを、個々の圧電素子に対して各々行う」ステップに対応しており、上記処理を実現する第１の測定電圧生成部２８、切替部３２、スイッチング部３４、電流検出部３８、共振周波数判定部４０及び駆動／測定制御部４６は請求項６に記載の測定手段に対応している。

続いて駆動／測定制御部４６は、第２の測定電圧生成部３０から出力される第２の測定電圧の周波数が所定の初期値となるように、第２の測定電圧生成部３０を制御する（ステップ１１４）。そして駆動／測定制御部４６は、第２の測定電圧生成部３０から出力された第２の測定電圧が切替部３２から出力されるように切替部３２を制御すると共に、スイッチング部３４に設けられている多数のスイッチング素子３４Ａのうち処理対象の圧電素子２０に対応するスイッチング素子３４Ａのみがオンするようにスイッチング部３４を制御する（ステップ１１６）。これにより、切替部３２から出力された第２の測定電圧が処理対象の圧電素子２０にのみ印加されることになる。

第２の測定電圧が処理対象の圧電素子２０に印加されると、電流検出部３８は電流検出用抵抗３６を流れる電流、すなわち処理対象の圧電素子２０を流れる電流の大きさを測定する（ステップ１１８）。電流の測定が完了すると、駆動／測定制御部４６は、第２の測定電圧の周波数を所定の周波数変更範囲の全範囲に亘って変更したか否か判定し（ステップ１２０）、判定が否定された場合は、第２の測定電圧生成部３０から出力される第２の測定電圧の周波数が所定値だけ変化するように第２の測定電圧生成部３０を制御（ステップ１２２）する。そして、処理対象の圧電素子への第２の測定電圧の印加・電流の測定（ステップ１１６，１１８）が再度行われる。

所定の周波数変更範囲の全範囲に亘って第２の測定電圧の周波数が変更され、周波数が各値の第２の測定電圧を処理対象の圧電素子２０に印加したときの電流が各々測定されると（ステップ１２０の判定が肯定されると）、共振周波数判定部４０は、電流検出部３８から入力されて保持している電流値に基づいて、第２の測定電圧の周波数が各値のときのアドミッタンス|Ｙ|（インピーダンス|Ｚ|の逆数）を各々演算することで、第２の測定電圧を印加したときの処理対象の圧電素子２０のアドミッタンス|Ｙ|の周波数特性を求め、求めた周波数特性においてアドミッタンス|Ｙ|が急峻に変化している周波数を、処理対象の圧電素子に第２の測定電圧を印加したときの共振周波数（第２の共振周波数ｆＨ）として導出する（ステップ１２４）。

なお、上述したステップ１１４〜１２４は請求項１に記載の「電圧の大きさが一定振幅で周期的に変化しかつ最大電圧が第１の電圧よりも高い第２の電圧を圧電素子に印加し、圧電素子を流れる電流を測定することを、第２の電圧の周波数を変化させながら繰り返すことで、圧電素子のインピーダンスの周波数特性を求め、求めた前記周波数特性から第２の電圧印加時の共振周波数を導出することを、個々の圧電素子に対して各々行」うステップに対応しており、上記処理を実現する第２の測定電圧生成部３０、切替部３２、スイッチング部３４、電流検出部３８、共振周波数判定部４０及び駆動／測定制御部４６も請求項６に記載の測定手段に対応している。

共振周波数判定部４０によって導出された第１の共振周波数ｆＬ及び第２の共振周波数ｆＨは素子状態判定部４２に各々入力される。素子状態判定部４２は入力された第１の共振周波数ｆＬ及び第２の共振周波数ｆＨに基づき、次の(１)式に従って共振周波数低下率Ｒａを演算する（ステップ１２６）。
Ｒａ＝(ｆＬ−ｆＨ)÷ｆＬ×１００
そして共振周波数判定部４０は、演算した共振周波数低下率Ｒａを閾値Ｒａ0,Ｒａ1と各々比較することで（但し、閾値Ｒａ0＜Ｒａ1であり、例えば閾値Ｒａ0＝15％，閾値Ｒａ1＝30％に設定することができる）、処理対象の圧電素子２０の状態を判定する（ステップ１２８）。演算した共振周波数低下率Ｒａが閾値Ｒａ1よりも大きい場合には、例えば処理対象の圧電素子２０と振動板１６Ａとの接合状態が顕著に不良であったり、処理対象の圧電素子２０に顕著なクラックが内在している等により、処理対象の圧電素子２０が故障していると判断できるので、共振周波数判定部４０は、処理対象の圧電素子２０が故障状態であることを表す情報を素子状態記憶部４４に記憶させる。

また、先に演算した共振周波数低下率Ｒａが閾値Ｒａ0よりも大きく、かつ閾値Ｒａ1以下の場合には、例えば処理対象の圧電素子２０と振動板１６Ａとの接合状態が僅かに不良であったり、処理対象の圧電素子２０に僅かなクラックが内在している等により、処理対象の圧電素子２０が経時的な故障等が発生する可能性が高い圧電素子である（以下、この種の圧電素子２０を破壊予備圧電素子と称する）であると判断できるので、共振周波数判定部４０は、処理対象の圧電素子２０が破壊予備圧電素子であることを表す情報を素子状態記憶部４４に記憶させる。

なお、上述したステップ１２６，１２８は請求項１に記載の「個々の圧電素子について、第１の電圧印加時の共振周波数に対する第２の電圧印加時の共振周波数の低下率を演算し、前記低下率が閾値以上の圧電素子を、経時的に故障する確率が高い圧電素子と判断する」ステップに対応しており、上記処理を実現する素子状態判定部４２は請求項６に記載の検知手段に、上記情報を記憶する素子状態記憶部４４は請求項６に記載の記憶手段に対応している。

以上のようにして単一の圧電素子２０に対する処理が完了すると、液体吐出ヘッド１０に設けられている全ての圧電素子２０に対して上述の処理を行ったか否かが判定され（ステップ１３０）、判定が否定された場合には、未処理の圧電素子２０に対して上述の処理（ステップ１００〜１３０）が繰り返される。これにより、例として図７に示すように、液体吐出ヘッド１０に設けられている多数個の圧電素子２０のうち、共振周波数低下率Ｒａが閾値Ｒａ0よりも大きい全ての圧電素子２０が破壊予備圧電素子として各々抽出されることになる。なお、図７では閾値Ｒａ0として15％を適用した例を示しているが、これに限られるものではなく、閾値Ｒａ0の値は適宜変更可能である。

液体吐出ヘッド１０に設けられている全ての圧電素子２０に対し、故障状態か否かの判定及び破壊予備圧電素子か否かの判定を行うと、共振周波数判定部４０は、故障状態と判定した圧電素子２０が有ったか否か判定する（ステップ１３２）。判定が否定された場合は何ら処理を行うことなくヘッド検査処理を終了するが、判定が肯定された場合は、故障状態の圧電素子２０が存在していることを報知するアラーム処理が行われる（ステップ１３４）。この場合、液体吐出ヘッド１０の製造工程やインクジェットプリンタ装置の出荷時であれば、上記の報知を確認したオペレータにより、故障状態の圧電素子２０が含まれている液体吐出ヘッド１０を出荷対象から除外する（出荷するインクジェットプリンタ装置へ組み込む対象から除外する）等の対処が為され、インクジェットプリンタ装置の出荷後であれば、上記の報知を確認したインクジェットプリンタ装置のユーザによりサービスマンを呼び出す等の対処が為され、サービスマンによってインクジェットプリンタ装置の液体吐出ヘッド１０が交換されることになる。

一方、上述したヘッド検査処理により、故障状態の圧電素子２０が含まれていないことが確認された液体吐出ヘッド１０は、破壊予備圧電素子が含まれているか否かに拘らず、液体吐出ヘッド１０の製造工程やインクジェットプリンタ装置の出荷時であれば、インクジェットプリンタ装置へ組み込まれて出荷され、インクジェットプリンタ装置の出荷後であれば、アラーム処理が行われないことで使用が継続されるが、液体吐出ヘッド１０に破壊予備圧電素子が含まれていた場合、該圧電素子は将来的に故障等が発生する可能性が高いと判断できる。

このため、駆動／測定制御部４６は、外部から駆動データが入力され、入力された駆動データに従って液体吐出ヘッド１０からインクを吐出させて記録用紙に画像を記録させる際に、まず素子状態記憶部４４に記憶されている情報を参照することで、液体吐出ヘッド１０に破壊予備圧電素子が含まれているか否かを判断する。そして、液体吐出ヘッド１０に破壊予備圧電素子が含まれていないと判断した場合には、入力された駆動データに応じて単に切替部３２及びスイッチング部３４を制御することで記録用紙に画像を記録させるが、液体吐出ヘッド１０に破壊予備圧電素子が含まれていた場合には、破壊予備圧電素子の駆動頻度が低下するように入力された駆動データを変更した後に、変更後の駆動データを用いて記録用紙に画像を記録させる。

なお、破壊予備圧電素子の駆動頻度を低下させることは、例えば入力された駆動データが、破壊予備圧電素子に対応するノズル１８から小滴のインク滴が複数回に分けて吐出されるように破壊予備圧電素子を駆動する（駆動信号電圧を印加させる）データであった場合に、該データを、破壊予備圧電素子に対応するノズル１８から大滴のインク滴が１回のみ吐出されるように破壊予備圧電素子を駆動する（駆動信号電圧を印加させる）データへ変更する等によって実現できる。これにより、液体吐出ヘッド１０に含まれる破壊予備圧電素子の駆動頻度が低下されることで、短期間のうちに破壊予備圧電素子に故障等が発生することを防止することができ、破壊予備圧電素子の長寿命化を実現することができる。

なお、上記では第２の測定電圧生成部３０によって生成される第２の測定電圧の波形として図４（Ｂ）を例に説明したが、これに限定されるものではなく、例として図４（Ｃ）に示すように、より振幅の大きい波形を用いてもよい。この場合、第２の測定電圧の極性が一時的に切り替わることのないように加えるべきバイアス電圧Ｖ_Bの大きさは小さくなる。図４（Ｂ）に示すように第２の測定電圧の振幅を小さくした方が圧電素子に悪影響を及ぼす可能性はより小さくなるが、図４（Ｃ）に示すように第２の測定電圧の振幅を大きくした場合、第２の共振周波数ｆＨの測定精度が向上する可能性が高くなる、という効果が得られる。

また、上記では素子状態記憶部４４が不揮発性メモリで構成されている例を説明したが、この不揮発性メモリは、無線通信を行う機能も追加されたＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）タグ（請求項４に記載の記録素子に相当）として液体吐出ヘッド１０に付加されていてもよい。これにより、液体吐出ヘッド１０をインクジェットプリンタ装置から取り外して再使用（リユース）するの場合にも、上記のＲＦＩＤタグから無線通信によって情報を読み出すことで、液体吐出ヘッド１０の何れの圧電素子が破壊予備圧電素子かを容易に判断することができるので、破壊予備圧電素子の駆動頻度が低下するように液体吐出ヘッド１０の駆動を制御することで、短期間のうちに破壊予備圧電素子に故障等が発生することを防止し、破壊予備圧電素子の長寿命化を図ることを容易に実現することができる。

また、上記では本発明に係るプリンタ装置として、検査／駆動部２４が搭載されたインクジェットプリンタ装置を例に説明したが、これに限定されるものではなく、第１の測定電圧生成部２８、第２の測定電圧生成部３０、切替部３２、電流検出部３８、共振周波数判定部４０及び素子状態判定部４２を省略し、素子状態記憶部４４には、液体吐出ヘッド１０の製造工程やインクジェットプリンタ装置の出荷時に検査装置によって検知された破壊予備圧電素子を表す情報を記憶させるようにしてもよい。上記構成のインクジェットプリンタ装置は請求項５記載のプリンタ装置に対応している。この態様では、経時的に新たな破壊予備圧電素子が発生したとしても検知できないものの、インクジェットプリンタ装置を低コストに構成することができる。

（Ａ）は液体吐出ヘッドの個々の圧電素子に二種類の電圧を各々印加して共振周波数を求めた結果を示す線図、（Ｂ）は（Ａ）における印加電圧と共振周波数のばらつきとの関係を示す線図、（Ｃ）は液体吐出ヘッドを継続的に駆動したときに故障等が生じた圧電素子と故障等が生じなかった圧電素子の印加電圧の変化に対する共振周波数の変化の傾きの相違を示す線図である。液体吐出ヘッドの内部構造を示す断面図である。液体吐出ヘッドを駆動する駆動部の構成を示す概略ブロック図である。（Ａ）はバイアス電圧付加無しの第２の測定電圧の波形、（Ｂ）はバイアス電圧付加有りの第２の測定電圧の波形、（Ｃ）は第２の測定電圧の波形の他の例を各々示す線図である。ヘッド検査処理の内容を示すフローチャートである。圧電素子のアドミッタンス（インピーダンス）の周波数特性の一例を示す線図である。共振周波数低下率の測定結果及び破壊予備圧電素子の判定の一例を示す線図である。

符号の説明

１０液体吐出ヘッド
２０圧電素子
２４検査／駆動部
２８第１の測定電圧生成部
３０第２の測定電圧生成部
３２切替部
３４スイッチング部
３８電流検出部
４０共振周波数判定部
４２素子状態判定部
４４素子状態記憶部
４６駆動／測定制御部

Claims

圧電素子が設けられたノズルを複数備え、個々の圧電素子への駆動信号電圧の印加に伴って個々のノズルから記録液滴を吐出する液体吐出ヘッドに対し、
電圧の大きさが一定振幅で周期的に変化する第１の電圧を前記圧電素子に印加し、前記圧電素子を流れる電流を測定することを、前記第１の電圧の周波数を変化させながら繰り返すことで、前記圧電素子のインピーダンスの周波数特性を求め、求めた前記周波数特性から第１の電圧印加時の共振周波数を導出することを、前記個々の圧電素子に対して各々行うと共に、
電圧の大きさが一定振幅で周期的に変化しかつ最大電圧が前記第１の電圧よりも高い第２の電圧を前記圧電素子に印加し、前記圧電素子を流れる電流を測定することを、前記第２の電圧の周波数を変化させながら繰り返すことで、前記圧電素子のインピーダンスの周波数特性を求め、求めた前記周波数特性から第２の電圧印加時の共振周波数を導出することを、前記個々の圧電素子に対して各々行い、
個々の圧電素子について、第１の電圧印加時の共振周波数に対する第２の電圧印加時の共振周波数の低下率を演算し、前記低下率が閾値以上の圧電素子を、経時的に故障する確率が高い圧電素子と判断する液体吐出ヘッドの検査方法。
前記第２の電圧は最大電圧が前記駆動信号電圧と略同等の大きさであることを特徴とする請求項１記載の液体吐出ヘッドの検査方法。
少なくとも第２の電圧を印加して共振周波数を測定する際に、測定期間中に圧電素子に印加される電圧の極性が一定となるように、バイアス電圧を加えた電圧を圧電素子に印加することを特徴とする請求項１記載の液体吐出ヘッドの検査方法。
前記液体吐出ヘッドには情報の読み出し及び書き込みが可能な記録素子が付加されており、前記経時的に故障する確率が高いと判断した圧電素子の情報を前記記録素子に書き込むことを特徴とする請求項１記載の液体吐出ヘッドの検査方法。
圧電素子が設けられたノズルを複数備え、個々の圧電素子への駆動信号電圧の印加に伴って個々のノズルから記録液滴を吐出する液体吐出ヘッドを備えたプリンタ装置であって、
請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の液体吐出ヘッドの検査方法によって経時的に故障する確率が高いと判断された圧電素子を表す情報を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶されている情報に基づき、経時的に故障する確率が高いと判断された圧電素子の駆動頻度が低下するように、前記液体吐出ヘッドの駆動を制御する駆動制御手段と、
を備えたことを特徴とするプリンタ装置。
圧電素子が設けられたノズルを複数備え、個々の圧電素子への駆動信号電圧の印加に伴って個々のノズルから記録液滴を吐出する液体吐出ヘッドを備えたプリンタ装置であって、
電圧の大きさが一定振幅で周期的に変化する第１の電圧を前記圧電素子に印加し、前記圧電素子を流れる電流を測定することを、前記第１の電圧の周波数を変化させながら繰り返すことで、前記圧電素子のインピーダンスの周波数特性を求め、求めた前記周波数特性から第１の電圧印加時の共振周波数を導出することを、前記個々の圧電素子に対して各々行うと共に、電圧の大きさが一定振幅で周期的に変化しかつ最大電圧が前記第１の電圧よりも高い第２の電圧を前記圧電素子に印加し、前記圧電素子を流れる電流を測定することを、前記第２の電圧の周波数を変化させながら繰り返すことで、前記圧電素子のインピーダンスの周波数特性を求め、求めた前記周波数特性から第２の電圧印加時の共振周波数を導出することを、前記個々の圧電素子に対して各々行う測定手段と、
個々の圧電素子について、第１の電圧印加時の共振周波数に対する第２の電圧印加時の共振周波数の低下率を演算し、前記低下率が閾値以上の圧電素子を、経時的に故障する確率が高い圧電素子と判断する判断手段と、
前記判断手段によって経時的に故障する確率が高いと判断された圧電素子を表す情報を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶されている情報に基づき、経時的に故障する確率が高いと判断された圧電素子の駆動頻度が低下するように、前記液体吐出ヘッドの駆動を制御する駆動制御手段と、
を備えたことを特徴とするプリンタ装置。
前記測定手段による前記第１の電圧印加時の共振周波数及び第２の電圧印加時の共振周波数の測定、前記判断手段による前記経時的に故障する確率が高い圧電素子の判断が定期的に行われることを特徴とする請求項６記載のプリンタ装置。