JP6988610B2 - Abnormality determination method for liquid discharge device and liquid discharge head - Google Patents
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Description
本発明は、液体を吐出する装置及び液体吐出ヘッドの異常判定方法に関する。 The present invention relates to a device for discharging a liquid and a method for determining an abnormality in a liquid discharge head.
プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像記録装置或いは画像形成装置として、例えば、インクジェット記録装置が知られている。インクジェット記録装置は、インク液滴を吐出するノズルと、ノズルに連通する圧力室と、圧力室内のインクを加圧する圧電素子、等を有するインクジェット記録ヘッドにより、記録媒体（紙、金属、木材、セラミックス、等）に、所望の文字、図形、等を形成する。 For example, an inkjet recording device is known as an image recording device or an image forming device such as a printer, a facsimile, or a copying device. The inkjet recording device is a recording medium (paper, metal, wood, ceramics) by an inkjet recording head having a nozzle for ejecting ink droplets, a pressure chamber communicating with the nozzle, a piezoelectric element for pressurizing ink in the pressure chamber, and the like. , Etc.) to form the desired characters, figures, etc.
記録媒体に異常画像が形成される原因として、圧力室内への気泡の混入、ノズル表面への異物（紙粉、液溜り、等）の付着、インク粘度の増大、等により生じる吐出異常（ノズルからインク液滴が正常に吐出しない等）が挙げられる。 The cause of abnormal image formation on the recording medium is ejection abnormality (from the nozzle) caused by mixing of air bubbles in the pressure chamber, adhesion of foreign matter (paper dust, liquid pool, etc.) to the nozzle surface, increase in ink viscosity, etc. Ink droplets do not eject normally, etc.).
例えば、圧力室内への気泡混入の検出方法として、キャビティ内のインク液の残留振動を検出し、その周期が所定の範囲の周期よりも短いときにはキャビティ内に気泡が混入したと判定することが提案されている（例えば、特許文献１）。 For example, as a method for detecting air bubbles in the pressure chamber, it is proposed to detect residual vibration of the ink liquid in the cavity and determine that air bubbles have been mixed in the cavity when the period is shorter than the period within a predetermined range. (For example, Patent Document 1).
また、特許文献２には、周波数の増大により残留振動の周期が短くなった量に応じて、気泡混入量を検出することが開示されている。 Further, Patent Document 2 discloses that the amount of air bubbles mixed is detected according to the amount in which the period of residual vibration is shortened due to the increase in frequency.
しかしながら、特許文献１や特許文献２のように、残留振動の周期が基準値と比較して短い場合に気泡混入を判定した場合、残留振動の周期は温度によって変化するため、誤検知する可能性があった。気泡混入の検知をすると気泡を除去する吸引動作が行われるため、気泡混入を誤検知してしまうと無駄なインクを消費してしまうことになる。 However, when it is determined that air bubbles are mixed when the residual vibration cycle is shorter than the reference value as in Patent Document 1 and Patent Document 2, the residual vibration cycle changes depending on the temperature, so that there is a possibility of erroneous detection. was there. When the air bubble contamination is detected, a suction operation for removing the air bubbles is performed. Therefore, if the air bubble contamination is erroneously detected, wasteful ink is consumed.
そこで、本発明は上記事情に鑑み、例えば周囲の温度が変わったとしても、気泡混入を正確に検知し、無駄な回復動作の実施を防ぐ、液体を吐出する装置を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above circumstances, it is an object of the present invention to provide a device for discharging a liquid, for example, which accurately detects air bubble contamination and prevents unnecessary recovery operation even if the ambient temperature changes. ..
上記課題を解決するため、本発明の一態様では、
ノズルに連通する圧力室と、
前記圧力室内の液体に圧力を発生させる圧力発生素子と、
前記圧力発生素子を駆動する駆動電圧を生成する生成部と、
前記圧力発生素子の駆動後に、前記液体に発生する残留振動を検知する残留振動検知部と、
検知した残留振動の単一の残留振動波形において複数のピーク値を検出し、該複数のピーク値のそれぞれのピーク間周期を導出する波形処理部と、
導出した複数のピーク間周期の標準偏差に基づいて、前記複数のピーク間周期の長さにバラツキがあるかを確認することで、前記圧力室内への気泡混入の有無を判定する判定部と、を有する、
液体を吐出する装置、を提供する。
In order to solve the above problems, in one aspect of the present invention,
A pressure chamber that communicates with the nozzle,
A pressure generating element that generates pressure in the liquid in the pressure chamber,
A generation unit that generates a drive voltage that drives the pressure generating element,
A residual vibration detection unit that detects residual vibration generated in the liquid after driving the pressure generating element,
A waveform processing unit that detects a plurality of peak values in a single residual vibration waveform of the detected residual vibration and derives an inter-peak period of each of the plurality of peak values.
Based on the derived standard deviations of the plurality of peak-to-peak periods, the determination unit for determining the presence or absence of air bubbles in the pressure chamber by confirming whether the lengths of the plurality of peak-to-peak periods vary. Have,
Provided is a device for discharging a liquid.
一態様によれば、液体を吐出する装置において、例えば周囲の温度が変わったとしても、気泡混入を正確に検知し、無駄な回復動作の実施を防ぐことができる。 According to one aspect, in the device for discharging the liquid, for example, even if the ambient temperature changes, it is possible to accurately detect the inclusion of air bubbles and prevent unnecessary recovery operation.
以下、図面及び表を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings and tables. In each drawing, the same components may be designated by the same reference numerals and duplicate explanations may be omitted.
＜インクジェット記録装置＞
図１は、本実施の形態に係るオンデマンド方式におけるライン走査型のインクジェット記録装置の一例を示す概略構成図である。
<Inkjet recording device>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a line scanning type inkjet recording device in the on-demand method according to the present embodiment.
図１に示すように、インクジェット記録装置１００は、記録媒体供給部１１１と記録媒体回収部１１２との間に配置され、記録手段１０１、該記録手段１０１に対向して設けられるプラテン１０２、乾燥手段１０３、維持・回復手段１１４、記録媒体搬送装置、等を含む。
As shown in FIG. 1, the
連続する記録媒体（ロール紙、連続紙、等とも称される）１１３は、記録媒体供給部１１１から高速で繰り出され、記録媒体回収部１１２により巻き取り回収される。
The continuous recording medium (also referred to as roll paper, continuous paper, etc.) 113 is unwound from the recording
記録手段１０１は、ノズル（印字ノズル）２０（図４参照）が印刷幅全域に配置されるライン状のインクジェット記録ヘッドを有する。カラー印刷は、クロ、シアン、マゼンダ、イエローの各色のインクジェット記録ヘッドにより行われる。各インクジェット記録ヘッドのノズル面は、プラテン１０２上に、所定の隙間を保って支持されている。記録手段１０１は、記録媒体搬送装置の搬送速度に同期してインク液滴の吐出を行うことで、記録媒体１１３の印刷面に、カラー画像を形成する。
The recording means 101 has a line-shaped inkjet recording head in which nozzles (print nozzles) 20 (see FIG. 4) are arranged over the entire print width. Color printing is performed by an inkjet recording head of each color of black, cyan, magenta, and yellow. The nozzle surface of each inkjet recording head is supported on the
維持・回復手段１１４は、インクジェット記録装置１００に搭載されるインクジェット記録ヘッドモジュールに、適切な維持・回復動作を施し、インクジェット記録ヘッドの吐出性能を回復させる。維持・回復動作としては、例えば、圧力室（キャビティ）２７内に混入した気泡を除去する吸引動作、ノズル２０表面に付着した異物（液溜り、紙粉、等）を除去するワイピング動作、圧力室２７内の増粘インク（粘度が増大したインク）をノズル２０から排出するフラッシング動作（空吐出動作、空打ち動作、捨て打ち動作とも称される）、等が挙げられる。
The maintenance / recovery means 114 performs an appropriate maintenance / recovery operation on the inkjet recording head module mounted on the
乾燥手段１０３は、記録媒体１１３に印刷されたインクが、他の部分へ付着することを防止するために、インクの乾燥・定着を行う。乾燥手段１０３としては、非接触式の乾燥装置を用いても良いし、接触式の乾燥装置を用いても良い。
The drying means 103 dries and fixes the ink in order to prevent the ink printed on the
記録媒体搬送装置は、規制ガイド１０４、インフィード部１０５、ダンサローラ１０６、ＥＰＣ（Edge Position Control）１０７、蛇行量検出器１０８、アウトフィード部１０９、プラー１１０、等を含む。供紙側の規制ガイド１０４は、記録媒体供給部１１１から供給される記録媒体１１３の幅方向の位置決めを行う。インフィード部１０５は、従動ローラ及び駆動ローラで構成され、記録媒体１１３の張力を一定に保つ。ダンサローラ１０６は、記録媒体１１３の張力に応じて上下し、位置信号を出力する。ＥＰＣ１０７は、記録媒体１１３の蛇行を制御する。蛇行量検出器１０８は、蛇行量のフィードバックに使用される。また、排紙側のアウトフィード部１０９は、従動ローラ及び駆動ローラで構成され、記録媒体１１３を設定速度で搬送するために一定速度で回転する。プラー１１０は、従動ローラ及び駆動ローラで構成され、記録媒体１１３を装置外に排紙する。記録媒体搬送装置は、ダンサローラ１０６の位置検出を行い、インフィード部１０５の回転を制御することで、搬送中の記録媒体１１３の張力を一定に保つ、張力制御型の搬送装置である。
The recording medium transfer device includes a
ライン走査型のインクジェット記録装置１００は、スターフラッシング動作、ラインフラッシング動作（例えば、Ａ４用紙境界での空吐出動作）を行うことで、増粘インクを排出する。スターフラッシング動作は、低湿環境、印字デューティの小さい画像では、捨て打ち効果が十分に得られ難いというデメリットがある一方、損紙が発生しないというメリットがある。ラインフラッシング動作は、インク液滴を吐出させた領域を、後に切断する必要があるため、損紙が発生するというデメリットがある一方、強力な捨て打ちができるというメリットがある。
The line scanning type
＜インクジェット記録ヘッドモジュール＞
図２は、インクジェット記録装置１００に搭載されるインクジェット記録ヘッドモジュールの一例を示す概略側面図である。
<Inkjet recording head module>
FIG. 2 is a schematic side view showing an example of an inkjet recording head module mounted on the
図２に示すように、インクジェット記録ヘッドモジュール（液滴吐出装置）２００は、駆動制御基板２１０、インクジェット記録ヘッド２２０、ケーブル２３０、等を含む。
As shown in FIG. 2, the inkjet recording head module (droplet ejection device) 200 includes a
駆動制御基板２１０には、制御部２１１、駆動波形生成部（生成部）２１２、記憶手段２１３、等が搭載される。インクジェット記録ヘッド２２０は、ヘッド基板２２１、残留振動検知基板２２２、ヘッド駆動ＩＣ基板２２３、インクタンク２２４、剛性プレート２２５、等を含む。ケーブル２３０は、駆動制御基板側コネクタ２３１及びヘッド側コネクタ２３２と接続され、駆動制御基板２１０とヘッド基板２２１との間のアナログ信号通信、デジタル信号通信を担う。
The
ライン走査型のインクジェット記録装置１００において、１又は複数のインクジェット記録ヘッド２２０は、記録媒体１１３の搬送方向に対して垂直な方向に配置されている。ライン走査型のインクジェット記録ヘッド２２０から記録媒体１１３へとインク液滴を吐出させることで、高速な画像形成が可能となる。なお、本実施の形態に係る液滴吐出装置は、１又は複数のインクジェット記録ヘッドを、記録媒体１１３の搬送方向に対して垂直な方向へ移動させて画像を形成するシリアル走査型のインクジェット記録装置、等にも適用可能である。
In the line scanning type
ここで、ヘッドの吐出異常について説明する。印刷中において、圧力室内のインクは、ノズルの開口部を介して外気に触れているため、周囲温湿度の変化、連続駆動による自己発熱、等の影響で、溶媒が蒸発し、粘度が増大してしまう。又、圧力室内へ気泡が混入する、ノズル表面へ紙粉が付着する、ノズル付近に液溜りが発生する、等の不具合が生じることがある。この結果、インクの吐出速度がノズル毎に変動し、濃度ムラやスジ、色変化といった異常画像を引き起こす問題がある。更には、インクの増粘が進むと、増粘インクがノズルに詰まり（吐出不良）、画像形成領域にドット抜け（画素の欠損）が生じてしまうという問題もある。従って、ヘッドの吐出異常を正確に検出し、液滴吐出装置に、適切な維持・回復動作を、施すことが必要になる。 Here, the discharge abnormality of the head will be described. During printing, the ink in the pressure chamber is in contact with the outside air through the opening of the nozzle, so the solvent evaporates and the viscosity increases due to the effects of changes in ambient temperature and humidity, self-heating due to continuous driving, etc. It ends up. In addition, problems such as air bubbles entering the pressure chamber, paper dust adhering to the nozzle surface, and liquid pooling in the vicinity of the nozzle may occur. As a result, the ink ejection speed fluctuates for each nozzle, which causes a problem of causing abnormal images such as density unevenness, streaks, and color changes. Further, as the thickening of the ink progresses, there is a problem that the thickening ink is clogged in the nozzle (ejection failure) and missing dots (missing pixels) occur in the image forming region. Therefore, it is necessary to accurately detect the ejection abnormality of the head and perform an appropriate maintenance / recovery operation on the droplet ejection device.
詳細は後述するが、本実施の形態に係る液滴吐出装置は、汎用オペアンプ、受動素子、及びスイッチ等の簡易な回路（残留振動検知部）により、インクが吐出しない程度にインクの表面（メニスカス）を振動させた（微駆動）後に、又はインク液滴吐出後に、圧力室内のインクに発生する残留振動を検知する。 Although the details will be described later, the droplet ejection device according to the present embodiment uses a simple circuit (residual vibration detection unit) such as a general-purpose operational capacitor, a passive element, and a switch to the extent that ink is not ejected on the surface of the ink (meniscus). ) Is vibrated (slightly driven), or after ink droplet ejection, residual vibration generated in the ink in the pressure chamber is detected.
そして、該装置は、制御部により、残留振動の複数の周期に基づいて、吐出異常が発生しているか否か（吐出異常の有無）を正確に判定する。即ち、該装置は、簡易な回路、簡易な制御で、吐出異常を判定することができるため、該装置が搭載されるインクジェット記録装置は、コストが抑えられる。 Then, the device accurately determines whether or not a discharge abnormality has occurred (presence or absence of a discharge abnormality) based on a plurality of cycles of residual vibration by the control unit. That is, since the apparatus can determine the ejection abnormality with a simple circuit and simple control, the cost of the inkjet recording apparatus on which the apparatus is mounted can be suppressed.
図３は、インクジェット記録装置１００に搭載される記録手段１０１におけるヘッド部の一例を示す拡大平面図である。
FIG. 3 is an enlarged plan view showing an example of a head portion of the recording means 101 mounted on the
記録手段１０１は、クロ用ヘッドアレー１０１Ｋ、シアン用ヘッドアレー１０１Ｃ、マゼンダ用ヘッドアレー１０１Ｍ、イエロー用ヘッドアレー１０１Ｙを含み、各色のヘッドアレーは、複数のインクジェット記録ヘッド２２０を含む。クロ用ヘッドアレー１０１Ｋは、クロのインク液滴を吐出し、シアン用ヘッドアレー１０１Ｃは、シアンのインク液滴を吐出し、マゼンダ用ヘッドアレー１０１Ｍは、マゼンダのインク液滴を吐出し、イエロー用ヘッドアレー１０１Ｙは、イエローのインク液滴を吐出する。
The recording means 101 includes a
各色のヘッドアレー（１０１Ｋ、１０１Ｃ、１０１Ｍ、１０１Ｙ）は、記録媒体１１３の搬送方向に対して平行な方向に配置される。複数のインクジェット記録ヘッド２２０は、記録媒体１１３の搬送方向に対して垂直な方向に配置される。複数のインクジェット記録ヘッドをアレー化することにより、印刷領域の幅を広域化できる。
The head arrays (101K, 101C, 101M, 101Y) of each color are arranged in a direction parallel to the transport direction of the
図４は、ヘッド部におけるインクジェット記録ヘッド２２０の拡大底面図である。
FIG. 4 is an enlarged bottom view of the
インクジェット記録ヘッド２２０は、複数のノズル２０を含み、複数のノズル２０は、記録媒体１１３の搬送方向に対して垂直な方向に、シフトした位置で千鳥状に配置される。複数のノズル２０を千鳥状に配置することにより、印刷領域を高解像度化できる。
The
なお、本実施形態では、インクジェット記録ヘッド２２０を、１列につき４個配置し、ノズル２０を、２列の千鳥状に配置する構成を一例として示すが、列の数、各列に配置される個数は、特に限定されるものではない。
In the present embodiment, four inkjet recording heads 220 are arranged in one row, and the
＜インクジェット記録ヘッド＞
図５は、インクジェット記録装置１００に搭載されるインクジェット記録ヘッド２２０の一例を示す斜視図である。
<Inkjet recording head>
FIG. 5 is a perspective view showing an example of the
図５に示すように、インクジェット記録ヘッド２２０は、ノズルプレート２１、圧力室プレート２２、リストリクタプレート２３、ダイアフラムプレート２４、剛性プレート２２５、圧電素子群２６、等を含む。圧電素子群２６は、支持部材３４、複数の圧電素子３５、圧電素子接続基板３６、圧電素子駆動ＩＣ３７、等を含む。
As shown in FIG. 5, the
ノズルプレート２１には、複数のノズル２０が形成され、圧力室プレート２２には、各ノズル２０に対応する圧力室２７が形成される。リストリクタプレート２３には、圧力室２７と共通インク流路２８とを連通し、圧力室２７へのインク流量を制御するリストリクタ２９が形成され、ダイアフラムプレート２４には、振動板（弾性壁）３０及びフィルタ３１が形成される。
A plurality of
これらのプレートが、順次重ねられ、位置決めされて接合されることにより流路板が形成される。流路板は、剛性プレート２２５と接合され、フィルタ３１と共通インク流路２８の開口部３２とが対向し、圧電素子群２６は、開口部３２に挿入される。インク導入パイプ３３の上側開口端は、共通インク流路２８に接続され、インク導入パイプ３３の下側開口端は、インクを充填したヘッドタンクに接続される。
These plates are sequentially stacked, positioned and joined to form a flow path plate. The flow path plate is joined to the
支持部材３４の表面には、複数の圧電素子３５が形成され、圧電素子３５の自由端は、振動板３０に接着固定される。圧電素子接続基板３６の表面には、圧電素子駆動ＩＣ３７が形成され、圧電素子３５と圧電素子接続基板３６とは電気的に接続される。圧電素子３５は、駆動波形生成部２１２（図８参照）により生成される駆動波形（例えば、駆動電圧波形）に基づいて、圧電素子駆動ＩＣ３７により制御される。圧電素子駆動ＩＣ３７は、上位コントローラ３００（図８参照）から伝送される画像データ、制御部２１１から出力されるタイミング信号、等に基づいて、制御される。
A plurality of
なお、図５では、図面の簡略化のため、ノズル２０、圧力室２７、リストリクタ２９、圧電素子３５、等を実際より少ない個数で図示している。
In addition, in FIG. 5, for simplification of the drawing, the
＜残留振動の検知＞
図６、図７を用いて、本実施の形態に係る液滴吐出装置における残留振動検知の例について説明する。
<Detection of residual vibration>
An example of residual vibration detection in the droplet ejection device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 6 and 7.
図６は、インクジェット記録ヘッド２２０における圧力室内のインクに発生する残留振動を示す動作概念図である。図６（Ａ）はインク液滴吐出中、図６（Ｂ）はインク液滴吐出後であり、両図により圧力室内に発生する圧力変化が模式的に示されている。
FIG. 6 is an operation conceptual diagram showing the residual vibration generated in the ink in the pressure chamber of the
図７は、駆動波形印加期間及び残留振動波形発生期間の一例を示す概略図である。横軸は時間［ｓ］、縦軸は電圧［Ｖ］を示す。駆動波形印加期間は、図６（Ａ）に対応し、残留振動波形発生期間は、図６（Ｂ）に対応する。 FIG. 7 is a schematic diagram showing an example of a drive waveform application period and a residual vibration waveform generation period. The horizontal axis represents time [s] and the vertical axis represents voltage [V]. The drive waveform application period corresponds to FIG. 6 (A), and the residual vibration waveform generation period corresponds to FIG. 6 (B).
図６（Ａ）に示すように、圧電素子３５（具体的には、圧電素子接続基板３６の電極）に、駆動波形生成部２１２より生成される駆動波形が印加されると、圧電素子３５は、伸縮する。圧電素子３５から、振動板３０を介して、圧力室２７内のインクへと伸縮力が働き、圧力室２７内に圧力変化が生じることで、ノズル２０からインク液滴が吐出する。例えば、駆動波形の立ち下げ動作により、圧力室２７内の圧力は低くなり、駆動波形の立ち上げ動作により、圧力室２７内の圧力は高くなる（図７に示す駆動波形印加期間参照）。
As shown in FIG. 6A, when the drive waveform generated by the drive
図６（Ｂ）に示すように、圧電素子３５に、駆動波形が印加された後（インク液滴吐出後）、圧力室２７内のインクには、残留圧力振動が発生し、圧力室２７内のインクから、振動板３０を介して、圧電素子３５へと残留圧力波が伝播する。残留圧力波の残留振動波形は、減衰振動波形となる（図７に示す残留振動波形発生期間参照）。この結果、圧電素子３５（具体的には、圧電素子接続基板３６の電極）に、残留振動電圧が誘起される。残留振動検知部は、残留振動電圧を検知し、検知結果（例えば、ピーク値で固定された残留振動波形の振幅値をＡＤ変換したデジタル信号）を残留振動検知部の出力として、制御部２１１へと出力する。
As shown in FIG. 6B, after the drive waveform is applied to the piezoelectric element 35 (after the ink droplets are ejected), residual pressure vibration is generated in the ink in the
このように、本実施の形態に係る液滴吐出装置において、残留振動検知部は、圧電素子の伸縮に基づいて残留振動を検知し、制御部は、残留振動検知部の出力に基づいて残留振動の減衰比を算出し、吐出異常を判定する。これにより、本実施の形態に係る液滴吐出装置は、簡易な回路で吐出異常を判定し、維持・回復手段により、維持・回復動作が必要とされる液滴吐出装置に対して、適切な維持・回復動作を施すことができる。 As described above, in the droplet ejection device according to the present embodiment, the residual vibration detection unit detects the residual vibration based on the expansion and contraction of the piezoelectric element, and the control unit detects the residual vibration based on the output of the residual vibration detection unit. The damping ratio of is calculated, and the discharge abnormality is determined. As a result, the droplet ejection device according to the present embodiment determines the ejection abnormality with a simple circuit, and is appropriate for the droplet ejection device that requires maintenance / recovery operation by the maintenance / recovery means. Maintenance / recovery operation can be performed.
＜吐出制御に係るブロック図＞
図８は、本実施形態に係るインクジェット記録装置に搭載されるインクジェット記録ヘッドモジュールの一例を示すブロック図である。即ち、図８は、インクジェット記録ヘッドの吐出制御に係るブロック図である。
<Block diagram related to discharge control>
FIG. 8 is a block diagram showing an example of an inkjet recording head module mounted on the inkjet recording apparatus according to the present embodiment. That is, FIG. 8 is a block diagram relating to ejection control of the inkjet recording head.
インクジェット記録ヘッドモジュール２００は、駆動制御基板２１０、インクジェット記録ヘッド２２０、等を含む。駆動制御基板２１０には、制御部２１１、駆動波形生成部２１２、記憶手段２１３、ページ記憶手段２１４、判定部２１５等が搭載される。
The inkjet
インクジェット記録ヘッド２２０は、制御部２２６が搭載されるヘッド基板２２１、残留振動検知部２４０が搭載される残留振動検知基板２２２、圧電素子駆動ＩＣ３７が搭載される圧電素子接続基板３６、圧電素子３５（圧電素子３５ａ〜３５ｘ）、等を含む。
The
残留振動検知基板２２２には、波形処理回路２５０、切替手段２４１、Ａ／Ｄ変換器２４２、等が搭載される。波形処理回路２５０は、フィルタ回路２５１、増幅回路２５２、ピークホールド回路２５３、等を含む。
A
なお、駆動制御基板２１０に搭載される制御部２１１及び判定部２１５とヘッド基板２２１に搭載される制御部２２６とは、一部の機能、若しくは全ての機能を、いずれか一方に統一しても良い。又、残留振動検知基板２２２に搭載される一部の機能、若しくは全ての機能を、駆動制御基板２１０、又は、ヘッド基板２２１に統一しても良い。
It should be noted that the
制御部２１１は、上位コントローラ３００から受信した画像データに基づいて、駆動波形データを生成し、駆動波形生成部２１２へと出力する。制御部２１１は、シリアル通信により、タイミング制御信号（デジタル信号）を圧電素子駆動ＩＣ３７及び切替手段２４１へと送信し、タイミング制御信号と同期させた切替信号を切替手段２４１へと送信する。制御部２１１は、タイミング制御信号と切替信号とを同期させることで、圧電素子接続基板３６の電極に誘起される残留振動電圧を、残留振動検知基板２２２へ取り込むタイミングを、制御することができる。
The
また、判定部２１５は、算出した減衰振動のピーク間周期と、必要に応じて記憶手段２１３に記憶される正常吐出時のピーク間周期とを比較することで、インクジェット記録ヘッド２２０における、液泡混入の有無を正確に判定する。
Further, the
より詳しくは、判定部２１５は、残留振動検知部２４０の出力（例えば、ピーク値で固定された残留振動波形の振幅値をＡＤ変換したデジタル信号）から、少なくとも２つ以上のデジタル信号を選択し、複数のピーク値のタイミングの、ピーク間周期を算出する。
More specifically, the
そして、判定部２１５は、算出された複数の周期から標準偏差を算出する。標準偏差が２０％以上の場合は、判定部２１５は、液泡が混入していると判定する。
Then, the
また、判定部２１５は、標準偏差が１０％以上、２０％未満の場合は、正常吐出の残留振動波形と比較する。なお、インクの粘度は、温度によって変化するため、同じ温度帯の正常吐出の残留振動のものを参照する。この際、同じ温度帯の正常吐出の残留振動に対して、２０％以上周期が短くなっている場合は、液泡が混入していると判定する。
Further, when the standard deviation is 10% or more and less than 20%, the
そして、判定部２１５は、残留振動の複数の周期の標準偏差が１０％未満の場合は、液泡が混入していないと判定する。
Then, the
そして、判定部２１５は、判定結果に基づき、維持・回復手段１１４を用いて、インクジェット記録ヘッドモジュール２００に、適切な維持・回復動作を施す。
Then, the
例えば、判定部２１５は、残留振動の複数の周期の標準偏差が２０％以上の場合、あるいは、標準偏差が１０％以上であって、正常吐出の残留振動に対して２０％以上周期が短くなっている場合は、液泡が混入していると判定し、インクジェット記録ヘッドモジュール２００に、維持回復動作として、吸引動作を施す。
For example, in the
つまり、判定部２１５は、簡易な回路で、吐出異常の有無を正確に行い、インクジェット記録ヘッドモジュール２００に、適切な維持・回復動作を施すことにより、全てのノズルにおいて、メニスカスを適切な状態に維持することができる。
That is, the
駆動波形生成部２１２は、駆動波形データをＤ／Ａ変換し、電圧増幅、電流増幅を行って、駆動波形を生成し、圧電素子駆動ＩＣ３７へと出力する。
The drive
記憶手段２１３は、複数の温度帯の正常吐出の残留振動のデータを予め記憶する。 The storage means 213 stores in advance the residual vibration data of the normal discharge in a plurality of temperature zones.
ページ記憶手段２１４は、吐出異常が発生していると判定されたページを記憶する。該ページを記憶することで、制御部２１１は、該ページに異常画像が印刷されていると予測することが可能になる。例えば、ページ記憶手段２１４は、圧力室２７内に気泡が混入し、吐出異常が発生していると判定されたページを記憶する。
The page storage means 214 stores the page determined that the ejection abnormality has occurred. By storing the page, the
制御部２２６は、タイミング制御信号をデシリアライズし、圧電素子駆動ＩＣ３７へと送信する。
The
圧電素子駆動ＩＣ３７は、タイミング制御信号に基づいて、ＯＮ／ＯＦＦ制御され、例えば、ＯＮ（ＯＦＦ）の場合、駆動波形生成部２１２により生成される駆動波形を圧電素子３５へ印加（非印加）する（図７に示す駆動波形印加期間参照）。駆動波形の立ち下げ動作、立ち上げ動作に基づいて、圧電素子３５は伸縮し、圧電素子３５の駆動に応じて各ノズル２０からインク液滴が吐出する。
The piezoelectric
波形処理回路２５０は、フィルタ回路２５１及び増幅回路２５２により、残留振動波形にフィルタ処理を施して増幅し、ピークホールド回路２５３により、残留振動波形の振幅値のピーク値（例えば、最大値）を認識・抽出してピーク値で固定する。
The
切替手段２４１は、圧電素子３５と波形処理回路２５０との接続／非接続を切り替える。例えば、圧電素子３５と波形処理回路２５０とが、切替手段２４１により接続されると、圧電素子接続基板３６の電極に誘起される残留振動電圧は、波形処理回路２５０に取り込まれる。
The switching means 241 switches connection / disconnection between the
Ａ／Ｄ変換器２４２は、波形処理回路２５０により固定された振幅値（アナログ信号）を、デジタル信号に変換し、制御部２１１へと出力する（フィードバック）。判定部２１５（又は、制御部２２６でも良い）は、フィードバックされた残留振動検知部２４０の出力に基づいて、減衰振動の複数の周期を算出することができる。
The A / D converter 242 converts the amplitude value (analog signal) fixed by the
なお、図８では、圧電素子３５ａ〜３５ｘの残留振動電圧を、１組の残留振動検知部（切替手段２４１、波形処理回路２５０、Ａ／Ｄ変換器２４２）を用いて順次切り替えて検知する構成としているが、残留振動検知部の構成は、特に限定されるものではない。例えば、全ての圧電素子に対応して、それぞれ、残留振動検知部を形成し、減衰振動の複数の周期を、同時に検知する構成としても良い。又、例えば、圧電素子を、いくつかのグループに分け、グループ毎に残留振動検知部を形成し、グループ毎に順次切り替えて、減衰振動の複数の周期を、検知する構成としても良い。グループ化することにより、回路規模の増大を抑えつつ、同時に検知できるノズルの個数を増やすことができる。
In FIG. 8, the residual vibration voltage of the
また、図８では駆動波形生成部２１２が駆動制御基板２１０に設けられる例を示しているが、圧電素子３５を駆動する駆動電圧（駆動波形）を生成する駆動波形生成部は、インクジェット記録ヘッド２２０に設けられていてもよい。
Further, although FIG. 8 shows an example in which the drive
＜残留振動検知部＞
図９は、本実施形態に係る残留振動検知部の一例を示す回路図である。
<Residual vibration detector>
FIG. 9 is a circuit diagram showing an example of the residual vibration detection unit according to the present embodiment.
圧電素子駆動ＩＣ３７は、複数のスイッチング素子を含み、圧電素子駆動ＩＣ３７のＯＮ／ＯＦＦは、各圧電素子に対応して形成されるスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦにより制御される。インク液滴吐出後（圧電素子駆動ＩＣ３７がＯＦＦ）、切替手段２４１を介して、圧電素子３５と波形処理回路２５０とが接続されることで、残留振動検知部２４０は、圧電素子３５に誘起される残留振動電圧を検知し、残留振動波形の振幅値を認識できる。
The piezoelectric
波形処理回路２５０は、微小な残留振動波形を、高インピーダンスのバッファ部で受けることにより、検知回路が残留振動波形に及ぼす悪影響を抑制する。波形処理回路２５０に搭載される抵抗Ｒ１〜Ｒ５、コンデンサＣ１〜Ｃ３、等の受動素子定数は、インクジェット記録ヘッド２２０の特性に起因する固有振動周波数の違いに応じて、制御部２１１により可変制御されることが好ましい。これにより、選択的な状態検知が可能になる。
The
又、波形処理回路２５０は、汎用オペアンプ、受動素子、及びスイッチという簡易な回路構成で、残留振動を検知できる。これにより、液滴吐出装置における回路規模の増大を抑制し、コストを抑えることができる。
Further, the
フィルタ回路２５１は、残留振動波形にフィルタ処理を施す。フィルタ回路２５１は、固有振動周波数を中心周波数として、所定の通過帯域幅を有する、バンドパスフィルタ（BPフィルタ）である。例えば、通過帯域幅の両端から、それぞれ−３ｄＢとなる帯域幅が、通過帯域幅の３倍程度に設定されることが好ましい。これにより、インクジェット記録ヘッド２２０の製造バラツキが原因で生じる固有振動周波数のバラツキを吸収できると共に、高周波ノイズと低周波のノイズとを、効率良く除去することが可能になる。
The filter circuit 251 filters the residual vibration waveform. The filter circuit 251 is a bandpass filter (BP filter) having a predetermined pass bandwidth with the natural vibration frequency as the center frequency. For example, it is preferable that the bandwidth of -3 dB from both ends of the passband is set to about 3 times the passband. As a result, it is possible to absorb the variation in the natural vibration frequency caused by the manufacturing variation of the
増幅回路２５２は、フィルタ処理が施された残留振動波形を増幅する。増幅回路２５２において、増幅率は、Ａ／Ｄ変換器２４２の入力可能範囲内で波形が増幅されるように、設定されることが好ましい。 The amplifier circuit 252 amplifies the filtered residual vibration waveform. In the amplifier circuit 252, the amplification factor is preferably set so that the waveform is amplified within the inputtable range of the A / D converter 242.
なお、フィルタ回路２５１及び増幅回路２５２は、バンドパスフィルタ増幅型（サレンキ型）で構成されることにより、効率的なノイズ成分の除去及び信号成分の抽出が可能になるが、該構成は、特に限定されるものではない。少なくとも、ハイパス特性及びローパス特性を有するフィルタと、非反転増幅部又は反転増幅部とを組み合わせた回路で構成されていれば良い。 The filter circuit 251 and the amplifier circuit 252 are composed of a bandpass filter amplification type (salenki type), which enables efficient removal of noise components and extraction of signal components. Not limited. At least, it may be configured by a circuit in which a filter having high-pass characteristics and low-pass characteristics and a non-inverting amplification unit or an inverting amplification unit are combined.
ピークホールド回路２５３は、残留振動波形の振幅値のピーク値を認識・抽出し、該ピーク値で固定する。ピークホールド回路２５３において、抵抗Ｒ６及びコンデンサＣ３の放電時間は、残留振動周期の１／２以下となるように、設定されることが好ましい。ピークホールド回路２５３のリセットは、減衰振動波形の立ち上がりが基準電圧Ｖｒｅｆとクロスするタイミングで、制御部２１１がリセット信号を、スイッチング素子ＳＷ１へと出力することにより行われる。リセットタイミングは、ピークホールド回路２５３が、減衰振動波形の振幅値を認識できるタイミングであれば良く、リセットタイミングを、比較部（図示せず）により検出することも可能である。
The peak hold circuit 253 recognizes and extracts the peak value of the amplitude value of the residual vibration waveform, and fixes it at the peak value. In the peak hold circuit 253, the discharge time of the resistor R6 and the capacitor C3 is preferably set so as to be ½ or less of the residual vibration cycle. The reset of the peak hold circuit 253 is performed by the
なお、ピークホールド回路２５３の構成は、図９に示す構成に限定されるものではなく、少なくとも、残留振動波形の振幅値のピーク値を固定可能な回路で構成されていれば良い。 The configuration of the peak hold circuit 253 is not limited to the configuration shown in FIG. 9, and may be at least a circuit capable of fixing the peak value of the amplitude value of the residual vibration waveform.
このように検出される残留振動波形の振動値のピーク値となるタイミングを基に、判定部２１５で残留振動波形の周期を検出する。
Based on the timing at which the peak value of the vibration value of the residual vibration waveform detected in this way becomes, the
＜気泡混入＞
図１０は、圧力室内に気泡が混入した状態を例示する図である。なお、図６に示す圧力室の形状と図１０の圧力室の形状は若干異なるが、形状は例示であって、どちらの圧力室の形状を用いてよい。
<Mixed bubbles>
FIG. 10 is a diagram illustrating a state in which air bubbles are mixed in the pressure chamber. Although the shape of the pressure chamber shown in FIG. 6 and the shape of the pressure chamber shown in FIG. 10 are slightly different, the shape is an example, and either shape of the pressure chamber may be used.
インクを吐出するときに、インク内部に存在する溶存酸素や、ノズル２０外部から空気が巻き込まれることによって、図１０に示すように、圧力室２７内部に気泡が混入する場合がある。
As shown in FIG. 10, air bubbles may be mixed inside the
このように圧力室２７内部に気泡が混入すると、インク滴の飛翔速度が低下する、吐出方向が曲がる、といった異常に繋がる場合が多い。このような異常は画像品質を大きく劣化させる。
When air bubbles are mixed into the
よって、気泡を発生させない事は元より、仮に発生しても回復処理を適切に行うことが課題となる。しかしながら、気泡はノズル２０内部に存在しているため直接検知することは難しい。
Therefore, it is a problem not only to prevent bubbles from being generated, but also to properly perform recovery processing even if bubbles are generated. However, since the bubbles exist inside the
そこで、本発明の実施形態では、ヘッド内部に圧電素子を設置し、残留振動によって該圧電素子に誘起される電圧を測定することで、残留振動を検知する。ここでは、液滴を吐出させるための圧電素子３５を用いて残留振動を検知する例を説明する。
Therefore, in the embodiment of the present invention, the residual vibration is detected by installing the piezoelectric element inside the head and measuring the voltage induced in the piezoelectric element by the residual vibration. Here, an example of detecting residual vibration by using the
＜残留振動の処理＞
残留振動検知結果の具体例を図１１に示す。図１１は、残留振動検知の実測値と、実測値をBPフィルタ処理によってノイズ除去した結果を示すグラフである。
<Treatment of residual vibration>
A specific example of the residual vibration detection result is shown in FIG. FIG. 11 is a graph showing the measured value of residual vibration detection and the result of removing noise from the measured value by BP filter processing.
図１１は正常吐出時における残留振動検知結果であり、得られる測定量は電圧である。太線が実測値でありフィルタ処理によりノイズ除去を行ったのが細線である。図１１において、横軸は時間、縦軸は電圧を示す。 FIG. 11 shows the residual vibration detection result at the time of normal discharge, and the obtained measured quantity is a voltage. The thick line is the measured value, and the thin line is the one that has been filtered to remove noise. In FIG. 11, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents voltage.
細線で示す、ノイズ除去後の波形は、ここでは例としてバンドパスフィルタ（BPフィルタ）を用いた。図１１のノイズ除去後の検知結果に示すように、残留振動は振動しながら減衰する減衰振動であることが分かる。 For the waveform after noise removal shown by the thin line, a bandpass filter (BP filter) was used here as an example. As shown in the detection result after noise removal in FIG. 11, it can be seen that the residual vibration is a damped vibration that is damped while vibrating.
次に、圧力室内に気泡が混入しているときと、正常吐出時の残留振動の違いについて図１２を用いて説明する。 Next, the difference between the residual vibration when air bubbles are mixed in the pressure chamber and the residual vibration during normal discharge will be described with reference to FIG.
図１２は、圧力室内の気泡混入時と、正常吐出時の残留振動のBPフィルタ処理後の実測の検出結果を示すグラフである。 FIG. 12 is a graph showing the detection results of the actual measurement after the BP filter processing of the residual vibration at the time of mixing air bubbles in the pressure chamber and at the time of normal discharge.
図１２に示すように、気泡混入時は、正常吐出時と比較して、周期が短くなっていることが分かる。そのため背景で記載した特許文献１や特許文献２では、減衰振動の周期が短くなることによって気泡混入を検出できるとしている。 As shown in FIG. 12, it can be seen that the cycle is shorter when air bubbles are mixed than when the air bubbles are normally discharged. Therefore, in Patent Document 1 and Patent Document 2 described in the background, it is stated that air bubble mixing can be detected by shortening the period of damped vibration.
しかし、仮に周囲の温度上昇が起こると、減衰比ζと相関するインク粘度が低下すると、下記の式（１）で示すように、振動数は大きくなり、周期は短くなる。そうなると温度上昇による周期の短縮と、気泡混入による周期変化との区別ができない。 However, if the ambient temperature rises and the ink viscosity that correlates with the attenuation ratio ζ decreases, the frequency increases and the period shortens, as shown by the following equation (1). In that case, it is not possible to distinguish between the shortening of the cycle due to the temperature rise and the cycle change due to the inclusion of bubbles.
ω0：固有振動数（減衰比＝ゼロの時）
ζ：減衰比（インク粘度と相関）
よって温度変化がノイズ要因となり、周期による変化では、気泡混入検知の精度が低下してしまう。
ζ: Attenuation ratio (correlation with ink viscosity)
Therefore, the temperature change becomes a noise factor, and the accuracy of bubble mixing detection is lowered by the change due to the cycle.
そこで、残留振動のBPフィルタを実施した実測結果と、それを減衰振動の式でフィッティングしたものを比較して検証した。 Therefore, the actual measurement result of the residual vibration BP filter and the one fitted by the damped vibration formula were compared and verified.
図１３は、気泡混入時の残留振動にBPフィルタを実施した実測結果と、それを減衰振動の式でフィッティングした結果を示す。図１４は、正常吐出時の残留振動にBPフィルタを実施した実測結果と、それを減衰振動の式でフィッティングした結果を示す。 FIG. 13 shows the actual measurement result of performing a BP filter on the residual vibration when air bubbles are mixed, and the result of fitting it by the equation of damped vibration. FIG. 14 shows the actual measurement result of performing the BP filter on the residual vibration at the time of normal discharge, and the result of fitting it by the equation of the damped vibration.
フィッティングに用いた減衰振動の式を下記に示す。 The formula of the damped vibration used for fitting is shown below.
これに対して、図１４に示す正常吐出時では、正常吐出時の残留振動にBPフィルタを実施した実測結果と、それを減衰振動の式でフィッティングした結果では、両者は良く一致しており、バラツキは見られない。 On the other hand, at the time of normal discharge shown in FIG. 14, the actual measurement result of applying the BP filter to the residual vibration at the time of normal discharge and the result of fitting it by the equation of the damped vibration show that both are in good agreement. No variation is seen.
フィッティングは理論曲線であり周期は一定である。これと一致しているということは、実測の周期も一定であることが分かる。 The fitting is a theoretical curve and the period is constant. If it agrees with this, it can be seen that the actual measurement cycle is also constant.
図１３と図１４とを比較すると、気泡混入時の実測（BPフィルタ実施）と、そのフィッティング結果には大きくズレが生じており、実測の周期にバラツキが発生していることが分かる。 Comparing FIGS. 13 and 14, it can be seen that there is a large discrepancy between the actual measurement (implementation of the BP filter) when bubbles are mixed and the fitting result thereof, and the actual measurement cycle varies.
さらに、図１５に乾燥によりインクが増粘した時の例も示す。図１５では放置0.5[s]における残留振動の実測（BPフィルタ実施）とフィッティング結果を示すが、こちらもよく一致している。詳しくは、放置によりインク粘度が増粘しても、残留振動の周期全体が長くなるだけで、周期にバラツキは発生しないことが分かる。 Further, FIG. 15 also shows an example when the ink is thickened by drying. FIG. 15 shows the actual measurement of residual vibration (implemented by BP filter) and the fitting result at 0.5 [s] left unattended, which are also in good agreement. Specifically, it can be seen that even if the ink viscosity is increased by leaving it to stand, the entire cycle of residual vibration is only lengthened, and the cycle does not vary.
図１３と図１５とを比較すると、図１５の増粘では残留振動の周期のバラツキは発生せず、図１３の気泡混入時の実測（BPフィルタ実施）の場合のみ、そのフィッティング結果には大きくズレが生じており、実測の周期にバラツキが発生していることが分かる。 Comparing FIG. 13 and FIG. 15, the thickening of FIG. 15 does not cause a variation in the cycle of the residual vibration, and the fitting result is large only in the case of the actual measurement (implementation of the BP filter) when the bubbles are mixed in FIG. It can be seen that there is a deviation and that there is a variation in the actual measurement cycle.
このように、気泡混入時は残留振動の周期にバラつきが発生するため、このバラツキ有無で気泡混入しているかどうかを判定することができる。 As described above, when bubbles are mixed, the cycle of the residual vibration is varied, and it is possible to determine whether or not the bubbles are mixed based on the presence or absence of the variation.
また、温度が変わっただけではこのようなバラツキは発生しないため、周囲の温度が変化し、例えば図１５の増粘したときのように残留振動の周期が変化したとしても、その影響を受けず高精度な気泡混入検知が行える。 Further, since such a variation does not occur only by changing the temperature, even if the ambient temperature changes and the residual vibration cycle changes as in the case of thickening in FIG. 15, it is not affected by the change. Highly accurate bubble contamination detection can be performed.
この周期のバラツキを評価することは、バラツキが有るか無いかという絶対評価であり、正常吐出時と比較する相対評価と比べ簡便な評価手法でもある。 Evaluating the variation in this cycle is an absolute evaluation as to whether or not there is variation, and is also a simpler evaluation method than a relative evaluation in comparison with normal discharge.
そこで、より正確に気泡混入の検知を行うための、本発明の実施形態に係る具体的な制御方法について説明する。 Therefore, a specific control method according to an embodiment of the present invention for more accurately detecting air bubble contamination will be described.
＜フローチャート＞
図１６に、本発明の実施形態に係る、吐出異常の有無の判定、維持・回復動作の実施に関する制御フローチャートを示す。
<Flow chart>
FIG. 16 shows a control flowchart relating to the determination of the presence / absence of a discharge abnormality and the implementation of the maintenance / recovery operation according to the embodiment of the present invention.
Ｓ１０１：まず、制御部２１１は、駆動波形を、インクジェット記録ヘッド２２０の各圧電素子３５に印加する。
S101: First, the
Ｓ１０２：残留振動を検知する。詳しくは、制御部２１１は、切替手段２４１を用いて、検出する圧電素子３５と波形処理回路２５０とを接続し、残留振動を検知する。残留振動検知に用いる圧電素子を、吐出駆動で用いる圧電素子と同一にすることで、駆動用の圧電素子以外の圧電素子を設置する必要がなくコストを削減できる。あるいは、残留振動検知に用いる圧電素子は、専用の圧電素子（ピエゾ素子等）を新たに設置しても良い。
S102: Detects residual vibration. Specifically, the
Ｓ１０３：波形処理回路２５０において、残留振動波形に、バンドパスフィルタを実施し、ノイズを除去する。このように、実測の残留振動波形にフィルタ処理をかけて、実測データが持つノイズを除去することで、より正確に残留振動波形の周期を導出できる。
S103: In the
Ｓ１０４：フィルタ処理された残留振動波形に、ピークホールドを行い、ピーク値を検出する。 S104: A peak hold is performed on the filtered residual vibration waveform, and a peak value is detected.
Ｓ１０５：複数のピーク値のピーク時間を基に、ピーク間周期を導出する。 S105: An inter-peak period is derived based on the peak time of a plurality of peak values.
このように、残留振動波形の周期の導出には、実測データにフィルタ処理をかけノイズを除去した後、ピークホールド回路にかけることで各ピーク間の周期（図１３の周期Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４）を導出する。そのため、残留振動波形の周期を精度よく導出できる。 In this way, in order to derive the period of the residual vibration waveform, the measured data is filtered to remove noise, and then applied to the peak hold circuit to apply the period between each peak (periods T 1 and T 2 in FIG. 13). T 3 and T 4 ) are derived. Therefore, the period of the residual vibration waveform can be derived with high accuracy.
Ｓ１０６：判定部２１５は、算出された複数の周期に基づいて周期の標準偏差を導出する。
S106: The
Ｓ１０７：判定部２１５は、複数の周期の標準偏差に２０％以上のばらつきがあるかどうか判定する。
S107: The
Ｓ１０８：Ｓ１０７でＹｅｓの場合、判定部２１５は、気泡混入ありと判定する。
S108: In the case of Yes in S107, the
発明者らは、残留振動の周期（図１３の例では、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４）の標準偏差σが、それらの平均値｛ここでは、（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４）／４＝μ｝の２０％以上で有るとき、気泡混入している率が高く、逆にこれ以下では気泡以外の誤差要因でバラつきが発生していることを見出した。 The inventors have found that the standard deviation σ of the residual vibration period (T 1 , T 2 , T 3 , T 4 in the example of FIG. 13) is their average value {here, (T 1 + T 2 + T 3 + T). 4 ) When it was 20% or more of / 4 = μ}, the rate of air bubble contamination was high, and conversely, when it was less than this, it was found that variation occurred due to an error factor other than air bubbles.
即ち、下記式（４）を満たすかどうか判定する。 That is, it is determined whether or not the following equation (4) is satisfied.
ｎは周期の個数（図１３の例では、ｎ＝４）、
Ｘｉは各周期の値（図１３の例では、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４の各値）を示す。
n is the number of cycles (n = 4 in the example of FIG. 13),
Xi indicates the value of each cycle (in the example of FIG. 13, each value of T 1 , T 2 , T 3 , and T 4).
よって、残留振動の周期のバラツキ有無の判定基準は、残留振動の周期の標準偏差σが、それらの平均値に対し２０％以上ある場合とし、この条件を満たすときに気泡混入していると判定する。 Therefore, the criterion for determining whether or not there is a variation in the residual vibration cycle is that the standard deviation σ of the residual vibration cycle is 20% or more of the average value thereof, and it is determined that bubbles are mixed when this condition is satisfied. do.
このように、周期にバラツキが有るとする判定基準を、残留振動の周期の標準偏差σがそれら周期の平均値の２０％以上有る場合と設定することによって、気泡混入以外の要因による周期の微少変動が２０％以内で存在する場合はこれを除外する事が出来る。したがって、残留振動の周期だけを用いる絶対評価により、気泡が混入したことによる周期のバラツキのみを確実に検知することが出来る。 In this way, by setting the criterion for determining that there is a variation in the period as the case where the standard deviation σ of the residual vibration period is 20% or more of the average value of those periods, the period is minute due to factors other than bubble contamination. If the fluctuation is within 20%, it can be excluded. Therefore, by absolute evaluation using only the period of residual vibration, it is possible to reliably detect only the variation in the period due to the mixing of air bubbles.
Ｓ１０９；Ｓ１０７でＮｏの場合、即ち、残留振動の周期の標準偏差がそれら周期の平均値の２０％未満の場合、複数の周期の標準偏差に１０％以上のばらつきがあるかどうか判定する。 S109; If No in S107, that is, if the standard deviation of the residual vibration cycles is less than 20% of the average value of those cycles, it is determined whether the standard deviations of the plurality of cycles have a variation of 10% or more.
Ｓ１１０：Ｓ１０９でＹｅｓの場合、即ち、残留振動の周期の標準偏差がそれら周期の平均値の１０％以上２０％未満の場合、図１２に示すように、検出された残留振動の周期と、正常吐出の残留振動との比較評価を行う。 In the case of Yes in S110: S109, that is, when the standard deviation of the residual vibration period is 10% or more and less than 20% of the average value of those periods, the detected residual vibration period and the normal are as shown in FIG. Perform a comparative evaluation with the residual vibration of the discharge.
上述のように、Ｓ１０７において残留振動の周期の標準偏差がそれら周期の平均値の２０％以上ある場合はそれのみで気泡混入していると判定するが、標準偏差が２０％より小さくても１０％以上ある場合は気泡混入している可能性がある。その場合、さらに追加判定として図１２に示すように正常吐出時の残留振動との比較評価を行うと好適である。 As described above, in S107, when the standard deviation of the residual vibration period is 20% or more of the average value of those periods, it is determined that bubbles are mixed by itself, but even if the standard deviation is smaller than 20%, it is 10 If it is more than%, there is a possibility that air bubbles are mixed. In that case, as an additional determination, it is preferable to perform a comparative evaluation with the residual vibration at the time of normal discharge as shown in FIG.
Ｓ１１１：検出された残留振動の周期は、正常吐出時の残留振動の周期より２０％以上短いかどうか判定する。この際、正常吐出の残留振動は、検出時と同じ温度条件のものを記憶部２１３から読み出す。
S111: It is determined whether the detected residual vibration cycle is 20% or more shorter than the residual vibration cycle at the time of normal discharge. At this time, the residual vibration of the normal discharge is read out from the
具体的には、図１２における比較において、下記式（５）を満たすかどうか判定する。 Specifically, in the comparison in FIG. 12, it is determined whether or not the following equation (5) is satisfied.
Ｓ１０８：Ｓ１１１でＹｅｓである場合、判定部２１５は、気泡混入ありと判定する。このように、Ｓ１０７においてＮｏで気泡混入以外の要因による周期の微少変動が２０％未満であり気泡混入していないと判定されたとしても、さらに追加の別評価により気泡混入の可能性を評価し総合的に判定するため、気泡混入の検知漏れを防ぎ、より高精度に検知することが出来る。
S108: When Yes in S111, the
なお、Ｓ１１１において、検出された残留振動の周期と、正常吐出時の残留振動の周期との比較において２０％を変動の閾値の例を挙げたが、別の閾値であってもよい。追加の別評価の範囲を適切な閾値に設定していることで、目的に沿った気泡検知を高精度に行うことが出来る。 In S111, an example of a fluctuation threshold value of 20% in comparison between the detected residual vibration cycle and the residual vibration cycle at the time of normal discharge is given, but another threshold value may be used. By setting the range of additional evaluation to an appropriate threshold value, bubble detection according to the purpose can be performed with high accuracy.
Ｓ１１２：Ｓ１０９でＮｏだと、残留振動の複数の周期の標準偏差が１０％未満であり、バラツキが少ないため、気泡混入なしと判定する。同様に、Ｓ１１１でＮｏである、検出された残留振動の周期の変動が、正常吐出時の残留振動の周期と比較して２０％未満である場合、気泡混入なしと判定する。 S112: If No in S109, the standard deviation of the plurality of cycles of the residual vibration is less than 10%, and there is little variation, so it is determined that no bubbles are mixed. Similarly, when the fluctuation of the detected residual vibration cycle, which is No in S111, is less than 20% as compared with the cycle of the residual vibration at the time of normal discharge, it is determined that no bubbles are mixed.
Ｓ１１３：一方、Ｓ１０８で圧力室２７内に気泡混入していると判定した場合、適切な回復処理を行うことで気泡を除去する。この動作により、気泡混入による吐出異常をその場で回復できる。
S113: On the other hand, when it is determined in S108 that air bubbles are mixed in the
圧力室２７内に気泡が混入した場合、回復動作として、フラッシングなどの吐出動作によって効率良く気泡除去する事は難しい。よって、Ｓ１１３での該回復処理はポンプを用いてインク液を圧力室２７内から適量吸引し廃棄することによって、混入した気泡を高い確度で除去できる。
When air bubbles are mixed in the
このようなフローにより、気泡の混入を正確に判断し、混入の場合は、混入した気泡を除去することができる。 With such a flow, it is possible to accurately determine the mixing of bubbles, and in the case of mixing, the mixed bubbles can be removed.
なお、気泡混入検知後の回復処理（吸引等）でも完全に気泡を除去し切れない場合がある。その場合のために実際に回復したかを、図１６で示すようにＳ１０１に戻り、再判定を行ってもよい。このように再判定することによって、仮に一度の回復処理で気泡を除去できなくても次の回復処理で除去できる可能性を高め、気泡を除去する確率を向上させることができる。 It should be noted that the air bubbles may not be completely removed even by the recovery process (suction, etc.) after the air bubble contamination is detected. As shown in FIG. 16, it may be returned to S101 and re-determined whether or not it has actually recovered for that case. By re-determining in this way, even if the bubbles cannot be removed by one recovery process, the possibility that the bubbles can be removed by the next recovery process can be increased, and the probability of removing the bubbles can be improved.
上記のフローにより、液体を吐出する装置において、周囲の温度が変わったとしても、気泡混入を正確に検知し、無駄な回復動作の実施を防ぐことができる。 According to the above flow, even if the ambient temperature changes in the device for discharging the liquid, it is possible to accurately detect the inclusion of air bubbles and prevent unnecessary recovery operation.
以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。 Although the preferred embodiment has been described in detail above, it is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and substitutions are made to the above-mentioned embodiment without departing from the scope of the claims. Can be added.
本明細書において、「正常吐出状態」とは、ノズルからインク液滴が正常に吐出している状態を指し、「異常吐出状態」とは、ノズルからインク液滴が吐出していない（不吐出）状態、ノズルから適正量のインク液滴が吐出していない状態、インク液滴が適正な位置に着弾していない状態、等を指すものとする。 In the present specification, the "normal ejection state" refers to a state in which ink droplets are normally ejected from the nozzle, and the "abnormal ejection state" means that the ink droplets are not ejected from the nozzle (non-ejection). ) State, a state in which an appropriate amount of ink droplets are not ejected from the nozzle, a state in which the ink droplets have not landed in an appropriate position, and the like.
また、本明細書において、圧力室２７内のインクを加圧する圧力発生素子として、ピエゾ型の圧電素子３５を用いる場合について説明したが、圧力発生素子は、静電型やサーマル型等の別のタイプの圧力発生素子であってもよい。
Further, in the present specification, the case where the piezo type
例えば、上記実施の形態では、本発明に係る搬送装置を備えた画像形成装置について説明したが、本発明に係る搬送装置は、画像形成装置を含めた液体を吐出する装置に広く適用することができる。 For example, in the above embodiment, the image forming apparatus provided with the conveying device according to the present invention has been described, but the conveying device according to the present invention can be widely applied to an apparatus for discharging liquid including the image forming apparatus. can.
ここで、「液体吐出装置」とは、液体吐出部である液体吐出ヘッド又は液体吐出ユニットを備え、液体吐出部を駆動させて、液体を吐出させる装置である。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、
この「液体吐出装置」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、後処理装置等も含むことができる。
Here, the "liquid discharge device" is a device provided with a liquid discharge head or a liquid discharge unit which is a liquid discharge unit, and drives the liquid discharge unit to discharge the liquid. The device that discharges the liquid is not only a device that can discharge the liquid to a device to which the liquid can adhere, but also a device that can discharge the liquid.
This "liquid discharge device" can also include means related to feeding, transporting, and discharging paper to which a liquid can adhere, as well as a pretreatment device, a posttreatment device, and the like.
例えば、「液体吐出装置」としては、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の他に、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）が挙げられる。 For example, as a "liquid ejection device", in addition to an image forming apparatus that ejects ink to form an image on paper, powder is layered in order to form a three-dimensional model (three-dimensional model). Examples thereof include a three-dimensional modeling device (three-dimensional modeling device) that discharges a modeling liquid into the formed powder layer.
又、「液体吐出装置」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。 Further, the "liquid discharge device" is not limited to a device in which a significant image such as characters and figures is visualized by the discharged liquid. For example, those that form patterns that have no meaning in themselves and those that form a three-dimensional image are also included.
上記「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等を意味する。具体例としては、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布等の被記録媒体、電子基板、圧電素子等の電子部品、粉体層（粉末層）、臓器モデル、検査用セル等の媒体であり、特に限定しない限り、液体が付着する全てのものが含まれる。 The above-mentioned "material to which a liquid can adhere" means a material to which a liquid can adhere at least temporarily, such as one that adheres and adheres, and one that adheres and permeates. Specific examples include paper, recording paper, recording paper, film, recorded media such as cloth, electronic substrates, electronic components such as piezoelectric elements, powder layers (powder layers), organ models, and media such as inspection cells. Yes, and unless otherwise specified, it includes everything to which the liquid adheres.
上記「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、セラミックス等液体が一時的でも付着可能であればよい。 The material of the above-mentioned "material to which a liquid can adhere" may be paper, thread, fiber, cloth, leather, metal, plastic, glass, wood, ceramics or the like as long as the liquid can adhere even temporarily.
又、「液体」は、インク、処理液、ＤＮＡ試料、レジスト、パターン材料、結着剤、造形液、又は、アミノ酸、たんぱく質、カルシウムを含む溶液及び分散液等も含まれる。 Further, the "liquid" includes an ink, a treatment liquid, a DNA sample, a resist, a pattern material, a binder, a modeling liquid, or a solution containing amino acids, proteins and calcium, and a dispersion liquid.
又、「液体吐出装置」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等が含まれる。 Further, the "liquid discharge device" includes, but is not limited to, a device in which the liquid discharge head and the device to which the liquid can adhere move relatively. Specific examples include a serial type device that moves the liquid discharge head, a line type device that does not move the liquid discharge head, and the like.
又、「液体吐出装置」としては他にも、用紙の表面を改質する等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等がある。 In addition, as a "liquid ejection device", a processing liquid application device that ejects a treatment liquid onto a paper in order to apply the treatment liquid to the surface of the paper for the purpose of modifying the surface of the paper, and a solution of raw materials. There is an injection granulation device that granulates fine particles of raw materials by injecting a composition liquid dispersed therein through a nozzle.
「液体吐出ユニット」とは、インクジェットヘッド等の液体吐出ヘッドに機能部品、機構が一体化したものであり、液体の吐出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等が含まれる。 The "liquid discharge unit" is a liquid discharge head such as an inkjet head in which functional parts and mechanisms are integrated, and is a collection of parts related to liquid discharge. For example, the "liquid discharge unit" includes a head tank, a carriage, a supply mechanism, a maintenance / recovery mechanism, a main scanning movement mechanism in which at least one of the configurations is combined with a liquid discharge head, and the like.
ここで、一体化とは、例えば、液体吐出ヘッドと機能部品、機構が、締結、接着、係合等で互いに固定されているもの、一方が他方に対して移動可能に保持されているものを含む。又、液体吐出ヘッドと、機能部品、機構が互いに着脱可能に構成されていても良い。 Here, the term "integration" means, for example, a liquid discharge head and a functional component, a mechanism in which the mechanism is fixed to each other by fastening, bonding, engagement, etc., or one in which one is movably held with respect to the other. include. Further, the liquid discharge head, the functional parts, and the mechanism may be configured to be detachable from each other.
又、「液体吐出ヘッド」は、使用する圧力発生手段が限定されるものではない。例えば、圧電アクチュエータ（積層型圧電素子を使用するものでもよい。）、発熱抵抗体等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等を使用することができる。 Further, the pressure generating means used for the "liquid discharge head" is not limited. For example, a piezoelectric actuator (which may use a laminated piezoelectric element), a thermal actuator using an electric heat conversion element such as a heat generating resistor, an electrostatic actuator composed of a diaphragm and a counter electrode, and the like can be used.
又、本願の用語における、画像形成、記録、印字、印写、印刷、造形等は何れも同義語とする。 Further, in the terms of the present application, image formation, recording, printing, printing, printing, modeling, etc. are all synonymous.
２０ ノズル
２７ 圧力室
３５ 圧電素子（圧力発生素子）
２００ インクジェット記録ヘッドモジュール（液体を吐出する装置）
２１２ 駆動波形生成部（生成部）
２１５ 判定部
２２０ インクジェット記録ヘッド（液体吐出ヘッド）
２４０ 残留振動検知部
20
200 Inkjet recording head module (device that discharges liquid)
212 Drive waveform generator (generator)
215
240 Residual vibration detector
Claims (11)
前記圧力室内の液体に圧力を発生させる圧力発生素子と、
前記圧力発生素子を駆動する駆動電圧を生成する生成部と、
前記圧力発生素子の駆動後に、前記液体に発生する残留振動を検知する残留振動検知部と、
検知した残留振動の単一の残留振動波形において複数のピーク値を検出し、該複数のピーク値のそれぞれのピーク間周期を導出する波形処理部と、
導出した複数のピーク間周期の標準偏差に基づいて、前記複数のピーク間周期の長さにバラツキがあるかを確認することで、前記圧力室内への気泡混入の有無を判定する判定部と、を有する、
液体を吐出する装置。 A pressure chamber that communicates with the nozzle,
A pressure generating element that generates pressure in the liquid in the pressure chamber,
A generation unit that generates a drive voltage that drives the pressure generating element,
A residual vibration detection unit that detects residual vibration generated in the liquid after driving the pressure generating element,
A waveform processing unit that detects a plurality of peak values in a single residual vibration waveform of the detected residual vibration and derives an inter-peak period of each of the plurality of peak values.
Based on the derived standard deviations of the plurality of peak-to-peak periods, the determination unit for determining the presence or absence of air bubbles in the pressure chamber by confirming whether the lengths of the plurality of peak-to-peak periods vary. Have,
A device that discharges liquid.
請求項１に記載の液体を吐出する装置。 When the value of the standard deviation of the plurality of peak-to-peak periods of the residual vibration is 20% or more with respect to the average value of the plurality of peak-to-peak periods, the determination unit determines that air bubbles are mixed in the pressure chamber. The device for discharging the liquid according to claim 1.
請求項１に記載の液体を吐出する装置。 Comparison of the values of the standard deviation of a plurality of peak-to-peak period of the residual vibration, the case a plurality of more than 10% less than 20% of the average value of the period between the peaks, and the residual vibration during a normal discharge as additional determination The device for discharging the liquid according to claim 1, wherein the evaluation is performed and the presence or absence of air bubbles mixed in the pressure chamber is determined based on the result.
請求項３に記載の液体を吐出する装置。 The criterion for the additional determination is whether or not the average value of the plurality of peak-to-peak periods is 20% or more shorter than the peak-to-peak period of the residual vibration at the time of normal discharge, and the determination unit detects. average value of the plurality of peak-to-peak period that is, when the consist peak period of the residual vibration in the case of normal ejection shortened more than 20%, in the determination section determines 3 there is mixing of bubbles into the pressure chamber A device that discharges the described liquid.
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の液体を吐出する装置。 The device for discharging the liquid according to any one of claims 1 to 4, wherein the waveform processing unit filters a single measured residual vibration waveform to remove noise.
請求項５に記載の液体を吐出する装置。 The device for discharging a liquid according to claim 5, wherein the waveform processing unit derives a plurality of peak-to-peak periods of the residual vibration waveform by applying a waveform signal after the filter processing to a peak hold circuit.
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の液体を吐出する装置。 The device for discharging the liquid according to any one of claims 1 to 6, which performs a recovery process when it is determined that air bubbles are mixed in the pressure chamber.
請求項７に記載の液体を吐出する装置。 The device according to claim 7, wherein the recovery process is a process of sucking an appropriate amount of the liquid in the pressure chamber using a pump and discarding the liquid.
請求項７又は８に記載の液体を吐出する装置。 The liquid according to claim 7 or 8, wherein the determination unit redetermines whether or not air bubbles are mixed in the pressure chamber based on the standard deviation of the peak-to-peak period of the residual vibration to determine whether or not the liquid has actually recovered after the recovery treatment. A device that discharges.
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の液体を吐出する装置。 The pressure generating element used for residual vibration detection, which detects the meniscus of the liquid in the nozzle without discharging the liquid from the nozzle, is the same as the pressure generating element used in the discharge drive for discharging the liquid from the nozzle. The device for discharging the liquid according to any one of 1 to 9.
前記圧力発生素子を駆動する駆動電圧を生成する生成ステップと、
前記圧力発生素子の駆動後に、前記液体に発生する残留振動を検知する残留振動検知ステップと、
検知した残留振動の単一の残留振動波形において複数のピーク値を検出し、該複数のピーク値のそれぞれのピーク間周期を導出する波形処理ステップと、
導出した複数のピーク間周期の標準偏差に基づいて、前記複数のピーク間周期の長さにバラツキがあるかを確認することで、前記圧力室内への気泡混入の有無を判定する判定ステップと、を有する、
液体吐出ヘッドの異常判定方法。 A method for determining an abnormality of a liquid discharge head including a pressure chamber communicating with a nozzle and a pressure generating element for generating pressure in the liquid in the pressure chamber.
A generation step for generating a drive voltage for driving the pressure generating element, and
A residual vibration detection step that detects residual vibration generated in the liquid after driving the pressure generating element, and
A waveform processing step in which a plurality of peak values are detected in a single residual vibration waveform of the detected residual vibration and the inter-peak period of each of the plurality of peak values is derived.
Based on the derived standard deviations of the plurality of peak-to-peak periods, the determination step of determining the presence or absence of air bubbles in the pressure chamber by confirming whether the lengths of the plurality of peak-to-peak periods vary. Have,
A method for determining an abnormality in the liquid discharge head.
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