液体吐出装置
【課題】液体流路内の液体における振動を精度良く検出する。
【解決手段】個別電極１２３及び共通電極１２４が駆動圧電層１２１を挟んでいる。駆動信号は、個別電極１２３及び共通電極１２４間に供給される。共通電極１２４は、圧力室１６側において、検出電極１２５との間に検出圧電層１２２を挟んでいる。駆動電極１２３と検出圧電層１２５の間の電位差を検出することにより、圧力室１６内のインクの振動を検出する。
【解決手段】個別電極１２３及び共通電極１２４が駆動圧電層１２１を挟んでいる。駆動信号は、個別電極１２３及び共通電極１２４間に供給される。共通電極１２４は、圧力室１６側において、検出電極１２５との間に検出圧電層１２２を挟んでいる。駆動電極１２３と検出圧電層１２５の間の電位差を検出することにより、圧力室１６内のインクの振動を検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電層を含むアクチュエータを有する液体吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１の液滴吐出装置は、圧電アクチュエータが振動板を変位させ、キャビティ内のインクに圧力を与えるものである。特許文献１では、この圧電アクチュエータを駆動させる駆動電極間に生じる電位の変化を検出することにより、振動板の残留振動を検出し、インク滴の吐出異常を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３０５９９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
引用文献１では、駆動電極間の電位の変化、つまり、駆動電極に挟まれた圧電層に発生する振動を検出している。一方、この圧電層とキャビティとの間には金属製の振動板が介在しており、キャビティ内のインクの振動は振動板を通じて圧電層へと伝達される。したがって、駆動電極間に挟まれた圧電層の振動を検出するのでは、キャビティ内のインクの振動を精度良く検出しにくい。
【０００５】
本発明の目的は、液体流路内の液体における振動を精度良く検出できる液体吐出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の観点によると、液体を吐出する吐出口と前記吐出口に液体を供給する液体流路とを有し、前記液体流路の一部が表面に開口した流路ユニットと、電圧を変形の力に変換する駆動圧電層と変形を電圧に変換する検出圧電層とを含み、前記液体流路の開口を跨ぐように前記表面に積層された複数の圧電層と、前記圧電層の積層方向に関して、前記駆動圧電層を挟む第１及び第２の駆動電極並びに前記検出圧電層を前記第１及び第２の駆動電極との間に挟む検出電極とを有し、前記第１及び第２の駆動電極間に供給される駆動信号に基づいて前記液体流路の液体に圧力を印加するアクチュエータと、前記駆動信号を前記アクチュエータに供給する駆動信号供給手段と、前記第１及び第２の駆動電極のいずれかと前記検出電極との電位差を検出する電位差検出手段と、前記駆動信号供給手段に前記アクチュエータへと前記駆動信号を供給させると共に、前記電位差検出手段が検出した電位差に基づいて、前記吐出口の吐出性能を判定する性能判定手段とを備え、前記駆動信号供給手段は、前記吐出口から液体が吐出される程度に前記第１及び第２の駆動電極間の電位差を変化させる吐出駆動信号と、前記吐出口から液体が吐出されない程度に前記第１及び第２の駆動電極間の電位差を変化させる不吐出駆動信号とを選択的に前記アクチュエータに供給し、前記複数の圧電層のうち、前記駆動圧電層が最も前記流路ユニットから離隔して積層され、前記検出圧電層が前記第１及び第２の駆動電極のいずれよりも前記流路ユニットの近くに積層されている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によると、２つの駆動電極とは別途、検出電極を設けており、駆動電極と検出電極との電位差を検出することにより、駆動圧電層よりも液体流路に近い検出圧電層の振動を検出することができる。これにより、駆動圧電層の振動を検出する場合よりも、液体流路内の振動を精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係るインクジェットヘッドが適用されるインクジェットプリンタの内部構造を示す概略側面図である。
【図２】図１においてインクカートリッジからヘッドへとインクを供給するインク供給部の構成を示す模式図である。
【図３】図１のインクジェットヘッドの下部構造である流路ユニットの平面図である。
【図４】図３の二点鎖線ＩＶの範囲の拡大図である。
【図５】図４の流路ユニットにおけるＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】図６（ａ）は図５のアクチュエータユニット付近の拡大図である。図６（ｂ）は個別電極及びランドの平面図である。
【図７】制御系の構成を示すブロック図である。
【図８】図８（ａ）は、駆動部からドライバＩＣを介してアクチュエータへと駆動信号を供給する制御系の構成及びその状態に対応する模式的回路図である。図８（ｂ）は、駆動信号が供給される際のアクチュエータ、ドライバＩＣ及び検出部の構成及びその状態に対応する模式的回路図である。
【図９】図９（ａ）は、検出信号が出力される際のアクチュエータ、ドライバＩＣ及び駆動部の構成及びその状態に対応する模式的回路図である。図９（ｂ）は、アクチュエータからドライバＩＣを介して駆動部へと検出信号を出力する制御系の構成及びその状態に対応する模式的回路図である。
【図１０】第１〜第３の変形例に係るアクチュエータユニット及び流路ユニットの図６（ａ）に対応する縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１０】
先ず、図１を参照し、本発明の一実施形態に係るインクジェットヘッド２が適用されるインクジェット式プリンタ１の全体構成について説明する。
【００１１】
プリンタ１は、直方体形状を有する導体の筐体１ａを有する。プリンタ１内の部品の一部は、筐体１ａと電気的に接続されて基準電位にある。以下、このように基準電位とされることを「接地」と呼ぶ。筐体１ａの天板上部には、排紙部３１が設けられている。以下の説明上、筐体１ａの内部空間を上から順に空間Ａ，Ｂ，Ｃと区分する。空間Ａ及びＢは、排紙部３１に連なる用紙搬送経路が形成された空間である。空間Ａでは、用紙Ｐの搬送と用紙Ｐへの画像の記録が行われる。空間Ｂでは、給紙に係る動作が行われる。空間Ｃには、インク供給源としてのインクカートリッジ４０が収容されている。
【００１２】
空間Ａには、４つのインクジェットヘッド２、インクカートリッジ４０からのインクをヘッド２へと供給するインク供給部１４０、用紙Ｐを搬送する搬送ユニット２１、用紙Ｐをガイドするガイドユニット等が配置されている。空間Ａ内には、これらの機構を含めたプリンタ１各部の動作を制御して、プリンタ１全体の動作を司る制御部１００が配置されている。
【００１３】
制御部１００は、外部から供給された画像データに基づいて、用紙Ｐに画像が記録されるよう、記録に係わる準備動作、用紙Ｐの供給・搬送・排出動作、用紙Ｐの搬送に同期したインク吐出動作、吐出性能の回復維持動作等を制御する。
【００１４】
制御部１００は、演算処理装置であるＣＰＵ（Central Processing Unit）に加えて、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory：不揮発性ＲＡＭを含む）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit ）、Ｉ／Ｆ（Interface）、Ｉ／Ｏ（Input/Output Port）等を有する。ＲＯＭには、ＣＰＵが実行するプログラム、各種固定データ等が記憶されている。ＲＡＭには、プログラム実行時に必要なデータ（例えば画像データ）が一時的に記憶される。ＡＳＩＣでは、画像データの書き換え、並び替え等（信号処理や画像処理）が行われる。Ｉ／Ｆは、上位装置とのデータ送受信を行う。Ｉ／Ｏは、各種センサの検出信号の入力／出力を行う。後述の図７に示す制御系の構成は、これらのハードウェアやＲＯＭ等に格納されたソフトウェアが互いに協働することにより構築されている。あるいは、図７に示す機能部の機能に特化した専用回路等が適宜設けられていてもよい。
【００１５】
各ヘッド２は、主走査方向（第２方向）に長尺な略直方体形状を有するラインヘッドである。４つのヘッド２は、副走査方向に所定ピッチで並び、ヘッドフレーム３を介して筐体１ａに支持されている。ヘッド２は、流路ユニット１２及び４つのアクチュエータユニット１２０（図３参照）を含む。画像記録に際して、８つのヘッド２の下面（吐出面２ａ）からはそれぞれマゼンタ、シアン、イエロー、ブラックのインクが吐出される。ヘッド２のより具体的な構成については後に詳述する。
【００１６】
搬送ユニット２１は、図１に示すように、ベルトローラ６，７及び両ローラ６，７間に巻回されたエンドレスの搬送ベルト８に加え、搬送ベルト８の外側に配置されたニップローラ４及び剥離プレート５、搬送ベルト８の内側に配置されたプラテン９等を有する。
【００１７】
ベルトローラ７は、駆動ローラであって、搬送モータ１９の駆動により、図１中時計回りに回転する。ベルトローラ７の回転に伴い、搬送ベルト８が図１中の太矢印方向に走行する。ベルトローラ６は、従動ローラであって、搬送ベルト８の走行に伴って、図１中時計回りに回転する。ニップローラ４は、ベルトローラ６に対向配置され、上流側ガイド部（後述）から供給された用紙Ｐを搬送ベルト８の外周面８ａに押さえつける。剥離プレート５は、ベルトローラ７に対向配置され、用紙Ｐを外周面８ａから剥離して下流側ガイド部（後述）へと導く。プラテン９は、４つのヘッド２に対向配置され、搬送ベルト８のループ上部を内側から支える。これにより、外周面８ａとヘッド２の吐出面２ａとの間に、画像記録に適した所定の間隙が形成される。
【００１８】
ガイドユニットは、搬送ユニット２１を挟んで配置された、上流側ガイド部及び下流側ガイド部を含む。上流側ガイド部は、２つのガイド２７ａ，２７ｂ及び一対の送りローラ２６を有する。当該ガイド部は、給紙ユニット１ｂ（後述）から搬送ユニット２１までの搬送路に沿っている。下流側ガイド部は、２つのガイド２９ａ，２９ｂ及び二対の送りローラ２８を有する。当該ガイド部は、搬送ユニット２１から排紙部３１までの搬送路に沿っている。
【００１９】
空間Ｂには、給紙ユニット１ｂが配置されている。給紙ユニット１ｂは、給紙トレイ２３及び給紙ローラ２５を有し、給紙トレイ２３が筐体１ａに対して着脱可能である。給紙トレイ２３は、上方に開口する箱であり、複数種類のサイズの用紙Ｐを収納する。給紙ローラ２５は、給紙トレイ２３内で最も上方にある用紙Ｐを送り出し、上流側ガイド部に供給する。
【００２０】
空間Ａ及びＢには、上述のように、給紙ユニット１ｂから搬送ユニット２１を介して排紙部３１に至る用紙搬送経路が形成されている。制御部１００が記録指令に基づいて給紙ローラ２５、送りローラ２６、２８、搬送モータ１９等を駆動すると、まず、給紙トレイ２３から用紙Ｐが送り出される。この用紙Ｐは、送りローラ２６によって、搬送ユニット２１に供給される。用紙Ｐが各ヘッド２の真下を副走査方向に通過する際、各吐出面２ａからインクが吐出されて、用紙Ｐ上にカラー画像が記録される。用紙Ｐは、その後剥離プレート５により剥離され、２つの送りローラ２８によって上方に搬送される。さらに用紙Ｐは、上方の開口３０から排紙部３１に排出される。
【００２１】
なお、副走査方向とは、搬送ユニット２１による用紙Ｐの搬送方向と平行な方向であり、主走査方向とは、水平面に平行且つ副走査方向に直交する方向である。
【００２２】
空間Ｃには、インクユニット１ｃが筐体１ａに対して着脱可能に配置されている。インクユニット１ｃは、カートリッジトレイ３５、及び、トレイ３５内に並んで収納された４つのカートリッジ４０を有する。各カートリッジ４０は、インクチューブを介して、対応するヘッド２にインクを供給する。
【００２３】
次に、図２〜図６を参照し、ヘッド２及びインク供給部１４０の構成についてより詳細に説明する。なお、図３では、アクチュエータユニット１２０の下側にあって点線で示すべき圧力室１６及びアパーチャ１５を実線で示している。
【００２４】
インク供給部１４０は、図２に示すように、インクカートリッジ４０とヘッド２とを接続する。インク供給部１４０は、ヘッド２ごとに設けられ、インクチューブ１４１と、その途中に設けられたポンプ１４２（排出手段）とを含む。ポンプ１４２は、インクカートリッジ４０からインクを強制的にヘッド２へと流入させ、ヘッド２内のインクを加圧する。これにより、ヘッド２のインク流路内に気泡などの異物がある場合に、その異物をインクと共にヘッド２から排出することが可能である。印刷処理時や待機時など、通常の状況においては、ポンプ１４２が停止されている。このとき、ポンプ１４２は流路の一部を構成し、ヘッド２でインクが消費されれば、インクカートリッジ４０のインクがインクチューブ１４１を通じて自然にヘッド２へと供給される。このとき、ポンプ１４２は、インクの流通可能な状態で停止されている。
【００２５】
ヘッド２は、図２及び図３に示すように、リザーバユニット１１、流路ユニット１２、及び、アクチュエータユニット１２０を有している。リザーバユニット１１の内部にはインク流路３３が形成されており、インク流路３３とインクカートリッジ４０とはインク供給部１４０を介して連通している。インク流路３３は、下方に向かって複数の流出流路３３ａに分岐している。流出流路３３ａは、リザーバユニット１１の下面に開口している。
【００２６】
流路ユニット１２は、略同一サイズの矩形状の９枚の金属プレート１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ，１２ｈ，１２ｉ（図５参照）を互いに接着した積層体である。図３に示すように、流路ユニット１２の上面１２ｘには、開口１２ｙが形成されている。開口１２ｙは、流出流路３３ａの開口と接続し、インク流路３３と連通している。流路ユニット１２の内部には、開口１２ｙから吐出口１４ａに繋がるインク流路が形成されている。当該インク流路は、図３〜図５に示すように、開口１２ｙを一端とするマニホールド流路１３、マニホールド流路１３から分岐した副マニホールド流路１３ａ、及び、副マニホールド流路１３ａの出口から圧力室１６を介して吐出口１４ａに至る個別インク流路１４を含む。
【００２７】
個別インク流路１４は、吐出口１４ａごとに形成されており、図５に示すように、流路抵抗調整用の絞りとして機能するアパーチャ１５、及び、上面１２ｘに開口した圧力室１６を含む。圧力室１６の開口は、図４〜図６に示すように、ほぼ菱形形状である。圧力室１６は、上面１２ｘにおいてマトリクス状に多数配置され、計８つの圧力室群を構成している。各圧力室群は、平面視でほぼ台形状の領域を占める。吐出口１４ａも、圧力室１６と同様に配置され、計８つの吐出口群を構成している。
【００２８】
アクチュエータユニット１２０は、図３に示すように、それぞれ台形の平面形状を有し、上面１２ｘにおいて２列の千鳥状に配置されている。各アクチュエータユニット１２０は、図４に示すように、圧力室群（吐出口群）の占める台形領域上に配置されている。サイズは、圧力室群や吐出口群の閉める領域より若干大きい。
【００２９】
アクチュエータユニット１２０には、制御部１００からの制御指令に基づいて、ドライバＩＣ１３２（駆動信号供給手段）から駆動信号が供給される。制御部１００、ドライバＩＣ１３２及びアクチュエータユニット１２０は、ＦＰＣ１３１によって互いに接続されている。ＦＰＣ１３１は、アクチュエータユニット１２０ごとに設けられた平型柔軟基板であり、ドライバＩＣ１３２が実装されている。ＦＰＣ１３１には、後述のアクチュエータ１２０ａへの駆動信号や、アクチュエータ１２０ａからの検出信号等を伝送する各種の配線が形成されている。ＦＰＣ１３１の一端は、接続端子が設けられており、アクチュエータユニット１２０と接続されている。
【００３０】
次に、図６及び図７を参照し、アクチュエータユニット１２０の構成についてより詳細に説明する。
【００３１】
アクチュエータユニット１２０は、図６（ａ）に示すように、上から順に、個別電極１２３、駆動圧電層１２１、共通電極１２４、検出圧電層１２２及び検出電極１２５が流路ユニット１２の上面１２ｘに積層された積層体である。なお、個別電極１２３及び共通電極１２４が、本発明における第１及び第２の駆動電極と順不同に対応する。各アクチュエータユニット１２０は、１つの圧力室群に含まれる全ての圧力室１６に対向しつつこれらに跨って配置されている。
【００３２】
駆動圧電層１２１及び検出圧電層１２２は、平面視で、互いに同一の大きさ及び台形形状を有しており、アクチュエータユニット１２０の平面形状を画定している。駆動圧電層１２１及び検出圧電層１２２は共に、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックスからなるシート状部材である。駆動圧電層１２１及び検出圧電層１２２は、いずれも、積層体の積層方向と同じ方向に分極されている。本実施形態において、駆動圧電層１２１及び検出圧電層１２２は、互いにほぼ同じ厚み（１５μｍ）を有している。
【００３３】
共通電極１２４は検出圧電層１２２の上面全体に亘って形成され、検出電極１２５は検出圧電層１２２の下面全体に亘って形成されている。個別電極１２３、共通電極１２４及び検出電極１２５は、いずれもＡｕ（金）からなり、ほぼ１μｍの厚みを有する。共通電極１２４は、図６に示されていない領域において、スイッチ回路１３３に接続されている（図８参照）。スイッチ回路１３３は、共通電極１２４が筐体１ａと接続されて接地された接地状態と、筐体１ａとの接続から開放され、筐体１ａ及びその他の導体から電気的に絶縁された開放状態とを選択的に取る。スイッチ回路１３３の状態の切り替えは、ドライバＩＣ１３２によってなされる。つまり、ドライバＩＣ１３２は、本発明におけるスイッチ制御手段として機能する。
【００３４】
検出電極１２５は常時、接地されている（図８参照）。検出電極１２５は、流路ユニット１２の上面１２ｘに接着されており、圧力室１６を封止している。検出電極１２５は、図６に示されていない領域において、ＦＰＣ１３１の配線と接続されている。この配線は、ドライバＩＣ１３２を介して、後述の検出部１０３と接続されている。
【００３５】
個別電極１２３は、圧力室１６と同様に、マトリクス状に配置されている。各個別電極１２３は、図６（ｂ）に示すように、主部１２３ａ及び延出部１２３ｂから構成されている。主部１２３ａは、平面視において圧力室１６と相似な菱形形状を有しており、圧力室１６内に、これより一回り小さく形成されている。延出部１２３ｂは、主部１２３ａの一方の鋭角部から延出されている。延出部１２３ｂの先端は圧力室１６の外側に配置されている。
【００３６】
延出部１２３ｂの先端には、ランド１２６が形成されている。ランド１２６は、Ａｇ−Ｐｄ（銀パラジウム）、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）等の導電性材料からなり、本実施形態ではＡｇ−Ｐｄからなる。ランド１２６は、直径がほぼ１３０μｍの円柱状であり、その上端面は駆動圧電層１２１の上面からほぼ１０μｍ高い位置にある。ランド１２６は、上面に形成されたバンプ（図示せず）を介して、ＦＰＣ１３１の接続端子と接続されている。ドライバＩＣ１３２からの駆動信号は、ＦＰＣ１３１を介してランド１２６から個別電極１２３へと供給される。
【００３７】
アクチュエータユニット１２０は、ドライバＩＣ１３２から駆動信号が供給されると、圧力室１６内のインクに圧力を印加する。このとき機能する圧電層が駆動圧電層１２１である。本実施形態では、駆動電極である個別電極１２３及び共通電極１２４が、駆動圧電層１２１のみを挟んでいる。検出圧電層１２２は、駆動用には使用されない。駆動圧電層１２１は、電圧がかかると変形する。つまり、電圧を変形力（インクに対する加圧力）に変換する。駆動圧電層１２１において分極方向と電界の方向が同じならば、個別電極１２３と対向する部分が、厚み方向（積層方向）に伸びると共に面方向に縮む。一方、検出電極１２５を共通電極１２４と等電位に保つ場合、検出圧電層１２２は、自発的には変形しない。したがって、個別電極１２３と対向する領域において、駆動圧電層１２１と検出圧電層１２２との間には、歪み差が発生する。この際、個別電極１２３と圧力室１６とで挟まれた領域が、圧力室１６に向かって凸状に変形（ユニモルフ変形）する。このような変形は、個別電極１２３ごとに、つまり圧力室１６ごとに実行可能である。
【００３８】
このように、アクチュエータユニット１２０は、圧力室１６ごとに駆動可能な個別のアクチュエータ１２０ａを有している。このアクチュエータ１２０ａをそれぞれ駆動することにより、圧力室１６の容積が変化する。このときインクに印加されたエネルギーが所定の大きさ以上になると、その圧力室１６に対応する吐出口１４ａからインクが吐出される。
【００３９】
本実施形態のアクチュエータ１２０ａは、上記の機能と共に、個別インク流路１４内のインクに生じた振動を検出する機能も有している。インクに生じた振動は、検出電極１２５を介して検出圧電層１２２に伝わる。このとき、検出圧電層１２２は、インクの振動に応じて変形し、分極方向に電圧を誘起する。つまり、変形を電圧に変換する。このとき、駆動圧電層１２１も、検出圧電層１２２と共に変形し、同様に電圧を誘起する。これにより、個別電極１２３と検出電極１２５との間には、電位差が発生する。この電位差は、両圧電層１２１、１２２で生じた電圧の和に相当する。この電位差の変化を取得することにより、アクチュエータ１２０ａの振動、つまりは個別インク流路１４内のインクの振動を検出することができる。検出された電位差を示す検出信号は、ＦＰＣ１３２を介してドライバＩＣ１３２へと出力される。この出力信号は、さらに後述の検出部１０３へと出力される。このように、ドライバＩＣ１３２は、個別電極１２３及び検出電極１２５間の電位差を検出する電位差検出手段でもある。
【００４０】
以下、インクの振動検出に係わる制御系の構成及び制御内容について、図７〜図９を参照しつつ説明する。本制御系は、制御部１００の一部を構成し、図７に示すように、駆動部１０１、振動情報記憶部１０２、検出部１０３（性能判定手段）及びヘッド加圧制御１０４等から構成される。
【００４１】
駆動部１０１は、印刷指令、検出駆動指令及び性能回復指令に基づいて、アクチュエータ指示信号と駆動信号とを生成する。アクチュエータ指示信号は、ドライバＩＣ１３２を駆動する信号であって、駆動信号が供給されるべきアクチュエータ１２０ａが選択される。駆動信号は、アクチュエータユニット１２０を駆動する信号であって、ドライバＩＣ１３２で選択されたアクチュエータ１２０ａに供給される。駆動信号には、吐出駆動信号と不吐出駆動信号とがある。吐出駆動信号は、駆動電極１２３、１２４間に印加されると、吐出口１４ａからインクが吐出される。不吐出駆動信号は、駆動電極１２３、１２４間に印加されても、吐出口１４ａのメニスカスが振動するだけで、インクの吐出はない。本実施形態では、印刷指令及び性能回復指令に対して吐出駆動信号が使用され、検出駆動指令に対して不吐出駆動信号が使用される。
【００４２】
振動情報記憶部１０２は、個別インク流路１４におけるインクの振動に関する情報が格納されている。振動情報は、残留振動を特徴づける複数の指標（周期、振幅、振幅の減衰率等の値情報）から構成され、吐出特性が正常な場合の残留振動に関する情報である。この振動情報は、不吐出駆動信号をアクチュエータ１２０ａに供給し、対応する個別インク流路１４で生じた残留振動を予め測定し、その結果から求められた正常値（所定値）の情報である。
【００４３】
検出部１０３は、インクの振動に対して、その発生、検出と評価及び評価に基づく回復処理を制御する。振動の発生に際して、検出部１０３は、検出駆動指令を駆動部１０１に出力する。検出と評価に際して、検出部１０３は、ドライバＩＣ１３２にアクチュエータ指示信号（第２指示信号）を直接出力して、検出対象を特定する。このアクチュエータ指示信号は、ドライバＩＣ１３２に対して、駆動部１０１からのアクチュエータ指示信号とほぼ逆のスイッチ切替動作を指示する。さらに、検出部１０３は、検出信号が示す残留振動の各指標と振動情報記憶部１０２に記憶された振動情報とを比較し、検出された残留振動を特定する。評価に基づく回復処理に際して、検出部１０３は、性能回復指令を駆動部１０１に出力する。回復処理は、駆動部１０１や後述のヘッド加圧制御１０４と協働して行われる。
【００４４】
ヘッド加圧制御１０４は、主にポンプ１４２の駆動を制御する。ポンプ１４２が駆動されると、インクカートリッジ４０からヘッド２へと、インクが強制的に流入することになる。
【００４５】
ドライバＩＣ１３２は、図８及び図９に示すように、３つのスイッチ回路１３２ａ、１３２ｂ及び１３３を含む。スイッチ回路１３２ａは、駆動対象のアクチュエータ１２０ａを選択する。スイッチ回路１３２ｂは、検出対象のアクチュエータ１２０ａを選択する。スイッチ回路１３３は、共通電極１２４の筐体１ａに対する電気的接続状態を切り替える。
【００４６】
制御系の制御内容を説明する。例えば、画像データに基づいて画像形成を行う場合、ヘッド制御系（ヘッド２を制御する制御系）が機能する。ヘッド制御系には、駆動部１０１に加えて、ドライバＩＣ１３２が含まれる。画像形成に際して、外部から印刷指令が入力されると、駆動部１０１は、駆動信号及びアクチュエータ指示信号（第１指示信号）を生成する。両信号は、画像データに基づいて生成される。このとき、駆動信号は、吐出駆動信号であって、選択されたアクチュエータ１２０ａに供給される。信号の供給は、印字周期毎に行われ、用紙Ｐの搬送に同期している。
【００４７】
ここで、ドライバＩＣ１３２は、アクチュエータ指示信号に従って、アクチュエータ１２０ａを選択する。この選択動作には、アクチュエータ１２０ａについて、検出系回路（検出部１０３）の切り離しと駆動系回路（駆動部１０１）の選択的接続が含まれる。ドライバＩＣ１３２は、図８（ｂ）に示すように、検出対象選択用のスイッチ回路１３２ｂを全て開放する。また、図８（ａ）に示すように、スイッチ回路１３３を接地状態に切り替えると共に、指示されたスイッチ回路１３２ａのみをオン（接続状態）に切り替える。これにより、吐出駆動信号は、選択されたアクチュエータ１２０ａのみに供給可能となる。このアクチュエータ１２０ａに対応する吐出口１４ａからインク滴が吐出され、用紙Ｐ上に画像を構成する画素（ドット）が形成されることになる。
【００４８】
振動検出に係わる制御内容を説明する。このとき、ヘッド制御系に加え、振動情報記憶部１０２、検出部１０３（性能判定手段）及びヘッド加圧制御１０４等が協働して動作する。振動検出動作は、インクの振動、その検出、及び検出結果に基づく回復処理の順に進む。
【００４９】
まず、インクの振動に際しては、検出部１０３が、駆動部１０１を通してドライバＩＣ１３２を制御する。検出部１０３は、駆動部１０１に検出駆動指令を出力する。この検出駆動指令は、検出対象となるアクチュエータ１２０ａにメニスカス振動用の駆動信号を供給するように指示するものである。これを受けて、駆動部１０１は、ドライバＩＣ１３２へと駆動信号及びアクチュエータ指示信号を出力する。この場合、駆動信号は、不吐出駆動信号である。その結果、検出対象となるアクチュエータ１２０ａが、インクを吐出させない程度に駆動される。このとき、各スイッチ回路１３２ａ、１３２ｂ、１３３の動作は、上述の画像形成時と同様である。これにより、そのアクチュエータ１２０ａに対応する個別インク流路１４内のインクに圧力が印加され、インクに振動が発生する。
【００５０】
その直後、振動検出動作は、振動動作を停止し、振動の検出に移る。検出部１０３は、アクチュエータ指示信号（第２指示信号）を出力して、検出対象のアクチュエータ１２０ａを指示する。この信号の出力先は、ドライバＩＣ１３２である。ドライバＩＣ１３２は、図９（ａ）に示すように、スイッチ回路１３３を開放状態にすると共に、スイッチ回路１３２ａを全てオフにする。一方、ドライバＩＣ１３２は、図９（ｂ）に示すように、アクチュエータ指示信号が指示するスイッチ回路１３２ｂのみをオンにする。このとき、アクチュエータ１２０ａは、駆動系回路から切り離されて駆動が停止するとともに、検出系回路と選択的に接続される。共通電極１２４は、電気的に浮いた状態となり、他の導体から絶縁される。これにより、そのスイッチ回路１３２ｂを通じて、個別電極１２３及び検出電極１２５間に発生した電圧が、検出信号として検出部１０３へと出力される。アクチュエータ１２０ａの駆動停止後でも、インクの振動は減衰しながらも続く。この検出信号は、インク内の残留振動を反映した信号であって、残留振動の時間変化を示している。
【００５１】
検出部１０３は、検出信号が示す振動の周期や振幅と、振動情報記憶部１０２に記憶された正常値とを比較し、インクの残留振動に異常があるか否かを判定する。このように、検出部１０３は、周期や振幅に関して検出値を所定値と比較する比較手段として機能する。インクの残留振動に異常が生じる原因には、例えば、個別インク流路１４内に気泡が生じている場合や、吐出口１４ａ付近のインクの粘度が増加している場合がある。前者の場合には正常値と比べて、振動の周期が小さくなると共に、振幅が小さくなる。後者の場合には正常値と比べて、残留振動の周期が大きくなると共に、振幅が小さくなる。これに基づき、検出部１０３は、検出値が正常値から変化している場合に、インクの残留振動に異常がある、つまり、吐出口１４ａからのインクの吐出性能に異常があると判定する。
【００５２】
検出部１０３は、吐出性能に異常があると判定した場合、異常を解消するための性能回復処理を実行する。例えば、残留振動の周期が正常値より小さい場合、検出部１０３は、性能回復指令をヘッド加圧制御部１０４に出力する。この性能回復指令には、吐出性能に異常があるヘッド２を示す情報が含まれている。ヘッド加圧制御部１０４は、性能回復指令が入力されると、ポンプ１４２を制御する。これにより、インクカートリッジ４０からヘッド２に対して、インクが強制的に送り込まれる。ヘッド２からは、インクと共に気泡が排出され、吐出性能が回復する。
【００５３】
一方、残留振動の周期が正常値より大きい場合、検出部１０３は、別の性能回復指令を駆動部１０１に出力する。この性能回復指令には、増粘が生じた吐出口１４ａや対応するアクチュエータ１２０ａを示す情報が含まれている。性能回復指令が入力されると、駆動部１０１は、アクチュエータ指示信号及び駆動信号を生成する。アクチュエータ指示信号は、ドライバＩＣ１３２に出力される。駆動信号は、吐出駆動信号であって、ドライバＩＣ１３２を介して選択されたアクチュエータ１２０ａに出力される。ここで、吐出駆動信号は、吐出口１４ａ付近の増粘インクを排出するための信号であって、画像形成時の吐出駆動信号とは異なる。これにより、吐出口１４ａ付近の増粘したインクが吐出されるため、吐出性能が回復する。
【００５４】
なお、このように周期の大小で吐出性能の異常の原因を切り分けるのではなく、振幅の変化の仕方により切り分けてもよい。例えば、振幅の減衰率の正常値と比べて早く又は遅く振幅が変化することに基づいて切り分けてもよい。また、周期の大小と振幅の変化の仕方との両方を評価することにより切り分けてもよい。
【００５５】
以上説明した本実施形態によると、個別電極１２３及び検出電極１２５間の電位差を検出することにより、インクの吐出性能を適切に判定し、各種の回復処理を実行することができる。一方、このような装置による自動処理ではなく、例えば、印刷画像の異常に基づいてプリンタ１のユーザに対処を求めるなどの場合、ユーザの負担が大きい。本実施形態では、装置側で吐出性能の判定のみならず、回復処理までなされるため、ユーザの負担を大幅に低減できる。
【００５６】
また、検出電極１２５が、個別電極１２３及び共通電極１２４とは別途、設けられているので、個別電極１２３と検出電極１２５との電位差を検出することにより、駆動圧電層１２１よりも個別インク流路１４に近い検出圧電層１２２の振動を検出することができる。本実施形態では、検出圧電層１２２と圧力室１６とを隔てるのが検出電極１２５のみであるため、検出圧電層１２２が個別インク流路１４に特に近い。これにより、インクの残留振動を精度良く検出することができる。
【００５７】
また、検出電極１２５が、圧力室１６の開口１６ａを覆い、圧電層とインクとを隔てていることにより、インクが圧電層へと浸透してこれを腐食するのを防止できる。さらに、検出電極１２５がなく圧電層が露出している場合と比べて検出電極１２５により圧電層が保護されているため、アクチュエータユニット１２０を流路ユニット１２に貼り合わせる際、異物をかみ込んで圧電層にクラックが発生するのが抑制される。
【００５８】
また、本実施形態においては、吐出性能を判定する際にまず、アクチュエータ１２０ａに不吐出駆動信号を供給する。したがって、性能を判定する際にインクを吐出しないため、インクの消費が抑制される。
【００５９】
また、インクの残留振動を検出する際は、個別電極１２３と検出電極１２５の間に配置された共通電極１２４を、スイッチ回路１３３が、接地された状態から開放された状態に切り替える。一方、共通電極１２４が常時接地された状態であったり、何らかの定電位に保持されたりしていると、検出圧電層１２２において発生した電圧が個別電極１２３と検出電極１２５の間の電位差に反映されず、インクの残留振動を適切に検出できないおそれがある。これに対して、本実施形態では、共通電極１２４が接地から開放されることにより、検出圧電層１２２の電圧を検出電圧に適切に反映させることができ、インクの残留振動を適切に検出できる。
【００６０】
また、本実施形態では、アクチュエータ１２０ａごとにインクの残留振動を検出できるので、上記の通り、異常が発生したヘッド２や個別インク流路１４ごとに回復処理を実行できる。したがって、正常なヘッド２や個別インク流路１４に対してインク排出やインク吐出などの不要な回復処理を実行する必要がなく、無駄に電力を消費したりインクを消費したりするのが回避される。
【００６１】
以下、上述の実施形態に係る各種変形例について説明する。第１〜第３の変形例は、アクチュエータユニット１２０に係るものである。第１の変形例に係るアクチュエータユニット２２０は、図１０（ａ）に示すように、上述のアクチュエータユニット１２０において、共通電極１２４と検出圧電層１２２の間に、追加の圧電層２２３が介在したものである。このような場合も、個別電極１２３と検出電極１２５の間の電位差を検出することにより、検出圧電層１２２に発生する、インクの残留振動に由来する電圧を検出することができる。なお、圧電層２２３は分極されていてもいなくてもよい。つまり、インク振動の検出に係る圧電層であってもなくてもよい。
【００６２】
第２の変形例に係るアクチュエータユニット３２０は、図１０（ｂ）に示すように、上述のアクチュエータユニット１２０において、検出圧電層１２２と流路ユニット１２の上面１２ｘの間に、追加の圧電層３２３が介在したものである。このような場合も、個別電極１２３と検出電極１２５の間の電位差を検出することにより、検出圧電層１２２に発生する、インクの残留振動に由来する電圧を検出することができる。また、駆動圧電層１２１より流路ユニット１２に近い検出圧電層１２２に発生する電圧を検出するため、駆動圧電層１２１の電圧を検出する場合より、インクの残留振動を精度良く検出できる。なお、圧電層３２３は分極されていてもいなくてもよいし、圧電層の代わりに金属製の振動板であってもよい。
【００６３】
第３の変形例に係るアクチュエータユニット４２０は、図１０（ｃ）に示すように、個別電極４２３が駆動圧電層１２１と検出圧電層１２２の間に配置され、共通電極４２４が駆動圧電層１２１の上面に形成されたものである。共通電極４２４は、駆動圧電層１２１の上面に配置されたランド１２６の周囲を避けるような形状に形成されている。個別電極４２３は、個別電極１２３と同様の平面形状を有しており、圧力室１６に対しても同様に配置されている。一方、延出部１２３ｂに対応する延出部４２３ａの先端とランド１２６とは、駆動圧電層１２１を貫通する配線４２６によって電気的に接続されている。この変形例では、個別電極４２３と検出電極１２５の間の電位差に対して、駆動圧電層１２１において発生する電圧が寄与しない。このため、駆動圧電層１２１自身に残留した振動が検出結果にノイズとして表れることが抑制され、インクの残留振動を精度良く検出できる。なお、この変形例では、共通電極４２４が個別電極４２３と検出電極１２５に挟まれていないため、共通電極４２４が常時接地されていてもよい。
【００６４】
以上の第１〜第３の変形例に示すように、本発明は様々な構成のアクチュエータユニットに適用可能である。ただし、検出圧電層１２５は、駆動電極となる個別電極及び共通電極のいずれよりも流路ユニット１２側に配置されている必要がある。
【００６５】
第４の変形例は、アクチュエータ１２０ａに吐出駆動信号を供給した直後に吐出性能を判定するものである。上述の実施形態は、不吐出駆動信号を供給した直後に判定するものであるが、例えば、画像データに基づいて用紙Ｐ上に画像を形成する印刷処理期間内に、吐出性能を判定してもよい。印刷処理期間内には、ある吐出口１４ａから画像を形成するためにインクを吐出した後、所定の期間、その吐出口１４ａからインクを吐出しない場合がある。このような不吐出期間、つまり、あるアクチュエータ１２０ａに関して、吐出駆動信号を供給してから次に吐出駆動信号を供給するまでの不吐出期間が所定の長さ以上となる場合に、検出部１０３が、当該不吐出期間内にそのアクチュエータ１２０ａから出力される検出信号に基づいて吐出性能を判定してもよい。検出部１０３は、画像データに基づいて不吐出期間を取得し、以上の処理を実行する。なお、「所定の長さ」は、複数の連続する印字周期に跨る期間であってもよいし、１つの印字周期に相当する期間であってもよい。ここで、印字周期とは、副走査方向に関して１ドットに相当する距離だけ用紙Ｐが搬送されるのに要する時間に相当する。
【００６６】
本実施の形態では、画像データに基づくインク吐出に、複数のパルスで構成された吐出信号が用いられる。次の吐出動作に影響を及ぼさないように、吐出信号の最後はインクの振動を抑制するキャンセルパルスで構成される。ここで、第４の変形例において、検出の感度を向上する観点から、振動検出に関与する吐出駆動信号にはキャンセルパルスを含めないことがよい。また、残留振動にノイズを含めないという観点から、振動検出に関与する吐出駆動信号として、１つの吐出パルスのみで構成された信号が選択されるとよい。
【００６７】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。
【００６８】
例えば、上述の実施形態では、吐出性能の回復処理の１つとして、ヘッド２内のインクを加圧するポンプ１４２が使用されている。しかし、吐出口１４ａ側からインクを吸引する手段が用いられてもよい。例えば、吐出面２ａを被覆するキャッピング手段を設けると共に、キャッピング手段と被覆された吐出面２ａとの間の空気を吸引するポンプを設けてもよい。また、上述の実施形態では、回復処理の１つとしてアクチュエータ１２０ａに吐出駆動信号を供給するが、不吐出駆動信号を供給してもよい。これにより、吐出口１４ａ付近のインクが振動し、粘度が低くなる。
【００６９】
また、上述の実施形態では、吐出性能を判定した結果に基づいてその回復処理を実行している。しかし、例えば、プリンタ１の前面パネルに設けられたディスプレイに判定結果を表示することにより、ユーザに対して吐出性能の異常に対処するよう促してもよい。
【００７０】
本発明に係る液体吐出ヘッドは、プリンタに限定されず、ファクシミリやコピー機等の液体吐出装置に適用可能である。また、液体吐出装置に適用される液体吐出ヘッドの数は４に限定されず、１以上であればよい。液体吐出ヘッドは、ライン式に限定されず、シリアル式でもよい。さらに、本発明に係る液体吐出ヘッドは、インク以外の液体を吐出してもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１ インクジェット式プリンタ（プリンタ）
２ インクジェットヘッド（ヘッド）
１２ 流路ユニット
１４ 個別インク流路
１４ａ 吐出口
１６ 圧力室
１６ａ 圧力室の開口
１００ 制御部
１０１ 駆動部
１０３ 検出部
１０４ ヘッド加圧制御部
１２０ アクチュエータユニット
１２０ａ アクチュエータ
１２１ 駆動圧電層
１２２ 検出圧電層
１２３ 個別電極
１２４ 共通電極
１２５ 検出電極
１３２ ドライバＩＣ
１３３ スイッチ回路
１４２ ポンプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電層を含むアクチュエータを有する液体吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１の液滴吐出装置は、圧電アクチュエータが振動板を変位させ、キャビティ内のインクに圧力を与えるものである。特許文献１では、この圧電アクチュエータを駆動させる駆動電極間に生じる電位の変化を検出することにより、振動板の残留振動を検出し、インク滴の吐出異常を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３０５９９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
引用文献１では、駆動電極間の電位の変化、つまり、駆動電極に挟まれた圧電層に発生する振動を検出している。一方、この圧電層とキャビティとの間には金属製の振動板が介在しており、キャビティ内のインクの振動は振動板を通じて圧電層へと伝達される。したがって、駆動電極間に挟まれた圧電層の振動を検出するのでは、キャビティ内のインクの振動を精度良く検出しにくい。
【０００５】
本発明の目的は、液体流路内の液体における振動を精度良く検出できる液体吐出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の観点によると、液体を吐出する吐出口と前記吐出口に液体を供給する液体流路とを有し、前記液体流路の一部が表面に開口した流路ユニットと、電圧を変形の力に変換する駆動圧電層と変形を電圧に変換する検出圧電層とを含み、前記液体流路の開口を跨ぐように前記表面に積層された複数の圧電層と、前記圧電層の積層方向に関して、前記駆動圧電層を挟む第１及び第２の駆動電極並びに前記検出圧電層を前記第１及び第２の駆動電極との間に挟む検出電極とを有し、前記第１及び第２の駆動電極間に供給される駆動信号に基づいて前記液体流路の液体に圧力を印加するアクチュエータと、前記駆動信号を前記アクチュエータに供給する駆動信号供給手段と、前記第１及び第２の駆動電極のいずれかと前記検出電極との電位差を検出する電位差検出手段と、前記駆動信号供給手段に前記アクチュエータへと前記駆動信号を供給させると共に、前記電位差検出手段が検出した電位差に基づいて、前記吐出口の吐出性能を判定する性能判定手段とを備え、前記駆動信号供給手段は、前記吐出口から液体が吐出される程度に前記第１及び第２の駆動電極間の電位差を変化させる吐出駆動信号と、前記吐出口から液体が吐出されない程度に前記第１及び第２の駆動電極間の電位差を変化させる不吐出駆動信号とを選択的に前記アクチュエータに供給し、前記複数の圧電層のうち、前記駆動圧電層が最も前記流路ユニットから離隔して積層され、前記検出圧電層が前記第１及び第２の駆動電極のいずれよりも前記流路ユニットの近くに積層されている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によると、２つの駆動電極とは別途、検出電極を設けており、駆動電極と検出電極との電位差を検出することにより、駆動圧電層よりも液体流路に近い検出圧電層の振動を検出することができる。これにより、駆動圧電層の振動を検出する場合よりも、液体流路内の振動を精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係るインクジェットヘッドが適用されるインクジェットプリンタの内部構造を示す概略側面図である。
【図２】図１においてインクカートリッジからヘッドへとインクを供給するインク供給部の構成を示す模式図である。
【図３】図１のインクジェットヘッドの下部構造である流路ユニットの平面図である。
【図４】図３の二点鎖線ＩＶの範囲の拡大図である。
【図５】図４の流路ユニットにおけるＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】図６（ａ）は図５のアクチュエータユニット付近の拡大図である。図６（ｂ）は個別電極及びランドの平面図である。
【図７】制御系の構成を示すブロック図である。
【図８】図８（ａ）は、駆動部からドライバＩＣを介してアクチュエータへと駆動信号を供給する制御系の構成及びその状態に対応する模式的回路図である。図８（ｂ）は、駆動信号が供給される際のアクチュエータ、ドライバＩＣ及び検出部の構成及びその状態に対応する模式的回路図である。
【図９】図９（ａ）は、検出信号が出力される際のアクチュエータ、ドライバＩＣ及び駆動部の構成及びその状態に対応する模式的回路図である。図９（ｂ）は、アクチュエータからドライバＩＣを介して駆動部へと検出信号を出力する制御系の構成及びその状態に対応する模式的回路図である。
【図１０】第１〜第３の変形例に係るアクチュエータユニット及び流路ユニットの図６（ａ）に対応する縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１０】
先ず、図１を参照し、本発明の一実施形態に係るインクジェットヘッド２が適用されるインクジェット式プリンタ１の全体構成について説明する。
【００１１】
プリンタ１は、直方体形状を有する導体の筐体１ａを有する。プリンタ１内の部品の一部は、筐体１ａと電気的に接続されて基準電位にある。以下、このように基準電位とされることを「接地」と呼ぶ。筐体１ａの天板上部には、排紙部３１が設けられている。以下の説明上、筐体１ａの内部空間を上から順に空間Ａ，Ｂ，Ｃと区分する。空間Ａ及びＢは、排紙部３１に連なる用紙搬送経路が形成された空間である。空間Ａでは、用紙Ｐの搬送と用紙Ｐへの画像の記録が行われる。空間Ｂでは、給紙に係る動作が行われる。空間Ｃには、インク供給源としてのインクカートリッジ４０が収容されている。
【００１２】
空間Ａには、４つのインクジェットヘッド２、インクカートリッジ４０からのインクをヘッド２へと供給するインク供給部１４０、用紙Ｐを搬送する搬送ユニット２１、用紙Ｐをガイドするガイドユニット等が配置されている。空間Ａ内には、これらの機構を含めたプリンタ１各部の動作を制御して、プリンタ１全体の動作を司る制御部１００が配置されている。
【００１３】
制御部１００は、外部から供給された画像データに基づいて、用紙Ｐに画像が記録されるよう、記録に係わる準備動作、用紙Ｐの供給・搬送・排出動作、用紙Ｐの搬送に同期したインク吐出動作、吐出性能の回復維持動作等を制御する。
【００１４】
制御部１００は、演算処理装置であるＣＰＵ（Central Processing Unit）に加えて、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory：不揮発性ＲＡＭを含む）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit ）、Ｉ／Ｆ（Interface）、Ｉ／Ｏ（Input/Output Port）等を有する。ＲＯＭには、ＣＰＵが実行するプログラム、各種固定データ等が記憶されている。ＲＡＭには、プログラム実行時に必要なデータ（例えば画像データ）が一時的に記憶される。ＡＳＩＣでは、画像データの書き換え、並び替え等（信号処理や画像処理）が行われる。Ｉ／Ｆは、上位装置とのデータ送受信を行う。Ｉ／Ｏは、各種センサの検出信号の入力／出力を行う。後述の図７に示す制御系の構成は、これらのハードウェアやＲＯＭ等に格納されたソフトウェアが互いに協働することにより構築されている。あるいは、図７に示す機能部の機能に特化した専用回路等が適宜設けられていてもよい。
【００１５】
各ヘッド２は、主走査方向（第２方向）に長尺な略直方体形状を有するラインヘッドである。４つのヘッド２は、副走査方向に所定ピッチで並び、ヘッドフレーム３を介して筐体１ａに支持されている。ヘッド２は、流路ユニット１２及び４つのアクチュエータユニット１２０（図３参照）を含む。画像記録に際して、８つのヘッド２の下面（吐出面２ａ）からはそれぞれマゼンタ、シアン、イエロー、ブラックのインクが吐出される。ヘッド２のより具体的な構成については後に詳述する。
【００１６】
搬送ユニット２１は、図１に示すように、ベルトローラ６，７及び両ローラ６，７間に巻回されたエンドレスの搬送ベルト８に加え、搬送ベルト８の外側に配置されたニップローラ４及び剥離プレート５、搬送ベルト８の内側に配置されたプラテン９等を有する。
【００１７】
ベルトローラ７は、駆動ローラであって、搬送モータ１９の駆動により、図１中時計回りに回転する。ベルトローラ７の回転に伴い、搬送ベルト８が図１中の太矢印方向に走行する。ベルトローラ６は、従動ローラであって、搬送ベルト８の走行に伴って、図１中時計回りに回転する。ニップローラ４は、ベルトローラ６に対向配置され、上流側ガイド部（後述）から供給された用紙Ｐを搬送ベルト８の外周面８ａに押さえつける。剥離プレート５は、ベルトローラ７に対向配置され、用紙Ｐを外周面８ａから剥離して下流側ガイド部（後述）へと導く。プラテン９は、４つのヘッド２に対向配置され、搬送ベルト８のループ上部を内側から支える。これにより、外周面８ａとヘッド２の吐出面２ａとの間に、画像記録に適した所定の間隙が形成される。
【００１８】
ガイドユニットは、搬送ユニット２１を挟んで配置された、上流側ガイド部及び下流側ガイド部を含む。上流側ガイド部は、２つのガイド２７ａ，２７ｂ及び一対の送りローラ２６を有する。当該ガイド部は、給紙ユニット１ｂ（後述）から搬送ユニット２１までの搬送路に沿っている。下流側ガイド部は、２つのガイド２９ａ，２９ｂ及び二対の送りローラ２８を有する。当該ガイド部は、搬送ユニット２１から排紙部３１までの搬送路に沿っている。
【００１９】
空間Ｂには、給紙ユニット１ｂが配置されている。給紙ユニット１ｂは、給紙トレイ２３及び給紙ローラ２５を有し、給紙トレイ２３が筐体１ａに対して着脱可能である。給紙トレイ２３は、上方に開口する箱であり、複数種類のサイズの用紙Ｐを収納する。給紙ローラ２５は、給紙トレイ２３内で最も上方にある用紙Ｐを送り出し、上流側ガイド部に供給する。
【００２０】
空間Ａ及びＢには、上述のように、給紙ユニット１ｂから搬送ユニット２１を介して排紙部３１に至る用紙搬送経路が形成されている。制御部１００が記録指令に基づいて給紙ローラ２５、送りローラ２６、２８、搬送モータ１９等を駆動すると、まず、給紙トレイ２３から用紙Ｐが送り出される。この用紙Ｐは、送りローラ２６によって、搬送ユニット２１に供給される。用紙Ｐが各ヘッド２の真下を副走査方向に通過する際、各吐出面２ａからインクが吐出されて、用紙Ｐ上にカラー画像が記録される。用紙Ｐは、その後剥離プレート５により剥離され、２つの送りローラ２８によって上方に搬送される。さらに用紙Ｐは、上方の開口３０から排紙部３１に排出される。
【００２１】
なお、副走査方向とは、搬送ユニット２１による用紙Ｐの搬送方向と平行な方向であり、主走査方向とは、水平面に平行且つ副走査方向に直交する方向である。
【００２２】
空間Ｃには、インクユニット１ｃが筐体１ａに対して着脱可能に配置されている。インクユニット１ｃは、カートリッジトレイ３５、及び、トレイ３５内に並んで収納された４つのカートリッジ４０を有する。各カートリッジ４０は、インクチューブを介して、対応するヘッド２にインクを供給する。
【００２３】
次に、図２〜図６を参照し、ヘッド２及びインク供給部１４０の構成についてより詳細に説明する。なお、図３では、アクチュエータユニット１２０の下側にあって点線で示すべき圧力室１６及びアパーチャ１５を実線で示している。
【００２４】
インク供給部１４０は、図２に示すように、インクカートリッジ４０とヘッド２とを接続する。インク供給部１４０は、ヘッド２ごとに設けられ、インクチューブ１４１と、その途中に設けられたポンプ１４２（排出手段）とを含む。ポンプ１４２は、インクカートリッジ４０からインクを強制的にヘッド２へと流入させ、ヘッド２内のインクを加圧する。これにより、ヘッド２のインク流路内に気泡などの異物がある場合に、その異物をインクと共にヘッド２から排出することが可能である。印刷処理時や待機時など、通常の状況においては、ポンプ１４２が停止されている。このとき、ポンプ１４２は流路の一部を構成し、ヘッド２でインクが消費されれば、インクカートリッジ４０のインクがインクチューブ１４１を通じて自然にヘッド２へと供給される。このとき、ポンプ１４２は、インクの流通可能な状態で停止されている。
【００２５】
ヘッド２は、図２及び図３に示すように、リザーバユニット１１、流路ユニット１２、及び、アクチュエータユニット１２０を有している。リザーバユニット１１の内部にはインク流路３３が形成されており、インク流路３３とインクカートリッジ４０とはインク供給部１４０を介して連通している。インク流路３３は、下方に向かって複数の流出流路３３ａに分岐している。流出流路３３ａは、リザーバユニット１１の下面に開口している。
【００２６】
流路ユニット１２は、略同一サイズの矩形状の９枚の金属プレート１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ，１２ｈ，１２ｉ（図５参照）を互いに接着した積層体である。図３に示すように、流路ユニット１２の上面１２ｘには、開口１２ｙが形成されている。開口１２ｙは、流出流路３３ａの開口と接続し、インク流路３３と連通している。流路ユニット１２の内部には、開口１２ｙから吐出口１４ａに繋がるインク流路が形成されている。当該インク流路は、図３〜図５に示すように、開口１２ｙを一端とするマニホールド流路１３、マニホールド流路１３から分岐した副マニホールド流路１３ａ、及び、副マニホールド流路１３ａの出口から圧力室１６を介して吐出口１４ａに至る個別インク流路１４を含む。
【００２７】
個別インク流路１４は、吐出口１４ａごとに形成されており、図５に示すように、流路抵抗調整用の絞りとして機能するアパーチャ１５、及び、上面１２ｘに開口した圧力室１６を含む。圧力室１６の開口は、図４〜図６に示すように、ほぼ菱形形状である。圧力室１６は、上面１２ｘにおいてマトリクス状に多数配置され、計８つの圧力室群を構成している。各圧力室群は、平面視でほぼ台形状の領域を占める。吐出口１４ａも、圧力室１６と同様に配置され、計８つの吐出口群を構成している。
【００２８】
アクチュエータユニット１２０は、図３に示すように、それぞれ台形の平面形状を有し、上面１２ｘにおいて２列の千鳥状に配置されている。各アクチュエータユニット１２０は、図４に示すように、圧力室群（吐出口群）の占める台形領域上に配置されている。サイズは、圧力室群や吐出口群の閉める領域より若干大きい。
【００２９】
アクチュエータユニット１２０には、制御部１００からの制御指令に基づいて、ドライバＩＣ１３２（駆動信号供給手段）から駆動信号が供給される。制御部１００、ドライバＩＣ１３２及びアクチュエータユニット１２０は、ＦＰＣ１３１によって互いに接続されている。ＦＰＣ１３１は、アクチュエータユニット１２０ごとに設けられた平型柔軟基板であり、ドライバＩＣ１３２が実装されている。ＦＰＣ１３１には、後述のアクチュエータ１２０ａへの駆動信号や、アクチュエータ１２０ａからの検出信号等を伝送する各種の配線が形成されている。ＦＰＣ１３１の一端は、接続端子が設けられており、アクチュエータユニット１２０と接続されている。
【００３０】
次に、図６及び図７を参照し、アクチュエータユニット１２０の構成についてより詳細に説明する。
【００３１】
アクチュエータユニット１２０は、図６（ａ）に示すように、上から順に、個別電極１２３、駆動圧電層１２１、共通電極１２４、検出圧電層１２２及び検出電極１２５が流路ユニット１２の上面１２ｘに積層された積層体である。なお、個別電極１２３及び共通電極１２４が、本発明における第１及び第２の駆動電極と順不同に対応する。各アクチュエータユニット１２０は、１つの圧力室群に含まれる全ての圧力室１６に対向しつつこれらに跨って配置されている。
【００３２】
駆動圧電層１２１及び検出圧電層１２２は、平面視で、互いに同一の大きさ及び台形形状を有しており、アクチュエータユニット１２０の平面形状を画定している。駆動圧電層１２１及び検出圧電層１２２は共に、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックスからなるシート状部材である。駆動圧電層１２１及び検出圧電層１２２は、いずれも、積層体の積層方向と同じ方向に分極されている。本実施形態において、駆動圧電層１２１及び検出圧電層１２２は、互いにほぼ同じ厚み（１５μｍ）を有している。
【００３３】
共通電極１２４は検出圧電層１２２の上面全体に亘って形成され、検出電極１２５は検出圧電層１２２の下面全体に亘って形成されている。個別電極１２３、共通電極１２４及び検出電極１２５は、いずれもＡｕ（金）からなり、ほぼ１μｍの厚みを有する。共通電極１２４は、図６に示されていない領域において、スイッチ回路１３３に接続されている（図８参照）。スイッチ回路１３３は、共通電極１２４が筐体１ａと接続されて接地された接地状態と、筐体１ａとの接続から開放され、筐体１ａ及びその他の導体から電気的に絶縁された開放状態とを選択的に取る。スイッチ回路１３３の状態の切り替えは、ドライバＩＣ１３２によってなされる。つまり、ドライバＩＣ１３２は、本発明におけるスイッチ制御手段として機能する。
【００３４】
検出電極１２５は常時、接地されている（図８参照）。検出電極１２５は、流路ユニット１２の上面１２ｘに接着されており、圧力室１６を封止している。検出電極１２５は、図６に示されていない領域において、ＦＰＣ１３１の配線と接続されている。この配線は、ドライバＩＣ１３２を介して、後述の検出部１０３と接続されている。
【００３５】
個別電極１２３は、圧力室１６と同様に、マトリクス状に配置されている。各個別電極１２３は、図６（ｂ）に示すように、主部１２３ａ及び延出部１２３ｂから構成されている。主部１２３ａは、平面視において圧力室１６と相似な菱形形状を有しており、圧力室１６内に、これより一回り小さく形成されている。延出部１２３ｂは、主部１２３ａの一方の鋭角部から延出されている。延出部１２３ｂの先端は圧力室１６の外側に配置されている。
【００３６】
延出部１２３ｂの先端には、ランド１２６が形成されている。ランド１２６は、Ａｇ−Ｐｄ（銀パラジウム）、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）等の導電性材料からなり、本実施形態ではＡｇ−Ｐｄからなる。ランド１２６は、直径がほぼ１３０μｍの円柱状であり、その上端面は駆動圧電層１２１の上面からほぼ１０μｍ高い位置にある。ランド１２６は、上面に形成されたバンプ（図示せず）を介して、ＦＰＣ１３１の接続端子と接続されている。ドライバＩＣ１３２からの駆動信号は、ＦＰＣ１３１を介してランド１２６から個別電極１２３へと供給される。
【００３７】
アクチュエータユニット１２０は、ドライバＩＣ１３２から駆動信号が供給されると、圧力室１６内のインクに圧力を印加する。このとき機能する圧電層が駆動圧電層１２１である。本実施形態では、駆動電極である個別電極１２３及び共通電極１２４が、駆動圧電層１２１のみを挟んでいる。検出圧電層１２２は、駆動用には使用されない。駆動圧電層１２１は、電圧がかかると変形する。つまり、電圧を変形力（インクに対する加圧力）に変換する。駆動圧電層１２１において分極方向と電界の方向が同じならば、個別電極１２３と対向する部分が、厚み方向（積層方向）に伸びると共に面方向に縮む。一方、検出電極１２５を共通電極１２４と等電位に保つ場合、検出圧電層１２２は、自発的には変形しない。したがって、個別電極１２３と対向する領域において、駆動圧電層１２１と検出圧電層１２２との間には、歪み差が発生する。この際、個別電極１２３と圧力室１６とで挟まれた領域が、圧力室１６に向かって凸状に変形（ユニモルフ変形）する。このような変形は、個別電極１２３ごとに、つまり圧力室１６ごとに実行可能である。
【００３８】
このように、アクチュエータユニット１２０は、圧力室１６ごとに駆動可能な個別のアクチュエータ１２０ａを有している。このアクチュエータ１２０ａをそれぞれ駆動することにより、圧力室１６の容積が変化する。このときインクに印加されたエネルギーが所定の大きさ以上になると、その圧力室１６に対応する吐出口１４ａからインクが吐出される。
【００３９】
本実施形態のアクチュエータ１２０ａは、上記の機能と共に、個別インク流路１４内のインクに生じた振動を検出する機能も有している。インクに生じた振動は、検出電極１２５を介して検出圧電層１２２に伝わる。このとき、検出圧電層１２２は、インクの振動に応じて変形し、分極方向に電圧を誘起する。つまり、変形を電圧に変換する。このとき、駆動圧電層１２１も、検出圧電層１２２と共に変形し、同様に電圧を誘起する。これにより、個別電極１２３と検出電極１２５との間には、電位差が発生する。この電位差は、両圧電層１２１、１２２で生じた電圧の和に相当する。この電位差の変化を取得することにより、アクチュエータ１２０ａの振動、つまりは個別インク流路１４内のインクの振動を検出することができる。検出された電位差を示す検出信号は、ＦＰＣ１３２を介してドライバＩＣ１３２へと出力される。この出力信号は、さらに後述の検出部１０３へと出力される。このように、ドライバＩＣ１３２は、個別電極１２３及び検出電極１２５間の電位差を検出する電位差検出手段でもある。
【００４０】
以下、インクの振動検出に係わる制御系の構成及び制御内容について、図７〜図９を参照しつつ説明する。本制御系は、制御部１００の一部を構成し、図７に示すように、駆動部１０１、振動情報記憶部１０２、検出部１０３（性能判定手段）及びヘッド加圧制御１０４等から構成される。
【００４１】
駆動部１０１は、印刷指令、検出駆動指令及び性能回復指令に基づいて、アクチュエータ指示信号と駆動信号とを生成する。アクチュエータ指示信号は、ドライバＩＣ１３２を駆動する信号であって、駆動信号が供給されるべきアクチュエータ１２０ａが選択される。駆動信号は、アクチュエータユニット１２０を駆動する信号であって、ドライバＩＣ１３２で選択されたアクチュエータ１２０ａに供給される。駆動信号には、吐出駆動信号と不吐出駆動信号とがある。吐出駆動信号は、駆動電極１２３、１２４間に印加されると、吐出口１４ａからインクが吐出される。不吐出駆動信号は、駆動電極１２３、１２４間に印加されても、吐出口１４ａのメニスカスが振動するだけで、インクの吐出はない。本実施形態では、印刷指令及び性能回復指令に対して吐出駆動信号が使用され、検出駆動指令に対して不吐出駆動信号が使用される。
【００４２】
振動情報記憶部１０２は、個別インク流路１４におけるインクの振動に関する情報が格納されている。振動情報は、残留振動を特徴づける複数の指標（周期、振幅、振幅の減衰率等の値情報）から構成され、吐出特性が正常な場合の残留振動に関する情報である。この振動情報は、不吐出駆動信号をアクチュエータ１２０ａに供給し、対応する個別インク流路１４で生じた残留振動を予め測定し、その結果から求められた正常値（所定値）の情報である。
【００４３】
検出部１０３は、インクの振動に対して、その発生、検出と評価及び評価に基づく回復処理を制御する。振動の発生に際して、検出部１０３は、検出駆動指令を駆動部１０１に出力する。検出と評価に際して、検出部１０３は、ドライバＩＣ１３２にアクチュエータ指示信号（第２指示信号）を直接出力して、検出対象を特定する。このアクチュエータ指示信号は、ドライバＩＣ１３２に対して、駆動部１０１からのアクチュエータ指示信号とほぼ逆のスイッチ切替動作を指示する。さらに、検出部１０３は、検出信号が示す残留振動の各指標と振動情報記憶部１０２に記憶された振動情報とを比較し、検出された残留振動を特定する。評価に基づく回復処理に際して、検出部１０３は、性能回復指令を駆動部１０１に出力する。回復処理は、駆動部１０１や後述のヘッド加圧制御１０４と協働して行われる。
【００４４】
ヘッド加圧制御１０４は、主にポンプ１４２の駆動を制御する。ポンプ１４２が駆動されると、インクカートリッジ４０からヘッド２へと、インクが強制的に流入することになる。
【００４５】
ドライバＩＣ１３２は、図８及び図９に示すように、３つのスイッチ回路１３２ａ、１３２ｂ及び１３３を含む。スイッチ回路１３２ａは、駆動対象のアクチュエータ１２０ａを選択する。スイッチ回路１３２ｂは、検出対象のアクチュエータ１２０ａを選択する。スイッチ回路１３３は、共通電極１２４の筐体１ａに対する電気的接続状態を切り替える。
【００４６】
制御系の制御内容を説明する。例えば、画像データに基づいて画像形成を行う場合、ヘッド制御系（ヘッド２を制御する制御系）が機能する。ヘッド制御系には、駆動部１０１に加えて、ドライバＩＣ１３２が含まれる。画像形成に際して、外部から印刷指令が入力されると、駆動部１０１は、駆動信号及びアクチュエータ指示信号（第１指示信号）を生成する。両信号は、画像データに基づいて生成される。このとき、駆動信号は、吐出駆動信号であって、選択されたアクチュエータ１２０ａに供給される。信号の供給は、印字周期毎に行われ、用紙Ｐの搬送に同期している。
【００４７】
ここで、ドライバＩＣ１３２は、アクチュエータ指示信号に従って、アクチュエータ１２０ａを選択する。この選択動作には、アクチュエータ１２０ａについて、検出系回路（検出部１０３）の切り離しと駆動系回路（駆動部１０１）の選択的接続が含まれる。ドライバＩＣ１３２は、図８（ｂ）に示すように、検出対象選択用のスイッチ回路１３２ｂを全て開放する。また、図８（ａ）に示すように、スイッチ回路１３３を接地状態に切り替えると共に、指示されたスイッチ回路１３２ａのみをオン（接続状態）に切り替える。これにより、吐出駆動信号は、選択されたアクチュエータ１２０ａのみに供給可能となる。このアクチュエータ１２０ａに対応する吐出口１４ａからインク滴が吐出され、用紙Ｐ上に画像を構成する画素（ドット）が形成されることになる。
【００４８】
振動検出に係わる制御内容を説明する。このとき、ヘッド制御系に加え、振動情報記憶部１０２、検出部１０３（性能判定手段）及びヘッド加圧制御１０４等が協働して動作する。振動検出動作は、インクの振動、その検出、及び検出結果に基づく回復処理の順に進む。
【００４９】
まず、インクの振動に際しては、検出部１０３が、駆動部１０１を通してドライバＩＣ１３２を制御する。検出部１０３は、駆動部１０１に検出駆動指令を出力する。この検出駆動指令は、検出対象となるアクチュエータ１２０ａにメニスカス振動用の駆動信号を供給するように指示するものである。これを受けて、駆動部１０１は、ドライバＩＣ１３２へと駆動信号及びアクチュエータ指示信号を出力する。この場合、駆動信号は、不吐出駆動信号である。その結果、検出対象となるアクチュエータ１２０ａが、インクを吐出させない程度に駆動される。このとき、各スイッチ回路１３２ａ、１３２ｂ、１３３の動作は、上述の画像形成時と同様である。これにより、そのアクチュエータ１２０ａに対応する個別インク流路１４内のインクに圧力が印加され、インクに振動が発生する。
【００５０】
その直後、振動検出動作は、振動動作を停止し、振動の検出に移る。検出部１０３は、アクチュエータ指示信号（第２指示信号）を出力して、検出対象のアクチュエータ１２０ａを指示する。この信号の出力先は、ドライバＩＣ１３２である。ドライバＩＣ１３２は、図９（ａ）に示すように、スイッチ回路１３３を開放状態にすると共に、スイッチ回路１３２ａを全てオフにする。一方、ドライバＩＣ１３２は、図９（ｂ）に示すように、アクチュエータ指示信号が指示するスイッチ回路１３２ｂのみをオンにする。このとき、アクチュエータ１２０ａは、駆動系回路から切り離されて駆動が停止するとともに、検出系回路と選択的に接続される。共通電極１２４は、電気的に浮いた状態となり、他の導体から絶縁される。これにより、そのスイッチ回路１３２ｂを通じて、個別電極１２３及び検出電極１２５間に発生した電圧が、検出信号として検出部１０３へと出力される。アクチュエータ１２０ａの駆動停止後でも、インクの振動は減衰しながらも続く。この検出信号は、インク内の残留振動を反映した信号であって、残留振動の時間変化を示している。
【００５１】
検出部１０３は、検出信号が示す振動の周期や振幅と、振動情報記憶部１０２に記憶された正常値とを比較し、インクの残留振動に異常があるか否かを判定する。このように、検出部１０３は、周期や振幅に関して検出値を所定値と比較する比較手段として機能する。インクの残留振動に異常が生じる原因には、例えば、個別インク流路１４内に気泡が生じている場合や、吐出口１４ａ付近のインクの粘度が増加している場合がある。前者の場合には正常値と比べて、振動の周期が小さくなると共に、振幅が小さくなる。後者の場合には正常値と比べて、残留振動の周期が大きくなると共に、振幅が小さくなる。これに基づき、検出部１０３は、検出値が正常値から変化している場合に、インクの残留振動に異常がある、つまり、吐出口１４ａからのインクの吐出性能に異常があると判定する。
【００５２】
検出部１０３は、吐出性能に異常があると判定した場合、異常を解消するための性能回復処理を実行する。例えば、残留振動の周期が正常値より小さい場合、検出部１０３は、性能回復指令をヘッド加圧制御部１０４に出力する。この性能回復指令には、吐出性能に異常があるヘッド２を示す情報が含まれている。ヘッド加圧制御部１０４は、性能回復指令が入力されると、ポンプ１４２を制御する。これにより、インクカートリッジ４０からヘッド２に対して、インクが強制的に送り込まれる。ヘッド２からは、インクと共に気泡が排出され、吐出性能が回復する。
【００５３】
一方、残留振動の周期が正常値より大きい場合、検出部１０３は、別の性能回復指令を駆動部１０１に出力する。この性能回復指令には、増粘が生じた吐出口１４ａや対応するアクチュエータ１２０ａを示す情報が含まれている。性能回復指令が入力されると、駆動部１０１は、アクチュエータ指示信号及び駆動信号を生成する。アクチュエータ指示信号は、ドライバＩＣ１３２に出力される。駆動信号は、吐出駆動信号であって、ドライバＩＣ１３２を介して選択されたアクチュエータ１２０ａに出力される。ここで、吐出駆動信号は、吐出口１４ａ付近の増粘インクを排出するための信号であって、画像形成時の吐出駆動信号とは異なる。これにより、吐出口１４ａ付近の増粘したインクが吐出されるため、吐出性能が回復する。
【００５４】
なお、このように周期の大小で吐出性能の異常の原因を切り分けるのではなく、振幅の変化の仕方により切り分けてもよい。例えば、振幅の減衰率の正常値と比べて早く又は遅く振幅が変化することに基づいて切り分けてもよい。また、周期の大小と振幅の変化の仕方との両方を評価することにより切り分けてもよい。
【００５５】
以上説明した本実施形態によると、個別電極１２３及び検出電極１２５間の電位差を検出することにより、インクの吐出性能を適切に判定し、各種の回復処理を実行することができる。一方、このような装置による自動処理ではなく、例えば、印刷画像の異常に基づいてプリンタ１のユーザに対処を求めるなどの場合、ユーザの負担が大きい。本実施形態では、装置側で吐出性能の判定のみならず、回復処理までなされるため、ユーザの負担を大幅に低減できる。
【００５６】
また、検出電極１２５が、個別電極１２３及び共通電極１２４とは別途、設けられているので、個別電極１２３と検出電極１２５との電位差を検出することにより、駆動圧電層１２１よりも個別インク流路１４に近い検出圧電層１２２の振動を検出することができる。本実施形態では、検出圧電層１２２と圧力室１６とを隔てるのが検出電極１２５のみであるため、検出圧電層１２２が個別インク流路１４に特に近い。これにより、インクの残留振動を精度良く検出することができる。
【００５７】
また、検出電極１２５が、圧力室１６の開口１６ａを覆い、圧電層とインクとを隔てていることにより、インクが圧電層へと浸透してこれを腐食するのを防止できる。さらに、検出電極１２５がなく圧電層が露出している場合と比べて検出電極１２５により圧電層が保護されているため、アクチュエータユニット１２０を流路ユニット１２に貼り合わせる際、異物をかみ込んで圧電層にクラックが発生するのが抑制される。
【００５８】
また、本実施形態においては、吐出性能を判定する際にまず、アクチュエータ１２０ａに不吐出駆動信号を供給する。したがって、性能を判定する際にインクを吐出しないため、インクの消費が抑制される。
【００５９】
また、インクの残留振動を検出する際は、個別電極１２３と検出電極１２５の間に配置された共通電極１２４を、スイッチ回路１３３が、接地された状態から開放された状態に切り替える。一方、共通電極１２４が常時接地された状態であったり、何らかの定電位に保持されたりしていると、検出圧電層１２２において発生した電圧が個別電極１２３と検出電極１２５の間の電位差に反映されず、インクの残留振動を適切に検出できないおそれがある。これに対して、本実施形態では、共通電極１２４が接地から開放されることにより、検出圧電層１２２の電圧を検出電圧に適切に反映させることができ、インクの残留振動を適切に検出できる。
【００６０】
また、本実施形態では、アクチュエータ１２０ａごとにインクの残留振動を検出できるので、上記の通り、異常が発生したヘッド２や個別インク流路１４ごとに回復処理を実行できる。したがって、正常なヘッド２や個別インク流路１４に対してインク排出やインク吐出などの不要な回復処理を実行する必要がなく、無駄に電力を消費したりインクを消費したりするのが回避される。
【００６１】
以下、上述の実施形態に係る各種変形例について説明する。第１〜第３の変形例は、アクチュエータユニット１２０に係るものである。第１の変形例に係るアクチュエータユニット２２０は、図１０（ａ）に示すように、上述のアクチュエータユニット１２０において、共通電極１２４と検出圧電層１２２の間に、追加の圧電層２２３が介在したものである。このような場合も、個別電極１２３と検出電極１２５の間の電位差を検出することにより、検出圧電層１２２に発生する、インクの残留振動に由来する電圧を検出することができる。なお、圧電層２２３は分極されていてもいなくてもよい。つまり、インク振動の検出に係る圧電層であってもなくてもよい。
【００６２】
第２の変形例に係るアクチュエータユニット３２０は、図１０（ｂ）に示すように、上述のアクチュエータユニット１２０において、検出圧電層１２２と流路ユニット１２の上面１２ｘの間に、追加の圧電層３２３が介在したものである。このような場合も、個別電極１２３と検出電極１２５の間の電位差を検出することにより、検出圧電層１２２に発生する、インクの残留振動に由来する電圧を検出することができる。また、駆動圧電層１２１より流路ユニット１２に近い検出圧電層１２２に発生する電圧を検出するため、駆動圧電層１２１の電圧を検出する場合より、インクの残留振動を精度良く検出できる。なお、圧電層３２３は分極されていてもいなくてもよいし、圧電層の代わりに金属製の振動板であってもよい。
【００６３】
第３の変形例に係るアクチュエータユニット４２０は、図１０（ｃ）に示すように、個別電極４２３が駆動圧電層１２１と検出圧電層１２２の間に配置され、共通電極４２４が駆動圧電層１２１の上面に形成されたものである。共通電極４２４は、駆動圧電層１２１の上面に配置されたランド１２６の周囲を避けるような形状に形成されている。個別電極４２３は、個別電極１２３と同様の平面形状を有しており、圧力室１６に対しても同様に配置されている。一方、延出部１２３ｂに対応する延出部４２３ａの先端とランド１２６とは、駆動圧電層１２１を貫通する配線４２６によって電気的に接続されている。この変形例では、個別電極４２３と検出電極１２５の間の電位差に対して、駆動圧電層１２１において発生する電圧が寄与しない。このため、駆動圧電層１２１自身に残留した振動が検出結果にノイズとして表れることが抑制され、インクの残留振動を精度良く検出できる。なお、この変形例では、共通電極４２４が個別電極４２３と検出電極１２５に挟まれていないため、共通電極４２４が常時接地されていてもよい。
【００６４】
以上の第１〜第３の変形例に示すように、本発明は様々な構成のアクチュエータユニットに適用可能である。ただし、検出圧電層１２５は、駆動電極となる個別電極及び共通電極のいずれよりも流路ユニット１２側に配置されている必要がある。
【００６５】
第４の変形例は、アクチュエータ１２０ａに吐出駆動信号を供給した直後に吐出性能を判定するものである。上述の実施形態は、不吐出駆動信号を供給した直後に判定するものであるが、例えば、画像データに基づいて用紙Ｐ上に画像を形成する印刷処理期間内に、吐出性能を判定してもよい。印刷処理期間内には、ある吐出口１４ａから画像を形成するためにインクを吐出した後、所定の期間、その吐出口１４ａからインクを吐出しない場合がある。このような不吐出期間、つまり、あるアクチュエータ１２０ａに関して、吐出駆動信号を供給してから次に吐出駆動信号を供給するまでの不吐出期間が所定の長さ以上となる場合に、検出部１０３が、当該不吐出期間内にそのアクチュエータ１２０ａから出力される検出信号に基づいて吐出性能を判定してもよい。検出部１０３は、画像データに基づいて不吐出期間を取得し、以上の処理を実行する。なお、「所定の長さ」は、複数の連続する印字周期に跨る期間であってもよいし、１つの印字周期に相当する期間であってもよい。ここで、印字周期とは、副走査方向に関して１ドットに相当する距離だけ用紙Ｐが搬送されるのに要する時間に相当する。
【００６６】
本実施の形態では、画像データに基づくインク吐出に、複数のパルスで構成された吐出信号が用いられる。次の吐出動作に影響を及ぼさないように、吐出信号の最後はインクの振動を抑制するキャンセルパルスで構成される。ここで、第４の変形例において、検出の感度を向上する観点から、振動検出に関与する吐出駆動信号にはキャンセルパルスを含めないことがよい。また、残留振動にノイズを含めないという観点から、振動検出に関与する吐出駆動信号として、１つの吐出パルスのみで構成された信号が選択されるとよい。
【００６７】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。
【００６８】
例えば、上述の実施形態では、吐出性能の回復処理の１つとして、ヘッド２内のインクを加圧するポンプ１４２が使用されている。しかし、吐出口１４ａ側からインクを吸引する手段が用いられてもよい。例えば、吐出面２ａを被覆するキャッピング手段を設けると共に、キャッピング手段と被覆された吐出面２ａとの間の空気を吸引するポンプを設けてもよい。また、上述の実施形態では、回復処理の１つとしてアクチュエータ１２０ａに吐出駆動信号を供給するが、不吐出駆動信号を供給してもよい。これにより、吐出口１４ａ付近のインクが振動し、粘度が低くなる。
【００６９】
また、上述の実施形態では、吐出性能を判定した結果に基づいてその回復処理を実行している。しかし、例えば、プリンタ１の前面パネルに設けられたディスプレイに判定結果を表示することにより、ユーザに対して吐出性能の異常に対処するよう促してもよい。
【００７０】
本発明に係る液体吐出ヘッドは、プリンタに限定されず、ファクシミリやコピー機等の液体吐出装置に適用可能である。また、液体吐出装置に適用される液体吐出ヘッドの数は４に限定されず、１以上であればよい。液体吐出ヘッドは、ライン式に限定されず、シリアル式でもよい。さらに、本発明に係る液体吐出ヘッドは、インク以外の液体を吐出してもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１ インクジェット式プリンタ（プリンタ）
２ インクジェットヘッド（ヘッド）
１２ 流路ユニット
１４ 個別インク流路
１４ａ 吐出口
１６ 圧力室
１６ａ 圧力室の開口
１００ 制御部
１０１ 駆動部
１０３ 検出部
１０４ ヘッド加圧制御部
１２０ アクチュエータユニット
１２０ａ アクチュエータ
１２１ 駆動圧電層
１２２ 検出圧電層
１２３ 個別電極
１２４ 共通電極
１２５ 検出電極
１３２ ドライバＩＣ
１３３ スイッチ回路
１４２ ポンプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出する吐出口と前記吐出口に液体を供給する液体流路とを有し、前記液体流路の一部が表面に開口した流路ユニットと、
電圧を変形の力に変換する駆動圧電層と変形を電圧に変換する検出圧電層とを含み、前記液体流路の開口を跨ぐように前記表面に積層された複数の圧電層と、前記圧電層の積層方向に関して、前記駆動圧電層を挟む第１及び第２の駆動電極並びに前記検出圧電層を前記第１及び第２の駆動電極との間に挟む検出電極とを有し、前記第１及び第２の駆動電極間に供給される駆動信号に基づいて前記液体流路の液体に圧力を印加するアクチュエータと、
前記駆動信号を前記アクチュエータに供給する駆動信号供給手段と、
前記第１及び第２の駆動電極のいずれかと前記検出電極との電位差を検出する電位差検出手段と、
前記駆動信号供給手段に前記アクチュエータへと前記駆動信号を供給させると共に、前記電位差検出手段が検出した電位差に基づいて、前記吐出口の吐出性能を判定する性能判定手段とを備え、
前記駆動信号供給手段は、前記吐出口から液体が吐出される程度に前記第１及び第２の駆動電極間の電位差を変化させる吐出駆動信号と、前記吐出口から液体が吐出されない程度に前記第１及び第２の駆動電極間の電位差を変化させる不吐出駆動信号とを選択的に前記アクチュエータに供給し、
前記複数の圧電層のうち、前記駆動圧電層が最も前記流路ユニットから離隔して積層され、前記検出圧電層が前記第１及び第２の駆動電極のいずれよりも前記流路ユニットの近くに積層されていることを特徴とする液体吐出装置。
【請求項２】
前記検出電極が、前記表面と接していることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
【請求項３】
前記検出電極が、前記開口を覆っていることを特徴とする請求項２に記載の液体吐出装置。
【請求項４】
前記性能判定手段が、前記吐出口の吐出性能を判定する際に、前記駆動信号供給手段に前記アクチュエータへと前記不吐出駆動信号を供給させた後、前記電位差検出手段が検出する電位差に基づいて判定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
【請求項５】
前記性能判定手段が、前記吐出口の吐出性能を判定する際に、前記駆動信号供給手段に前記アクチュエータへと前記吐出駆動信号を供給させた後、前記電位差検出手段が検出する電位差に基づいて判定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
【請求項６】
前記性能判定手段が、画像データに基づいて画像を形成する期間内において前記吐出口の吐出性能を判定する際に、画像データに対応して前記アクチュエータへと前記吐出駆動信号が供給された直後から次に画像データに対応して前記アクチュエータへと前記吐出駆動信号が供給されるまでの不吐出期間が所定の長さ以上となる場合に、前記電位差検出手段が前記不吐出期間において検出する電位差に基づいて判定することを特徴とする請求項５に記載の液体吐出装置。
【請求項７】
前記性能判定手段が、
前記電位差検出手段が検出した電位差が変化する周期及び振幅の少なくともいずれかと、これに対応した所定値とのいずれが大きいかを判定する比較手段を有していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
【請求項８】
前記電位差検出手段が検出した電位差が変化する周期が前記所定値より大きいと前記比較手段が判定した場合に、前記駆動信号供給手段が前記吐出駆動信号を前記アクチュエータに供給することを特徴とする請求項７に記載の液体吐出装置。
【請求項９】
前記吐出口から前記液体流路内の液体を強制的に排出する排出手段をさらに備えており、
前記電位差検出手段が検出した電位差が変化する周期が前記所定値より小さいと前記比較手段が判定した場合に、前記排出手段が、前記液体流路内の液体を前記駆動信号に基づくことなく排出することを特徴とする請求項７又は８に記載の液体吐出装置。
【請求項１０】
前記排出手段は、前記アクチュエータを駆動することなく、前記液体流路内の液体を加圧して前記吐出口から液体を強制的に排出することを特徴とする請求項９に記載の液体吐出装置。
【請求項１１】
前記検出電極が接地されており、
前記検出電極と前記第１の駆動電極との間には、前記第２の駆動電極が配置されており、
前記第２の駆動電極を接地する接地状態と前記第２の駆動電極を前記接地状態から開放して電気的に絶縁する開放状態とを選択的に取るスイッチと、
前記スイッチの状態を切り替えるスイッチ制御手段と、をさらに備え、
前記性能判定手段が前記吐出口の性能を判定する際に、
前記駆動信号供給手段は、前記第１の駆動電極と前記接地状態の前記スイッチが接続した前記第２の駆動電極との間に前記不吐出駆動信号を供給し、前記電位差検出手段は、前記駆動信号供給手段による前記不吐出駆動信号の供給に続いて、前記第１の駆動電極と前記検出電極との間の電位差を検出すると共に、
前記スイッチ制御手段は、前記駆動信号供給手段が前記不吐出駆動信号を供給する際には前記スイッチを前記接地状態とし、前記電位差検出手段が電位差を検出する際には前記スイッチを前記開放状態とすることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
【請求項１２】
画像データに基づいて画像を形成する際は、
前記スイッチ制御手段は、前記スイッチを前記接地状態とし、
前記駆動信号供給手段は、前記第１の駆動電極と前記接地状態の前記スイッチが接続した前記第２の駆動電極との間に前記画像データに対応した前記吐出駆動信号を供給することを特徴とする請求項１１に記載の液体吐出装置。
【請求項１３】
複数の前記吐出口と、前記複数の吐出口に対応する複数の前記アクチュエータとが設けられており、
前記性能判定手段が前記吐出口ごとに吐出性能を判定した結果に基づき、前記駆動信号供給手段は、吐出性能が劣化した前記吐出口ごとに、当該吐出口に対応する前記アクチュエータに前記吐出駆動信号を供給することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
【請求項１４】
複数の前記吐出口と、前記複数の吐出口に対応する複数の前記アクチュエータとが設けられており、
前記第１の駆動電極が、前記吐出口ごとに個別に設けられており、
前記第２の駆動電極及び検出電極が、前記複数のアクチュエータに跨って共通に設けられていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
【請求項１】
液体を吐出する吐出口と前記吐出口に液体を供給する液体流路とを有し、前記液体流路の一部が表面に開口した流路ユニットと、
電圧を変形の力に変換する駆動圧電層と変形を電圧に変換する検出圧電層とを含み、前記液体流路の開口を跨ぐように前記表面に積層された複数の圧電層と、前記圧電層の積層方向に関して、前記駆動圧電層を挟む第１及び第２の駆動電極並びに前記検出圧電層を前記第１及び第２の駆動電極との間に挟む検出電極とを有し、前記第１及び第２の駆動電極間に供給される駆動信号に基づいて前記液体流路の液体に圧力を印加するアクチュエータと、
前記駆動信号を前記アクチュエータに供給する駆動信号供給手段と、
前記第１及び第２の駆動電極のいずれかと前記検出電極との電位差を検出する電位差検出手段と、
前記駆動信号供給手段に前記アクチュエータへと前記駆動信号を供給させると共に、前記電位差検出手段が検出した電位差に基づいて、前記吐出口の吐出性能を判定する性能判定手段とを備え、
前記駆動信号供給手段は、前記吐出口から液体が吐出される程度に前記第１及び第２の駆動電極間の電位差を変化させる吐出駆動信号と、前記吐出口から液体が吐出されない程度に前記第１及び第２の駆動電極間の電位差を変化させる不吐出駆動信号とを選択的に前記アクチュエータに供給し、
前記複数の圧電層のうち、前記駆動圧電層が最も前記流路ユニットから離隔して積層され、前記検出圧電層が前記第１及び第２の駆動電極のいずれよりも前記流路ユニットの近くに積層されていることを特徴とする液体吐出装置。
【請求項２】
前記検出電極が、前記表面と接していることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
【請求項３】
前記検出電極が、前記開口を覆っていることを特徴とする請求項２に記載の液体吐出装置。
【請求項４】
前記性能判定手段が、前記吐出口の吐出性能を判定する際に、前記駆動信号供給手段に前記アクチュエータへと前記不吐出駆動信号を供給させた後、前記電位差検出手段が検出する電位差に基づいて判定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
【請求項５】
前記性能判定手段が、前記吐出口の吐出性能を判定する際に、前記駆動信号供給手段に前記アクチュエータへと前記吐出駆動信号を供給させた後、前記電位差検出手段が検出する電位差に基づいて判定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
【請求項６】
前記性能判定手段が、画像データに基づいて画像を形成する期間内において前記吐出口の吐出性能を判定する際に、画像データに対応して前記アクチュエータへと前記吐出駆動信号が供給された直後から次に画像データに対応して前記アクチュエータへと前記吐出駆動信号が供給されるまでの不吐出期間が所定の長さ以上となる場合に、前記電位差検出手段が前記不吐出期間において検出する電位差に基づいて判定することを特徴とする請求項５に記載の液体吐出装置。
【請求項７】
前記性能判定手段が、
前記電位差検出手段が検出した電位差が変化する周期及び振幅の少なくともいずれかと、これに対応した所定値とのいずれが大きいかを判定する比較手段を有していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
【請求項８】
前記電位差検出手段が検出した電位差が変化する周期が前記所定値より大きいと前記比較手段が判定した場合に、前記駆動信号供給手段が前記吐出駆動信号を前記アクチュエータに供給することを特徴とする請求項７に記載の液体吐出装置。
【請求項９】
前記吐出口から前記液体流路内の液体を強制的に排出する排出手段をさらに備えており、
前記電位差検出手段が検出した電位差が変化する周期が前記所定値より小さいと前記比較手段が判定した場合に、前記排出手段が、前記液体流路内の液体を前記駆動信号に基づくことなく排出することを特徴とする請求項７又は８に記載の液体吐出装置。
【請求項１０】
前記排出手段は、前記アクチュエータを駆動することなく、前記液体流路内の液体を加圧して前記吐出口から液体を強制的に排出することを特徴とする請求項９に記載の液体吐出装置。
【請求項１１】
前記検出電極が接地されており、
前記検出電極と前記第１の駆動電極との間には、前記第２の駆動電極が配置されており、
前記第２の駆動電極を接地する接地状態と前記第２の駆動電極を前記接地状態から開放して電気的に絶縁する開放状態とを選択的に取るスイッチと、
前記スイッチの状態を切り替えるスイッチ制御手段と、をさらに備え、
前記性能判定手段が前記吐出口の性能を判定する際に、
前記駆動信号供給手段は、前記第１の駆動電極と前記接地状態の前記スイッチが接続した前記第２の駆動電極との間に前記不吐出駆動信号を供給し、前記電位差検出手段は、前記駆動信号供給手段による前記不吐出駆動信号の供給に続いて、前記第１の駆動電極と前記検出電極との間の電位差を検出すると共に、
前記スイッチ制御手段は、前記駆動信号供給手段が前記不吐出駆動信号を供給する際には前記スイッチを前記接地状態とし、前記電位差検出手段が電位差を検出する際には前記スイッチを前記開放状態とすることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
【請求項１２】
画像データに基づいて画像を形成する際は、
前記スイッチ制御手段は、前記スイッチを前記接地状態とし、
前記駆動信号供給手段は、前記第１の駆動電極と前記接地状態の前記スイッチが接続した前記第２の駆動電極との間に前記画像データに対応した前記吐出駆動信号を供給することを特徴とする請求項１１に記載の液体吐出装置。
【請求項１３】
複数の前記吐出口と、前記複数の吐出口に対応する複数の前記アクチュエータとが設けられており、
前記性能判定手段が前記吐出口ごとに吐出性能を判定した結果に基づき、前記駆動信号供給手段は、吐出性能が劣化した前記吐出口ごとに、当該吐出口に対応する前記アクチュエータに前記吐出駆動信号を供給することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
【請求項１４】
複数の前記吐出口と、前記複数の吐出口に対応する複数の前記アクチュエータとが設けられており、
前記第１の駆動電極が、前記吐出口ごとに個別に設けられており、
前記第２の駆動電極及び検出電極が、前記複数のアクチュエータに跨って共通に設けられていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
【図１】
【図２】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図３】
【図４】
【図２】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２４５７１５（Ｐ２０１２−２４５７１５Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１９９１４（Ｐ２０１１−１１９９１４）
【出願日】平成２３年５月３０日（２０１１．５．３０）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月３０日（２０１１．５．３０）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
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