JP4716174B2 - 液体吐出ヘッド及び液体吐出装置 - Google Patents

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Description

本発明は、液体吐出ヘッド及び液体吐出装置に係り、特にノズルから液体を吐出させる液体吐出ヘッドにおける吐出異常検出技術に関する。
圧力室内に収容されたインクに圧力を印加することで、該インクをノズルから吐出させるインクジェットシステムにおいて、圧力室内の圧力を圧力センサによって検出し、インクの吐出状態を把握する方法が提案されている。圧力室に発生する圧力は高速且つ高周波であるとともに、圧力センサから得られる検出信号は微小電圧を持つ信号であり、正常時及び異常時の差が小さいため、正常及び異常の見極めが困難である。このような微小電圧を持つ検出信号から正確に正常及び異常の判断をするために様々な方法が提案されている。
特許文献１に記載された発明では、印字動作に先立って測定用駆動パルスをピエゾ素子に印加し、圧力室内の圧力変動をピエゾ素子及び検出回路によって検出するとともに、その圧力変動の特性に基づいて駆動波形を算出し、印字するときには算出された駆動波形に基づいて駆動電圧波形をピエゾ素子に印加するように構成されている。
また、特許文献２に記載された発明では、電気信号に応答してインク室を変形させる振動子の変位状態を検出する検出手段を配設し、該電気信号に対する振動子の変位状態を検知するように構成されている。
また、特許文献３に記載された発明は、駆動素子よりピエゾ素子に対して駆動パルス信号を与え、ピエゾ素子を短時間に複数回変形させることにより、インク室内のインクを徐々に噴出させてそれらのインクで１つのインク滴を形成し、その際に、検出手段は駆動パルス信号の所定のパルス毎にインク室内のインクの変動を検出し、制御手段は検出手段の検出結果に基づいて所定のパルスに後続するパルスを発生するように駆動手段が制御される。
特開平７−１３２５９２号公報 特開昭５５−１１８８７８号公報 特開平６−１５５７３３号公報
一般に、圧力室の圧力を検知する方法には、圧力波の絶対値を計測することにより圧力異常を検知する方法と、圧力波の周波数特性を計測することにより圧力異常を検知する方法がある。圧力波の絶対値を計測する方法では、正常時の圧力波の絶対値と異常時の圧力波の絶対値との差があまり大きくないと、正確に正常及び異常を判断することが難しく、圧力波の周波数特性を計測する方法では、圧力波の周波数を計測するためのシステムが複雑である。具体的には、ローパスフィルタやハイパスフィルタ、バンドパスフィルタなどの周波数フィルタを用いることにより周波数を計測する構成があり、このような構成では、センサから得られた信号を処理する信号処理部にフィルタ装置を備えなければならず、システムが複雑になるといった問題がある。
特許文献１に記載の発明では、圧力室内の圧力変動を検出するための測定用駆動信号が必要であり、この測定用駆動信号を発生させる手段や測定用駆動信号を記憶する記憶手段が必要になり、制御系の規模が大きくなってしまうといった問題がある。
また、特許文献２に記載の発明では、検出信号から高周波成分を取り出すためのハイパスフィルタが必要になり、信号処理系の回路規模が大きくなってしまうといった問題がある。
また、特許文献３に記載された発明では、所定のパルス数毎に圧力室の残留振動を検出するためのタイミング回路が必要であり、また、残留振動をもとに後続パルスを発生させるための演算部には高速処理が要求される。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、簡易な構成によって好ましい圧力検出が可能な液体吐出ヘッド及び液体吐出装置を提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、本発明に係る液体吐出ヘッドは、液体を吐出させる吐出孔と、前記吐出孔から吐出させる液体を収容する圧力室と、前記圧力室内の液体に吐出力を与える吐出力発生素子と、前記圧力室の発生する圧力に応じた検出信号が出力され、前記検出信号が取り出される取出電極対を具備する静電容量型の圧力検出素子を有する圧力検出手段と、を備え、前記検出信号の周波数ｆと、前記取出電極対と接続される信号処理部の入力抵抗器の抵抗値を含む抵抗成分、及び前記取出電極対の面積及び前記圧力検出素子の厚みのうち少なくとも何れか一方により決められる前記圧力検出素子の静電容量を含む静電容量成分から求められるカットオフ周波数ｆcと、の関係が、ｆ＜ｆcを満たすことを特徴とする。
本発明によれば、圧力室に発生する圧力に応じて圧力検出素子から得られる検出信号の周波数ｆとカットオフ周波数ｆcとの関係がｆ＜ｆcを満たすように、静電容量型の圧力検出素子を有する圧力検出手段の抵抗成分及び容量成分が決められているので、検出信号の周波数変動に応じて検出信号の電圧（圧力検出素子の出力電圧）が変化し、圧力室に発生する圧力波の周波数変動を精度よく検出することができる。また、該検出結果に基づいて当該圧力室と連通する吐出孔の吐出異常を判断可能である。請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の液体吐出ヘッドの一態様に係り、記抵抗成分は、前記圧力検出素子から得られる検出信号が伝送される信号伝送路の抵抗値を含み、前記静電容量成分は、前記信号伝送路が有する静電容量を含むことを特徴とする。また、前記目的を達成するために、本発明に係る液体吐出ヘッドは、液体を吐出させる吐出孔と、前記吐出孔から吐出させる液体を収容する圧力室と、前記圧力室内の液体に吐出力を与える吐出力発生素子と、前記圧力室の発生する圧力に応じた検出信号が出力され、前記検出信号が取り出される取出電極対を具備する静電容量型の圧力検出素子を有する圧力検出手段と、を備え、前記検出信号の周波数ｆと、前記取出電極対に接続される信号処理部の入力抵抗器の抵抗値、前記圧力検出素子から得られる検出信号が伝送される信号伝送路の抵抗値を含む抵抗成分、及び前記圧力検出素子の静電容量、前記信号伝送路が有する静電容量を含む静電容量成分から求められるカットオフ周波数ｆcと、の関係がｆ＜ｆcを満たすことを特徴とする。本発明によれば、検出信号が伝送される信号伝送路の抵抗成分及び容量成分により圧力検出手段の抵抗及び静電容量を設定することで、圧力検出手段の自由度が高くなるとともに、圧力検出手段の構成を簡素化することができる。請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドに係り、前記抵抗成分は、前記圧力検出素子から得られる検出信号が伝送される信号伝送路に付加される抵抗器の抵抗値を含み、前記静電容量成分は、前記信号伝送路に付加される静電容量を含むことを特徴とする。また、前記目的を達成するために、本発明に係る液体吐出ヘッドは、液体を吐出させる吐出孔と、前記吐出孔から吐出させる液体を収容する圧力室と、前記圧力室内の液体に吐出力を与える吐出力発生素子と、前記圧力室の発生する圧力に応じた検出信号が出力され、前記検出信号が取り出される取出電極対を具備する静電容量型の圧力検出素子を有する圧力検出手段と、を備え、前記検出信号の周波数ｆと、前記取出電極対に接続される信号処理部の入力抵抗器の抵抗値、前記圧力検出素子から得られる検出信号が伝送される信号伝送路に付加される抵抗器の抵抗値を含む抵抗成分、及び前記圧力検出素子の静電容量、前記信号伝送路に付加される静電容量を含む静電容量成分から求められるカットオフ周波数ｆcと、の関係が、ｆ＜ｆcを満たすことを特徴とする。本発明によれば、信号伝送路に抵抗器及びコンデンサのうち少なくとも何れか一方を付加して、圧力検出手段の抵抗及び静電容量を設定することで、圧力検出手段の自由度が高くなるとともに、圧力検出手段の構成を簡素化することができる。
ここでいうカットオフ周波数ｆcとは、圧力検出素子の最大発生電圧（飽和発生電圧）の１／（２１/2）となる出力電圧に対応する検出信号の周波数を表している。即ち、圧力検出素子から得られる検出信号の周波数ｆがカットオフ周波数ｆc未満の領域では、検出信号の周波数変化に応じて検出信号の電圧は変化する。
なお、検出信号の有する周波数ｆのうち、少なくとも検出対象となる周波数領域ｆsがｆs＜ｆcの関係を満たすように構成すればよい。検出対象となる周波数ｆsの下限は、検出信号のノイズ成分レベルや検出信号の処理分解能に応じて適宜設定するとよい。例えば、検出信号のノイズ成分の５倍を超える電圧に対応する周波数を検出対象となる周波数の下限値としてもよい。
圧力検出手段には、少なくとも静電容量型の圧力検出素子が含まれており、該圧力検出素子の周辺回路などが含まれていてもよい。
液体吐出ヘッドには、記録媒体の全幅（記録媒体の画像形成可能幅）に対応した長さの吐出孔列を有するライン型ヘッドや、記録媒体の全幅に満たない長さの吐出孔列を有する短尺ヘッドを記録媒体の幅の方向へ走査させるシリアル型ヘッドがある。
ライン型の吐出ヘッドには、記録媒体の全幅に対応する長さに満たない短尺の吐出孔列を有する短尺ヘッドを千鳥状に配列して繋ぎ合わせて、記録媒体の全幅に対応する長さとしてもよい。
静電容量型の圧力検出素子にはＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）やＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などの圧電素子が好適に用いられる。なお、圧力検出素子には、機械―電気変換定数（圧電ｇ定数）が大きな圧電素子を用いることが好ましいまた、吐出力発生素子に圧電素子を用いる場合には、圧力検出素子と吐出力発生素子とを兼用可能である。なお、圧力検出素子は圧力室の内部に設けられていてもよいし、圧力室の外部に設けられていてもよい。
請求項６記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの一態様に係り、前記検出信号の周波数ｆは、前記吐出孔から液体が正常吐出される正常吐出時に前記圧力室に発生する圧力に対して得られる検出信号の周波数ｆoを含むことを特徴とする。
請求項６記載の発明によれば、正常吐出時に圧力検出素子から得られる検出信号の周波数ｆoを該検出信号のカットオフ周波数ｆc未満とすることで、正常吐出時に比べて周波数が低下するような圧力室に発生する圧力波を精度よく検出することが可能になる。
正常吐出時に圧力検出素子から得られる検出信号の周波数ｆoには圧力室の共振周波数が含まれている。
請求項７記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの一態様に係り、前記検出信号の周波数ｆは、前記吐出孔から液体が正常に吐出されない吐出異常時に前記圧力室に発生する圧力に対して得られる検出信号の周波数ｆ1を含むことを特徴とする。
請求項3記載の発明によれば、吐出異常時に圧力検出素子から得られる検出信号の周波数ｆ1を検出信号のカットオフ周波数ｆc未満とすることで、圧力室に発生する圧力波の周波数が変動するような吐出異常を精度よく検出することができる。
正常吐出時の検出信号の周波数ｆoに比べて吐出異常時の検出信号の周波数ｆ1が小さくなる条件（ｆo＞ｆ1）を満たす場合により好ましい圧力検出が行われる。
請求項８記載の発明は、請求項７記載の液体吐出ヘッドの一態様に係り、前記吐出異常時は、前記圧力室に気泡が存在している状態を含むことを特徴とする。
圧力室内の気泡を除去する気泡除去手段を備え、圧力室の圧力異常によって圧力室内に気泡が発生したと判断された場合に、該気泡除去手段を用いて圧力室内の気泡を除去するように制御するとよい。気泡除去手段にはノズルを介して圧力室内の液体を吸引する吸引手段がある。
なお、ここでいう「圧力室に気泡が存在している状態」とは、圧力室内の温度変化等により圧力室内のインクに溶存している気体が気泡化した状態や、ノズル等を介して圧力室の外部から気泡が混入した状態などがある。
圧力検出素子の取出電極の面積によって圧力検出手段の静電容量を設定してもよいし、圧力検出素子の厚みにより圧力検出手段の静電容量を設定してもよい。該取出電極の面積及び厚みの両方によって圧力検出手段の静電容量を設定してもよい。
また、上記目的を達成するために本発明に係る液体吐出装置は、液体を吐出させる吐出孔と、前記吐出孔から吐出させる液体を収容する圧力室と、前記圧力室内の液体に吐出力を与える吐出力発生素子と、前記圧力室の発生する圧力に応じた検出信号が出力され、前記検出信号が取り出される取出電極対を具備する静電容量型の圧力検出素子を有する圧力検出手段と、を具備する液体吐出ヘッドと、前記取出電極対と接続される入力抵抗器を含み、前記圧力検出素子から得られる検出信号に所定の信号処理を施す信号処理部と、を備え、前記検出信号の周波数ｆと、前記入力抵抗器の抵抗値を含む抵抗成分、及び前記取出電極対の面積及び前記圧力検出素子の厚みのうち少なくとも何れか一方により決められる前記圧力検出素子の静電容量を含む静電容量成分から求められるカットオフ周波数ｆcと、の関係が、ｆ＜ｆcを満たすことを特徴とする。
本発明によれば、検出信号の周波数ｆがカットオフ周波数ｆc未満となるように検出信号に所定の信号処理を施す信号処理手段の入力抵抗が設定されるので、液体吐出ヘッドの構成を変更することなく、圧力室に発生する圧力波の周波数変動を精度よく検出することができる。なお、該信号処理手段は液体吐出ヘッドに備えてもよいし、液体吐出ヘッドの外部に備えてもよい。請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の液体吐出装置の一態様に係り、前記抵抗成分は、前記圧力検出素子から得られる検出信号が伝送される信号伝送路の抵抗値を含み、前記静電容量成分は、前記信号伝送路が有する静電容量を含むことを特徴とする。また、上記目的を達成するために、本発明に係る液体吐出装置は、液体を吐出させる吐出孔と、前記吐出孔から吐出させる液体を収容する圧力室と、前記圧力室内の液体に吐出力を与える吐出力発生素子と、前記圧力室の発生する圧力に応じた検出信号が出力され、前記検出信号が取り出される取出電極対を具備する静電容量型の圧力検出素子を有する圧力検出手段と、を具備する液体吐出ヘッドと、前記取出電極対に接続される入力抵抗器を有する信号処理部と、前記圧力検出素子から得られる検出信号が伝送される信号伝送路と、を備え、前記検出信号の周波数ｆと、前記入力抵抗器の抵抗値、前記信号伝送路の抵抗値を含む抵抗成分、及び前記圧力検出素子の静電容量、前記信号伝送路が有する静電容量を含む静電容量成分から求められるカットオフ周波数ｆcと、の関係が、ｆ＜ｆcを満たすことを特徴とする。請求項１２に記載の発明は、請求項９から１１のいずれか１項に記載の液体吐出装置の一態様に係り、前記抵抗成分は、前記圧力検出素子から得られる検出信号が伝送される信号伝送路に付加される抵抗器の抵抗値を含み、前記静電容量成分は、前記信号伝送路に付加される静電容量を含むことを特徴とする。また、上記目的を達成するために、本発明に係る液体吐出装置は、液体を吐出させる吐出孔と、前記吐出孔から吐出させる液体を収容する圧力室と、前記圧力室内の液体に吐出力を与える吐出力発生素子と、前記圧力室の発生する圧力に応じた検出信号が出力され、前記検出信号が取り出される取出電極対を具備する静電容量型の圧力検出素子を有する圧力検出手段と、を具備する液体吐出ヘッドと、前記取出電極対に接続される入力抵抗器を有する信号処理部と、前記圧力検出素子から得られる検出信号が伝送される信号伝送路と、を備え、前記検出信号の周波数ｆと、前記入力抵抗器の抵抗値、前記信号伝送路に付加される抵抗器の抵抗値を含む抵抗成分、及び前記圧力検出素子の静電容量、前記信号伝送路に付加される静電容量を含む静電容量成分から求められるカットオフ周波数ｆcと、の関係が、ｆ＜ｆcを満たすことを特徴とする。
本発明によれば、圧力検出素子から得られる検出信号の周波数ｆは圧力検出素子のカットオフ周波数ｆc未満となるように構成されるので、検出信号の周波数変動に応じて検出信号の電圧（圧力検出素子の出力電圧）が変化し、圧力室に発生する圧力波の周波数変動を精度よく検出することができる。
〔インクジェット記録装置の全体構成〕
図１は本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置の全体構成図である。同図に示したように、このインクジェット記録装置１０は、黒（Ｋ），シアン（Ｃ），マゼンタ（Ｍ），イエロー（Ｙ）の各インクに対応して設けられた複数のインクジェットヘッド（以下、ヘッドという。）１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙを有する印字部１２と、各ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部１４と、記録媒体たる記録紙１６を供給する給紙部１８と、記録紙１６のカールを除去するデカール処理部２０と、前記印字部１２のノズル面（インク吐出面）に対向して配置され、記録紙１６の平面性を保持しながら記録紙１６を搬送する吸着ベルト搬送部２２と、記録済みの記録紙（プリント物）を外部に排紙する排紙部２６と、を備えている。
インク貯蔵／装填部１４は、各ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙに対応する色のインクを貯蔵するインク供給タンクを有し、各タンクは所要の管路を介してヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙと連通されている。また、インク貯蔵／装填部１４は、インク残量が少なくなるとその旨を報知する報知手段（表示手段、警告音発生手段）を備えるとともに、色間の誤装填を防止するための機構を有している。
図１では、給紙部１８の一例としてロール紙（連続用紙）のマガジンが示されているが、紙幅や紙質等が異なる複数のマガジンを併設してもよい。また、ロール紙のマガジンに代えて、又はこれと併用して、カット紙が積層装填されたカセットによって用紙を供給してもよい。
複数種類の記録紙を利用可能な構成にした場合、紙の種類情報を記録したバーコード或いは無線タグなどの情報記録体をマガジンに取り付け、その情報記録体の情報を所定の読取装置によって読み取ることで、使用される記録媒体の種類（メディア種）を自動的に判別し、メディア種に応じて適切なインク吐出を実現するようにインク吐出制御を行うことが好ましい。
給紙部１８から送り出される記録紙１６はマガジンに装填されていたことによる巻きクセが残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部２０においてマガジンの巻きクセ方向と逆方向に加熱ドラム３０で記録紙１６に熱を与える。このとき、多少印字面が外側に弱いカールとなるように加熱温度を制御するとより好ましい。
ロール紙を使用する装置構成の場合、図１のように、裁断用のカッター（第１のカッター）２８が設けられており、該カッター２８によってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター２８は、記録紙１６の搬送路幅以上の長さを有する固定刃２８Ａと、該固定刃２８Ａに沿って移動する丸刃２８Ｂとから構成されており、印字裏面側に固定刃２８Ａが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃２８Ｂが配置される。なお、カット紙を使用する場合には、カッター２８は不要である。
デカール処理後、カットされた記録紙１６は、吸着ベルト搬送部２２へと送られる。吸着ベルト搬送部２２は、ローラ３１、３２間に無端状のベルト３３が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部１２のノズル面に対向する部分が水平面（フラット面）をなすように構成されている。
ベルト３３は、記録紙１６の幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引穴（不図示）が形成されている。図１に示したとおり、ローラ３１、３２間に掛け渡されたベルト３３の内側において印字部１２のノズル面に対向する位置には吸着チャンバ３４が設けられており、この吸着チャンバ３４をファン３５で吸引して負圧にすることによって記録紙１６がベルト３３上に吸着保持される。
ベルト３３が巻かれているローラ３１、３２の少なくとも一方にモータ（図５中符号８８で図示）の動力が伝達されることにより、ベルト３３は図１上の時計回り方向に駆動され、ベルト３３上に保持された記録紙１６は図１の左から右へと搬送される。
縁無しプリント等を印字するとベルト３３上にもインクが付着するので、ベルト３３の外側の所定位置（印字領域以外の適当な位置）にベルト清掃部３６が設けられている。ベルト清掃部３６の構成について詳細は図示しないが、例えば、ブラシ・ロール、吸水ロール等をニップする方式、清浄エアーを吹き掛けるエアーブロー方式、或いはこれらの組み合わせなどがある。清掃用ロールをニップする方式の場合、ベルト線速度とローラ線速度を変えると清掃効果が大きい。
なお、吸着ベルト搬送部２２に代えて、ローラ・ニップ搬送機構を用いる態様も考えられるが、印字領域をローラ・ニップ搬送すると、印字直後に用紙の印字面をローラが接触するので画像が滲み易いという問題がある。したがって、本例のように、印字領域では画像面を接触させない吸着ベルト搬送が好ましい。
吸着ベルト搬送部２２により形成される用紙搬送路上において印字部１２の上流側には、加熱ファン４０が設けられている。加熱ファン４０は、印字前の記録紙１６に加熱空気を吹き付け、記録紙１６を加熱する。印字直前に記録紙１６を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。
印字部１２の各ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙは、当該インクジェット記録装置１０が対象とする記録紙１６の最大紙幅に対応する長さを有し、そのノズル面には最大サイズの記録媒体の少なくとも一辺を超える長さ（描画可能範囲の全幅）にわたりインク吐出用のノズルが複数配列されたフルライン型のヘッドとなっている（図２参照）。
ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙは、記録紙１６の送り方向に沿って上流側から黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の色順に配置され、それぞれのヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙが記録紙１６の搬送方向と略直交する方向に沿って延在するように固定設置される。
吸着ベルト搬送部２２により記録紙１６を搬送しつつ各ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙからそれぞれ異色のインクを吐出することにより記録紙１６上にカラー画像を形成し得る。
このように、紙幅の全域をカバーするノズル列を有するフルライン型のヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙを色別に設ける構成によれば、紙送り方向（副走査方向）について記録紙１６と印字部１２を相対的に移動させる動作を１回行うだけで（即ち１回の副走査で）、記録紙１６の全面に画像を記録することができる。これにより、記録ヘッドが紙搬送方向と直交する方向に往復動作するシャトル型ヘッドに比べて高速印字が可能であり、生産性を向上させることができる。
本例では、ＫＣＭＹの標準色（４色）の構成を例示したが、インク色や色数の組み合わせについては本実施形態に限定されず、必要に応じて淡インク、濃インク、特別色インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタなどのライト系インクを吐出するインクジェットヘッドを追加する構成も可能である。また、各色ヘッドの配置順序も特に限定はない。
印字部１２の後段には後乾燥部４２が設けられている。後乾燥部４２は、印字された画像面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けたほうが好ましいので、熱風を吹き付ける方式が好ましい。
多孔質のペーパーに染料系インクで印字した場合などでは、加圧によりペーパーの孔を塞ぐことでオゾンなど、染料分子を壊す原因となるものと接触することを防ぐことで画像の耐候性がアップする効果がある。
後乾燥部４２の後段には、加熱・加圧部４４が設けられている。加熱・加圧部４４は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラ４５で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。
こうして生成されたプリント物は排紙部２６から排出される。本来プリントすべき本画像（目的の画像を印刷したもの）とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット記録装置１０では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部２６Ａ、２６Ｂへと送るために排紙経路を切り換える不図示の選別手段が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター（第２のカッター）４８によってテスト印字の部分を切り離す。カッター４８は、排紙部２６の直前に設けられており、画像余白部にテスト印字を行った場合に本画像とテスト印字部を切断するためのものである。カッター４８の構造は前述した第１のカッター２８と同様であり、固定刃４８Ａと丸刃４８Ｂとから構成される。
また、図１には示さないが、本画像の排出部２６Ａには、オーダー別に画像を集積するソーターが設けられる。
〔ヘッドの構造〕
次に、ヘッドの構造について説明する。色別の各ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙの構造は共通しているので、以下、これらを代表して符号５０によってヘッドを示すものとする。
図３(a) はヘッド５０の構造例を示す平面透視図であり、図３(b) はその一部の拡大図である。また、図３(c) はヘッド５０の他の構造例を示す平面透視図、図４はインク室ユニットの立体的構成を示す断面図（図３(a),(b) 中の４−４線に沿う断面図である。記録紙１６上に印字されるドットピッチを高密度化するためには、ヘッド５０におけるノズルピッチを高密度化する必要がある。本例のヘッド５０は、図３(a),(b) に示したように、インク滴の吐出孔であるノズル５１と、各ノズル５１に対応する圧力室５２等からなる複数のインク室ユニット５３を千鳥でマトリクス状に（２次元的に）配置させた構造を有し、これにより、ヘッド長手方向（紙送り方向と直交する主走査方向）に沿って並ぶように投影される実質的なノズル間隔（投影ノズルピッチ）の高密度化を達成している。
記録紙１６の送り方向と略直交する方向に記録紙１６の全幅に対応する長さにわたり１列以上のノズル列を構成する形態は本例に限定されない。例えば、図３(a) の構成に代えて、図３(c) に示すように、複数のノズル５１が２次元に配列された短尺のヘッドブロック５０’を千鳥状に配列して繋ぎ合わせることで記録紙１６の全幅に対応する長さのノズル列を有するラインヘッドを構成してもよい。
各ノズル５１に対応して設けられている圧力室５２は、その平面形状が概略正方形となっており、対角線上の両隅部にノズル５１と供給口５４が設けられている。各圧力室５２は供給口５４を介して共通流路５５と連通されている。共通流路５５はインク供給源たるインク供給タンク（図３(a)〜(c)には不図示、図１に符号１４で示すインク貯蔵／装填部に対応）と連通しており、該インク供給タンクから供給されるインクは図４の共通流路５５を介して各圧力室５２に分配供給される。
圧力室５２の天面を構成し共通電極と兼用される加圧板５６には個別電極５７を備えた圧電アクチュエータ５８（吐出力発生素子）が接合されており、個別電極５７に駆動電圧を印加することによって圧電アクチュエータ５８が変形してノズル５１からインクが吐出される。インクが吐出されると、共通流路５５から供給口５４を通って新しいインクが圧力室５２に供給される。
一方、インクの吐出やリフィルなどによって圧力室５２の圧電アクチュエータ５８と反対側に設けられた圧力センサ５９（圧力検出素子）が圧力を受けると、圧力センサ５９には、この圧力に応じた歪み（応力）が生じ、この歪み（圧力変動）に応じた電圧を圧力室５２の反対側に設けられた取出電極（個別電極）６０から検出信号として取り出すことができる。なお、圧力センサ５９の変位を妨げないように、圧力センサ５９の圧力室５２と反対側には空洞部６２が設けられている。
本インクジェット記録装置１０では、圧力センサ５９から得られる検出信号によって圧力室５２の圧力（圧力波）を検出し、この圧力波に基づいて圧力室５２の圧力異常が判断される。
一般に、圧力室５２に圧力異常が生じると、圧電アクチュエータ５８から所定の吐出力を与えてもノズル５１からインクが正常に吐出されない状態（例えば、所定量のインクが吐出されない吐出量異常）が起こり得る。圧力室５２の圧力異常の原因には、圧力室５２内に気泡が発生することなどが考えられる。
図４に示す圧電アクチュエータ５８にはＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ・Ｔｉ）Ｏ3 、チタン酸ジルコン酸鉛）などのセラミック材料を用いた圧電素子が好適に用いられ、圧力センサ５９には、ＰＶＤＦ（Polyvinylidene fluoride 、ポリフッ化ビニリデン）やＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ（ポリフッ化ビニリデン３フッ化エチレン共重合体）などのフッ化樹脂材料を用いた圧電素子が好適に用いられる。もちろん、圧力センサ５９にＰＺＴやＰＬＺＴ（チタン酸ジルコン酸ランタン鉛）などのセラミック材料を用いた圧電素子を適用してもよいし、圧電アクチュエータ５８と圧力センサ５９とを兼用する態様も可能である。
一般に、吐出力を発生させる圧電素子には等価圧電定数（ｄ定数、電気機械変換定数、圧電歪定数）の絶対値が大きく駆動特性に優れた圧電素子が好ましく、圧力を検出するセンサには圧電出力係数（ｇ定数、機械電気変換定数、圧電応力定数）が大きく検出特性に優れた圧電素子が好ましい。即ち、駆動特性に優れた圧電素子にはセラミック系材料が好適であり、一方、検出特性に優れた圧電素子にはＰＶＤＦやＰＶＤＦ−ＴｒＦＥなどのフッ化樹脂系材料が好適である。セラミック系材料にはＰＺＴがあり、強誘電体のチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3 ）と反強誘電体のジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ3 ）を基本組成とし、この２成分の混合比を変えることによって圧電、誘電、弾性などの諸特性をコントロールできる。
なお、圧力室５２内のインクに吐出力を与える圧電アクチュエータ５８及び圧力室５２の圧力を検出する圧力センサ５９との配置は図４に示す配置に限定されず、それぞれを圧力室５２の同一壁面に備えてもよいし、異なる壁面に備えてもよい。上述した圧力室５２の圧力（圧力変動）から吐出異常を判断する吐出異常検出制御の詳細は後述する。
かかる構造を有するインク室ユニット５３を図３(b) に示す如く、主走査方向に沿う行方向及び主走査方向に対して直交しない一定の角度θを有する斜めの列方向とに沿って一定の配列パターンで格子状に多数配列させることにより、本例の高密度ノズルヘッドが実現されている。
即ち、主走査方向に対してある角度θの方向に沿ってインク室ユニット５３を一定のピッチｄで複数配列する構造により、主走査方向に並ぶように投影されたノズルのピッチＰはｄ× cosθとなり、主走査方向については、各ノズル５１が一定のピッチＰで直線状に配列されたものと等価的に取り扱うことができる。このような構成により、主走査方向に並ぶように投影されるノズル列が１インチ当たり2400個（2400ノズル／インチ）におよぶ高密度のノズル構成を実現することが可能になる。
本発明の実施に際してノズルの配置構造は図示の例に限定されず、副走査方向に１列のノズル列を有する配置構造など、様々なノズル配置構造を適用できる。
〔制御系の説明〕
図５はインクジェット記録装置１０のシステム構成を示す要部ブロック図である。インクジェット記録装置１０は、通信インターフェイス７０、システムコントローラ７２、メモリ７４、モータドライバ７６、ヒータドライバ７８、プリント制御部８０、画像バッファメモリ８２、ヘッドドライバ８４、信号処理部８５等を備えている。
通信インターフェイス７０は、ホストコンピュータ８６から送られてくる画像データを受信するインターフェイス部である。通信インターフェイス７０にはＵＳＢ（Universal Serial Bus）、ＩＥＥＥ１３９４、イーサネット（登録商標）、無線ネットワークなどのシリアルインターフェイスやセントロニクスなどのパラレルインターフェイスを適用することができる。この部分には、通信を高速化するためのバッファメモリ（不図示）を搭載してもよい。ホストコンピュータ８６から送出された画像データは通信インターフェイス７０を介してインクジェット記録装置１０に取り込まれ、一旦メモリ７４に記憶される。
メモリ７４は、通信インターフェイス７０を介して入力された画像を一旦格納する記憶手段であり、システムコントローラ７２を通じてデータの読み書きが行われる。メモリ７４は、半導体素子からなるメモリに限らず、ハードディスクなど磁気媒体を用いてもよい。
システムコントローラ７２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びその周辺回路等から構成され、所定のプログラムに従ってインクジェット記録装置１０の全体を制御する制御装置として機能するとともに、各種演算を行う演算装置として機能する。即ち、システムコントローラ７２は、通信インターフェイス７０、メモリ７４、モータドライバ７６、ヒータドライバ７８等の各部を制御し、ホストコンピュータ８６との間の通信制御、メモリ７４の読み書き制御等を行うとともに、搬送系のモータなどのモータ８８や後乾燥部４２のヒータ等のヒータ８９を制御する制御信号を生成する。
メモリ７４には、システムコントローラ７２のＣＰＵが実行するプログラム及び制御に必要な各種データなどが格納されている。なお、メモリ７４は、書換不能な記憶手段であってもよいし、ＥＥＰＲＯＭのような書換可能な記憶手段であってもよい。メモリ７４は、画像データの一時記憶領域として利用されるとともに、プログラムの展開領域及びＣＰＵの演算作業領域としても利用される。
モータドライバ７６は、システムコントローラ７２からの指示にしたがってモータ８８を駆動するドライバ（駆動回路）である。ヒータドライバ７８は、システムコントローラ７２からの指示にしたがって後乾燥部４２やインクジェット記録装置１０内、ヘッド５０内の温度調整用ヒータなどのヒータ８９を駆動するドライバである。
プリント制御部８０は、システムコントローラ７２の制御に従い、メモリ７４内の画像データから印字制御用の信号を生成するための各種加工、補正などの処理を行う信号処理機能を有し、生成した印字データ（ドットデータ）をヘッドドライバ８４に供給する制御部である。プリント制御部８０において所要の信号処理が施され、該画像データに基づいてヘッドドライバ８４を介してヘッド５０のインク液滴の吐出量や吐出タイミングの制御が行われる。これにより、所望のドットサイズやドット配置が実現される。
プリント制御部８０には画像バッファメモリ８２が備えられており、プリント制御部８０における画像データ処理時に画像データやパラメータなどのデータが画像バッファメモリ８２に一時的に格納される。また、プリント制御部８０とシステムコントローラ７２とを統合して１つのプロセッサで構成する態様も可能である。
ヘッドドライバ８４はプリント制御部８０から与えられる印字データに基づいて各色のヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙの圧電アクチュエータ５８を駆動する。ヘッドドライバ８４にはヘッドの駆動条件を一定に保つためのフィードバック制御系を含んでいてもよい。
印刷すべき画像のデータは、通信インターフェイス７０を介して外部から入力され、メモリ７４に蓄えられる。この段階では、ＲＧＢの画像データがメモリ７４に記憶される。
メモリ７４に蓄えられた画像データは、システムコントローラ７２を介してプリント制御部８０に送られ、該プリント制御部８０においてインク色ごとのドットデータに変換される。即ち、プリント制御部８０は、入力されたＲＧＢ画像データをＫＣＭＹの４色のドットデータに変換する処理を行う。プリント制御部８０で生成されたドットデータは、画像バッファメモリ８２に蓄えられる。
ヘッドドライバ８４は、画像バッファメモリ８２に記憶されたドットデータに基づき、ヘッド５０の駆動制御信号を生成する。ヘッドドライバ８４で生成された駆動制御信号がヘッド５０に加えられることによって、ヘッド５０からインクが吐出される。記録紙１６の搬送速度に同期してヘッド５０からのインク吐出を制御することにより、記録紙１６上に画像が形成される。
図５に示す信号処理部８５は、図４に示した圧力室５２の圧力変動に応じて圧力センサ５９から得られる検出信号にノイズ除去や増幅などを含んだ所定の信号処理を施す信号処理部である。インクジェット記録装置１０では、信号処理部８５によって所定の信号処理を施された検出信号は、プリント制御部８０に送られ、プリント制御部８０ではこの検出信号から圧力室５２の圧力異常を検出する。例えば、予め設定されたしきい値と検出信号とを比較して、その比較結果から圧力異常を検出する態様がある。
このようにして検出された圧力室５２の圧力検出結果に基づいて、当該圧力室５２に連通するノズル５１の吐出異常が判断される。なお、インクジェット記録装置１０における圧力室５２の圧力検出（吐出異常検出）の詳細は後述する。
図５のプログラム格納部９０には各種制御プログラムが格納されており、システムコントローラ７２の指令に応じて、制御プログラムが読み出され、実行される。プログラム格納部９０はＲＯＭやＥＥＰＲＯＭなどの半導体メモリを用いてもよいし、磁気ディスクなどを用いてもよい。外部インターフェイスを備え、メモリカードやＰＣカードを用いてもよい。もちろん、これらの記憶媒体のうち、複数の記憶媒体を備えてもよい。なお、プログラム格納部９０は動作パラメータ等の記録手段（不図示）と兼用してもよい。
なお、本例では、機能ブロックとしてシステムコントローラ７２やメモリ７４、プリント制御部８０などを個別のブロックとして図示したが、これらを集積化して１つのプロセッサとして構成してもよい。また、システムコントローラ７２の一部の機能と、プリント制御部８０の一部の機能と、を1つのプロセッサとして実現することも可能である。
〔圧力検出の説明、第１実施形態〕
次に、上述した圧力室５２の圧力検出について詳述する。図６には、図３等に示すヘッド５０に備えられた圧力室５２に発生する圧力を集中定数法によって算出する等価回路モデル１００を示す。この等価回路モデル１００において、符号１０２は圧力室５２のコンプライアンス（圧縮性）を示し、圧力室５２のコンプライアンス１０２と直列に圧電アクチュエータ５８の発生圧力によって圧力室５２に発生する圧力１０６（Ｐo）、圧電アクチュエータ５８のイナータンス（慣性）１０８、圧電アクチュエータ５８のコンプライアンス１１０が接続され、更に、圧力室５２のコンプライアンス１０２には、ノズル５１のコンプライアンス１１２、流体抵抗１１４、イナータンス１１６が直列接続された吐出側負荷及び、供給側のイナータンス１２０、流体抵抗１２２が直列接続された供給側負荷が並列に接続される。
図６に示すように、圧力室５２内に気泡が発生すると圧力室５２のコンプライアンス１０２と並列に気泡のコンプライアンス１２４が接続されることと等価になる。このような等価回路モデル１００を用いて、圧力室５２に内に気泡が発生した場合の圧力室５２に発生する圧力（圧力波）の周波数及び圧力を見積もることができる。
なお、本発明においてインク吐出に影響を与える気泡は、そのサイズ（直径）が７〜１０μｍ程度以上、該気泡の発生による圧力室５２の圧力損失が１０％程度以上、圧力室５２の共振周波数の低下が１０％程度以上と想定している。
次に、圧力センサ５９の構造について説明する。図７(a)には圧力センサ５９、個別電極６０，６０Ａ、配線２０１、及び信号処理部８５を含んだ圧力検出手段２００のモデルを示す。図７(a)に示すように、圧力センサ５９には取出電極たる個別電極６０及び個別電極６０Ａが備えられ、圧力室５２の圧力Ｐo（単位Ｐａ）に応じてこの両電極間に発生した検出信号（出力電圧）は信号処理部８５（破線で図示）に送られる。信号処理部８５では、入力抵抗２０２（Ｒ、単位Ω）を介して該検出信号を取得し、後段の処理回路（不図示）によって所定の信号処理が施される。
図７(b)には、上述した圧力検出手段２００に発生する圧力を集中定数法によって算出するための、図７(a)に示す圧力検出手段２００のモデルに対応する等価回路モデル２１０を示す。
該等価回路モデル２１０において、圧力センサ５９は、電流発生源２１２と、電流発生源２１２に並列接続されるコンプライアンス（静電容量）２１４（Ｃs、単位Ｆ）を含んで構成され、電流発生源２１２の発生電流ｉ（単位Ａ）は，圧力センサ５９の静電容量２１４（Ｃ、コンプライアンス）に流れる成分ｉcと、信号処理部８５の入力抵抗２０２に流れる成分ｉRと、に分配される。即ち、電流発生源２１２の発生電流ｉは、圧力センサ５９の静電容量２１４に流れる成分ｉcと、信号処理部８５の入力抵抗２０２に流れる成分ｉRと、用いて次式〔数１〕で表される。
〔数１〕
ｉ＝ｉR＋ｉc
ここで、圧力センサ５９への印加圧力をｘo（単位Ｐａ）とすると、圧力センサ５９に加わる正弦波圧力ｘは、次式〔数２〕で表すことができる。
〔数２〕
ｘ＝ｘo×ｅｘｐ（ｊ×ω×ｔ）
また、上記〔数２〕に示す圧力ｘによる圧力センサ５９の発生電荷Ｑ（単位Ｃ）は、次式〔数３〕で表される。
〔数３〕
Ｑ＝Ｓ×ｇ3×ｘ
なお、Ｓは圧力センサ５９の個別電極６０の面積（単位ｍ２）、ｇ3は圧力センサ５９の圧電定数（単位Ｃ／Ｎ）である。
このときに圧力センサ５９の発生電流ｉは、次式〔数４〕で表され、圧力センサ５９の個別電極６０及び個別電極６０Ａ間に発生する電圧（出力電圧）Ｖ（単位Ｖ、ボルト）は、次式〔数５〕、〔数６〕で表される。
〔数４〕
ｉ＝∂Ｑ／∂ｔ＝∂（Ｓ×ｇ3×ｘ）／∂ｔ＝Ｓ×ｇ3×ｊ×ω×ｘ
〔数５〕
Ｖ＝ｉR×Ｒ
〔数６〕
Ｖ＝ｉc／（ｊ×ω×Ｃs）
なお、圧力センサ５９の静電容量Ｃsは、真空中の誘電率εo（単位Ｆ／ｍ）、圧力センサ５９（圧電体）の比誘電率ε’、圧力センサ５９の厚みＴ（単位ｍ）、上述した圧力センサ５９の個別電極６０の面積Ｓを用いて、次式〔数７〕のように表される。
〔数７〕
Ｃs＝（εo×ε’×Ｓ）／Ｔ
〔数４〕〜〔数６〕を整理すると、圧力センサ５９の出力電圧Ｖは、次式〔数８〕で表される。
〔数８〕
Ｖ＝ｊ×ω×Ｓ×ｇ3×Ｒ／（１＋ｊ×ω×Ｃs×Ｒ）
上記〔数８〕より、カットオフ周波数ｆcに対応する角速度ωは、次式〔数９〕で表され、カットオフ周波数ｆc（＝ω／（２×π））は、次式〔数１０〕で表される。
〔数９〕
ω＝１／（Ｃs×Ｒ）
〔数１０〕
ｆc＝１／（２×π×Ｃs×Ｒ）
出力電圧Ｖの最大値をＶmax（＝Ｓ×ｇ3×ｘ／Ｃs）とすると、このカットオフ周波数ｆcに対応する出力電圧ＶはＶmax／（２1/2）となる。
なお、図８に示すように、圧力センサ５９と信号処理部８５との間の検出信号の伝送路（配線）２２０には、配線抵抗Ｒ1〜Ｒ4、誘導性負荷（配線２２０のインダクタンス成分）Ｌ1〜Ｌ4、容量性負荷（配線２２０の配線容量）Ｃ1が存在している。例えば、配線抵抗Ｒ1〜Ｒ4は１００オームであり、信号処理部８５の入力抵抗Ｒ（例えば、１ＭΩ）に比べて十分に小さな値であり、※また、配線容量Ｃ1は１ピコファラッド程度であり、圧力センサ５９の静電容量Ｃsは、例えば、０．２９５ピコファラッド程度の値である。図８に示した誘導性負荷Ｌ1〜Ｌ4の値の一例を挙げると、１マイクロヘンリー程度である。このような値を持つ配線抵抗Ｒ1〜Ｒ4、誘導性負荷Ｌ1〜Ｌ4が検出信号に与える影響は小さく、無視できる程度であると考えられる。また、配線容量Ｃ1は検出信号へ影響する可能性があるが、配線容量Ｃ1による検出信号の減衰の程度は大きくないと考えられる。
次に、図９を用いて圧力センサ５９から得られる検出信号の周波数特性について説明する。なお、図９に示す検出信号の周波数特性図３００の両軸は両対数で表されている。
図９に示すように、圧力センサ５９から得られる検出信号は、その周波数が高くなると出力電圧Ｖが高くなり、その周波数がある値を超えると出力電圧Ｖが飽和して一定の電圧Ｖmaxになる関係を有している。
図９に示す周波数特性曲線３０２（Ａ），３０４（Ｂ），３０６（Ｃ）は、出力電圧Ｖが最大値Ｖmaxとなる周波数が異なる検出信号の周波数特性を示している。即ち、図９に示す周波数特性曲線３０２，３０４，３０６は、それぞれ上述した〔数１０〕に示す（Ｃs×Ｒ）の値が異なる検出信号の周波数特性を表している。
図９に示すｆoは、正常吐出時における圧力室５２に発生する圧力波ｘに対応する検出信号の周波数であり、圧力室５２と圧電アクチュエータ５８に与える駆動信号との共振を利用した駆動（例えば、プル−プッシュ−プル駆動）には圧力室５２の共振周波数が含まれる。
また、ｆ1は吐出に影響するような気泡が圧力室５２に発生した場合（吐出異常時）における圧力室５２に発生する圧力波ｘに対応する検出信号の周波数であり、正常吐出時に圧力室５２に発生する圧力波ｘの周波数ｆoよりも小さくなる。なお、圧力室５２に発生する圧力波の周波数が正常吐出時の圧力室５２に発生する圧力波の周波数よりも小さくなる状態には、圧力室５２内のインクの粘度上昇や圧電アクチュエータ５８の故障などがある。
本例では、正常吐出時に圧力室５２に発生する（即ち、圧力センサ５９に印加される）圧力Ｐo（〔数２〕に示すｘoに対応）は１〜２ＭＰａ、この場合に圧力室５２に発生する圧力Ｐoの周波数ｆoは２５０ｋＨｚ程度と想定している。
一方、圧力室５２に気泡が発生した場合の圧力室５２に発生する圧力Ｐ1は、正常吐出時の圧力Ｐoの９０％程度（Ｐ1＝Ｐo×０．９）、この場合に圧力室５２に発生する圧力の周波数ｆ1は正常吐出時の周波数ｆoの９０％程度（ｆ1＝ｆo×０．９）と想定している。
本例では、このように想定された正常時及び吐出異常時に圧力室５２に発生する圧力波の周波数から検出信号の周波数範囲（検出対象周波数）ｆsは１００ｋＨｚ〜３００ｋＨｚに設定される。
また、図９に示すｆAC，ｆBC，ｆCCは、それぞれ周波数特性曲線３０２，３０４，３０６のカットオフ周波数を示す。即ち、各周波数特性曲線３０２，３０４，３０６の出力電圧Ｖの値Ｖc（但し、Ｖc＝Ｖmax／２1/2）に対応する周波数が各周波数特性曲線におけるカットオフ周波数である。
本例に示す圧力室５２の圧力検出は、圧力センサ５９の周波数特性が周波数特性曲線３０４となるように、図７(b)等に示す圧力センサ５９の静電容量Ｃs、信号処理部８５の入力抵抗Ｒが設定される。言い換えると、正常吐出時の発生圧力Ｐoの周波数ｆo及び吐出異常時の発生圧力Ｐ1の周波数が、周波数変動により出力電圧Ｖがほぼ線形的に変動する領域となるように（即ち、検出対象周波数ｆsが各周波数特性曲線の斜面部分となるように）、圧力センサ５９の静電容量Ｃs、信号処理部８５の入力抵抗Ｒが設定される。即ち、各周波数特性曲線３０２，３０４，３０６のカットオフ周波数ｆAC，ｆBC，ｆCCを総称して符号ｆCで表すと、カットオフ周波数ｆCと正常吐出時の発生圧力Ｐoの周波数ｆoとの関係及び、カットオフ周波数ｆCと吐出異常時の発生圧力Ｐ1の周波数ｆ1との関係は、次式〔数１１〕、〔数１２〕を満たすように、圧力センサ５９の静電容量Ｃs、信号処理部８５の入力抵抗Ｒが設定される。
〔数１１〕
ｆC＞ｆo
〔数１２〕
ｆC＞ｆ1
また、検出対象周波数ｆsとカットオフ周波数ｆCとの関係は、次式〔数１３〕を満たす。
〔数１３〕
ｆC＞ｆs
一般に、従来技術では、静電容量型の圧力センサを用いる場合には、その圧力センサ５９の周波数特性の影響を排除するために、カットオフ周波数ｆcと正常吐出時の発生圧力の周波数ｆo及び吐出異常時の発生圧力の周波数ｆ1との関係が図９の周波数特性曲線３０２の示す特性となるように（即ち、検出対象とされる圧力の周波数がカットオフ周波数ｆCよりも高い領域となるように）、圧力センサ５９の静電容量Ｃsや信号処理部８５の入力抵抗Ｒが設定される。図９の周波数特性曲線３０２では、周波数がｆo及びｆ1の場合の出力電圧Ｖの値はＶA（Ｖmax）である。
図１０(a)〜(c)には、図９の周波数特性曲線３０２，３０４，３０６に対応する圧力センサ５９の出力電圧Ｖと時間ｔとの関係を示す。図１０(a)に示す曲線３２０は、正常吐出時おける圧力センサ５９から得られる検出信号を示し、圧力の低下に比例して出力電圧Ｖの最大値が低下しているため、該出力電圧Ｖの最大値はＶA、出力電圧Ｖの周波数はｆ0となる。
一方、曲線３２２は、圧力室５２の圧力低下が発生せずに該圧力波の周波数が変動する状態であり、圧力センサ５９から得られる出力電圧Ｖの最大値がＶA、出力電圧Ｖの周波数がｆ1となる。また、曲線３２４は、圧力室５２の圧力低下、圧力波の周波数変動がともに発生している状態を示し、圧力センサ５９から得られる出力電圧Ｖの最大値がＶA’、出力電圧Ｖの周波数がｆ1となる。
圧力センサ５９の出力電圧Ｖの最大値と所定のしきい値電圧（図１０(a)に示すＶth）とを比較して圧力室５２の発生圧力の正常／異常を判断する方法を用いて圧力室５２の圧力異常（吐出異常）判断する場合、曲線３２２のように出力電圧Ｖの最大値が変わらずに（もしくは、出力電圧Ｖの最大値の変動が小さく）、出力電圧の周波数が変わる場合には圧力異常（吐出異常）と判断されず、曲線３２４に示す出力電圧Ｖの最大値がしきい値電圧Ｖthよりも小さいＶA’に変わる場合に吐出異常と判断される。
即ち、図１０(a)に示す特性を持つ検出信号による検出方法では、圧力室５２に圧力異常が発生しても圧力変動（しきい値Ｖthを下回る圧力低下）が発生せず、周波数変動のみが発生するような圧力異常を検出することができない。
本例に示す圧力検出では、図９の周波数特性曲線３０４に示す周波数特性となるように（即ち、検出対象とされる圧力の周波数がカットオフ周波数ｆBCよりも低い領域となるように）、圧力センサ５９の静電容量Ｃsや信号処理部８５の入力抵抗Ｒが設定される。
図１０(b)に示す曲線３４０は、正常吐出時の圧力センサ５９から得られる検出信号であり、該出力電圧Ｖの最大値はＶB0、出力電圧Ｖの周波数はｆoである。一方、曲線３４２に示す状態は、圧力室５２の圧力低下は発生せずに圧力波の周波数変動が発生している（図１０(a)の曲線３２２に対応する）状態であり、圧力センサ５９から得られる出力電圧Ｖの最大値はＶB1（但し、ＶB0＞ＶB1、Ｖth＞ＶB1）、出力電圧Ｖの周波数はｆ1であり、このような場合でも、圧力センサ５９から得られる検出信号の電圧をモニタすることで、圧力室５２の圧力異常を検出可能である。もちろん、曲線３４４に示す圧力室５２の圧力低下及び圧力波の周波数変動が発生する場合にも圧力センサ５９から得られる出力電圧はＶB1’（但し、ＶB0＞ＶB1’、 Ｖth＞ＶB1’）となり、圧力センサ５９から得られる検出信号の電圧をモニタすることで（出力電圧Ｖの最大値としきい値電圧Ｖthを比較してその比較結果から）、圧力室５２の圧力異常を検出可能である。
即ち、正常吐出時に圧力センサ５９から得られる出力電圧Ｖの最大値と、圧力室５２に圧力異常が発生した際に圧力センサ５９から得られる出力電圧Ｖの最大値との変化量（図１０(b)中、ΔＶB及びΔＶB’）がある値よりも大きい場合には、出力電圧Ｖの最大値と所定のしきい値とを比較して、圧力室５２に発生した圧力異常を判断することが可能である。
図９の周波数特性曲線３０６の出力電圧Ｖと時間ｔとの関係を図１０(c)に示す。図１０(c)の曲線３６０は、正常吐出時の圧力センサ５９から得られる検出信号であり、該出力電圧Ｖの最大値はＶC0、出力電圧Ｖの周波数はｆoである。一方、曲線３６２に示す状態は、圧力室５２の圧力低下は発生せずに圧力波の周波数変動が発生している（図１０(a)の曲線３２２に対応する）状態であり、圧力センサ５９から得られる出力電圧Ｖの最大値はＶC1（但し、ＶC0＞ＶC1、Ｖth＞ＶC1）、出力電圧Ｖの周波数はｆ1となる。但し、圧力室５３に発生する圧力波の周波数変動に対して圧力センサ５９から得られる出力電圧Ｖは変化するが、この出力電圧Ｖの変化量ΔＶCが微小量であり、予め設定されたしきい値電圧Ｖthと出力電圧Ｖの最大値を比較して、その比較結果から圧力室５２の圧力異常を判断することは困難である。
ここで、本例に示す圧力検出における好ましい検出信号（出力電圧Ｖ）について説明する。
圧力室５２に発生する発生圧力の周波数がｆ0からｆ1にシフトした場合、圧力センサ５９の出力電圧Ｖの変化量ΔＶ（例えば、図１０(b)のΔＶB＝ＶB0−ＶB1、ΔＶB’＝ＶB0−ＶB1’、図１０(c)のΔＶC＝ＶC0−ＶC1、ΔＶC’＝ＶC0’−ＶC1）は、該検出信号のノイズ成分や計測分解能に対して十分に大きい必要がある。
例えば、ノイズ成分レベルが１００μＶの場合、圧力センサ５９の出力電圧Ｖの変化量ΔＶは、ΔＶ＞１００×５μＶの条件を満たす必要がある。即ち、圧力センサ５９の出力電圧Ｖの変化量ΔＶは、検出信号のノイズ成分の５倍を超えることが必要となる。
また、計測レンジが１０ｍＶ、デジタル分解能（ビット数）が２５６（８ビット）の場合、計測分解能は、１０ｍＶ／２５６＝４０μＶであり、圧力センサ５９の出力電圧Ｖの変化量ΔＶは、この計測分解能の５倍を超えること（即ち、ΔＶ＞２００μＶ（４０μＶ×５））が必要となる。
即ち、ノイズ成分や計測分解能の条件を考慮すると、出力電圧Ｖの変化量ΔＶはノイズ成分のレベルの５倍を超える条件を満たす必要がある。
また、本例の圧力検出では、周波数がｆ0からｆ1へシフトする際の周波数の変化量Δｆ（＝ｆ1−ｆ0）は１０％程度（ｆ1＝ｆ0×０．９）と想定されており、出力電圧Ｖの変化量ΔＶも１０％程度となる。この条件から出力電圧Ｖの変化量ΔＶが５００マイクロボルトを超えるには、出力電圧Ｖの最大値（例えば、図９、図１０(b)に示すＶB0）は、５００μＶ／０．１＝５ｍＶを超える条件（例えば、ＶB0＞５ミリボルト）を満たす必要がある。
上記の如く構成されたヘッド５０は、各圧力室５２に圧力センサ５９を備え、該圧力センサ５９から得られる検出信号（出力電圧Ｖ）の周波数（検出対象となる周波数ｆs）がカットオフ周波数ｆc未満になるように構成されるので、周波数の変動に応じて出力電圧Ｖが変動し、更に、出力電圧Ｖの変化量ΔＶを大きくとることができるので、圧力センサ５９の出力電圧Ｖをモニタすることによって、圧力室５２に発生する圧力（圧力波）の周波数変動を正確に捉えることができる。このようにして検出された圧力室５２の圧力変動から当該圧力室５２と連通するノズル５１の吐出異常が判断される。
なお、本例に示す圧力検出で検出可能な圧力室５２の圧力変動を伴う圧力異常には、圧力室５２内への気泡混入、圧力室５２（圧力室５２内のインク）の温度変動、圧力室５２内のインクの粘度変動、圧電アクチュエータ５８の駆動異常などがある。
〔第２実施形態〕
次に、本発明に係る第２実施形態について説明する。第２実施形態に係るヘッド５０は、上述した第１実施形態に示す検出信号（出力電圧Ｖ）の条件を満たすように、圧力センサ５９のが有する個別電極６０の面積（サイズ）Ｓ及び圧力センサ５９の厚みＴが設定される。
図１１は、圧力センサ５９が有する個別電極６０の面積Ｓの違いによる、圧力センサ５９の出力電圧Ｖと圧力周波数ｆとの関係を示す。図１１中、曲線４００は個別電極６０のサイズが３．２ｍｍ×３．２ｍｍの場合を示し、曲線４０２，４０４，４０６，４０８はそれぞれ個別電極６０のサイズが、１ｍｍ×１ｍｍ、３２０μｍ×３２０μｍ、１００μｍ×１００μｍ、３２μｍ×３２μｍの場合を示している。図１１に示すｆc（４００）は曲線４００のカットオフ周波数を示し、ｆc（４０２）、ｆc（４０４）、ｆc（４０６）、ｆc（４０８）はそれぞれ曲線４０２、４０４，４０６，４０８のカットオフ周波数を表している。
本例の圧力検出では、検出対象となる周波数ｆsが１００ｋＨｚ〜３００ｋＨｚであり、曲線４０６（１００μｍ×１００μｍ）及び曲線４０８（３２μｍ×３２μｍ）は検出対象周波数がカットオフ周波数ｆcよりも小さくなる条件を満たしている。即ち、圧力センサ５９が有する個別電極６０のサイズを１００μｍ×１００μｍ或いは３２μｍ×３２μｍにすることで、１００ｋＨｚ〜３００ｋＨｚの周波数（周波数変動領域）を持つ圧力波の周波数変動を圧力センサ５９の出力電圧Ｖをモニタすることで検出可能である。
図１２には、圧力センサ５９の厚みＴの違いによる圧力センサ５９の出力電圧Ｖとその周波数ｆとの関係を示す。図１２中、曲線４１０は圧力センサ５９の厚みＴが４ｍｍの場合を示し、曲線４１２，４１４，４１６，４１８はそれぞれ圧力センサ５９の厚みＴが、４００μｍ、４０μｍ、４μｍ、０．４μｍの場合を示している。図１２に示すｆc（４１０）は曲線４１０のカットオフ周波数を示し、ｆc（４１２）、ｆc（４１４）、ｆc（４１６）、ｆc（４１８）はそれぞれ曲線４１２、４１４，４１６，４１８のカットオフ周波数を表している。
曲線４１０（Ｔ＝４ｍｍ）及び曲線４１２（Ｔ＝４００μｍ）は、検出対象周波数ｆs（１００ｋＨｚ〜３００ｋＨｚ）がカットオフ周波数ｆcよりも小さくなる条件を満たしている。即ち、圧力センサ５９の厚みＴを４００μｍ以上にすることで、１００ｋＨｚ〜３００ｋＨｚの周波数（周波数変動領域）を持つ圧力波の周波数変動を圧力センサ５９の出力電圧Ｖをモニタすることで検出可能である。
また、図８に示す配線２２０の配線抵抗Ｒ1〜Ｒ4や配線容量Ｃ1を変えて、図９の曲線３０４の条件を満たすように構成してもよい。例えば、図１３(a)に示す配線２２０、２２０’対して、図１３(b)に示すようにパターン幅を大きくした幅広部２２０Ａ、２２０Ａ’を付加することで、配線２２０、２２０’の配線抵抗を小さくしてもよい。
即ち、圧力センサ５９の個別電極６０の面積Ｓや圧力センサ５９の厚みＴによって、圧力センサ５９の静電容量、内部抵抗を選択して圧力センサ５９が所定の周波数特性を有するように構成されるので、検出信号から特定の周波数成分を抽出する周波数フィルタなどの回路を用いることなく、圧力室５２の周波数変動を検出することができ、検出系の回路構成が簡素化される。
〔第３実施形態〕
次に、本発明に係る第３実施形態について説明する。第３実施形態に係るヘッド５０は、上述した第１実施形態に示す検出信号（出力電圧Ｖ）の条件を満たすように、圧力センサ５９や検出信号が伝送される配線（例えば、図８の配線２２０）、信号処理部８５に抵抗、コンデンサが付加的に取り付けられる。
図１４には、図１５(a)に示すように配線２２０に抵抗器４２０，４２２を付加した場合における、信号検出部８５の入力抵抗２０２と抵抗器４２０との合成抵抗値の違いによる圧力センサ５９の出力電圧Ｖと周波数ｆとの関係を示す。曲線４３０は該合成抵抗値が１００キロオームの場合を示し、曲線４３２，４３４，４３６，４３８はそれぞれ、合成抵抗値がそれぞれ１ＭΩ、１０ＭΩ、１００ＭΩ、1ＧΩの場合を示す。
図１４に示すｆc（４３０）は曲線４３０のカットオフ周波数を示し、ｆc（４３２）、ｆc（４３４）、ｆc（４３６）、ｆc（４３８）はそれぞれ曲線４３２、４３４，４３６，４３８のカットオフ周波数を表している。
曲線４３６（合成抵抗値１００ＭΩ）及び曲線４３８（合成抵抗値１ＧΩ）は検出対象周波数ｆs（１００ｋＨｚ〜３００ｋＨｚ）がカットオフ周波数ｆcよりも小さくなる条件を満たしている。即ち、信号検出部８５の入力抵抗２０２と抵抗器４２０との合成抵抗値を１００ＭΩ以上にすることで、１００ｋＨｚ〜３００ｋＨｚの周波数（周波数変動領域）を持つ圧力波の周波数変動を圧力センサ５９の出力電圧Ｖをモニタすることで検出可能である。
なお、図１５(b)に示すように、配線２２０にコンデンサ４２２を付加することで、第１実施形態に示す検出信号（出力電圧Ｖ）の条件を満たすように構成してもよい。図１５(b)に示すコンデンサ４２４は、配線２２０と配線２２０’との間に挿入され、圧力センサ５９と並列に接続されている。
図１５(a)に示す抵抗器４２０，４２２は、図８に示す配線抵抗Ｒ1〜Ｒ4に対して直列接続され、抵抗器４２０，４２２にはチップ抵抗や印刷抵抗が好適に用いられる。また、図１５(b)に示すコンデンサ４２４は圧力センサ５９に対して並列接続され、コンデンサ４２４にはチップコンデンサ（セラミックコンデンサ）が好適に用いられる。なお、コンデンサ４２４に代わり所定の静電容量を有する圧電体を用いてもよい。
本例では、記録紙１６の全幅に対応する長さのノズル列を有するページワイドのフルライン型ヘッド５０（１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙ）を用いたインクジェット記録装置１０を説明したが、本発明の適用範囲はこれに限定されず、短尺の記録ヘッドを往復移動させながら画像記録を行うシャトルヘッドを用いるインクジェット記録装置についても本発明を適用可能である。
また、本例では、ヘッド（インクジェットヘッド）５０に備えられるノズル５１からインクを吐出させて、記録紙１６上に画像を形成するインクジェット記録装置１０を示したが、本発明の適用範囲はこれに限定されず、レジストなどインク以外の液体で画像（立体形状）を形成する画像形成装置や、ノズル（吐出孔）から薬液、水などを吐出されるディスペンサ等の液体吐出装置などにも広く適用可能である。
本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置の全体構成図 図１に示すインクジェット記録装置の印字部周辺の要部平面図 印字ヘッドの構造例を示す平面透視図 図３中４−４線に沿う断面図 図１に示したインクジェット記録装置のシステム構成を示す要部ブロック図 図３に示す圧力室５２に発生する圧力を集中定数法によって算出する等価回路モデル 図４に示す圧力センサの等価回路モデル 検出信号伝送路における配線抵抗、配線容量、配線インダクタを説明する図 検出信号の周波数特性を説明する図 図９に示す周波数特性の詳細を説明する図 図４に示す圧力センサに備えられた個別電極のサイズと検出信号の周波数特性との関係を説明する図 図４に示す圧力センサの厚みと検出信号の周波数特性との関係を説明する図 配線抵抗を変える配線構造を説明する図 図８に示す信号処理部の入力抵抗及び付加抵抗器の合成抵抗値と検出信号の周波数特性との関係を説明する図 付加抵抗器、付加コンデンサを説明する図
符号の説明
５０…ヘッド、５１…ノズル、５２…圧力室、５８…圧電アクチュエータ、５９…圧力センサ、６０…個別電極、８５…信号処理部、２０２…入力抵抗、２１４…静電容量、２２０…配線、４２０，４２２…抵抗器、４２４…コンデンサ

Claims (13)

  1. 液体を吐出させる吐出孔と、
    前記吐出孔から吐出させる液体を収容する圧力室と、
    前記圧力室内の液体に吐出力を与える吐出力発生素子と、
    前記圧力室の発生する圧力に応じた検出信号が出力され、前記検出信号が取り出される取出電極対を具備する静電容量型の圧力検出素子を有する圧力検出手段と、
    を備え、
    前記検出信号の周波数ｆと、前記取出電極対と接続される信号処理部の入力抵抗器の抵抗値を含む抵抗成分、及び前記取出電極対の面積及び前記圧力検出素子の厚みのうち少なくとも何れか一方により決められる前記圧力検出素子の静電容量を含む静電容量成分から求められるカットオフ周波数ｆcと、の関係が、
    ｆ＜ｆc
    を満たすことを特徴とする液体吐出ヘッド。
  2. 前記抵抗成分は、前記圧力検出素子から得られる検出信号が伝送される信号伝送路の抵抗値を含み、
    前記静電容量成分は、前記信号伝送路が有する静電容量を含むことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
  3. 液体を吐出させる吐出孔と、
    前記吐出孔から吐出させる液体を収容する圧力室と、
    前記圧力室内の液体に吐出力を与える吐出力発生素子と、
    前記圧力室の発生する圧力に応じた検出信号が出力され、前記検出信号が取り出される取出電極対を具備する静電容量型の圧力検出素子を有する圧力検出手段と、
    を備え、
    前記検出信号の周波数ｆと、前記取出電極対に接続される信号処理部の入力抵抗器の抵抗値、前記圧力検出素子から得られる検出信号が伝送される信号伝送路の抵抗値を含む抵抗成分、及び前記圧力検出素子の静電容量、前記信号伝送路が有する静電容量を含む静電容量成分から求められるカットオフ周波数ｆcと、の関係が、
    ｆ＜ｆc
    を満たすことを特徴とする液体吐出ヘッド。
  4. 前記抵抗成分は、前記圧力検出素子から得られる検出信号が伝送される信号伝送路に付加される抵抗器の抵抗値を含み、
    前記静電容量成分は、前記信号伝送路に付加される静電容量を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
  5. 液体を吐出させる吐出孔と、
    前記吐出孔から吐出させる液体を収容する圧力室と、
    前記圧力室内の液体に吐出力を与える吐出力発生素子と、
    前記圧力室の発生する圧力に応じた検出信号が出力され、前記検出信号が取り出される取出電極対を具備する静電容量型の圧力検出素子を有する圧力検出手段と、
    を備え、
    前記検出信号の周波数ｆと、前記取出電極対に接続される信号処理部の入力抵抗器の抵抗値、前記圧力検出素子から得られる検出信号が伝送される信号伝送路に付加される抵抗器の抵抗値を含む抵抗成分、及び前記圧力検出素子の静電容量、前記信号伝送路に付加される静電容量を含む静電容量成分から求められるカットオフ周波数ｆcと、の関係が、
    ｆ＜ｆc
    を満たすことを特徴とする液体吐出ヘッド。
  6. 前記検出信号の周波数ｆは、前記吐出孔から液体が正常吐出される正常吐出時に前記圧力室に発生する圧力に対して得られる検出信号の周波数ｆoを含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
  7. 前記検出信号の周波数ｆは、前記吐出孔から液体が正常に吐出されない吐出異常時に前記圧力室に発生する圧力に対して得られる検出信号の周波数ｆ1を含むことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
  8. 前記吐出異常時は、前記圧力室に気泡が存在している状態を含むことを特徴とする請求項７記載の液体吐出ヘッド。
  9. 液体を吐出させる吐出孔と、
    前記吐出孔から吐出させる液体を収容する圧力室と、
    前記圧力室内の液体に吐出力を与える吐出力発生素子と、
    前記圧力室の発生する圧力に応じた検出信号が出力され、前記検出信号が取り出される取出電極対を具備する静電容量型の圧力検出素子を有する圧力検出手段と、
    を具備する液体吐出ヘッドと、
    前記取出電極対と接続される入力抵抗器を含み、前記圧力検出素子から得られる検出信号に所定の信号処理を施す信号処理部と、
    を備え、
    前記検出信号の周波数ｆと、前記入力抵抗器の抵抗値を含む抵抗成分、及び前記取出電極対の面積及び前記圧力検出素子の厚みのうち少なくとも何れか一方により決められる前記圧力検出素子の静電容量を含む静電容量成分から求められるカットオフ周波数ｆcと、の関係が、
    ｆ＜ｆc
    を満たすことを特徴とする液体吐出装置。
  10. 前記抵抗成分は、前記圧力検出素子から得られる検出信号が伝送される信号伝送路の抵抗値を含み、
    前記静電容量成分は、前記信号伝送路が有する静電容量を含むことを特徴とする請求項９に記載の液体吐出装置。
  11. 液体を吐出させる吐出孔と、
    前記吐出孔から吐出させる液体を収容する圧力室と、
    前記圧力室内の液体に吐出力を与える吐出力発生素子と、
    前記圧力室の発生する圧力に応じた検出信号が出力され、前記検出信号が取り出される取出電極対を具備する静電容量型の圧力検出素子を有する圧力検出手段と、
    を具備する液体吐出ヘッドと、
    前記取出電極対に接続される入力抵抗器を有する信号処理部と、
    前記圧力検出素子から得られる検出信号が伝送される信号伝送路と、
    を備え、
    前記検出信号の周波数ｆと、前記入力抵抗器の抵抗値、前記信号伝送路の抵抗値を含む抵抗成分、及び前記圧力検出素子の静電容量、前記信号伝送路が有する静電容量を含む静電容量成分から求められるカットオフ周波数ｆcと、の関係が、
    ｆ＜ｆc
    を満たすことを特徴とする液体吐出装置。
  12. 前記抵抗成分は、前記圧力検出素子から得られる検出信号が伝送される信号伝送路に付加される抵抗器の抵抗値を含み、
    前記静電容量成分は、前記信号伝送路に付加される静電容量を含むことを特徴とする請求項９から１１のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
  13. 液体を吐出させる吐出孔と、
    前記吐出孔から吐出させる液体を収容する圧力室と、
    前記圧力室内の液体に吐出力を与える吐出力発生素子と、
    前記圧力室の発生する圧力に応じた検出信号が出力され、前記検出信号が取り出される取出電極対を具備する静電容量型の圧力検出素子を有する圧力検出手段と、
    を具備する液体吐出ヘッドと、
    前記取出電極対に接続される入力抵抗器を有する信号処理部と、
    前記圧力検出素子から得られる検出信号が伝送される信号伝送路と、
    を備え、
    前記検出信号の周波数ｆと、前記入力抵抗器の抵抗値、前記信号伝送路に付加される抵抗器の抵抗値を含む抵抗成分、及び前記圧力検出素子の静電容量、前記信号伝送路に付加される静電容量を含む静電容量成分から求められるカットオフ周波数ｆcと、の関係が、
    ｆ＜ｆc
    を満たすことを特徴とする液体吐出装置。
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