JP6981320B2 - 液体吐出ユニットおよび液体を吐出する装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体吐出ユニットおよび液体を吐出する装置に関する。

液体吐出ヘッドを備える液体吐出ユニットの動作を制御して吐出対象物に対して適切なタイミングと量をもって液体を吐出する装置が知られている。液体を吐出する装置の一例として、液体インクを記録媒体に吐出することで文字や画像を形成する画像形成装置が知られている。

液体吐出ユニットは、例えば、圧電素子（ピエゾアクチュエータ）を用いる液体吐出ヘッドと、圧電素子に印加する駆動波形（駆動電圧）を生成する駆動波形生成回路と、を備える。このような構成からなる液体吐出ユニットにおいて、圧電素子を含むヘッド部分（ピエゾ部とする）で液体漏れ（インクリーク）等が発生すると、駆動波形生成回路が破損して故障することがある。そこで、従来の液体吐出ユニットには、駆動波形生成回路を保護する仕組みを備えるものもある。

駆動波形生成回路を保護する仕組みとして、駆動波形生成回路の状態を監視し、異常を検知したときに駆動波形生成回路の動作を停止させる技術が知られている。たとえば、圧電素子と並列に接続される回路であって、当該圧電素子に直接印加される駆動波形の電圧を所定の基準電圧と比較する比較回路を備え、当該比較回路の比較結果に基づいて液体吐出ヘッドと駆動波形生成回路の状態を監視する技術が開示されている（特許文献１を参照）。

特許文献１に開示されている技術は、駆動波形を直接監視するために、基準となる電圧データを半導体メモリに記憶しておき、この電圧データと駆動波形電圧の電圧値とを比較する。電圧データと駆動波形の電圧値を比較回路によって比較するには、駆動波形の電圧値をデジタル変換するＡ／Ｄ変換回路が必要になり、製造コストが増加する要因になる。また、基準となる電圧データと、駆動波形生成回路の出力をデジタル変換したものとを比較して異常を検知するため、異常の発生箇所が液体吐出ヘッドなのか、駆動波形生成回路なのか、特定できない。したがって、特許文献１に開示されている技術では、駆動波形生成回路を監視して異常を検知した場合であっても、液体吐出ヘッドと駆動波形生成回路を含む制御装置の両方を交換しなければならない。この場合、いずれかは正常であっても交換することになるので、正常な部品交換に要するメンテナンスコストが増加する、という課題がある。

本発明は、安価に、かつ、リアルタイムに異常を検出することができる、液体吐出ユニットを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、液体吐出ヘッドを駆動させるための駆動波形を生成して出力する駆動波形生成部を備える液体吐出ユニットであって、前記駆動波形生成部は、液体吐出ヘッドを駆動させるための駆動波形の元になる駆動波形電圧データをアナログ変換したアナログ信号を増幅して前記駆動波形電圧データに対応する駆動波形電圧信号を生成する電圧増幅部と、前記駆動波形電圧信号を電流増幅し前記駆動波形を生成する電流増幅部と、前記駆動波形を監視し、当該駆動波形の異常を検出する異常検出部と、前記異常検出部からの検出結果に基づいて前記液体吐出ユニットの動作を制御する制御部と、を備え、前記異常検出部は、前記電圧増幅部の出力と前記電流増幅部の出力との差分を抽出して出力する差分検出部と、前記差分検出部から出力される前記差分に基づいて出力を二値化する比較部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、安価に、かつ、リアルタイムに異常を検出することができる。

本発明に係る液体吐出ユニットの一実施形態の構成を示す概略図。 本発明に係る液体吐出ヘッドの一実施形態の構成を示す分解斜視図。 上記液体吐出ヘッドが備える記録ヘッドの構成を説明する概略図。 上記記録ヘッドが備える圧電素子に印加される駆動信号の波形の例を示す図。 本発明に係る液体吐出ユニットの一実施形態の機能構成を示す機能ブロック図。 上記液体吐出ユニットの一実施形態に係る異常電圧検出部の構成例を示す機能ブロック図。 上記異常電圧検出部における出力波形と異常状態の検知との関係の例を説明する図。 上記液体吐出ユニットの一実施形態に係る異常電圧検出部の別の構成例を示す機能ブロック図。 上記異常電圧検出部における出力波形と異常状態の検知との関係の別例を説明する図。 上記液体吐出ユニットの一実施形態に係る異常電圧検出部のさらなる別の構成例を示す機能ブロック図。 本発明に係る液体を吐出する装置において実行される異常検出処理の例を示すフローチャート。

［本発明の概要］
本発明は、液体吐出ユニット、液体吐出ユニットを備える液体を吐出する装置に関するものであって、液体吐出ヘッドが備える圧電素子に印加される駆動電圧と、その前段に配置される電圧増幅部での駆動電圧と、に基づいて液体吐出ユニットの状態が正常であるか異常であるかを検出するものである。これによって、液体吐出ユニットに含まれる液体吐出ヘッド、駆動波形生成回路、その他、のどの部分で異常が生じているかを制御部が区別して検出することができる。本発明は、液体吐出ユニットの動作状態の監視構造において、異常が発生した箇所を詳細に把握できる、ことを要旨の一つとする。

本願において、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッド又は液体吐出ユニットを備え、液体吐出ユニットが液体吐出ヘッドを駆動させて、液体の吐出を制御する装置である。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、液体を気中や液中に向けて吐出する装置も含まれる。

この「液体を吐出する装置」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、後処理装置なども含むことができる。

例えば、「液体を吐出する装置」として、インクを吐出させて用紙に画像を形成する装置である画像形成装置、立体造形物（三次元造形物）を造形するために、粉体を層状に形成した粉体層に造形液を吐出させる立体造形装置（三次元造形装置）がある。

また、「液体を吐出する装置」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。

「液体吐出ユニット」とは、液体吐出ヘッドに他の機能部品、機構が一体化したものであり 、液体を吐出する機能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などが含まれる。

「液体吐出ヘッド」は、ノズルから液体を吐出・噴射する機能部品である。吐出される液体は、ヘッドから吐出可能な粘度や表面張力を有するものであればよく、特に限定されないが、常温、常圧下において、または加熱、冷却により粘度が３０ｍＰａ・ｓ以下となるものであることが好ましい。より具体的には、水や有機溶媒等の溶媒、染料や顔料等の着色剤、重合性化合物、樹脂、界面活性剤等の機能性付与材料、ＤＮＡ、アミノ酸やたんぱく質、カルシウム等の生体適合材料、天然色素等の可食材料、などを含む溶液、懸濁液、エマルジョンなどであり、これらは例えば、インクジェット用インク、表面処理液、電子素子や発光素子の構成要素や電子回路レジストパターンの形成用液、３次元造形用材料液等の用途で用いることができる。液体を吐出するエネルギー発生源として、圧電アクチュエータ（積層型圧電素子及び薄膜型圧電素子）、発熱抵抗体など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などを使用するものが含まれる。

なお、上記における「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などを意味する。具体例としては、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布などの被記録媒体、電子基板、圧電素子などの電子部品、粉体層（粉末層）、臓器モデル、検査用セルなどの媒体であり、特に限定しない限り、液体が付着するすべてのものが含まれる。

また、「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、セラミックスなど液体が一時的でも付着可能であればよい。

また、「液体」は、液体吐出ヘッドから吐出可能な粘度や表面張力を有するものであればよく、特に限定されない。上記にて述べたとおり、常温、常圧下において、または加熱、冷却により粘度が３０ｍＰａ・ｓ以下となるものであることが好ましい。

また、「液体を吐出する装置」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などが含まれる。

また、「液体を吐出する装置」としては他にも、用紙の表面を改質するなど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などが含まれる。

［液体を吐出する装置の実施形態］
本発明に係る液体吐出ユニットを備える液体を吐出する装置の実施形態について図面を参照しながら説明をする。図１に示すように、本発明に係る液体を吐出する装置の一実施形態であるインクジェット記録装置は、本発明に係る液体吐出ユニットを備える。

［液体吐出ユニットの実施形態］
図１（ａ）は、本発明に係る液体吐出ユニットの一実施形態であるシリアルヘッド方式のインクジェット記録ユニット１０１の構成を概略的に示す平面図である。

図１（ａ）に示すように、インクジェット記録ユニット１０１は、キャリッジ部５と、主走査モーター８と、ギア９と、加圧コロ１０と、タイミングベルト１１と、ガイドロッド１２と、プラテン２２と、を備える。

キャリッジ部５には、インクなどの液体を吐出する液体吐出ヘッドの実施形態であるヘッド部１５が搭載されている。ヘッド部１５は、インクの色別にそれぞれ分かれて複数のインク吐出機構から構成される。図１では、黄色（Ｙ）インクを吐出する黄色液体吐出機構６ｙ、シアン（Ｃ）インクを吐出するシアン液体吐出機構６ｃ、マゼンダ（Ｍ）インクを吐出するマゼンダ液体吐出機構６ｍ、黒（Ｂｋ）を吐出するブラック液体吐出機構６ｋ、から構成されるものを例示している。インクジェット記録ユニット１０１は、カラー画像の形成に適用可能なものである。

インクジェット記録ユニット１００の動作について説明する。主走査モーター８の駆動力が、ギア９と加圧コロ１０とタイミングベルト１１によりキャリッジ部５に伝達するように構成されている。キャリッジ部５は、ガイドロッド１２に対して主走査方向において摺動できるように取り付けられている。したがって、キャリッジ部５は、主走査モーター８の駆動力により、主走査方向における往復動作ができるように構成されている。なお、主走査方向とは、図１（ａ）において「矢印Ａ」を用いて示した方向をいう。

プラテン２２は、ヘッド部１５から吐出されたインク液の吐出先となる記録媒体（媒体１６）を搬送するときに用いられる媒体搬送部の一部に相当する。ここでの媒体１６は、シート状のものであって、一般的には、紙（普通紙）である。なお、本実施形態において媒体１６を紙（普通紙）に限定するものではなく、コート紙、厚紙、ＯＨＰ、プラスチックフィルム、プリプレグ、板状の建材、銅箔等のシート状の部材であればよい。また、媒体１６の厚さ寸法は、ヘッド部１５からプラテン２２までの距離に比べて非常に小さい。

キャリッジ部５には、エンコーダ１７が設けられている。エンコーダ１７は、キャリッジ部５の移動方向（主走査方向）に沿って設けられているエンコーダシート４０を読み取ることでキャリッジ部５の移動中の位置を検出できる。

キャリッジ部５が主走査方向において往復移動をしながら、ヘッド部１５が適宜のタイミングにおいて、適宜の色のインク滴を媒体１６に向けて吐出することで媒体１６に画像が形成される。

媒体１６は、給紙モーターにより、給紙部より搬送部へ送られる。また、搬送部へ送られた媒体１６は搬送モーターにより搬送ローラを駆動し、主走査方向に直交する副走査方向に搬送され、プラテン２２まで搬送される。なお、副走査方向とは、図１において「矢印Ｂ」を用いて示した方向をいう。

図１（ｂ）は、インクジェット記録ユニットの別例であって、ラインヘッド方式のインクジェット記録ユニット１０１を示した図である。

図１（ｂ）に示すように、インクジェット記録ユニット１０１は、液体吐出ヘッドの別の実施形態であるヘッド部１５ａと、駆動制御基板１８と、フラットケーブル１９と、アジャストタプレート２０と、を備え、これらを主要部品として構成される。

駆動制御基板１８は、ヘッド部１５ａが備える圧電素子を駆動するための駆動波形を生成する制御ブロック１５０（図５参照）を構成する回路と画像データ信号を生成するための回路を備えるリジッド基板である。フラットケーブル１９は、駆動制御基板１８とヘッド部１５ａとを電気的に接続するものである。アジャストタプレート２０は、複数のヘッド部１５ａを高精度に配置固定するものである。なお、駆動制御基板１８はシリアルヘッド方式のインクジェット記録ユニット１００も同様の機能が搭載されている

ヘッド部１５ａは、ヘッド部１５と同様に、圧電素子を内蔵していて、駆動制御基板１８から送信される駆動波形と画像データ信号に基づいて圧電素子を駆動し、媒体１６にインク液を吐出するものである。

インクジェット記録ユニット１０１は、ヘッド部１５ａを印刷幅全域に配置したラインヘッド型であって、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る。各ラインヘッドのノズル面２９（図３参照）は、媒体１６と所定の隙間を保って支持されている。インクジェット記録ユニット１０１が、媒体１６の搬送速度に応じてインク液の吐出を行うことで、媒体１６にカラー画像を形成する。

以下の説明では、図１（ａ）において示したシリアルヘッド型のインクジェット記録ユニット１００を前提とする。なお、本発明に係る液体吐出ユニットの実施形態としてラインヘッド型のものも同様に適用可能である。

［液体吐出ヘッドの実施形態］
次に、本発明に係る液体吐出ユニットが備える液体吐出ヘッドの実施形態について、図２を用いて説明する。図２は、液体吐出ヘッドの実施形態であるヘッド部１５の構成を示す分解斜視図である。図２に示すように、ヘッド部１５は、ノズルプレート３１、圧力室プレート３３、リストリクタプレート３５、ダイアフラムプレート３８、剛性プレート２５ならびに圧電素子群であるピエゾ素子群４６、を主な構成とする。

ノズルプレート３１と、圧力室プレート３３と、リストリクタプレート３５と、ダイアフラムプレート３８と、を順次重ねて位置決めして接合することにより、インクを流路となる流路板が形成される。

ノズルプレート３１には、多数のノズル３０が形成されている。ノズル３０は、ノズルプレート３１の面方向において千鳥状に配列されて形成されている。圧力室プレート３３には、ノズル３０に対応して液室である個別圧力発生室３２が形成されている。リストリクタプレート３５には、共通インク流路３９と個別圧力発生室３２を連通して個別圧力発生室３２へのインク流量を制御するリストリクタ３４が形成されている。ダイアフラムプレート３８には、振動板３６とフィルタ３７が設けられている。

以上の構成を備える流路板を剛性プレート２５に接合して、フィルタ３７を共通インク流路３９の開口部と対向させる。インク導入パイプ４１の上側開口端は、剛性プレート２５の共通インク流路３９に接続され、インク導入パイプ４１の下側開口端は、インクを充填したインクタンクに接続される。

ピエゾ素子支持基板４３には、ピエゾ素子駆動ＩＣ４４が搭載されている。ピエゾ素子駆動ＩＣ４４には、圧電パッドである電極パッド４５が接続されている。ピエゾ素子駆動ＩＣ４４において生成した駆動電圧が、電極パッド４５を介してピエゾ素子４２へと印加される。なお、ピエゾ素子４２はピエゾ素子支持基板４３において支持されている。

ピエゾ素子駆動ＩＣ４４は、ヘッド部１５に接続する構成であるヘッド駆動制御回路から供給される駆動信号に応じた駆動電圧を生成し、この駆動電圧をピエゾ素子４２に印加する。ピエゾ素子駆動ＩＣ４４が生成する駆動電圧は、駆動信号に基づいて変化するものである。したがって、駆動電圧の電位は駆動信号に基づいて変化する。この変化する駆動電圧は駆動信号となってピエゾ素子４２に印加される。ピエゾ素子４２は、駆動波形に従って変形する。ピエゾ素子４２の変形によってインク流路に圧力が加えられる。この圧力は、個別圧力発生室３２に伝わる。加圧された個別圧力発生室３２からは、ノズル３０を介してインクが液滴として吐出される。即ち、インク液の吐出は、駆動信号に応じて実行される。

ここで、図３を用いて、ヘッド部１５が備えるインクの吐出口についてさらに説明する。図３は、ヘッド部１５が備えるノズル３０の平面図であって、インクの吐出口側から見た図である。図３に示すように、インクの吐出口に相当するノズル３０の開口は、ヘッド部１５の底面であるノズル面２９において千鳥状に配列されている。このように多数のノズル３０を千鳥状に配列することで、画像形成における解像度を高めることができる。

［駆動波形の例示］
続いて、ヘッド部１５に印加される駆動波形について図面を参照しながら説明する。図４は、大中小の３種類の大きさのインク滴を吐出する際に用いられる駆動波形と微駆動パルスの波形を例示している。

例えば、記録媒体にインク滴を吐出して画像を形成させる画像形成処理において形成される画像を示す画像データに対応する制御テーブルに基づき、スイッチングが行われる。このスイッチングによって選択されたパルスがピエゾ素子４２を動作させて、ヘッド部１５からインク滴が吐出される。なお、スイッチング動作を実行するスイッチ回路は、ピエゾ素子駆動ＩＣ４４とピエゾ素子４２の間に配置されていて、ピエゾ素子駆動ＩＣ４４で生成された駆動波形のうち、ピエゾ素子４２に印加させる駆動波形（パルスパターン）を切り替える。

図４（ａ）に示すように、ピエゾ素子駆動ＩＣ４４に印加される駆動波形には、微駆動パルスＰ_０、第一駆動パルスＰ１、第二駆動パルスＰ２、第三駆動パルスＰ３、のように複数のパターンがある。

画像形成処理において、サイズの大きいドット（インク滴）を用いる場合は、時間Ｓ２と、時間Ｓ３と、時間Ｓ４と、でスイッチ回路に加わる印字データを「１」にし、時間Ｓ１では印字データを「０」にする。これによって、図４（ｂ）に示すように、第一駆動パルスＰ_１と、第二駆動パルスＰ２と、第三駆動パルスＰ３がピエゾ素子４２に供給されて、サイズの大きいドットを印刷することができる。

また、中サイズのドットを印刷する場合は、時間Ｓ３と時間Ｓ４でスイッチ回路に加わる印字データを「１」にし、時間Ｓ１と時間Ｓ２では印字データを「０」にする。これによって、図４（ｃ）のように第二駆動パルスＰ_２と第三駆動パルスＰ_３がピエゾ素子４２に供給されて、中サイズのドットを印刷することができる。

また、小サイズのドットを印刷する場合には、時間Ｓ２でスイッチ回路に加わる印字データを「１」にし、時間Ｓ１、時間Ｓ３、時間Ｓ４では印字データを「０」にする。これによって、図４（ｄ）のように、第一駆動パルスＰ_１がピエゾ素子４２に供給されて、小サイズのドットを印刷することができる。

なお、時間Ｓ１においてのみ印字データを「１」にすることで、図４（ｅ）に示すように、微駆動パルスＰ_０がピエゾ素子４２に供給される。微駆動パルスＰ_０は、インク滴を吐出させずにメニスカスを微振動させてインクを攪拌する機能を実現するものである。したがって、微駆動パルスＰ_０は、他の駆動パルス（第一駆動パルスＰ_１ないし第三駆動パルスＰ_３）に比べてパルスの振幅が小さい、すなわち、駆動電圧の電圧レベルが低いものである。

［制御ブロックの実施形態］
液体吐出ヘッドであるヘッド部１５が液体を吐出する動作を制御するには、上記にて説明したとおり、複数の駆動波形（パルスパターン）を選択的にヘッド部１５に印加する必要がある。したがって、ヘッド部１５に印加される駆動波形の異常を検出するには、パルスの数を数える（パルスカウントをする）方式や、駆動波形をデジタル変換し駆動波形の電圧値より判定する方式などがある。ただし、パルスカウント方式ではカウントの期待値比較が完了しないと異常状態か判定できない。また、駆動波形の電圧値をデジタル変換するためにはＡ／Ｄコンバータが必要となり、Ａ／Ｄコンバータは一般的に高価な部品である。よって、このような構成は、液体吐出ユニットの製造コストを上昇させること、または、ヘッド部１５における異常検出の応答を低下させる、という課題を生じさせる。ヘッド部１５を備える液体吐出ユニットの実施形態であるインクジェット記録ユニット１０１が備える制御ブロック１５０であれば、上記の課題を解決し、所定の効果を得ることができる。以下、制御ブロック１５０の詳細について説明をする。

図５は、インクジェット記録ユニット１０１の制御ブロック１５０の機能構成の例を示す機能ブロック図である。制御ブロック１５０は、制御部６０と、メモリ７０と、駆動波形生成部５０と、ヘッド部１５と、を有する。駆動波形生成部５０はヘッド部１５を駆動する駆動回路であって、Ｄ／Ａコンバータ５１と、電圧増幅部５２と、電流増幅部５３と、異常電圧検出部５４と、を含む。

駆動波形生成部５０は、駆動波形を出力する単位毎に配置される。本実施形態では、ヘッド部１５に対して２つの駆動回路を備える構成を例示している。駆動波形生成部５０は、それぞれが備える異常電圧検出部５４から出力される信号に基づいて、制御部６０が異常であると判定した場合、制御部６０の制御によって動作を停止する。図５に示すように、２つの駆動波形生成部５０を備える制御ブロック１５０の場合、異常であると判定された駆動波形生成部５０の動作のみを停止させる。

制御部６０は、駆動波形の形状を示す駆動波形データと吐出タイミング信号と各ノズルのインク滴サイズを示す印字データを制御する。駆動波形データは、インクの温度やヘッドの特性に応じてマトリックス的に選択される。

吐出タイミング信号は、エンコーダ１７が記録媒体の搬送位置に応じたエンコーダパルス信号を制御部６０に送信し、制御部６０がエンコーダパルス信号に基づいてエンコーダ１７と吐出タイミングの同期を取ることにより生成される。

制御部６０は駆動波形電圧データを一度、波形データメモリであるメモリ７０に記憶し、吐出タイミング信号を受信するとメモリ７０から駆動波形データを引き出す。制御部６０は引き出した駆動波形データに補正倍率を乗じた上で駆動波形生成部５０のＤ／Ａコンバータ５１に出力する。また、制御部６０は、後述する異常電圧検出部５４からの出力（駆動波形生成部５０の動作状態の検出結果）に基づいて、インクジェット記録ユニット１０１の動作を停止させるなどの制御を行う。

Ｄ／Ａコンバータ５１は入力された補正済みの駆動波形データをアナログ変換し、そのアナログ信号（駆動波形電圧信号）を電圧増幅部５２に出力する。

電圧増幅部５２は、入力されたアナログ電圧を電圧増幅し、電流増幅部５３に出力する。

電流増幅部５３は、電圧増幅されたアナログ信号を電流増幅し、駆動波形としてヘッド部１５に出力する。

ヘッド部１５は駆動波形により、図４を用いて説明したように、印字データに基づいた駆動波形を生成してピエゾ素子４２を駆動させる。

駆動波形生成部５０に含まれる異常電圧検出部５４は、差分検出部５５と、比較部５６と、を含み構成されている。差分検出部５５は、電圧増幅部５２の出力から電流増幅部５３の出力の差分を抽出して比較部５６に対して出力する。すなわち、異常電圧検出部５４は、電圧増幅部５２の出力と電流増幅部５３の出力とに基づいて、駆動波形生成部５０から出力される駆動波形の状態を監視し、駆動波形の異常を検出する異常検出部を構成する。

比較部５６は、差分検出部５５からの入力と基準電圧を比較する。比較の結果、比較部５６は、出力を「Ｈｉｇｈ」または「Ｌｏｗ」のいずかで二値化した信号を出力する。その出力（二値情報）は制御部６０に入力される。制御部６０は、比較部５６からの二値情報に基づいて、ヘッド部１５に異常が生じているか否かを検知することができる。

そして、異常電圧検出部５４から制御部６０への出力が異常状態を示しているとき、制御部６０により駆動波形生成部５０の動作を停止させればよい。この動作の停止を実行する方法としては、具体的には、駆動波形生成部５０に動作電源を供給する主電源の停止、Ｄ／Ａコンバータ５１の動作の停止、などが挙げられる。

なお、異常電圧検出部５４における出力が比較部５６によって二値化されているので、制御部６０だけではなく回路構成にて異常電圧検出部５４からの入力で駆動回路を停止させる構成でもよい。この場合、制御部６０の故障時でも、駆動回路を停止させることができる。

［異常電圧検出部５４の第一構成例］
次に、異常電圧検出部５４の詳細な構成について、図６を用いて説明する。図６に示すように、本実施形態に係る異常電圧検出部５４は、差分検出部５５と比較部５６とを組み合わせて構成されている。ここで、差分検出部５５は電圧差動増幅回路、比較部５６は電圧増幅比較回路によって構成することができる。

差分検出部５５は、電圧増幅部５２の出力信号から電流増幅部５３の出力信号（駆動波形）の電圧レベルの差分をとり、一定の電圧ゲインが乗算された電圧を出力する。比較部５６、差分検出部５５から入力される電圧が基準電圧を超えている場合は、制御部６０に対してＨｉｇｈ信号を出力し、入力される電圧が基準電圧を超えていない場合は、制御部６０に対してＬｏｗ信号を出力する。制御部６０は、Ｈｉｇｈ信号が異常電圧検出部５４から入力されたときに、異常状態であると判断する。したがって、制御部６０は、電圧増幅部５２の出力と電流増幅部５３の出力の差が、予め規定する閾値を超えているときに、駆動波形生成部５０の異常を検知することができる。

以上の構成例に係る異常電圧検出部５４によれば、オペアンプや比較器等による簡単な構成となり、Ａ／Ｄコンバータ等を使用した場合に比べて、安価な構成であっても、駆動波形生成部５０の異常を検知できるようになる。

［電圧異常時の駆動波形の例］
ここで、異常電圧検出部５４からの出力波形と、異常状態の検知との関係について、図７を用いて説明する。図７（ａ）に示す波形Ｗ１は、電圧増幅部５２の出力を示し、波形Ｗ２は電流増幅部５３の出力を示している。ある時間Ｔ１において駆動波形を出力するための信号回路が短絡したと仮定する。このとき、電流増幅部５３の出力を示す波形Ｗ２の電圧レベルはＧＮＤに近くなる。この場合、波形Ｗ１と波形Ｗ２を比較すると電圧差が大きい状態になる。この電圧差は駆動波形に応じた電圧差となる。

この波形Ｗ１と波形Ｗ２の電圧レベルの差分を抽出すると、図７（ｂ）に示す波形Ｗ３のようになる。波形Ｗ３は差分検出部５５の出力を示している。なお、図７（ｂ）における波形Ｗ４は、基準電圧を示している。そうすると、図７（ｂ）のように、波形Ｗ３の電圧レベルが波形Ｗ４（基準電圧、すなわち、所定の閾値）よりも大きい値となる場合、比較部５６からは、図７（ｃ）に示すような、波形Ｗ５からなる信号が出力される。制御部６０は、波形Ｗ５を監視することにより駆動波形生成部５０の状態が異常であるか否かを監視することができる。

［異常電圧検出部５４の第二構成例］
次に、異常電圧検出部５４の詳細な構成の別の例について、図８を用いて説明する。図８に示すように、本実施形態に係る異常電圧検出部５４は、差分検出部５５と比較部５６とを組み合わせて構成されている。ここで、差分検出部５５は微分回路、比較部５６は電圧比較回路によって構成することができる。

差分検出部５５は、電圧増幅部５２の出力信号と電流増幅部５３の出力信号（駆動波形）それぞれについて微分出力をするように、２つの微分回路を備えている。各微分回路からの出力は、それぞれの入力（電圧波形）の傾きを示す信号になる。比較部５６は、各微分回路が出力する「傾き」の差分を出力する。「傾き」に差が生じている場合、制御部６０に対してＨｉｇｈ信号を出力し、「傾き」に差が生じていない場合は、制御部６０に対してＬｏｗ信号を出力する。制御部６０は、Ｈｉｇｈ信号が異常電圧検出部５４（比較部５６）から入力されたときに、異常状態であると判断する。したがって、制御部６０は、電圧増幅部５２の出力と電流増幅部５３の出力の「傾き」に差が生じているときに、駆動波形生成部５０の異常を検知することができる。

以上の構成例に係る異常電圧検出部５４によれば、第一構成例と同様に、抵抗やコンデンサ、オペアンプや比較器等による簡単な構成となり、Ａ／Ｄコンバータ等を使用した場合に比べて、安価な構成であっても、駆動波形生成部５０の異常を検知できるようになる。

［電圧異常時の駆動波形の第二例］
ここで、異常電圧検出部５４からの出力波形の「傾き」と、異常検知との関係について図９を用いて説明する。図９（ａ）に示す波形Ｗ１は、電圧増幅部５２の出力を示し、波形Ｗ２は電流増幅部５３の出力を示している。ある時間Ｔ１において駆動波形を出力するための信号回路が短絡したと仮定する。このとき、波形Ｗ２の電流増幅部５３の出力を示す波形Ｗ２の電圧レベルはＧＮＤに近くなる。この場合、波形Ｗ１と波形Ｗ２を比較すると、信号の形状が異なる状態になっている。

このときの、波形Ｗ１を微分した波形を波形Ｗ１’とし、波形Ｗ２を微分した波形を波形Ｗ２’として、図９（ｂ）に示す。図９（ｂ）において明らかなように、波形Ｗ１’と波形Ｗ２’は、その形状が全く異なる。

この波形Ｗ１’と波形Ｗ２’の差分（波形Ｗ１と波形Ｗ２の傾きの差分）を抽出すると、図９（ｃ）に示す波形Ｗ３’のようになる。この波形Ｗ３’を、図９（ｄ）に示すように、基準電圧である波形Ｗ４と比較する。波形Ｗ４’は、所定の信号レベル幅の上限と下限を示している。比較部５６は、波形Ｗ３’が波形Ｗ４’の上限または下限を超えているときは、Ｈｉｇｈ信号を出力し、波形Ｗ３’が波形Ｗ４’の上限および下限を超えていないときは、Ｌｏｗ信号を出力する。これによって、制御部６０は、駆動波形生成部５０の状態が異常であるか否かを監視することができる。

以上のように、電流増幅部５３の出力と電圧増幅部５２の出力を比較するにあたり、これら出力の差分の大きさを用いて異常状態を検出するよりも、電流増幅部５３の出力の傾きと電圧増幅部５２の出力の傾きとを比較しているので、第一例よりも応答性が速くなる。また、第一例のように電圧の差分を基準と比較するよりも、異常が生じた場合の検出速度を速くすることができる。

［異常電圧検出部５４の第三構成例］
次に、異常電圧検出部５４の詳細な構成のさらに別の例について、図１０を用いて説明する。図１０に示すように、本実施形態に係る異常電圧検出部５４は、すでに説明をした第一構成例（図６参照）や、第二構成例（図８参照）と、ほぼ同様の構成であって、駆動波形生成部５０を構成する電圧増幅部５２から異常電圧検出部５４への入力の構成に違いがある。図１０に示すように、本例に係る駆動波形生成部５０は、異常電圧検出部５４を構成する差分検出部５５への入力信号を電圧増幅部５２のみから取得している。

図１０（ａ）に示す電圧増幅部５２は、主にオペアンプ３７１において電圧が増幅されている。周波数特性をよくするために電流増幅部５３の電圧を分圧して増幅用のオペアンプ３７１にフィードバックする構成を備える。

図１０（ａ）に示す例では、Ｄ／Ａコンバータ５１からの信号とフィードバックしたＶｃｏｍ信号の電圧レベルが同じになるため、差分検出部５５の入力として使用することができる。これにより、差分検出部５５への入力信号の電圧レベルが下がり、使用するＩＣに求められる耐圧性能のレベルを下げることができる。これによって、異常電圧検出部５４を構成する部品のコストを下げることができる。

また、図１０（ｂ）に示す例のように、電圧増幅部５２で複数のオペアンプ３７２、３７３で電圧増幅をする構成であれば、Ｖｃｏｍのフィードバック信号が入力されているオペアンプ３７３への入力信号を差分検出部５５の入力信号とする。これにより、差分検出部５５への入力信号の電圧レベルが下がり、使用するＩＣに求められる耐圧性能のレベルを下げることができる。これによって、異常電圧検出部５４を構成する部品のコストを下げることができる。

以上、図１０を用いて例示した構成は、図６を用いて説明をした電圧レベルの差にて異常を検出する異常電圧検出部５４や、図８を用いて説明をした電圧の傾きの差にて異常を検出する異常電圧検出部５４の、いずれにおいても適用可能である。

［制御部の動作フロー］
次に、本実施形態に係るインクジェット記録装置において実行される異常検出処理の流れについて図１１を用いて説明する。

まず、インクジェット記録ユニット１００が駆動して印刷準備を開始すると（Ｓ１００１）、制御部６０は差分検出部５５からの出力の常時監視を開始する（Ｓ１００２）。

Ｓ１００２において、異常電圧検出部５４の出力が異常状態であると判定されたとき（Ｓ１００２／ＮＯ）、制御部６０はエラーを通知して、インクジェット記録ユニット１００の動作を停止させる（Ｓ１００７）。Ｓ１００２において、異常電圧検出部５４の出力が正常状態であると判定したときは（Ｓ１００２／ＹＥＳ）、印刷動作を開始する（Ｓ１００３）。

その後（印刷動作の開始後）、制御部６０は差分検出部５５からの出力の常時監視を継続する（Ｓ１００４）。

Ｓ１００４において、異常電圧検出部５４の出力が異常状態であると判定されたとき（Ｓ１００４／ＮＯ）、制御部６０はエラーを通知して、インクジェット記録ユニット１００の動作を停止させる（Ｓ１００７）。Ｓ１００４において、異常電圧検出部５４の出力が正常状態であると判定したときは（Ｓ１００４／ＹＥＳ）、印刷動作を続行し、これを印刷終了まで継続する（Ｓ１００５／ＮＯ）。

印刷が完了したときは（Ｓ１００５／ＹＥＳ）、インクジェット記録ユニット１００の動作を停止させる（Ｓ１００６）。

なお、図３を用いて説明したように、ヘッド部１５にノズル列が複数ある場合、ノズル列ごとに異なる色のインクが充填されることがある。このとき、インクジェット記録ユニット１００にて同色のインクを吐出するノズル列が複数ある場合、差分検出部５５の出力が異常となった際に、印刷動作を停止させず、対象の駆動回路のみ停止させ、他の同色のインクのノズル列で印刷を補完する構成でもよい。これにより、マシン停止のダウンタイムが軽減できる。

１５ ：ヘッド部
４２ ：ピエゾ素子
４４ ：ピエゾ素子駆動ＩＣ
５０ ：駆動波形生成部
５１ ：Ｄ／Ａコンバータ
５２ ：電圧増幅部
５３ ：電流増幅部
５４ ：異常電圧検出部
５５ ：差分検出部
５６ ：比較部
６０ ：制御部
７０ ：メモリ
１００ ：インクジェット記録装置
１０１ ：インクジェット記録ユニット
１５０ ：制御ブロック

特開２０１２−２５０４７２号公報

Claims (7)

1. 液体吐出ヘッドを駆動させるための駆動波形を生成して出力する駆動波形生成部を備える液体吐出ユニットであって、
   前記駆動波形生成部は、液体吐出ヘッドを駆動させるための駆動波形の元になる駆動波形電圧データをアナログ変換したアナログ信号を増幅して前記駆動波形電圧データに対応する駆動波形電圧信号を生成する電圧増幅部と、
   前記駆動波形電圧信号を電流増幅し前記駆動波形を生成する電流増幅部と、
   前記駆動波形を監視し、当該駆動波形の異常を検出する異常検出部と、
   前記異常検出部からの検出結果に基づいて前記液体吐出ユニットの動作を制御する制御部と、
   を備え、
   前記異常検出部は、
   前記電圧増幅部の出力と前記電流増幅部の出力との差分を抽出して出力する差分検出部と、
   前記差分検出部から出力される前記差分に基づいて出力を二値化する比較部と、
   を有することを特徴とする液体吐出ユニット。
2. 前記差分検出部は、前記電流増幅部の出力と前記電圧増幅部の出力の電圧レベルを比較した結果に基づいて前記差分を出力する、
   ことを特徴とする請求項１記載の液体吐出ユニット。
3. 前記差分検出部は、前記電流増幅部の出力と前記電圧増幅部の出力を微分して比較した結果に基づいて前記差分を出力する、
   ことを特徴とする請求項１記載の液体吐出ユニット。
4. 前記液体吐出ユニットは、複数の前記駆動波形生成部を備え、
   前記異常検出部は、前記駆動波形生成部のそれぞれに備えられている、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の液体吐出ユニット。
5. 前記制御部は、前記比較部からの出力に基づいて前記駆動波形生成部における異常を検知したとき、異常が検知された当該駆動波形生成部の動作を停止する、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の液体吐出ユニット。
6. 液体吐出ヘッドを駆動させるための駆動波形の元になる駆動波形電圧データを記憶する波形データメモリと、
   前記波形データメモリから出力される前記駆動波形電圧データをアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータと、
   を備え、
   前記電圧増幅部には、前記Ｄ／Ａコンバータからの前記アナログ信号が入力される、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の液体吐出ユニット。
7. 液体吐出ユニットを備え、液体吐出ヘッドを駆動させて液体を吐出させる装置であって、
   前記液体吐出ユニットは、請求項１乃至６の一項に記載の液体吐出ユニットである、
   ことを特徴とする液体を吐出する装置。
   

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