液体吐出装置
【課題】 吐出口基板の変形に伴う液体の吐出方向のずれが発生しにくく、吐出口部の目詰まりによる不吐出を検出できる液体吐出装置を提供する。
【解決手段】 液体吐出装置は、エネルギー発生素子１０が液体を吐出するためのエネルギーを発生した際に、吐出口４から液体が吐出された場合と比べ、吐出口基板３が液体の吐出方向に向かってより凸となる場合に、吐出口部４ａに詰まりがあると判断する判断部３９を有する。
【解決手段】 液体吐出装置は、エネルギー発生素子１０が液体を吐出するためのエネルギーを発生した際に、吐出口４から液体が吐出された場合と比べ、吐出口基板３が液体の吐出方向に向かってより凸となる場合に、吐出口部４ａに詰まりがあると判断する判断部３９を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を吐出する液体吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体吐出装置、特にインクジェット装置は、現代のビジネスオフィスやその他の事務処理部門において広汎に使用されている。インクジェット装置は、ドロップ・オン・デマンド型と連続噴射型に大別される。
【０００３】
ドロップ・オン・デマンド型のみならず連続噴射型のインクジェット装置においても、吐出口での異物付着やインク増粘等により目詰まりが生じて、インクが吐出されない不吐出が発生する恐れがある。特に、ラインヘッドにより記録の高速化を目指す場合は、不吐出補完が難しいため、不吐出検出の必要性がより高くなる。
【０００４】
特許文献１は、圧電材料で構成した吐出プレートの変形に伴う起電力を検出することにより、記録中にインク吐出の異常の有無を判定するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１２６１５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載の液体吐出装置では、液体が正常に吐出されたときの、吐出口基板（特許文献１に記載のノズルプレート３３）の変形量よりも、その変形量が小さいときに、液体が正常に吐出されなかったと判断するものである。そのため、特許文献１の図５に示されるように、吐出口基板には、スリット３３ａが設けられており、液体の吐出に伴って吐出口基板が変形やすい構成となっている。このように吐出時に変形が生じやすい吐出口基板を用いると、吐出口基板の変形によって液体の吐出方向のずれが生じる可能性が高くなり、記録媒体への液体の着弾位置ずれが起き、画質が低減する恐れがある。
【０００７】
そこで、本発明は、吐出口基板の変形に伴う液体の吐出方向のずれが発生しにくく、吐出口部の目詰まりによる不吐出を検出できる液体吐出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の液体吐出装置は、液体を吐出する吐出口が設けられた面と、前記吐出口を含む吐出口部と、を有する吐出口基板と、前記吐出口から液体を吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子と、を備えた液体吐出ヘッドと、前記エネルギー発生素子がエネルギーを発生した際に、前記吐出口から液体が吐出された場合と比べ、前記吐出口基板が液体の吐出方向に向かってより凸となる場合に、前記吐出口部に詰まりがあると判断する判断部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、吐出口基板の変形に伴う液体の吐出方向のずれが発生しにくく、吐出口部の目詰まりによる不吐出を検出できる液体吐出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】連続噴射型インクジェットヘッドの吐出口付近の模式断面図
【図２】連続噴射型インクジェット装置のシステム図
【図３】連続噴射型インクジェットヘッドの吐出口の列に沿った模式断面図
【図４】吐出プレートと記録媒体の位置関係を示す模式平面図
【図５】連続噴射型インクジェット装置の電気構成図
【図６】実施例１の吐出プレートの吐出口付近の模式断面図と模式平面図
【図７】吐出プレート上のひずみゲージの配線パターンとその拡大図
【図８】図７の拡大図
【図９】配線パターンの動作原理図を示す電気回路
【図１０】ブリッジ回路
【図１１】吐出プレートの吐出口付近の模式断面図と模式平面図
【図１２】吐出プレートの吐出口付近の模式平面図とブリッジ回路図
【図１３】ひずみゲージ５に関する制御構成を示すブロック図
【図１４】記録中に目詰まり検知する手順を示すフローチャート図
【図１５】実施例２の半導体ひずみゲージを設けた吐出プレートの構成の模式断面図と模式平面図
【図１６】実施例３の吐出プレートの吐出口付近の模式断面図と模式平面図
【図１７】温度補正動作のフローチャート
【図１８】実施例４の吐出プレートの吐出口付近の模式断面図と模式平面図
【図１９】実施例５のドロップ・オン・デマンド型インクジェットヘッドの模式断面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を例示する。ただし、例示する実施の形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の範囲を限定する主旨のものではない。
【００１２】
（実施例１）
本実施例では、液体吐出装置としての連続噴射型インクジェット装置の一例について詳説する。
最初に、連続噴射型インクジェット装置の構成について、図２を用いて説明する。図２は、連続噴射型インクジェット装置のシステム図である。連続噴射型インクジェット装置は、インクジェットヘッド２５（液体吐出ヘッド）、インクタンク２７、圧力付与手段２６、インク供給管２９、インク排出管２８、インク搬送管３４からなる。インク排出管２８はインクジェットヘッド２５内で回収されたインクを排出する。インクタンク２７はインク排出管２８を経た回収インクを受け入れると共に、貯留したインクを圧力付与手段２６のポンプ作用によりインク搬送管３４、インク供給管２９を経てインクジェットヘッド２５に連続的に供給する。
【００１３】
インクジェットヘッド２５の吐出口４の列に沿った模式断面図を図３に示す。図３のように、インクジェットヘッド２５は、基台８、圧電素子１０（エネルギー発生素子）、振動板９、インク供給口１２、圧力室１、吐出プレート３（吐出口基板）、吐出口４、帯電電極２０、偏向電極２１、インク回収ガター２２を有している。吐出プレート３の材料としては例えばポリイミドが用いられる。エネルギー発生素子としての圧電素子１０は、吐出口４から液体を吐出するためのエネルギーを発生する。吐出口４から吐出液滴６が吐出される。帯電電極２０と偏向電極２１、インク回収ガター２２は、各吐出口４ごとに対応して設けられている。各帯電電極２０は筒状であり、その中で選択された吐出液滴６を所定の帯電量で帯電する。各偏向電極２１は２枚の電極板からなり、帯電された吐出液滴６をインク回収ガター２２に偏向する。インク回収ガター２２は偏向した吐出液滴６を受け入れて捕獲した上で回収する。
【００１４】
吐出プレート３と記録媒体２４の位置関係を示す模式平面図を図４に示す。図４に示すように、吐出プレート３には複数の吐出口４が、記録媒体の搬送方向に対して角度θを傾けて等間隔で形成されている。また、各吐出口４の列は、記録媒体２４の全幅Ｌに対応した範囲に、複数設けられている。
【００１５】
連続噴射型インクジェット装置の電気構成図を図５に示す。図５のように、インクジェット装置の電気構成は、励振回路３０、帯電制御回路３１、高圧電源３２からなる。励振回路３０はインクジェットヘッド２５内の圧電素子１０を高周波励振する。帯電制御回路３１はインクジェットヘッド２５内の各帯電電極２０に接続され、記録画像情報に基づいた帯電信号を出力する。高圧電源３２はインクジェットヘッド２５内の各偏向電極２１に対して高電圧を印加する。各偏向電極２１の電極対をＤＣ電源に接続することで、電極間に一様な電界が形成される。
【００１６】
次にインクジェット装置の動作について説明する。参照する構成図は、図２と図３と図５である。連続噴射型インクジェット装置では、圧力付与手段２６を駆動することにより、インクタンク２７内のインクをインク供給管２９経由でインクジェットヘッド２５内の圧力室１に所定の圧力で連続的に給送する。励振回路３０からの高周波電圧印加で振動する圧電素子１０により、振動板９を高周波励振し、各吐出口４から流出する各インク流に振動を与える。この振動に同期して、各帯電電極２０を通過する間に各インク流の先端部は順次分離し液滴化する。このようにして、飛翔方向に一定間隔で順次液滴化された吐出液滴６の流れを形成する。次いで、帯電制御回路３１で制御される各帯電電極２０により、飛翔する各吐出液滴６は所定の帯電量で帯電される。ここでは、吐出液滴６は、帯電液滴と非帯電液滴とに区分される。帯電液滴は、それぞれの偏向電極２１により各インク回収ガター２２へ偏向されて、各インク回収ガター２２に捕獲される。非帯電液滴は、そのまま直進して記録媒体２４に着弾する。所定方向に記録媒体２４を搬送しながら、上記のように、吐出液滴６の飛翔方向を選択することで吐出液滴６が選択的に記録媒体２４に着弾され、画像の記録が行われる。インク回収ガター２２に捕獲された各帯電液滴は、再使用のために、インク排出管２８を経てインクタンク２７内に回収される。
【００１７】
次に、吐出口４を含む吐出口部４ａに目詰まりがある場合とない場合の吐出プレート３の変形について説明する。図３の連続噴射型のインクジェットヘッド２５の吐出口４付近を拡大した模式断面図を図１に示す。吐出口部４ａは、吐出口４を含み、吐出口４と圧力室１とを連通する部分である。
【００１８】
図１（ａ）に示すように、吐出プレート３に形成された吐出口部４ａに目詰まりした物質がない場合、前記したように、圧力室１内のインクが矢印で示す圧力２により吐出口４からインク流となって噴出し、高周波振動によりインク流から吐出液滴６が形成される。ここでは、「インク（液体）が吐出される」ということは、図１（ａ）のように、吐出口部４ａに目詰まりする物質がなく、正常に吐出液滴６が形成されることを意味する。
【００１９】
一方、図１（ｂ）に示すように、吐出口部４ａに目詰まりした物質７がある場合、目詰まりした物質７上に新たに圧力２が加わり圧力２が加わる面積が増えるため、目詰まりした物質７がない場合と比べて吐出プレート３の変形量が大きくなる。ここで、「吐出プレート３の変形量が大きくなる」ということは、吐出プレート３がインク吐出方向（図１の下方向）に向かってより凸になるように、吐出プレート３にひずみが生じることを意味する。
【００２０】
目詰まりによって発生する新たな力をＦ、吐出口４の開口面積をＳ、液室内の圧力２をＰ、大気圧をＰ０とすると、Ｆ＝Ｓ×（Ｐ−Ｐ０）である。なお、異物付着やインク増粘によって吐出口４の目詰まりが生じるため、目詰まりした物質７は吐出プレート３の材料と比べて通常は剛性が桁違いに小さく吐出プレート３との締結力も弱いので、吐出プレート３の剛性を高くしない。したがって、吐出口部４ａに目詰まりがなく、インクが吐出される場合には吐出プレート３は変形しにくく、目詰まりがある場合には、吐出プレート３はインク吐出方向に向かって凸の形状となる。上記のような吐出プレート３の変形量の差を検知することで吐出口部４ａの目詰まりの有無を検出する。吐出プレート３の変形量を測定するための変形量測定素子としてのひずみゲージ５を設けており、このひずみゲージ５により吐出口４の周囲のひずみを検出する。
【００２１】
ひずみゲージ５を設けた吐出プレート３の構成について、図６を用いて説明する。図６は、吐出プレート３の吐出口４付近の（ａ）模式断面図と（ｂ）模式平面図であり、（ａ）は（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。ひずみゲージ５は、吐出プレート３の吐出口４が設けられた側の面上に形成されている。ひずみゲージ５は、例えば、金属はくなどの電気抵抗体である。金属はくを用いたひずみゲージ５は、吐出口４の周縁に金属はくを形成し、この金属はくの両端に配線１３を形成してなる。
【００２２】
吐出プレート３上のひずみゲージ５の配線パターン３３は例えば図７（ａ）のようになる。図７（ａ）の仕様は、解像度が６００ｄｐｉ、吐出口列数が６０列、１列あたり２００ノズルである。図７（ａ）の拡大図を図７（ｂ）に示す。図７（ｂ）に示すように、記録媒体２４の搬送方向に関する、吐出プレート３の上半分のひずみゲージ５の配線パターン３３を吐出プレート３の外側へ搬送方向に引き出し、下半分を吐出プレート３の外側へ搬送方向と逆方向に引き出す。図７（ｂ）の拡大図を図８に示す。寸法に関しては、例えば、図８に示すように、吐出口４のピッチＬ１が４２．３μｍ、吐出口列上の隣接する二つの吐出口４の間隔Ｌ２が１６９．２μｍ、ひずみゲージ５の外周直径Ｌ３が１０μｍ、配線パターン３３の幅Ｌ４が１０μｍである。複数のひずみゲージ５を直列に接続している配線パターン３３ａは定電流源（不図示）に接続されている。また、個々のひずみゲージ５の両側の配線パターン３３ｂは電圧計（不図示）に接続されており、一定の電流が流れた時の個々のひずみゲージ５に生じる電圧を測定することができる。
【００２３】
配線パターン３３の動作原理図を示す電気回路を図９に示す。ひずみゲージ５である抵抗は定電流源３６に接続されており、ひずみゲージ５に一定の電流が流れる。そのとき、ひずみゲージ５に生じる電圧を電圧計３５で測定する。
【００２４】
ひずみゲージ５の金属はく形成はたとえば蒸着法等の気相めっきで行う。金属はくを形成しない部分にはマスクを形成して、気相めっきを行うことにより、被膜金属である金属はくが所望部分に蒸着され、金属はくが形成される。
【００２５】
次は、ひずみゲージ５の基本原理について説明する。ひずみゲージ５は被測定物のひずみを抵抗体の電気抵抗変化に変換する素子である。抵抗体の長さをＬ［ｍ］，断面積をＳ［ｍ２］とすると、抵抗率ρ［Ω・ｍ］から、全抵抗値Ｒ［Ω］は、Ｒ＝ρＬ／Ｓとなる。ここで、抵抗体が伸びると、長さは長くなり断面積は小さくなり、抵抗が増加する。逆に縮むと、長さは短くなり断面積は大きくなり、抵抗が減少する。抵抗率はどちらの場合も変化する。抵抗体が伸びたときの、抵抗増加分と長さ増加分との関係を求めると式（１）で表せる。ただし、ΔＲは抵抗変化分、ΔＬは長さ変化分、ΔＳは断面積変化分、ρ’は変化後の抵抗率である。
Ｒ＋ΔＲ＝ρ’×（Ｌ＋ΔＬ）／（Ｓ−ΔＳ） （１）
ここで、金属の場合、抵抗率の変化（ρ−ρ’）は微小なので、式（２）で表せる。
Ｒ＋ΔＲ≒ρ×Ｌ／Ｓ＋｛ρ’／（Ｓ−ΔＳ）｝×ΔＬ （２）
従って、式（３）が成り立つ。
ΔＲ／Ｒ＝（ρ’／ρ）×｛Ｓ／（Ｓ−ΔＳ）｝×（ΔＬ／Ｌ）
＝Ｋｇ×（ΔＬ／Ｌ） （３）
このひずみ（ΔＬ／Ｌ）に対する抵抗変化（ΔＲ／Ｒ）の係数Ｋｇがゲージ率と呼ばれている。この抵抗変化を電圧に変換する電気回路としては、図９に示した回路の他に、ブリッジ回路がある。
【００２６】
抵抗変化を電圧に変換するブリッジ回路について、図１０を用いて説明する。図１０のように、各抵抗をＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４［Ω］とし、入力電圧をＥｉ［Ｖ］とすると、出力電圧Ｅｏ［Ｖ］は、式（４）のようになる。
Ｅｏ＝（Ｒ１×Ｒ４−Ｒ２×Ｒ３）／｛（Ｒ１＋Ｒ２）（Ｒ３＋Ｒ４）｝×Ｅｉ （４）
いま、抵抗Ｒ１をひずみゲージ５とし、ひずみによりＲ１がΔＲだけ変化したとすると、式（５）となる。
Ｅｏ＝（（Ｒ１＋ΔＲ）Ｒ４−Ｒ２×Ｒ３）／｛（Ｒ１＋ΔＲ＋Ｒ２）（Ｒ３＋Ｒ４）｝×Ｅｉ （５）
ここで、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４＝Ｒとすれば、式（６）が成り立つ。
Ｅｏ＝（（Ｒ＋ΔＲ）Ｒ−Ｒ×Ｒ）／｛（２Ｒ＋ΔＲ）２Ｒ｝×Ｅｉ
≒（１／４）×（ΔＲ／Ｒ）×Ｅｉ （６）
したがって、ΔＲが小さな変化においては、出力電圧が抵抗変化分ΔＲに比例することになり、ひずみに比例した電圧が得られる。
【００２７】
次に、吐出口４の周縁の円周のひずみを金属はくで検出する場合の例について図１１を用いて説明する。図１１は、図３の吐出プレート３の吐出口４付近を切り出した（ａ）模式断面図と（ｂ）模式平面図であり、（ａ）は（ｂ）のＢ−Ｂ断面図である。切り出した吐出プレート３のサイズと厚さはそれぞれ３０μｍ四方、３μｍで、吐出口４は直径８μｍの円で、吐出口４の周縁の円周は２５１３３ｎｍである。吐出プレート３の材料としてポリイミドを用い、密度を１４００［ｋｇ／ｍ３］、ヤング率を３．３ＧＰａ、ポアソン比を０．３３とした。目詰まりした物質７の材料特性として、密度を１０００［ｋｇ／ｍ３］、ヤング率を０．１７ＧＰａ、ポアソン比を０．３０とした。なお、目詰まりした物質７は吐出プレート３の材料と比べて剛性が桁違いに小さいものとし、吐出プレート３の剛性を高くしないものとした。吐出口４に目詰まりがある場合とない場合において、この吐出プレート３の吐出口４が設けられた面に垂直な方向に、吐出プレート３に１ＭＰａの圧力２（図１参照）がかかったときの、吐出口４の周縁の円周のひずみをシミュレーションにより求めた。
【００２８】
シミュレーションの結果、目詰まりなしのとき、吐出プレート３の吐出口４が設けられた側の面の吐出口４付近において、インクジェットヘッドの長手方向であるＸ方向の変位は２２μｍであった。一方、目詰まりありのとき、吐出プレート３の吐出口４が設けられた側の面の吐出口４付近において、Ｘ方向の変位は２８μｍであり、目詰まりなしのときより、吐出プレート３が大きく変形した。それぞれの変位量があったとき、目詰まりなしのときの吐出口４の周縁の円周は２５２７１ｎｍ、目詰まりありのときは２５３０９ｎｍとなり、ひずみは０．１％となった。
【００２９】
次に、上記のひずみ０．１％の検知をブリッジ回路を用いて行う例について、図１２を用いて説明する。図１２は、吐出プレート３の吐出口４付近の模式平面図とブリッジ回路３７である。なお、模式平面図は図６と同様で、ブリッジ回路３７は図１０と同様である。例えば、抵抗体の長さＬが２５．１μｍ、抵抗体の断面積Ｓが１μｍ×厚０．０１μｍ、抵抗体の抵抗率ρが４９０ｎΩｍ（金属はくがＣｕ−Ｎｉ合金の場合）のとき、抵抗体の抵抗Ｒは式Ｒ＝ρ・Ｌ／ＳよりＲ＝１．２３ｋΩとなる。ひずみ（ΔＬ／Ｌ）が０．００１（０．１％）、ゲージ率（Ｋｇ）が２のとき、抵抗体の抵抗変化ΔＲは、式（３） よりΔＲ＝２４．６Ω（ΔＲ／Ｒ＝０．００２）となる。なお、ゲージ率は金属の電気抵抗体の場合、２〜４．５である。ブリッジ電源電圧Ｅｉが２Ｖのとき、ブリッジの出力電圧Ｅｏは式（６） よりＥｏ＝１ｍＶとなる。
【００３０】
次は、目詰まり検知動作の例について図１３、図１４を用いて説明する。図１３は、ひずみゲージ５に関する制御構成を示すブロック図である。図１４は記録中に目詰まり検知する手順を示すフローチャート図である。
【００３１】
図１３に示すように、ひずみゲージ５は電圧出力回路３８に、電圧出力回路３８はインクジェット装置に設けられた判断部３９に接続されている。なお、電圧出力回路３８としては、上述した図９や図１２の構成等を用いることができる。ひずみゲージ５の抵抗変化に基づき出力された電圧やこれに対応する吐出プレート３の変形量から、以下のように、判断部３９が吐出口部４ａの目詰まりの有無を検知する。
【００３２】
記録を開始したあと、記録中、ひずみゲージ５で吐出プレート３の変形量を検知する（図１４のＳＴ１）。判断部３９は、検知した変形量を目詰まりなしのときの変形量である所定値と比較し、双方の差を算出する（図１４のＳＴ２）。なお、目詰まりなしのときの変形量は記録開始前にひずみゲージ５で検知して、記憶しておく。変形量の差が閾値以上なら、判断部３９は、目詰まり有りと判定する（図１４のＳＴ３）。このとき、変形量に対応する出力電圧値を比較してもよい。目詰まりを検知した後、記録動作を中断し、吐出口４からインクを吸引する、吐出口４からインクを予備吐出する等の回復動作を行う（図１４のＳＴ４）。差が閾値以上でない（図１４のＳＴ３）なら、記録動作終了でない限り（図１４のＳＴ５）、記録動作を続行する。図１４では、記録中に目詰まりを検知する場合について説明したが、記録動作を行う前に上述の目詰まり検知のための動作を行ってもよい。
【００３３】
上述のように、吐出口４の周縁の円周のひずみを金属はくで検知し、目詰まりがあるときとないときのひずみの差を算出することにより、目詰まり検出が可能になる。
上述の構成によると、インク吐出時において吐出プレート３が変形しにくいので、吐出プレート３の変形に伴うインクの吐出方向のずれが発生しにくく、また、吐出口部４ａの目詰まりによる不吐出を検出できる。
【００３４】
また、吐出プレート３にひずみゲージを設ければよいので、吐出方式によらず、吐出口４の目詰まりを検出することができる。特に、上述した連続噴射型のインクジェットヘッドでは、連続的に液滴を吐出するように圧電素子１０が高周波励振されるので、吐出口部４ａに目詰まりがある場合に、吐出プレート３に変形が生じやすく、目詰まりの検知が行いやすい。
【００３５】
また、吐出口４ごとにひずみゲージ５を設けることで、各吐出口４について個別に目詰まりを検出することができる。また、大掛かりな装置構成が不要で、低コスト化を図ることが可能である。
【００３６】
（実施例２）
本実施例では、ひずみゲージ５として、金属はくの代わりに半導体ひずみゲージを用いた例について説明する。実施例１と同様の構成については説明を省略する。
半導体ひずみゲージとは、金属抵抗体の代わりにシリコン半導体の抵抗を用いたひずみゲージ５である。半導体ひずみゲージとして、吐出プレート３の吐出口４が設けられた側の面上に電気的な絶縁膜を介して形成した多結晶シリコンのピエゾ抵抗体を用いた例を説明する。ピエゾ抵抗体に伸縮が起こると、ピエゾ抵抗効果により抵抗が変化し、抵抗値の変化が金属はくの抵抗に比べて大きく、小型化できる特徴をもっているため、高密度に配置された吐出口４の周縁に設ける場合に適している。
【００３７】
図１５は、半導体ひずみゲージを設けた吐出プレート３の構成の、（ａ）模式断面図と（ｂ）模式平面図であり、（ａ）は（ｂ）のＣ−Ｃ断面図である。図１５のように、半導体ひずみゲージは、ピエゾ抵抗体、すなわち、ひずみゲージ５を絶縁膜１４を介して、吐出プレート３上の吐出口４の周縁に形成し、ひずみゲージ５の両端に配線１３を形成してなる。
【００３８】
半導体ひずみゲージの製造は、例えば、吐出プレート３上に絶縁用の酸化シリコンと多結晶シリコンのひずみゲージ５を蒸着によって形成する。半導体ひずみゲージを吐出プレート３上に貼付する方法としては、接着剤を使う方法が一般的であるが、蒸着等の気相めっきにより直接、半導体ひずみゲージを形成する方法が適している。その方法（薄膜製造技術）として、例えば、Ｐ−ＣＶＤ（プラズマ化学気相成長）の技術がある。
【００３９】
半導体ひずみゲージの原理は実施例１と同様である。異なるのはゲージ率（ Κｇ ）である。半導体ひずみゲージの場合、ゲージ率が１００以上可能なので、ここでは１００として計算する。ひずみ（ΔＬ／Ｌ）が０．００１（０．１％）のとき、式（３） よりΔＲ／Ｒ＝０．１となる。ブリッジ電源電圧Ｅｉが２Ｖのとき、ブリッジの出力電圧Ｅｏは式（６）よりＥｏ ＝０．０５Ｖとなる。
【００４０】
上述のように、金属はくの出力電圧が１ｍＶに対して、半導体ひずみゲージは０．０５Ｖであり、金属はくより半導体ひずみゲージのほうが感度が高い。
【００４１】
（実施例３）
上述の実施例では、温度変化を考慮していない。ひずみゲージは温度変化によって抵抗値が変化するため、温度補正が必要である。抵抗体の長さが２５１００ｎｍ、断面積が幅４０００ｎｍ×厚５００ｎｍ、抵抗率が４９０ｎΩｍ（Ｃｕ−Ｎｉ合金）、抵抗温度係数が５０ｐｐｍ／度の場合、インクジェットヘッドの作動温度の範囲でブリッジ出力電圧は約２×１０−４ ｍＶ／℃の割合で変化する。
本実施例は、温度補正を行うことが可能であり、上述の実施形態と同様の点については記載を省略する。
【００４２】
図１６は、吐出プレート３の吐出口４付近の（ａ）模式断面図と（ｂ）模式平面図で、（ａ）は（ｂ）のＤ−Ｄ断面図である。図１６のように、吐出プレート３の吐出口４が設けられた側の面上に、吐出プレート３上の温度を検出するための温度センサ１５（温度測定素子）を設ける。また、温度と補正データとを対応づけた補正テーブルをメモリに記憶しておく。検出した温度をもとに補正テーブルを参照しながら補正データを読み出し、この補正データにより、インクジェット装置に設けられた補正手段が出力値を補正する。
【００４３】
図１７を用いて、温度補正動作について説明する。まず、温度センサ１５から温度出力値を取得し、温度出力値に対応する補正データを取得する。つまり、温度出力値と補正データとを対応付けた補正テーブルをもとに補正データを取得する（図１７のＳＴ１）。補正データを取得した後に温度センサ１５の温度出力値に対応する吐出プレート３の変形量を検知する（図１７のＳＴ２）。このようにして、吐出プレート３の変形量とその補正データとを取得した後に補正演算を行い（図１７のＳＴ３）、補正演算の結果を出力する（図１７のＳＴ４）。
【００４４】
上述のような補正演算を行うことにより、吐出プレート３の変形量の検知手段の感度を温度特性に応じて補正することが可能になる。言い換えると、補正データは吐出プレート３の変形量の検知手段の感度の温度特性に基づいて設定される。
【００４５】
（実施例４）
本実施例では、温度補正方法の他の例について、図１８を用いて説明する。上述の実施形態と同様の点については記載を省略する。
図１８は、吐出プレート３の吐出口４付近の（ａ）模式断面図と（ｂ）模式平面図であり、（ａ）は（ｂ）のＥ−Ｅ断面図である。実施例３とは別の温度補正方法としては、ダミーのひずみゲージ１６（別のひずみゲージ）を用いる方法がある。図１８に示すように、吐出口４の周縁に設けたひずみゲージ５の他に、ひずみゲージ５と同じ寸法のダミーのひずみゲージ１６を設ける。ダミーのひずみゲージ１６は、吐出プレート３の吐出口４が設けられた面の、吐出口４とは離れた、変形しにくい部分に設け、ひずみの影響をできる限り受けないようにする。なお、ひずみゲージ５の配線１３、ダミーのひずみゲージ１６の配線１３は、それぞれ個別のブリッジ回路に接続する。このように構成すれば、ダミーのひずみゲージ１６では温度変化による抵抗値の変化のみを検知でき、この変化を用いて、インクジェット装置に設けられた補正手段が、ひずみゲージ５で検知される抵抗値を補正する。このようにして、ダミーのひずみゲージ１６を用いて温度補正ができる。
【００４６】
（実施例５）
本実施例では、ドロップ・オン・デマンド型インクジェットヘッドについて説明する。図１９に、ドロップ・オン・デマンド型インクジェットヘッドの一例として、撓みモードピエゾヘッドの模式断面図を示す。インクジェットヘッド１２５は、圧電素子１１０、振動板１０９、インク供給口１１２、圧力室１０１、吐出プレート１０３、吐出口１０４、リザーバ１３４、ダイアフラム（振動膜）１３５からなる。圧電素子１１０は励振回路（不図示）により、例えば２０ｋＨｚで低周波励振される。ダイアフラム１３５はインク圧力変動を吸収する。
【００４７】
次にドロップ・オン・デマンド型のインクジェットヘッド１２５の動作について説明する。初期状態では、吐出口１０４にインクメニスカスとよばれるインク液面が位置し、インクメニスカスはインクジェットヘッド１２５内部の静的な負圧状態につりあう形で凹形状となっている。圧電素子１１０に低周波電圧を印加すると、振動板１０９が撓み、圧力室１０１内のインクに急激な圧力上昇が生じ、吐出口１０４より液滴が吐出される。吐出動作直後に生じるインク振動による流れにより、インクが消費された分のインクがリザーバ１３４から圧力室１０１内に供給される。圧力室１０１内の吐出口１０４付近のインクの圧力変動量は、例えば約８００ｋＰａである。
【００４８】
ドロップ・オン・デマンド型においても、吐出口１０４を含み、吐出口１０４と圧力室１０１とを連通する吐出口部１０４ａに目詰まりがある場合とない場合において、吐出口１０４付近の吐出プレート３の変形量の差が生じる。したがって、上述した実施例と同様に、ひずみゲージ１１５を吐出口１０４付近に設けることにより、吐出口４付近の吐出プレート１０３の変形量を検出できる。
【符号の説明】
【００４９】
３ 吐出プレート（吐出口基板）
４ 吐出口
４ａ 吐出口部
５ ひずみゲージ（変形量測定素子）
１０ 圧電素子（エネルギー発生素子）
２５ インクジェットヘッド（液体吐出ヘッド）
３９ 判断部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を吐出する液体吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体吐出装置、特にインクジェット装置は、現代のビジネスオフィスやその他の事務処理部門において広汎に使用されている。インクジェット装置は、ドロップ・オン・デマンド型と連続噴射型に大別される。
【０００３】
ドロップ・オン・デマンド型のみならず連続噴射型のインクジェット装置においても、吐出口での異物付着やインク増粘等により目詰まりが生じて、インクが吐出されない不吐出が発生する恐れがある。特に、ラインヘッドにより記録の高速化を目指す場合は、不吐出補完が難しいため、不吐出検出の必要性がより高くなる。
【０００４】
特許文献１は、圧電材料で構成した吐出プレートの変形に伴う起電力を検出することにより、記録中にインク吐出の異常の有無を判定するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１２６１５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載の液体吐出装置では、液体が正常に吐出されたときの、吐出口基板（特許文献１に記載のノズルプレート３３）の変形量よりも、その変形量が小さいときに、液体が正常に吐出されなかったと判断するものである。そのため、特許文献１の図５に示されるように、吐出口基板には、スリット３３ａが設けられており、液体の吐出に伴って吐出口基板が変形やすい構成となっている。このように吐出時に変形が生じやすい吐出口基板を用いると、吐出口基板の変形によって液体の吐出方向のずれが生じる可能性が高くなり、記録媒体への液体の着弾位置ずれが起き、画質が低減する恐れがある。
【０００７】
そこで、本発明は、吐出口基板の変形に伴う液体の吐出方向のずれが発生しにくく、吐出口部の目詰まりによる不吐出を検出できる液体吐出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の液体吐出装置は、液体を吐出する吐出口が設けられた面と、前記吐出口を含む吐出口部と、を有する吐出口基板と、前記吐出口から液体を吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子と、を備えた液体吐出ヘッドと、前記エネルギー発生素子がエネルギーを発生した際に、前記吐出口から液体が吐出された場合と比べ、前記吐出口基板が液体の吐出方向に向かってより凸となる場合に、前記吐出口部に詰まりがあると判断する判断部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、吐出口基板の変形に伴う液体の吐出方向のずれが発生しにくく、吐出口部の目詰まりによる不吐出を検出できる液体吐出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】連続噴射型インクジェットヘッドの吐出口付近の模式断面図
【図２】連続噴射型インクジェット装置のシステム図
【図３】連続噴射型インクジェットヘッドの吐出口の列に沿った模式断面図
【図４】吐出プレートと記録媒体の位置関係を示す模式平面図
【図５】連続噴射型インクジェット装置の電気構成図
【図６】実施例１の吐出プレートの吐出口付近の模式断面図と模式平面図
【図７】吐出プレート上のひずみゲージの配線パターンとその拡大図
【図８】図７の拡大図
【図９】配線パターンの動作原理図を示す電気回路
【図１０】ブリッジ回路
【図１１】吐出プレートの吐出口付近の模式断面図と模式平面図
【図１２】吐出プレートの吐出口付近の模式平面図とブリッジ回路図
【図１３】ひずみゲージ５に関する制御構成を示すブロック図
【図１４】記録中に目詰まり検知する手順を示すフローチャート図
【図１５】実施例２の半導体ひずみゲージを設けた吐出プレートの構成の模式断面図と模式平面図
【図１６】実施例３の吐出プレートの吐出口付近の模式断面図と模式平面図
【図１７】温度補正動作のフローチャート
【図１８】実施例４の吐出プレートの吐出口付近の模式断面図と模式平面図
【図１９】実施例５のドロップ・オン・デマンド型インクジェットヘッドの模式断面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を例示する。ただし、例示する実施の形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の範囲を限定する主旨のものではない。
【００１２】
（実施例１）
本実施例では、液体吐出装置としての連続噴射型インクジェット装置の一例について詳説する。
最初に、連続噴射型インクジェット装置の構成について、図２を用いて説明する。図２は、連続噴射型インクジェット装置のシステム図である。連続噴射型インクジェット装置は、インクジェットヘッド２５（液体吐出ヘッド）、インクタンク２７、圧力付与手段２６、インク供給管２９、インク排出管２８、インク搬送管３４からなる。インク排出管２８はインクジェットヘッド２５内で回収されたインクを排出する。インクタンク２７はインク排出管２８を経た回収インクを受け入れると共に、貯留したインクを圧力付与手段２６のポンプ作用によりインク搬送管３４、インク供給管２９を経てインクジェットヘッド２５に連続的に供給する。
【００１３】
インクジェットヘッド２５の吐出口４の列に沿った模式断面図を図３に示す。図３のように、インクジェットヘッド２５は、基台８、圧電素子１０（エネルギー発生素子）、振動板９、インク供給口１２、圧力室１、吐出プレート３（吐出口基板）、吐出口４、帯電電極２０、偏向電極２１、インク回収ガター２２を有している。吐出プレート３の材料としては例えばポリイミドが用いられる。エネルギー発生素子としての圧電素子１０は、吐出口４から液体を吐出するためのエネルギーを発生する。吐出口４から吐出液滴６が吐出される。帯電電極２０と偏向電極２１、インク回収ガター２２は、各吐出口４ごとに対応して設けられている。各帯電電極２０は筒状であり、その中で選択された吐出液滴６を所定の帯電量で帯電する。各偏向電極２１は２枚の電極板からなり、帯電された吐出液滴６をインク回収ガター２２に偏向する。インク回収ガター２２は偏向した吐出液滴６を受け入れて捕獲した上で回収する。
【００１４】
吐出プレート３と記録媒体２４の位置関係を示す模式平面図を図４に示す。図４に示すように、吐出プレート３には複数の吐出口４が、記録媒体の搬送方向に対して角度θを傾けて等間隔で形成されている。また、各吐出口４の列は、記録媒体２４の全幅Ｌに対応した範囲に、複数設けられている。
【００１５】
連続噴射型インクジェット装置の電気構成図を図５に示す。図５のように、インクジェット装置の電気構成は、励振回路３０、帯電制御回路３１、高圧電源３２からなる。励振回路３０はインクジェットヘッド２５内の圧電素子１０を高周波励振する。帯電制御回路３１はインクジェットヘッド２５内の各帯電電極２０に接続され、記録画像情報に基づいた帯電信号を出力する。高圧電源３２はインクジェットヘッド２５内の各偏向電極２１に対して高電圧を印加する。各偏向電極２１の電極対をＤＣ電源に接続することで、電極間に一様な電界が形成される。
【００１６】
次にインクジェット装置の動作について説明する。参照する構成図は、図２と図３と図５である。連続噴射型インクジェット装置では、圧力付与手段２６を駆動することにより、インクタンク２７内のインクをインク供給管２９経由でインクジェットヘッド２５内の圧力室１に所定の圧力で連続的に給送する。励振回路３０からの高周波電圧印加で振動する圧電素子１０により、振動板９を高周波励振し、各吐出口４から流出する各インク流に振動を与える。この振動に同期して、各帯電電極２０を通過する間に各インク流の先端部は順次分離し液滴化する。このようにして、飛翔方向に一定間隔で順次液滴化された吐出液滴６の流れを形成する。次いで、帯電制御回路３１で制御される各帯電電極２０により、飛翔する各吐出液滴６は所定の帯電量で帯電される。ここでは、吐出液滴６は、帯電液滴と非帯電液滴とに区分される。帯電液滴は、それぞれの偏向電極２１により各インク回収ガター２２へ偏向されて、各インク回収ガター２２に捕獲される。非帯電液滴は、そのまま直進して記録媒体２４に着弾する。所定方向に記録媒体２４を搬送しながら、上記のように、吐出液滴６の飛翔方向を選択することで吐出液滴６が選択的に記録媒体２４に着弾され、画像の記録が行われる。インク回収ガター２２に捕獲された各帯電液滴は、再使用のために、インク排出管２８を経てインクタンク２７内に回収される。
【００１７】
次に、吐出口４を含む吐出口部４ａに目詰まりがある場合とない場合の吐出プレート３の変形について説明する。図３の連続噴射型のインクジェットヘッド２５の吐出口４付近を拡大した模式断面図を図１に示す。吐出口部４ａは、吐出口４を含み、吐出口４と圧力室１とを連通する部分である。
【００１８】
図１（ａ）に示すように、吐出プレート３に形成された吐出口部４ａに目詰まりした物質がない場合、前記したように、圧力室１内のインクが矢印で示す圧力２により吐出口４からインク流となって噴出し、高周波振動によりインク流から吐出液滴６が形成される。ここでは、「インク（液体）が吐出される」ということは、図１（ａ）のように、吐出口部４ａに目詰まりする物質がなく、正常に吐出液滴６が形成されることを意味する。
【００１９】
一方、図１（ｂ）に示すように、吐出口部４ａに目詰まりした物質７がある場合、目詰まりした物質７上に新たに圧力２が加わり圧力２が加わる面積が増えるため、目詰まりした物質７がない場合と比べて吐出プレート３の変形量が大きくなる。ここで、「吐出プレート３の変形量が大きくなる」ということは、吐出プレート３がインク吐出方向（図１の下方向）に向かってより凸になるように、吐出プレート３にひずみが生じることを意味する。
【００２０】
目詰まりによって発生する新たな力をＦ、吐出口４の開口面積をＳ、液室内の圧力２をＰ、大気圧をＰ０とすると、Ｆ＝Ｓ×（Ｐ−Ｐ０）である。なお、異物付着やインク増粘によって吐出口４の目詰まりが生じるため、目詰まりした物質７は吐出プレート３の材料と比べて通常は剛性が桁違いに小さく吐出プレート３との締結力も弱いので、吐出プレート３の剛性を高くしない。したがって、吐出口部４ａに目詰まりがなく、インクが吐出される場合には吐出プレート３は変形しにくく、目詰まりがある場合には、吐出プレート３はインク吐出方向に向かって凸の形状となる。上記のような吐出プレート３の変形量の差を検知することで吐出口部４ａの目詰まりの有無を検出する。吐出プレート３の変形量を測定するための変形量測定素子としてのひずみゲージ５を設けており、このひずみゲージ５により吐出口４の周囲のひずみを検出する。
【００２１】
ひずみゲージ５を設けた吐出プレート３の構成について、図６を用いて説明する。図６は、吐出プレート３の吐出口４付近の（ａ）模式断面図と（ｂ）模式平面図であり、（ａ）は（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。ひずみゲージ５は、吐出プレート３の吐出口４が設けられた側の面上に形成されている。ひずみゲージ５は、例えば、金属はくなどの電気抵抗体である。金属はくを用いたひずみゲージ５は、吐出口４の周縁に金属はくを形成し、この金属はくの両端に配線１３を形成してなる。
【００２２】
吐出プレート３上のひずみゲージ５の配線パターン３３は例えば図７（ａ）のようになる。図７（ａ）の仕様は、解像度が６００ｄｐｉ、吐出口列数が６０列、１列あたり２００ノズルである。図７（ａ）の拡大図を図７（ｂ）に示す。図７（ｂ）に示すように、記録媒体２４の搬送方向に関する、吐出プレート３の上半分のひずみゲージ５の配線パターン３３を吐出プレート３の外側へ搬送方向に引き出し、下半分を吐出プレート３の外側へ搬送方向と逆方向に引き出す。図７（ｂ）の拡大図を図８に示す。寸法に関しては、例えば、図８に示すように、吐出口４のピッチＬ１が４２．３μｍ、吐出口列上の隣接する二つの吐出口４の間隔Ｌ２が１６９．２μｍ、ひずみゲージ５の外周直径Ｌ３が１０μｍ、配線パターン３３の幅Ｌ４が１０μｍである。複数のひずみゲージ５を直列に接続している配線パターン３３ａは定電流源（不図示）に接続されている。また、個々のひずみゲージ５の両側の配線パターン３３ｂは電圧計（不図示）に接続されており、一定の電流が流れた時の個々のひずみゲージ５に生じる電圧を測定することができる。
【００２３】
配線パターン３３の動作原理図を示す電気回路を図９に示す。ひずみゲージ５である抵抗は定電流源３６に接続されており、ひずみゲージ５に一定の電流が流れる。そのとき、ひずみゲージ５に生じる電圧を電圧計３５で測定する。
【００２４】
ひずみゲージ５の金属はく形成はたとえば蒸着法等の気相めっきで行う。金属はくを形成しない部分にはマスクを形成して、気相めっきを行うことにより、被膜金属である金属はくが所望部分に蒸着され、金属はくが形成される。
【００２５】
次は、ひずみゲージ５の基本原理について説明する。ひずみゲージ５は被測定物のひずみを抵抗体の電気抵抗変化に変換する素子である。抵抗体の長さをＬ［ｍ］，断面積をＳ［ｍ２］とすると、抵抗率ρ［Ω・ｍ］から、全抵抗値Ｒ［Ω］は、Ｒ＝ρＬ／Ｓとなる。ここで、抵抗体が伸びると、長さは長くなり断面積は小さくなり、抵抗が増加する。逆に縮むと、長さは短くなり断面積は大きくなり、抵抗が減少する。抵抗率はどちらの場合も変化する。抵抗体が伸びたときの、抵抗増加分と長さ増加分との関係を求めると式（１）で表せる。ただし、ΔＲは抵抗変化分、ΔＬは長さ変化分、ΔＳは断面積変化分、ρ’は変化後の抵抗率である。
Ｒ＋ΔＲ＝ρ’×（Ｌ＋ΔＬ）／（Ｓ−ΔＳ） （１）
ここで、金属の場合、抵抗率の変化（ρ−ρ’）は微小なので、式（２）で表せる。
Ｒ＋ΔＲ≒ρ×Ｌ／Ｓ＋｛ρ’／（Ｓ−ΔＳ）｝×ΔＬ （２）
従って、式（３）が成り立つ。
ΔＲ／Ｒ＝（ρ’／ρ）×｛Ｓ／（Ｓ−ΔＳ）｝×（ΔＬ／Ｌ）
＝Ｋｇ×（ΔＬ／Ｌ） （３）
このひずみ（ΔＬ／Ｌ）に対する抵抗変化（ΔＲ／Ｒ）の係数Ｋｇがゲージ率と呼ばれている。この抵抗変化を電圧に変換する電気回路としては、図９に示した回路の他に、ブリッジ回路がある。
【００２６】
抵抗変化を電圧に変換するブリッジ回路について、図１０を用いて説明する。図１０のように、各抵抗をＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４［Ω］とし、入力電圧をＥｉ［Ｖ］とすると、出力電圧Ｅｏ［Ｖ］は、式（４）のようになる。
Ｅｏ＝（Ｒ１×Ｒ４−Ｒ２×Ｒ３）／｛（Ｒ１＋Ｒ２）（Ｒ３＋Ｒ４）｝×Ｅｉ （４）
いま、抵抗Ｒ１をひずみゲージ５とし、ひずみによりＲ１がΔＲだけ変化したとすると、式（５）となる。
Ｅｏ＝（（Ｒ１＋ΔＲ）Ｒ４−Ｒ２×Ｒ３）／｛（Ｒ１＋ΔＲ＋Ｒ２）（Ｒ３＋Ｒ４）｝×Ｅｉ （５）
ここで、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４＝Ｒとすれば、式（６）が成り立つ。
Ｅｏ＝（（Ｒ＋ΔＲ）Ｒ−Ｒ×Ｒ）／｛（２Ｒ＋ΔＲ）２Ｒ｝×Ｅｉ
≒（１／４）×（ΔＲ／Ｒ）×Ｅｉ （６）
したがって、ΔＲが小さな変化においては、出力電圧が抵抗変化分ΔＲに比例することになり、ひずみに比例した電圧が得られる。
【００２７】
次に、吐出口４の周縁の円周のひずみを金属はくで検出する場合の例について図１１を用いて説明する。図１１は、図３の吐出プレート３の吐出口４付近を切り出した（ａ）模式断面図と（ｂ）模式平面図であり、（ａ）は（ｂ）のＢ−Ｂ断面図である。切り出した吐出プレート３のサイズと厚さはそれぞれ３０μｍ四方、３μｍで、吐出口４は直径８μｍの円で、吐出口４の周縁の円周は２５１３３ｎｍである。吐出プレート３の材料としてポリイミドを用い、密度を１４００［ｋｇ／ｍ３］、ヤング率を３．３ＧＰａ、ポアソン比を０．３３とした。目詰まりした物質７の材料特性として、密度を１０００［ｋｇ／ｍ３］、ヤング率を０．１７ＧＰａ、ポアソン比を０．３０とした。なお、目詰まりした物質７は吐出プレート３の材料と比べて剛性が桁違いに小さいものとし、吐出プレート３の剛性を高くしないものとした。吐出口４に目詰まりがある場合とない場合において、この吐出プレート３の吐出口４が設けられた面に垂直な方向に、吐出プレート３に１ＭＰａの圧力２（図１参照）がかかったときの、吐出口４の周縁の円周のひずみをシミュレーションにより求めた。
【００２８】
シミュレーションの結果、目詰まりなしのとき、吐出プレート３の吐出口４が設けられた側の面の吐出口４付近において、インクジェットヘッドの長手方向であるＸ方向の変位は２２μｍであった。一方、目詰まりありのとき、吐出プレート３の吐出口４が設けられた側の面の吐出口４付近において、Ｘ方向の変位は２８μｍであり、目詰まりなしのときより、吐出プレート３が大きく変形した。それぞれの変位量があったとき、目詰まりなしのときの吐出口４の周縁の円周は２５２７１ｎｍ、目詰まりありのときは２５３０９ｎｍとなり、ひずみは０．１％となった。
【００２９】
次に、上記のひずみ０．１％の検知をブリッジ回路を用いて行う例について、図１２を用いて説明する。図１２は、吐出プレート３の吐出口４付近の模式平面図とブリッジ回路３７である。なお、模式平面図は図６と同様で、ブリッジ回路３７は図１０と同様である。例えば、抵抗体の長さＬが２５．１μｍ、抵抗体の断面積Ｓが１μｍ×厚０．０１μｍ、抵抗体の抵抗率ρが４９０ｎΩｍ（金属はくがＣｕ−Ｎｉ合金の場合）のとき、抵抗体の抵抗Ｒは式Ｒ＝ρ・Ｌ／ＳよりＲ＝１．２３ｋΩとなる。ひずみ（ΔＬ／Ｌ）が０．００１（０．１％）、ゲージ率（Ｋｇ）が２のとき、抵抗体の抵抗変化ΔＲは、式（３） よりΔＲ＝２４．６Ω（ΔＲ／Ｒ＝０．００２）となる。なお、ゲージ率は金属の電気抵抗体の場合、２〜４．５である。ブリッジ電源電圧Ｅｉが２Ｖのとき、ブリッジの出力電圧Ｅｏは式（６） よりＥｏ＝１ｍＶとなる。
【００３０】
次は、目詰まり検知動作の例について図１３、図１４を用いて説明する。図１３は、ひずみゲージ５に関する制御構成を示すブロック図である。図１４は記録中に目詰まり検知する手順を示すフローチャート図である。
【００３１】
図１３に示すように、ひずみゲージ５は電圧出力回路３８に、電圧出力回路３８はインクジェット装置に設けられた判断部３９に接続されている。なお、電圧出力回路３８としては、上述した図９や図１２の構成等を用いることができる。ひずみゲージ５の抵抗変化に基づき出力された電圧やこれに対応する吐出プレート３の変形量から、以下のように、判断部３９が吐出口部４ａの目詰まりの有無を検知する。
【００３２】
記録を開始したあと、記録中、ひずみゲージ５で吐出プレート３の変形量を検知する（図１４のＳＴ１）。判断部３９は、検知した変形量を目詰まりなしのときの変形量である所定値と比較し、双方の差を算出する（図１４のＳＴ２）。なお、目詰まりなしのときの変形量は記録開始前にひずみゲージ５で検知して、記憶しておく。変形量の差が閾値以上なら、判断部３９は、目詰まり有りと判定する（図１４のＳＴ３）。このとき、変形量に対応する出力電圧値を比較してもよい。目詰まりを検知した後、記録動作を中断し、吐出口４からインクを吸引する、吐出口４からインクを予備吐出する等の回復動作を行う（図１４のＳＴ４）。差が閾値以上でない（図１４のＳＴ３）なら、記録動作終了でない限り（図１４のＳＴ５）、記録動作を続行する。図１４では、記録中に目詰まりを検知する場合について説明したが、記録動作を行う前に上述の目詰まり検知のための動作を行ってもよい。
【００３３】
上述のように、吐出口４の周縁の円周のひずみを金属はくで検知し、目詰まりがあるときとないときのひずみの差を算出することにより、目詰まり検出が可能になる。
上述の構成によると、インク吐出時において吐出プレート３が変形しにくいので、吐出プレート３の変形に伴うインクの吐出方向のずれが発生しにくく、また、吐出口部４ａの目詰まりによる不吐出を検出できる。
【００３４】
また、吐出プレート３にひずみゲージを設ければよいので、吐出方式によらず、吐出口４の目詰まりを検出することができる。特に、上述した連続噴射型のインクジェットヘッドでは、連続的に液滴を吐出するように圧電素子１０が高周波励振されるので、吐出口部４ａに目詰まりがある場合に、吐出プレート３に変形が生じやすく、目詰まりの検知が行いやすい。
【００３５】
また、吐出口４ごとにひずみゲージ５を設けることで、各吐出口４について個別に目詰まりを検出することができる。また、大掛かりな装置構成が不要で、低コスト化を図ることが可能である。
【００３６】
（実施例２）
本実施例では、ひずみゲージ５として、金属はくの代わりに半導体ひずみゲージを用いた例について説明する。実施例１と同様の構成については説明を省略する。
半導体ひずみゲージとは、金属抵抗体の代わりにシリコン半導体の抵抗を用いたひずみゲージ５である。半導体ひずみゲージとして、吐出プレート３の吐出口４が設けられた側の面上に電気的な絶縁膜を介して形成した多結晶シリコンのピエゾ抵抗体を用いた例を説明する。ピエゾ抵抗体に伸縮が起こると、ピエゾ抵抗効果により抵抗が変化し、抵抗値の変化が金属はくの抵抗に比べて大きく、小型化できる特徴をもっているため、高密度に配置された吐出口４の周縁に設ける場合に適している。
【００３７】
図１５は、半導体ひずみゲージを設けた吐出プレート３の構成の、（ａ）模式断面図と（ｂ）模式平面図であり、（ａ）は（ｂ）のＣ−Ｃ断面図である。図１５のように、半導体ひずみゲージは、ピエゾ抵抗体、すなわち、ひずみゲージ５を絶縁膜１４を介して、吐出プレート３上の吐出口４の周縁に形成し、ひずみゲージ５の両端に配線１３を形成してなる。
【００３８】
半導体ひずみゲージの製造は、例えば、吐出プレート３上に絶縁用の酸化シリコンと多結晶シリコンのひずみゲージ５を蒸着によって形成する。半導体ひずみゲージを吐出プレート３上に貼付する方法としては、接着剤を使う方法が一般的であるが、蒸着等の気相めっきにより直接、半導体ひずみゲージを形成する方法が適している。その方法（薄膜製造技術）として、例えば、Ｐ−ＣＶＤ（プラズマ化学気相成長）の技術がある。
【００３９】
半導体ひずみゲージの原理は実施例１と同様である。異なるのはゲージ率（ Κｇ ）である。半導体ひずみゲージの場合、ゲージ率が１００以上可能なので、ここでは１００として計算する。ひずみ（ΔＬ／Ｌ）が０．００１（０．１％）のとき、式（３） よりΔＲ／Ｒ＝０．１となる。ブリッジ電源電圧Ｅｉが２Ｖのとき、ブリッジの出力電圧Ｅｏは式（６）よりＥｏ ＝０．０５Ｖとなる。
【００４０】
上述のように、金属はくの出力電圧が１ｍＶに対して、半導体ひずみゲージは０．０５Ｖであり、金属はくより半導体ひずみゲージのほうが感度が高い。
【００４１】
（実施例３）
上述の実施例では、温度変化を考慮していない。ひずみゲージは温度変化によって抵抗値が変化するため、温度補正が必要である。抵抗体の長さが２５１００ｎｍ、断面積が幅４０００ｎｍ×厚５００ｎｍ、抵抗率が４９０ｎΩｍ（Ｃｕ−Ｎｉ合金）、抵抗温度係数が５０ｐｐｍ／度の場合、インクジェットヘッドの作動温度の範囲でブリッジ出力電圧は約２×１０−４ ｍＶ／℃の割合で変化する。
本実施例は、温度補正を行うことが可能であり、上述の実施形態と同様の点については記載を省略する。
【００４２】
図１６は、吐出プレート３の吐出口４付近の（ａ）模式断面図と（ｂ）模式平面図で、（ａ）は（ｂ）のＤ−Ｄ断面図である。図１６のように、吐出プレート３の吐出口４が設けられた側の面上に、吐出プレート３上の温度を検出するための温度センサ１５（温度測定素子）を設ける。また、温度と補正データとを対応づけた補正テーブルをメモリに記憶しておく。検出した温度をもとに補正テーブルを参照しながら補正データを読み出し、この補正データにより、インクジェット装置に設けられた補正手段が出力値を補正する。
【００４３】
図１７を用いて、温度補正動作について説明する。まず、温度センサ１５から温度出力値を取得し、温度出力値に対応する補正データを取得する。つまり、温度出力値と補正データとを対応付けた補正テーブルをもとに補正データを取得する（図１７のＳＴ１）。補正データを取得した後に温度センサ１５の温度出力値に対応する吐出プレート３の変形量を検知する（図１７のＳＴ２）。このようにして、吐出プレート３の変形量とその補正データとを取得した後に補正演算を行い（図１７のＳＴ３）、補正演算の結果を出力する（図１７のＳＴ４）。
【００４４】
上述のような補正演算を行うことにより、吐出プレート３の変形量の検知手段の感度を温度特性に応じて補正することが可能になる。言い換えると、補正データは吐出プレート３の変形量の検知手段の感度の温度特性に基づいて設定される。
【００４５】
（実施例４）
本実施例では、温度補正方法の他の例について、図１８を用いて説明する。上述の実施形態と同様の点については記載を省略する。
図１８は、吐出プレート３の吐出口４付近の（ａ）模式断面図と（ｂ）模式平面図であり、（ａ）は（ｂ）のＥ−Ｅ断面図である。実施例３とは別の温度補正方法としては、ダミーのひずみゲージ１６（別のひずみゲージ）を用いる方法がある。図１８に示すように、吐出口４の周縁に設けたひずみゲージ５の他に、ひずみゲージ５と同じ寸法のダミーのひずみゲージ１６を設ける。ダミーのひずみゲージ１６は、吐出プレート３の吐出口４が設けられた面の、吐出口４とは離れた、変形しにくい部分に設け、ひずみの影響をできる限り受けないようにする。なお、ひずみゲージ５の配線１３、ダミーのひずみゲージ１６の配線１３は、それぞれ個別のブリッジ回路に接続する。このように構成すれば、ダミーのひずみゲージ１６では温度変化による抵抗値の変化のみを検知でき、この変化を用いて、インクジェット装置に設けられた補正手段が、ひずみゲージ５で検知される抵抗値を補正する。このようにして、ダミーのひずみゲージ１６を用いて温度補正ができる。
【００４６】
（実施例５）
本実施例では、ドロップ・オン・デマンド型インクジェットヘッドについて説明する。図１９に、ドロップ・オン・デマンド型インクジェットヘッドの一例として、撓みモードピエゾヘッドの模式断面図を示す。インクジェットヘッド１２５は、圧電素子１１０、振動板１０９、インク供給口１１２、圧力室１０１、吐出プレート１０３、吐出口１０４、リザーバ１３４、ダイアフラム（振動膜）１３５からなる。圧電素子１１０は励振回路（不図示）により、例えば２０ｋＨｚで低周波励振される。ダイアフラム１３５はインク圧力変動を吸収する。
【００４７】
次にドロップ・オン・デマンド型のインクジェットヘッド１２５の動作について説明する。初期状態では、吐出口１０４にインクメニスカスとよばれるインク液面が位置し、インクメニスカスはインクジェットヘッド１２５内部の静的な負圧状態につりあう形で凹形状となっている。圧電素子１１０に低周波電圧を印加すると、振動板１０９が撓み、圧力室１０１内のインクに急激な圧力上昇が生じ、吐出口１０４より液滴が吐出される。吐出動作直後に生じるインク振動による流れにより、インクが消費された分のインクがリザーバ１３４から圧力室１０１内に供給される。圧力室１０１内の吐出口１０４付近のインクの圧力変動量は、例えば約８００ｋＰａである。
【００４８】
ドロップ・オン・デマンド型においても、吐出口１０４を含み、吐出口１０４と圧力室１０１とを連通する吐出口部１０４ａに目詰まりがある場合とない場合において、吐出口１０４付近の吐出プレート３の変形量の差が生じる。したがって、上述した実施例と同様に、ひずみゲージ１１５を吐出口１０４付近に設けることにより、吐出口４付近の吐出プレート１０３の変形量を検出できる。
【符号の説明】
【００４９】
３ 吐出プレート（吐出口基板）
４ 吐出口
４ａ 吐出口部
５ ひずみゲージ（変形量測定素子）
１０ 圧電素子（エネルギー発生素子）
２５ インクジェットヘッド（液体吐出ヘッド）
３９ 判断部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出する吐出口が設けられた面と、前記吐出口を含む吐出口部と、を有する吐出口基板と、前記吐出口から液体を吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子と、を備えた液体吐出ヘッドと、
前記エネルギー発生素子がエネルギーを発生した際に、前記吐出口から液体が吐出された場合と比べ、前記吐出口基板が液体の吐出方向に向かってより凸となる場合に、前記吐出口部に詰まりがあると判断する判断部と、
を有することを特徴とする液体吐出装置。
【請求項２】
前記面には、前記吐出口基板の変形量を測定するための変形量測定素子が設けられており、
前記判断部は、前記変形量測定素子により測定された値に対応する前記変形量が、前記吐出口から液体が吐出された場合の前記変形量よりも大きいときに、前記吐出口部に詰まりがあると判断することを特徴とする請求項１記載の液体吐出装置。
【請求項３】
前記面には、前記吐出口基板の変形量を測定するための変形量測定素子が設けられており、
前記判断部は、前記変形量測定素子により測定された値に対応する前記変形量が、所定値よりも大きい場合に、前記吐出口部に詰まりがあると判断することを特徴とする請求項１記載の液体吐出装置。
【請求項４】
前記変形量測定素子は、ひずみゲージであり、該ひずみゲージが、前記吐出口の周縁を囲うように設けられていることを特徴とする請求項２または３記載の液体吐出装置。
【請求項５】
前記ひずみゲージは、前記面に設けられたＣｕ−Ｎｉ合金の電気抵抗体であることを特徴とする請求項４記載の液体吐出装置。
【請求項６】
前記ひずみゲージは、シリコン半導体の抵抗を用いた半導体ひずみゲージであることを特徴とする請求項４記載の液体吐出装置。
【請求項７】
前記面には、温度を測定する温度測定素子が設けられており、
該温度測定素子により測定された温度に基づいて前記変形量測定素子により測定された値を補正する補正手段を有することを特徴とする請求項２乃至６いずれか一項記載の液体吐出装置。
【請求項８】
前記面のうちの、前記吐出口から離れた部分に、前記ひずみゲージとは別のひずみゲージが設けられており、
該別のひずみゲージにより測定された値に基づいて、前記ひずみゲージにより測定された値を補正する補正手段を有することを特徴とする請求項４乃至６いずれか一項記載の液体吐出装置。
【請求項１】
液体を吐出する吐出口が設けられた面と、前記吐出口を含む吐出口部と、を有する吐出口基板と、前記吐出口から液体を吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子と、を備えた液体吐出ヘッドと、
前記エネルギー発生素子がエネルギーを発生した際に、前記吐出口から液体が吐出された場合と比べ、前記吐出口基板が液体の吐出方向に向かってより凸となる場合に、前記吐出口部に詰まりがあると判断する判断部と、
を有することを特徴とする液体吐出装置。
【請求項２】
前記面には、前記吐出口基板の変形量を測定するための変形量測定素子が設けられており、
前記判断部は、前記変形量測定素子により測定された値に対応する前記変形量が、前記吐出口から液体が吐出された場合の前記変形量よりも大きいときに、前記吐出口部に詰まりがあると判断することを特徴とする請求項１記載の液体吐出装置。
【請求項３】
前記面には、前記吐出口基板の変形量を測定するための変形量測定素子が設けられており、
前記判断部は、前記変形量測定素子により測定された値に対応する前記変形量が、所定値よりも大きい場合に、前記吐出口部に詰まりがあると判断することを特徴とする請求項１記載の液体吐出装置。
【請求項４】
前記変形量測定素子は、ひずみゲージであり、該ひずみゲージが、前記吐出口の周縁を囲うように設けられていることを特徴とする請求項２または３記載の液体吐出装置。
【請求項５】
前記ひずみゲージは、前記面に設けられたＣｕ−Ｎｉ合金の電気抵抗体であることを特徴とする請求項４記載の液体吐出装置。
【請求項６】
前記ひずみゲージは、シリコン半導体の抵抗を用いた半導体ひずみゲージであることを特徴とする請求項４記載の液体吐出装置。
【請求項７】
前記面には、温度を測定する温度測定素子が設けられており、
該温度測定素子により測定された温度に基づいて前記変形量測定素子により測定された値を補正する補正手段を有することを特徴とする請求項２乃至６いずれか一項記載の液体吐出装置。
【請求項８】
前記面のうちの、前記吐出口から離れた部分に、前記ひずみゲージとは別のひずみゲージが設けられており、
該別のひずみゲージにより測定された値に基づいて、前記ひずみゲージにより測定された値を補正する補正手段を有することを特徴とする請求項４乃至６いずれか一項記載の液体吐出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１２−１４３９３４（Ｐ２０１２−１４３９３４Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２９２６（Ｐ２０１１−２９２６）
【出願日】平成２３年１月１１日（２０１１．１．１１）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１１日（２０１１．１．１１）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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