JP5884495B2 - 液滴吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、液滴を吐出する液滴吐出装置に関する。

インクジェットプリンタなどの液滴吐出装置の分野において、一般的には、複数のノズル間での吐出特性（吐出される液滴量や液滴速度）が均一に揃っていることが好ましいのであるが、実際には、複数のノズル間の吐出特性がばらついてしまうことが多い。ここで、吐出特性のばらつきとは、液滴の吐出に影響を及ぼす様々な因子について、ノズル毎にわずかな違いが存在することによって、複数のノズル間で、ノズル固有の吐出特性（吐出量や吐出速度）に差が生じるということである。液滴の吐出に影響を及ぼす代表的な因子としては、ノズルやそれに連なる流路の寸法及び形状、あるいは、各ノズル内の液体に吐出エネルギーを与えるアクチュエータの特性などが挙げられる。そして、インクジェットプリンタの分野であれば、複数のノズル間で吐出量や吐出速度が異なると、被記録媒体上に形成されるドットの大きさや、ドットの位置（液滴の着弾位置）がずれ、印字品質に悪影響を及ぼす。

これに関し、ノズル毎に液体の温度を制御することで液体の粘度を個別に変化させ、これによって複数のノズル間の吐出特性のばらつきを解消することが考えられる。例えば、特許文献１のインクジェットヘッドでは、複数のノズルにそれぞれ連通した複数の流路に対して、ヒータが１つずつ設けられている。各ヒータには、共に定電圧パルスである、プレヒートパルスとメインヒートパルスが印加される。プレヒートパルスは、吐出前に流路内のインクを予め加熱するためのパルスである。また、メインヒートパルスは、流路内のインクを加熱して膜沸騰を生じさせることによって、インクに吐出エネルギーを与えるためのものである。その上で、特許文献１には、プレヒートパルスの波形を調整することにより、ノズルの吐出量のばらつきを低減させるとの記載がある。

ところで、上記の吐出特性のばらつきとはまた別に、装置を使用するうちにノズルを含む流路内に塵や気泡等が混入し、それによって吐出量が少ない状態や全く吐出できない状態といった、吐出異常が生じることが知られている。この吐出異常の検出に関して、例えば、特許文献２には、レーザーセンサによってノズルの吐出異常を検出するものが開示されている。また、特許文献３には、振動板に向けてノズルから液滴を吐出させたときの、前記振動板の変形の有無（即ち、振動板への液滴着弾の有無）から、ノズルの吐出異常を検出するものが開示されている。上記の特許文献２，３において、あるノズルに吐出異常が検出された場合には、フラッシングやパージ等の回復動作を行うことによって吐出異常を解消する。

特開平９−２８１３２４号公報 特開２００８−０８０７２４号公報 特開２０１０−７６３６１号公報

特許文献１には、流路毎に液体の温度を制御して吐出量のばらつきを低減することは開示されているものの、吐出異常の検出を行うための構成については開示がない。しかし、吐出異常の検出のために、特許文献２，３に開示のような専用の検出装置を設けることは、部品数が増えるとともに、構造が複雑化する要因ともなる。また、検出装置の設置スペースが別に必要になるために、液滴吐出装置の全体サイズが大型化するという問題もあった。

本発明の目的は、吐出特性を調整するための構成を利用してノズルの吐出異常の検出を行うことにより、専用の検出装置を設けることなく吐出異常の検出が可能な液滴吐出装置を提供することである。

第１の発明の液滴吐出装置は、液滴を吐出するノズルをそれぞれ含む複数の液体流路を有する液滴吐出ヘッドと、前記複数の液体流路内の液体をそれぞれ個別に加熱する複数の加熱手段と、前記複数の液体流路内の液体の温度をそれぞれ検出する複数の温度検出手段と、前記加熱手段と前記温度検出手段を用いて、複数の前記ノズルの吐出特性を調整する吐出特性調整手段と、前記加熱手段と前記温度検出手段を用いて、前記複数のノズルの吐出異常を検出する吐出異常検出手段と、を備え、
前記吐出特性調整手段は、前記複数のノズルの間の吐出特性のばらつきが小さくなるように、前記加熱手段と前記温度検出手段を用いて、前記複数の液体流路内の液体温度をそれぞれ制御し、
前記吐出異常検出手段は、１つの前記液体流路内の液体を前記加熱手段により所定の初期温度まで加熱し、前記加熱手段による加熱終了後に、前記液滴吐出ヘッドが、その液体流路に含まれる前記ノズルから液滴を吐出させたときの、前記温度検出手段により検出される前記液体流路内の前記初期温度からの温度低下が所定の閾値未満である場合に、その液体流路の前記ノズルに吐出異常が生じていると判定するものであり、前記初期温度を所定の第１温度に設定する第１検出モードと、前記初期温度を前記第１温度よりも低い所定の第２温度に設定する第２検出モードのうちの、何れか一方の検出モードを選択して実行することを特徴とするものである。

本発明では、複数のノズル（複数の液体流路）に対して、複数の加熱手段と複数の温度検出手段がそれぞれ設けられている。そして、吐出特性調整手段は、液滴吐出ヘッドの吐出動作の際に、加熱手段と温度検出手段を用いて、複数のノズルの間の吐出特性のばらつきが小さくなるように、複数の液体流路内の液体温度をそれぞれ制御する。

また、吐出異常検出手段は、加熱手段と温度検出手段を用いて、ノズルの吐出異常の検出を行う。まず、液体流路内の液体の加熱後に、ノズルから液滴を吐出させる。そのノズルから正常に液滴が吐出されていると、新しい液体が上流側から供給されてくるが、ノズルに吐出異常が生じていると上流側から液体がほとんど供給されない。そのため、ノズルが正常か異常かによって、液体流路内のインクの温度変化が異なることになる。従って、液滴を吐出したときの液体流路内の温度変化からノズルの吐出異常を検出できる。

このように、本発明では、ノズルの吐出特性の調整に使用する加熱手段と温度検出手段を用いて、複数のノズルの吐出異常の検出を行う。つまり、専用の装置を設けることなく吐出異常の検出を行うことができる。

また、本発明では、液体流路内の液体を所定の初期温度まで加熱することで、ノズルから液滴を吐出させた後の、液体流路内の温度変化を把握しやすくなり、吐出異常の判定が容易になる。

吐出異常の検査時に、液体流路内の液体を、供給される液体との温度と比べてかなり高くすると、ノズルから正常に液滴が吐出されたときの液体流路内の温度変化が大きくなるため、吐出異常の検出精度が高まる。しかし、あまりにも液体温度を高くし過ぎると、その後の吐出動作における、吐出特性調整のための温度制御の妨げとなる。また、吐出異常が生じている可能性が低い場合など、それほど精度の高い検出を行う必要がない場合に、初期温度を高くし過ぎるのは、エネルギー消費の面で好ましくない。本発明では、２種類の初期温度（検出モード）から、状況に応じた適切なものを選択して吐出異常の検出を行うことができる。

第２の発明の液滴吐出装置は、前記第１の発明において、前記吐出異常検出手段による前記吐出異常の検出が終わってから前記液滴吐出ヘッドが吐出動作を行うか否か、を判断する第１判断手段を有し、前記第１判断手段により、前記液滴吐出ヘッドが前記吐出異常の検出後に吐出動作を行う予定のない、待機状態であると判断されたときには、前記吐出異常検出手段は、前記第１検出モードを実行し、前記第１判断手段により、前記液滴吐出ヘッドが前記吐出異常の検出後に吐出動作を行う、吐出直前の状態であると判断されたときには、前記吐出異常検出手段は、前記第２検出モードを実行することを特徴とするものである。

まず、第１判断手段により、液滴吐出ヘッドが、待機状態なのか、それとも、吐出直前の状態なのかが判断される。待機状態のときには、吐出異常の検出が終了した後に吐出動作を行わないことから、初期温度の高い第１検出モードを選択して精度の高い検出を行う。一方、吐出直前の状態のときには、吐出異常の検出が終了した後すぐに温度制御を伴う吐出動作が予定されていることから、初期温度の低い第２検出モードを選択する。

第３の発明の液滴吐出装置は、前記第１又は第２の発明において、前記吐出異常検出手段により、前記複数のノズルのうちの少なくとも一部に吐出異常が生じていることが検出されたときに、前記複数のノズルから液体を排出させることによってノズルの吐出性能を回復させるパージ手段と、前記パージ手段による回復動作が行われてから現時点までの経過時間が所定時間以上であるか否かを判断する、第２判断手段と、を有し、前記第２判断手段により前記経過時間が前記所定時間以上であると判断されたときには、前記吐出異常検出手段は前記第１検出モードを選択し、前記第２判断手段により前記経過時間が前記所定時間未満であると判断されたときには、前記吐出異常検出手段は前記第２検出モードを選択することを特徴とするものである。

パージ手段による回復動作を行ってから長時間経過している場合は、ノズルに吐出異常が生じている可能性が高いことから、初期温度の高い第１検出モードを選択して精度の高い検出を行う。一方、回復動作を行ってからそれほど時間が経過していない場合は、ノズルに吐出異常が生じている可能性が低いことから、粗い精度で吐出異常の検出を行ってもさほど問題がない。そこで、このような場合には、初期温度の低い第２検出モードを選択する。

第４の発明の液滴吐出装置は、前記第１〜第３の何れかの発明において、前記液滴吐出ヘッドに接続され、この液滴吐出ヘッドに供給する液体を貯留する液体貯留部と、前記液体貯留部から前記液滴吐出ヘッドに供給される液体の温度を検出する供給温度検出手段を備え、前記吐出異常検出手段は、前記供給温度検出手段により検出された液体の温度に応じて、前記初期温度を設定することを特徴とするものである。

液体貯留部から供給されてくる液体の温度が高いと、供給される液体温度と、吐出検査開始時の初期温度との差があまりなくなり、吐出異常を検出しにくくなる。そこで、供給される液体の温度に応じて、初期温度を変更することが好ましい。

第５の発明の液滴吐出装置は、前記第１〜第４の何れかの発明において、前記吐出異常検出手段は、ある液体流路内の前記初期温度からの温度低下が第１閾値以上である場合には、その液体流路の前記ノズルが正常であると判定し、前記温度低下が前記第１閾値未満で、且つ、前記第１閾値よりも低い第２閾値以上である場合は、前記ノズルは、液滴が吐出されているものの、正常状態と比べて吐出量が少ない吐出不良の状態であると判定し、前記温度低下が前記第２閾値未満である場合は、前記ノズルは、液滴が吐出されない不吐出状態であると判定することを特徴とするものである。

本発明によれば、吐出異常の状態を、さらに、吐出量が少ない吐出不良の状態と、全く液滴が吐出されない不吐出の状態とで、区別して判別することができる。

本発明では、複数のノズルの吐出特性の調整に使用する加熱手段と温度検出手段を用いて、ノズルの吐出異常の検出を行うことから、専用の装置を設けることなく吐出異常の検出が行える。

本実施形態に係るインクジェットプリンタの概略平面図である。 インクジェットヘッドの平面図である。 （ａ）は図３のＡ部拡大図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。 プリンタの電気的構成を概略的に示すブロック図である。 吐出異常検出のフローチャートである。

次に、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施形態のインクジェットプリンタ１の概略平面図である。まず、図１を参照してインクジェットプリンタ１の概略構成について説明する。尚、以下では、図１の紙面手前側を上方、紙面向こう側を下方と定義して、適宜、「上」「下」の方向語を使用して説明する。図１に示すように、インクジェットプリンタ１は、プラテン２と、キャリッジ３と、インクジェットヘッド４と、搬送機構５と、パージ機構６と、制御装置８等を備えている。

プラテン２の上面には、被記録媒体である記録用紙１００が載置される。また、プラテン２の上方には、図１の左右方向（走査方向）に平行に延びる２本のガイドレール１０，１１が設けられる。キャリッジ３は、プラテン２と対向する領域において２本のガイドレール１０，１１に沿って走査方向に往復移動可能に構成されている。また、キャリッジ３には、２つのプーリ１２，１３間に巻き掛けられた無端ベルト１４が連結されており、キャリッジ駆動モータ１５によって無端ベルト１４が走行駆動されたときに、キャリッジ３は、無端ベルト１４の走行に伴って走査方向に移動する。

インクジェットヘッド４は、キャリッジ３に取り付けられており、キャリッジ３とともに走査方向に移動する。インクジェットヘッド４の下面（図１の紙面向こう側の面）は、複数のノズル１６が形成された液滴噴射面である。また、図１に示すように、プリンタ１のプリンタ本体１ａにはホルダ９が設けられている。ホルダ９には４色のインク（ブラック、イエロー、シアン、マゼンタ）がそれぞれ貯留された４つのインクカートリッジ１７（液体貯留部）が装着される。また、図示は省略するが、キャリッジ３に搭載されたインクジェットヘッド４とホルダ９とが４本のチューブ（図示省略）で接続されている。４つのインクカートリッジ１７の４色のインクが、４本のチューブを介してインクジェットヘッド４にそれぞれ供給される。インクジェットヘッド４は、４色のインクを複数のノズル１６から、プラテン２に載置された記録用紙１００に対して吐出する。

搬送機構５は、搬送方向にプラテン２を挟むように配置された２つの搬送ローラ１８，１９を有し、これら２つの搬送ローラ１８，１９によって、プラテン２に載置された記録用紙１００を搬送方向に搬送する。また、搬送機構５は、搬送ローラ１８，１９を回転させるためのモータを備える。

インクジェットプリンタ１は、プラテン２上に載置された記録用紙１００に対して、キャリッジ３とともに走査方向（図１の左右方向）に往復移動するインクジェットヘッド４からインクを吐出させる。これとともに、２つの搬送ローラ１８，１９によって記録用紙１００を搬送方向（図１の下方）に搬送する。以上の動作によって記録用紙１００に画像や文字等が記録される。

パージ機構６は、インクジェットヘッド４のノズル１６に吐出異常が生じている場合に、複数のノズル１６からインクを排出させることによってノズル１６の吐出性能を回復させるものである。このパージ機構６は、走査方向に関するキャリッジ３の移動範囲のうちの、記録用紙１００と対向する領域よりも外側（図１における右側）の位置に配置されている。このパージ機構６は、キャップ４０と、このキャップ４０に接続された吸引ポンプ４１と、キャップ４０を上下方向に移動させるためのキャップ駆動モータ４２（図４参照）とを備える。キャップ４０は、キャップ駆動モータ４２により上下方向（図１の紙面垂直方向）に駆動される。キャリッジ３がキャップ４０と対向している状態で、キャップ４０が上方に移動することにより、インクジェットヘッド４の下面の複数のノズル１６がキャップ４０に覆われる。尚、以下の説明では、複数のノズル１６がキャップ４０で覆われた状態をキャッピング状態と称す。

上記のキャッピング状態で、吸引ポンプ４１を作動させてキャップ４０内を減圧することで、複数のノズル１６からインクが吸引される吸引パージが行われる。この吸引パージにより、インクジェットヘッド４内の塵や気泡、あるいは、乾燥により増粘したインクが、複数のノズル１６から排出されることで、吐出異常が生じているノズル１６の吐出性能が回復する。

次に、インクジェットヘッド４について説明する。図２は、インクジェットヘッド４の平面図である。また、図３（ａ）は図２のＡ部拡大図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。図２、図３に示すように、インクジェットヘッド４は、複数のノズル１６及び複数の圧力室２４が形成された流路ユニット２０と、流路ユニット２０の上面に配置された圧電アクチュエータ２１とを備えている。

図３（ｂ）に示すように、流路ユニット２０は４枚のプレートが積層された構造を有する。それぞれ搬送方向に延在する４本のマニホールド２５が形成されている。尚、４本のマニホールド２５は、流路ユニット２０の上面に形成された４つのインク供給孔２６に接続されている。４つのインク供給孔２６には、４つのインクカートリッジ１７から４色（ブラック、イエロー、シアン、マゼンタ）のインクがそれぞれ供給される。

また、流路ユニット２０には、その下面に開口した複数のノズル１６と、これら複数のノズル１６にそれぞれ連通する複数の圧力室２４が形成されている。図２に示すように、平面視で、複数のノズル１６及び複数の圧力室２４は、４色のマニホールド２５にそれぞれ対応して４列に配列されている。また、各圧力室２４は対応するマニホールド２５に連通している。これにより、流路ユニット２０には、マニホールド２５から分岐し、且つ、それぞれ圧力室２４とノズル１６を含む、複数の個別インク流路２７（本発明の液体流路）が形成されている。

図３に示すように、圧電アクチュエータ２１は、複数の圧力室２４を覆う振動板３０と、この振動板３０の上面に配置された圧電層３１と、複数の圧力室２４に対応した複数の個別電極３２とを備えている。複数の個別電極３２は、圧電アクチュエータ２１を駆動するドライバＩＣ３４（図４参照）とそれぞれ接続されている。また、振動板３０は金属材料で形成され、圧電層３１を挟んで複数の個別電極３２と対向する共通電極の役割を果たす。尚、振動板３０はドライバＩＣ３４のグランド配線に接続されて常にグランド電位に保持される。また、振動板３０と個別電極３２に挟まれた圧電層３１の部分は、その厚み方向に分極されている。

ノズル１６からインクを吐出させる際の圧電アクチュエータ２１の動作は以下の通りである。複数の個別電極３２に対してドライバＩＣ３４から選択的に駆動信号が印加されると、圧電層３１上側の個別電極３２とグランド電位に保持されている圧電層３１下側の共通電極としての振動板３０の間に電位差が生じ、個別電極３２と振動板３０の間に挟まれた部分に厚み方向の電界が生じる。このとき、圧電層３１の分極方向と電界の方向とが一致するために、圧電層３１はその分極方向である厚み方向に伸びて面方向に収縮する。さらに、この圧電層３１の収縮変形に伴って、振動板３０の圧力室２４と対向する部分が圧力室２４側に凸となるように撓む（ユニモルフ変形）。このとき、圧力室２４の容積が減少することによってその内部のインクに圧力が付与され、圧力室２４に連通するノズル１６からインクの液滴が吐出される。

また、図３（ｂ）に示すように、振動板３０の下面の、複数の圧力室２４に接する部分には、複数のヒータ５０と複数の温度センサ５１がそれぞれ設けられている。各ヒータ５０には、ヒータ５０に電流を流して熱を発生させるヒータ５０の駆動回路５２が接続されている（図４参照）。複数のヒータ５０は、複数の圧力室２４内のインクを個別に加熱する。また、複数の温度センサ５１は、複数の圧力室２４内の温度をそれぞれ検出する。後で詳細に説明するが、上記のヒータ５０と温度センサ５１は、画像等の記録中においては、複数のノズル１６の吐出特性を揃える目的で、各々の個別インク流路２７内のインクの温度制御を行う際に使用される。また、画像等を記録していないときには、ヒータ５０と温度センサ５１は、各ノズル１６の吐出異常を検出するためにも使用される。

次に、制御装置８を中心とするプリンタ１の電気的な構成について説明する。図４は、プリンタ１の電気的構成を概略的に示すブロック図である。図４に示されるプリンタ１の制御装置８は、例えば、中央処理装置であるＣＰＵ（Central Processing Unit）と、プリンタ１の全体動作を制御する為の各種プログラムやデータ等が格納されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＣＰＵで処理されるデータ等を一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）等を含むマイクロコンピュータ、プリンタ１の各構成を制御するための各種の演算回路、及び、各種のデータを記憶したフラッシュメモリなどの記憶媒体で構成される記憶部６３等を備える。

ＲＯＭに格納された各種プログラムをＣＰＵが実行することにより、マイクロコンピュータ及び各種の演算回路は、記録制御部６０、吐出異常検出部６１、パージ制御部６２として動作する。記憶部６３には、制御装置８により実行される様々な制御で使用する設定値等が記憶されている。この制御装置８には、外部装置であるＰＣ７０、及び、ディスプレイや操作ボタン等を備えた操作パネル７１が接続されている。また、制御装置８には、インクジェットヘッド４の複数の個別インク流路２７にそれぞれ設けられた複数の温度センサ５１の信号や、インクジェットヘッド４の周囲の環境温度を検出する環境温度検出センサ５３の信号も入力される。

上述したが、制御装置８は、記録制御部６０と、吐出異常検出部６１と、パージ制御部６２として動作するマイクロコンピュータ及び各種の演算回路を備える。記録制御部６０は、ＰＣ７０から入力された、画像等に関するデータに基づき、インクジェットヘッド４のドライバＩＣ３４、キャリッジ駆動モータ１５、及び、搬送機構５をそれぞれ制御する。

また、記録制御部６０は、各ノズル１６の吐出特性を調整する吐出特性調整部６４を有する。後で詳述するが、この吐出特性調整部６４は、温度センサ５１で検出される個別インク流路２７内の温度に基づいてヒータ５０を制御して、その個別インク流路２７内のインクの温度を所定の温度設定値に制御する。

吐出異常検出部６１は、複数のノズル１６のそれぞれについて吐出異常が生じているか否かを検出する。後で詳細に説明するが、吐出異常検出部６１は、前述のノズル１６の吐出特性調整に使用されるヒータ５０と温度センサ５１を用いて、各ノズル１６の吐出異常の検出を行う。パージ制御部６２は、パージ機構６のキャップ駆動モータ４２や吸引ポンプ４１を制御してインクジェットヘッド４の吸引パージを実行させる。

（ノズルの吐出特性の調整）
次に、吐出特性調整部６４による、ノズル１６の吐出特性の調整について説明する。複数の個別電極３２に対して、電圧や波形が同一の駆動信号を印加すれば、理想的には、複数のノズル１６で、吐出特性（液滴量や液滴速度）は揃うはずである。しかしながら、実際には、下記のような様々な因子により、複数のノズル１６の間で吐出特性がばらついてしまう。

個別インク流路２７の流路抵抗や圧電アクチュエータ２１の剛性は、ノズル１６の吐出特性に大きな影響を及ぼす。この点、流路ユニット２０内の、ノズル１６や圧力室２４を含む個別インク流路２７の形状や寸法が僅かでも異なっていると、個別インク流路２７の間で流路抵抗に差が生じる。また、圧電アクチュエータの厚み（特に、圧電層３１の厚み）が均一でないと、複数の圧力室２４間で圧電アクチュエータ２１の剛性に差が生じる。

そこで、インクジェットヘッド４の製造が一通り完了した段階で、複数のノズル１６の各々について実際に液滴を吐出させ、吐出された液滴の量や液滴速度を測定する。そして、この液滴量や液滴速度の測定値から、複数のノズル１６がそれぞれ具備する基礎的な吐出特性を評価する。この吐出特性の評価は、各ノズル１６から吐出される液滴量や液滴速度を高い精度で測定する必要があることから、ユーザの使用に供される前、即ち、出荷前にメーカー側の設備によって行われることが好ましい。その上で、ユーザにより実際に使用される際（画像等を記録する際）に、吐出特性調整部６４は、全てのノズル１６の吐出特性のばらつきができるだけ小さくなるように、前記の基礎的な吐出特性を調整する。

吐出特性の調整は、具体的にはインクの温度制御によって行う。一般的にインクの温度を上げると粘度が下がるため、インクが流れやすくなる。そのため、基礎的な吐出特性が低い（吐出量が少ない、あるいは、吐出速度が低い）ノズル１６に対応する個別インク流路２７については、インクの温度を高くすることによって吐出特性を上げることができる。そして、全てのノズル１６について、前記の基礎的な吐出特性の評価に応じて、それらのノズル１６間の吐出特性のばらつきが小さくなるように温度設定値が予め定められている。これらの温度設定値は記憶部６３に記憶されている。

ＰＣ７０から制御装置８に記録データが入力されて、記録用紙１００への画像等の記録を行う度に、吐出特性調整部６４は、記憶部に記憶された温度設定値を読み出す。そして、吐出特性調整部６４は、ノズル１６毎に、温度センサ５１により検出された現在のインク温度情報を参照しつつ、個別インク流路２７内のインクの温度が前記温度設定値となるように、ヒータ５０の駆動回路５２を制御する。これにより、複数のノズル１６の間の吐出特性のばらつきが小さく抑えられる。

（ノズルの吐出異常の検出）
次に、吐出異常検出部６１による、ノズル１６の吐出異常の検出について説明する。インクジェットヘッド４内に、上流側のインクカートリッジ１７から塵や気泡が流入する、あるいは、ノズル１６の開口においてインクの乾燥が進行する等の原因で、ノズル１６の吐出が正常に行われなくなることがある。具体的には、ノズル１６から吐出されるインクの量が減少し吐出不良が発生する。また、さらにひどい場合には、ノズル１６から全くインクが吐出されなくなって不吐出が発生する。そこで、吐出異常検出部６１は、ノズル１６毎に、前記の吐出不良や不吐出といった吐出異常が生じているか否かを検出する。

吐出異常の検出のタイミングは特に限定されるものではなく、任意のタイミングで行うことができる。但し、吐出異常が生じている可能性が高いと考えられるときに行うと効果的である。例えば、インクジェットヘッド４からインクが吐出されるプリンタ１の記録動作がしばらく行われていない場合には、上記の気泡の混入やインクの乾燥が生じている可能性が高い。そこで、プリンタ１への電源投入時や、前回の記録動作から一定時間経過している場合に、吐出異常の検出を行ってもよい。あるいは、ＰＣ７０や操作パネル７１から、ユーザによって吐出異常の検出を行う指令が入力されたときに、検出を行ってもよい。

ノズル１６の吐出異常を検出する際には、全ての個別インク流路２７内のインクを、ヒータ５０で所定の初期温度までそれぞれ加熱する。その後、全てのノズル１６から液滴を吐出させる。ここで、ノズル１６の吐出が正常である個別インク流路２７については、そのインクの吐出に応じて、上流側のマニホールド２５から個別インク流路２７内に、温度の低いインクが供給される。従って、温度センサ５１で検出される温度変化（温度低下の程度）が大きくなる。一方、ノズルに吐出異常が生じている個別インク流路については、インクの吐出量が少ないために上流側からのインク供給量も少なくなる。従って、温度センサ５１で検出される温度変化も小さくなる。このように、個別インク流路２７内のインクの温度変化から、ノズル１６の吐出異常を検出することができる。

また、図４に示すように、吐出異常検出部６１は、初期温度が異なる２つの検出モードから１つを選択する検出モード選択部６５を有する。吐出異常検出部６１は、検出モード選択部６５で選択された検出モードを実行する。

検出モード選択部６５（第１判断手段）は、インクジェットヘッド４が、これから行う吐出異常の検出後に吐出動作を行う予定のない待機状態であるか、それとも、吐出異常の検出後に吐出動作を行う吐出直前の状態であるかによって、検出モードを選択する。尚、インクジェットヘッド４が待機状態であるか、吐出直前の状態であるかについては、例えば、吐出異常の検出を行う時点における、ＰＣ７０からの記録データの入力の有無によって判断することができる。

吐出異常の検出を行う際に、ヒータ５０により、個別インク流路２７のインクの温度（初期温度）を高くするほど、上流側のインクの温度（環境温度にほぼ等しい）との温度差が大きくなる。そのため、ノズル１６から正常にインクが吐出されたときの、個別インク流路２７内の温度変化が大きくなり、吐出異常の検出精度が高まる。しかし、インクジェットヘッド４が、吐出異常の検出が終了した後に、上述した吐出特性調整のための温度制御を伴う記録動作を予定している場合は、吐出異常の検出においてインクの温度を高くし過ぎることは、その後の温度制御の妨げとなる。そこで、検出モード選択部６５は、インクジェットヘッド４が待機状態であるときには、初期温度が高い第１検出モードを選択する。一方、インクジェットヘッド４が吐出直前の状態であるときには、第１検出モードよりも初期温度が低い第２検出モードを選択する。

吐出異常の検出を行う制御装置８の一連の動作について、図５のフローチャートを参照して詳細に説明する。図５において、Ｓｉ（ｉ＝１０，１１，１２・・・）は各ステップを表している。

まず、インクジェットヘッド４が待機状態か吐出直前の状態であるかが、検出モード選択部６５に判断される（Ｓ１０）。待機状態と判断した場合には（Ｓ１０：Ｙｅｓ）、検出モード選択部６５は第１検出モードを選択する（Ｓ１１）。一方、吐出直前の状態と判断した場合は（Ｓ１０：Ｎｏ）、検出モード選択部６５は第２検出モードを選択する（Ｓ３１）。

（第１検出モード）
第１検出モードが選択された場合は、吐出異常検出部６１は、個別インク流路２７の初期温度をＴ１に設定し（Ｓ１１）、ノズル１６の吐出異常の検出を開始する。まず、全ての個別インク流路２７について、温度センサ５１からの温度情報を参照しつつ、ヒータ５０の駆動回路５２（図５参照）を制御してヒータ５０で初期温度Ｔ１まで加熱する（Ｓ１２）。全ての個別インク流路２７内のインクの温度が初期温度Ｔ１となったら、ヒータ５０による加熱を停止させる。次に、ドライバＩＣ３４（図３（ｂ）、図４参照）を制御して、全てのノズル１６からそれぞれインクの液滴を吐出させる（Ｓ１３）。そして、複数の温度センサ５１により、複数の個別インク流路２７内のインクの温度変化ΔＴを測定する（Ｓ１４）。

その際、インクの吐出に応じてマニホールド２５から圧力室２４内に温度の低いインクが供給されるように、各ノズル１６から一定量以上のインクを吐出させる必要がある。そのために、各ノズル１６から多数回連続してインクを吐出させる。また、いわゆる階調印字のために、ドライバＩＣ３４から圧電アクチュエータ２１への駆動信号を異ならせることによって、１つのノズル１６から液滴体積の異なる複数種類の液滴（大玉、中玉、小玉等）を選択的に吐出させることが可能な場合には、体積が最も大きな液滴（大玉）を吐出させる。

次に、全てのノズル１６について、吐出異常が生じているか否かを個別に判定する（Ｓ１５）。即ち、あるノズル１６について、個別インク流路２７内の温度変化ΔＴが、閾値Ａ以上である場合には（Ｓ１６：Ｙｅｓ）、このノズル１６が正常であると判定する（Ｓ１７）。一方、温度変化が閾値Ａ未満である場合には（Ｓ１６：Ｎｏ）、吐出異常検出部６１は、このノズル１６に吐出異常が生じていると判定する（Ｓ１８）。

さらに、吐出異常と判定された場合には（Ｓ１８）、その吐出異常が、ノズル１６から液滴が吐出されているものの、正常状態と比べて吐出量が少ない吐出不良の状態であるのか、あるいは、液滴が全く吐出されない不吐出状態であるのかを区別して判定する。吐出不良の場合には、少しはインクが吐出されていることから、個別インク流路２７の温度は、正常時と比べると小さいものの多少変化する。しかし、不吐出状態の場合は、個別インク流路２７の温度はほとんど変化しない。

そこで、個別インク流路２７の温度変化ΔＴが、正常か否かの判定に用いた閾値Ａ（第１閾値）よりも小さい、閾値Ｂ（第２閾値）以上である場合は（Ｓ１９：Ｙｅｓ）、吐出異常検出部６１は、そのノズル１６が、吐出量の少ない吐出不良の状態であると判定する（Ｓ２０）。一方、温度変化ΔＴが、閾値Ｂよりもさらに小さい場合は（Ｓ１９：Ｎｏ）、吐出異常検出部６１は、そのノズル１６が、不吐出状態であると判定する（Ｓ２１）。

尚、第１検出モードは、後で説明する第２検出モードと比べると初期温度Ｔ１が高いことからから、ノズル１６の吐出が正常な場合における温度変化ΔＴが大きくなる。従って、吐出が正常か否かの判定の閾値Ａ（第１閾値）の値を比較的大きな値とすることができる。このため、上記閾値Ａよりも小さい閾値Ｂ（第２閾値）を別に設定したときに、閾値Ａと閾値Ｂの差を大きくとることが可能となる。それ故、正常、吐出不良、及び、不吐出の、３つの状態を、精度よく検出することができる。

１つのノズル１６について吐出異常の判定が終了したら、別のノズル１６についてＳ１６〜Ｓ２１の判定ステップを実行する。そして、全てのノズル１６について判定が終了したら（Ｓ２２：Ｙｅｓ）、吐出異常の検出を終了する。

上述したように、第１検出モードの選択時には、ノズル１６の吐出異常が、吐出量の少ない吐出不良の状態と、全く吐出されない不吐出状態とで区別して検出される。従って、あるノズル１６に吐出異常が検出されたときに、その吐出異常の種類（程度）によって吐出性能の回復方法を異ならせることができる。例えば、吐出不良の状態の場合は、不吐出状態と比べて、吐出異常の原因となる気泡の混入やインクの増粘の程度が軽いと考えられる。そこで、吐出不良の状態と判定されたときには、そのノズル１６についてフラッシングを実行する一方、不吐出状態と判定されたときには、パージ機構６による、回復力の強い吸引パージを実行してもよい。あるいは、吐出異常とされたノズル１６が、全て吐出不良の状態である場合には、不吐出状態のノズル１６が存在する場合と比べて、吸引力の低い吸引パージを行うようにしてもよい。これにより、回復動作によって消費されるインク（廃液）の量を極力少なく抑えることができる。

（第２検出モード）
第２検出モードが選択された場合は、吐出異常検出部６１は、個別インク流路２７の初期温度を、第１検出モードの初期温度Ｔ１よりも低い温度Ｔ２に設定する（Ｓ３１）。そして、第１検出モードの場合と同様にして全てのノズル１６の吐出異常の検出を開始する。即ち、ヒータ５０で全ての個別インク流路２７の温度を初期温度Ｔ２に加熱する（Ｓ３２）。次に、加熱を停止した後に、全てのノズル１６から液滴を吐出させる（Ｓ３３）。さらに、温度センサ５１により全ての個別インク流路２７の温度変化ΔＴをそれぞれ測定する（Ｓ３４）。そして、全てのノズル１６について個別に吐出異常の有無を判定する（Ｓ３５）。即ち、個別インク流路２７内のインクの温度変化ΔＴが所定の閾値Ｃ以上であれば（Ｓ３６：Ｙｅｓ）、吐出異常検出部６１は、このノズル１６は正常であると判定する（Ｓ３７）。一方、温度変化ΔＴが閾値Ｃ未満である場合は（Ｓ３６：Ｎｏ）、吐出異常検出部６１は、このノズル１６に吐出異常が生じていると判定する（Ｓ３８）。

尚、第２検出モードは、先に説明した第１検出モードと比べると初期温度が低く、それ故、吐出異常の検出精度も低くなる。そのため、第２検出モードの選択時には、吐出が正常か異常かの簡易的な判断にとどめ、吐出異常が、吐出不良の状態か、不吐出状態かの判別までは行わない。

この第２検出モードの選択時においても、１つのノズル１６についての吐出異常の判定が終了したら、別のノズル１６についてＳ３６〜Ｓ３８の判定ステップを実行する。そして、全てのノズル１６について判定が終了したら（Ｓ３９：Ｙｅｓ）、吐出異常の検出を終了する。

本実施形態のプリンタでは、複数のノズル１６（複数の個別インク流路２７）に対して、複数のヒータ５０と複数の温度センサ５１がそれぞれ設けられている。そして、吐出特性調整部６４は、インクジェットヘッド４の吐出動作の際に、ヒータ５０と温度センサ５１を用いて、複数のノズル１６の間の吐出特性のばらつきが小さくなるように、複数の個別インク流路２７内のインク温度をそれぞれ制御する。また、吐出異常検出部６１は、上記の吐出特性の調整に使用するヒータ５０と温度センサ５１を用いて、ノズル１６の吐出異常の検出を行う。従って、専用の装置を設けることなく、各ノズル１６についての吐出異常の検出を行える。

また、吐出異常を検出する際には、個別インク流路２７内のインクを所定の初期温度に加熱し、加熱終了後にノズル１６から液滴を吐出させる。これによれば、個別インク流路２７内の温度変化を把握しやすくなるため、ノズル１６の吐出異常の判定が容易になる。

以上説明した本実施形態におけるインクジェットプリンタ１が、特許請求の範囲の「液滴吐出装置」に相当する。本実施形態におけるインクジェットヘッド４が、特許請求の範囲の「液滴吐出ヘッド」に相当する。本実施形態におけるパージ機構６が、特許請求の範囲の「パージ手段」に相当する。尚、パージ機構６は、ノズル１６よりも上流側のインク流路においてインクを加圧してノズル１６から強制的に排出させる、いわゆる、「加圧パージ」を行う構成であってもよい。また、本実施形態におけるヒータ５０が、特許請求の範囲の「加熱手段」に相当する。本実施形態における温度センサ５１が、特許請求の範囲の「温度検出手段」に相当する。

本実施形態において、ヒータ５０及び温度センサ５１を用いてノズル１６の吐出特性を調整する制御装置８が、特許請求の範囲の「吐出特性調整手段」に相当する。本実施形態において、ヒータ５０及び温度センサ５１を用いて図５のＳ１０〜Ｓ３９の吐出異常検出を行う制御装置８が、特許請求の範囲の「吐出異常検出手段」に相当する。

次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。

１］検出モード選択部６５による、初期温度の異なる２つの検出モードの選択条件としては、前記実施形態で挙げたようなものには限られない。例えば、パージ機構６による前回の吸引パージ（回復動作）の終了後からの経過時間が長い場合は、ノズル１６に吐出異常が生じている可能性が高い。一方、前回の吸引パージからの経過時間が短い場合には、ノズル１６に吐出異常が生じている可能性は低く、多少粗い精度で吐出異常の検出を行ってもさほど問題がない。また、このようなときに、初期温度を高くし過ぎるのは、エネルギー消費の面で好ましくない。そこで、検出モード選択部６５（第２判断手段）は、前回の吸引パージからの経過時間に応じて、検出モードを選択してもよい。

前回の吸引パージからの経過時間は、例えば、制御装置８内のタイマーによって計測できる。そして、検出モード選択部６５（第２判断手段）は、吸引パージが行われてから現時点までの経過時間が所定時間以上であるか否かを判断する。前記経過時間が所定時間以上である場合には、初期温度の高い第１検出モードを選択して精度の高い検出を行う。一方、経過時間が所定時間未満である場合には、初期温度の低い第２検出モードを選択する。

その他、ユーザによって、２つの検出モードのうちの、何れの検出モードを実行するのかを選択する信号が直接入力されてもよい。

２］前記実施形態では、吐出異常検出部は、初期温度の異なる２つの検出モードを選択的に実行するものであったが、参考例では検出モードが１種類であってもよい。あるいは、３以上の複数の検出モードを選択的に実行するものであってもよい。

３］インクカートリッジ１７（液体貯留部）からインクジェットヘッド４に供給されるインクの温度が高い場合、吐出異常の検出時における個別インク流路２７内の初期温度と、上流側から供給されるインクの温度との差が小さくなり、ノズル１６の吐出異常を検出しにくくなる。そこで、供給されるインクの温度に応じて、初期温度を変更してもよい。

ここで、インクカートリッジ１７からインクジェットヘッド４に供給されるインクの温度は、環境温度にほぼ等しいことから、インクの温度を検出する手段（供給温度検出手段）としては、環境温度検出センサ５３（図４参照）を用いることができる。あるいは、インクカートリッジ１７からインクジェットヘッド４に至るインクの供給経路にインクの温度を検出する温度センサが取り付けられていてもよい。そして、吐出異常検出部６１は、上記の環境温度検出センサ５３や、インク供給経路に設置された温度センサ等で検出されたインクの温度が高いほど、初期温度（図５のＴ１，Ｔ２）を高い値に設定する。

４］前記実施形態では、ノズル１６の吐出異常の検出の際に、全ての個別インク流路２７内のインクを初期温度まで同時に加熱し（Ｓ１２，Ｓ３２）、全てのノズル１６からインクを吐出し（Ｓ１３，Ｓ３３）、全ての個別インク流路２７について温度変化ΔＴを測定していた（Ｓ１４，Ｓ３４）。しかし、個別インク流路２７内の加熱、ノズル１６からの吐出、及び、温度変化ΔＴの測定を、１つのノズル１６（個別インク流路２７）毎に個別に行ってもよい。

５］前記実施形態では、先に、個別インク流路２７内のインクを所定温度まで加熱し、加熱終了後にノズル１６から液滴を吐出させていたが、参考例では、個別インク流路２７内のインクの加熱中にノズル１６から液滴を吐出させてもよい。このように、インクを加熱しながらノズル１６から吐出させた場合、ノズル１６の吐出が正常であるときには上流側からインクが供給されるため、個別インク流路２７内のインクが加熱され続けても、その温度上昇はそれほど大きくならない。しかし、ノズル１６に吐出異常が生じていると、上流側からのインクの供給が少ないため、個別インク流路２７内のインクの温度上昇は大きくなる。従って、ヒータ５０でインクを加熱しながらノズル１６から吐出させた場合でも、インクの温度変化からノズル１６の吐出異常を検出することが可能である。

６］前記実施形態では、吐出特性調整用の温度設定値は、プリンタ１の出荷前に設定された後は、変更されない固定値となっていたが、プリンタ１がユーザの使用に供された後に、この温度設定値が変更可能であってもよい。

例えば、ノズル１６の吐出特性は、圧電アクチュエータ２１の圧電特性の影響を受ける。この圧電特性（具体的には、圧電定数ｄ３３）は、プリンタ１を使用するにつれて、圧電層３１の分極劣化、クラック発生、マイグレーション等の要因によって次第に低下する。そこで、例えば、プリンタ１が、定期的に全てのノズル１６の吐出特性を検査する装置を備え、検査結果に応じて前記の温度設定値が補正される構成であってもよい。

以上説明した実施形態及びその変更形態は、液滴吐出装置の一種であるインクジェットプリンタに本発明を適用した例であるが、本発明の適用対象はインクジェットプリンタには限られない。例えば、基板に、液状の導電性材料を吐出して様々な導電パターンを形成する装置など、他の分野で使用される液滴吐出装置にも適用できる。

１ インクジェットプリンタ
４ インクジェットヘッド
６ パージ機構
８ 制御装置
１６ ノズル
１７ インクカートリッジ
２７ 個別インク流路
５０ ヒータ
５１ 温度センサ
５３ 環境温度検出センサ
６１ 吐出異常検出部
６４ 吐出特性調整部
６５ 検出モード選択部

Claims (5)

1. 液滴を吐出するノズルをそれぞれ含む複数の液体流路を有する液滴吐出ヘッドと、
   前記複数の液体流路内の液体をそれぞれ個別に加熱する複数の加熱手段と、
   前記複数の液体流路内の液体の温度をそれぞれ検出する複数の温度検出手段と、
   前記加熱手段と前記温度検出手段を用いて、複数の前記ノズルの吐出特性を調整する吐出特性調整手段と、
   前記加熱手段と前記温度検出手段を用いて、前記複数のノズルの吐出異常を検出する吐出異常検出手段と、を備え、
   前記吐出特性調整手段は、
   前記複数のノズルの間の吐出特性のばらつきが小さくなるように、前記加熱手段と前記温度検出手段を用いて、前記複数の液体流路内の液体温度をそれぞれ制御し、
   前記吐出異常検出手段は、
   １つの前記液体流路内の液体を前記加熱手段により所定の初期温度まで加熱し、
   前記加熱手段による加熱終了後に、前記液滴吐出ヘッドが、その液体流路に含まれる前記ノズルから液滴を吐出させたときの、前記温度検出手段により検出される前記液体流路内の前記初期温度からの温度低下が所定の閾値未満である場合に、その液体流路の前記ノズルに吐出異常が生じていると判定するものであり、
   前記初期温度を所定の第１温度に設定する第１検出モードと、前記初期温度を前記第１温度よりも低い所定の第２温度に設定する第２検出モードのうちの、何れか一方の検出モードを選択して実行することを特徴とする液滴吐出装置。
2. 前記吐出異常検出手段による前記吐出異常の検出が終わってから前記液滴吐出ヘッドが吐出動作を行うか否か、を判断する第１判断手段を有し、
   前記第１判断手段により、前記液滴吐出ヘッドが前記吐出異常の検出後に吐出動作を行う予定のない、待機状態であると判断されたときには、前記吐出異常検出手段は、前記第１検出モードを実行し、
   前記第１判断手段により、前記液滴吐出ヘッドが前記吐出異常の検出後に吐出動作を行う、吐出直前の状態であると判断されたときには、前記吐出異常検出手段は、前記第２検出モードを実行することを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出装置。
3. 前記吐出異常検出手段により、前記複数のノズルのうちの少なくとも一部に吐出異常が生じていることが検出されたときに、前記複数のノズルから液体を排出させることによってノズルの吐出性能を回復させるパージ手段と、
   前記パージ手段による回復動作が行われてから現時点までの経過時間が所定時間以上であるか否かを判断する、第２判断手段と、を有し、
   前記第２判断手段により前記経過時間が前記所定時間以上であると判断されたときには、前記吐出異常検出手段は前記第１検出モードを選択し、前記第２判断手段により前記経過時間が前記所定時間未満であると判断されたときには、前記吐出異常検出手段は前記第２検出モードを選択することを特徴とする請求項１又は２に記載の液滴吐出装置。
4. 前記液滴吐出ヘッドに接続され、この液滴吐出ヘッドに供給する液体を貯留する液体貯留部と、前記液体貯留部から前記液滴吐出ヘッドに供給される液体の温度を検出する供給温度検出手段を備え、
   前記吐出異常検出手段は、前記供給温度検出手段により検出された液体の温度に応じて、前記初期温度を設定することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の液滴吐出装置。
5. 前記吐出異常検出手段は、
   ある液体流路内の前記初期温度からの温度低下が第１閾値以上である場合には、その液体流路の前記ノズルが正常であると判定し、
   前記温度低下が前記第１閾値未満で、且つ、前記第１閾値よりも低い第２閾値以上である場合は、前記ノズルは、液滴が吐出されているものの、正常状態と比べて吐出量が少ない吐出不良の状態であると判定し、
   前記温度低下が前記第２閾値未満である場合は、前記ノズルは、液滴が吐出されない不吐出状態であると判定することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の液滴吐出装置。

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