JP2007083617A

JP2007083617A - 液滴吐出ヘッド検査装置及び液滴吐出ヘッド検査方法

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Publication number: JP2007083617A
Application number: JP2005276504A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Okuda; 真一奥田
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2005-09-22
Filing date: 2005-09-22
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2025-09-22
Also published as: JP4844066B2

Abstract

【解決課題】液滴吐出ヘッドの減衰定数を簡易に検査できるようにする。
【解決手段】印加する電圧の駆動波形のパルス幅が徐々に広くなるように変化させながら、吐出されたインク滴の速度を計測して（１００）、固有周期を算出する（１０２）。そして、固有周期に基づいて、パルス幅が１／２・Ｔｃであるパルスからなる駆動波形の電圧を印加すると共に、インク滴の速度を計測し（１０４）、パルス幅が３／２・Ｔｃであるパルスからなる駆動波形の電圧を印加すると共に、インク滴の速度を計測し（１０６）、パルス幅が４・Ｔｃであるパルスからなる駆動波形の電圧を印加すると共に、インク滴の速度を計測する（１０８）。そして、計測されたインク滴の速度及び駆動波形のパルス幅に応じて、パルス幅の変化に対するインク滴の速度の変化を示す減衰曲線を求め、この減衰曲線の減衰定数を算出し（１１０）、算出された固有周期及び減衰定数に基づいて、インクジェット記録ヘッドの基準駆動波形を調整する。
【選択図】図４

Description

この発明は、液滴吐出ヘッド検査装置及び液滴吐出ヘッド検査方法に係り、特に、電圧を印加された電気機械変換素子による圧力室内の圧力変化を表す波形の減衰定数を検査する液滴吐出ヘッド検査装置及び液滴吐出ヘッド検査方法に関する。

従来、電気機械変換素子（ピエゾアクチュエータなど）を用いた液滴吐出ヘッドでは、電気機械変換素子に電圧を印加することによって、圧力室内の圧力変化を生じさせて、液滴を吐出させている。この圧力室内の圧力変化は、印加する電圧の駆動波形によって、高精度に制御され、高周波吐出、微小滴吐出、サテライト／ミスト制御などが行われる。

印加する電圧の駆動波形は、液滴吐出ヘッドの音響特性に適合させることが重要であり、具体的には、液滴吐出ヘッドの圧力室内に生じる圧力変化を表す波形の振幅、固有周期（ヘルムホルツ振動周期）、及び減衰定数に駆動波形を適合させる必要がある。

上記のような液滴吐出ヘッドは，精密加工技術や半導体プロセス技術などを用いて製造されるが、製造条件や材料のばらつきによって、液滴吐出ヘッド間で音響特性に差が発生する。従って、全ての液滴吐出ヘッドで安定した吐出を実現するためには、製造した液滴吐出ヘッドのひとつひとつについて音響特性の検査を行い、各液滴吐出ヘッドの音響特性に適合するように駆動波形の調整を行う必要がある。

液滴吐出ヘッドの音響特性を検査する方式としては、滴速または滴体積（圧力変化を表す波形の振幅にほぼ比例）の測定が最も一般的に行われ，また、圧力変化を表す波形の固有周期を測定する方法が知られている（特許文献１）。

一方、圧力変化の減衰定数は、液滴吐出ヘッドの圧力室内に生じる圧力変化の振幅が時間的に減衰する速度を表す特性値であり、液滴吐出時に発生するサテライトやミストの制御を行う上で極めて重要な値である。従って、駆動波形調整を行う際、各液滴吐出ヘッドの減衰定数を測定し、それに適合するように調整を行うことが望ましい。
特許３４１９４０１号公報

しかしながら、上記の圧力変化の減衰定数については、簡易に測定する方法がないため、液滴吐出ヘッドの減衰定数に応じた駆動波形調整を行うことが困難である、という問題がある。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、液滴吐出ヘッドの減衰定数を簡易に検査できる液滴吐出ヘッド検査装置及び液滴吐出ヘッド検査方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために第１の発明に係る液滴吐出ヘッド検査装置は、液体が充填される圧力室、及び印加された電圧に応じて前記圧力室内の圧力を変化させる電気機械変換器を備え、かつ、前記圧力変化に応じて液滴を吐出する液滴吐出ヘッドを検査する液滴吐出ヘッド検査装置であって、パルス幅が異なるパルスからなる複数の駆動波形の電圧の各々を前記電気機械変換器に印加する印加手段と、前記印加手段の電圧印加によって前記液滴吐出ヘッドから吐出された液滴の速度を計測する滴速計測手段と、前記滴速計測手段によって計測された液滴の速度及び前記複数の駆動波形のパルス幅に応じて定まる前記駆動波形のパルス幅の変化に対する前記液滴の速度の変化を表す減衰曲線に基づいて、該減衰曲線の減衰定数を、時間変化に対する前記圧力変化の減衰定数として算出する算出手段とを含んで構成されている。

また、第２の発明に係る液滴吐出ヘッド検査方法は、液体が充填される圧力室、及び印加された電圧に応じて前記圧力室内の圧力を変化させる電気機械変換器を備え、かつ、前記圧力変化に応じて液滴を吐出する液滴吐出ヘッドを検査する液滴吐出ヘッド検査方法であって、パルス幅が異なるパルスからなる複数の駆動波形の電圧の各々を前記電気機械変換器に印加し、前記電圧印加によって前記液滴吐出ヘッドから吐出された液滴の速度を計測し、前記計測された液滴の速度及び前記複数の駆動波形のパルス幅に応じて定まる前記駆動波形のパルス幅の変化に対する前記液滴の速度の変化を表す減衰曲線に基づいて、該減衰曲線の減衰定数を、時間変化に対する前記圧力変化の減衰定数として算出することを特徴としている。

第１の発明及び第２の発明によれば、パルス幅が異なるパルスからなる複数の駆動波形の電圧の各々を前記電気機械変換器に印加し、複数の駆動波形の電圧ごとに、電圧印加によって液滴吐出ヘッドから吐出された液滴の速度を計測する。ここで、電圧の駆動波形のパルス幅が大きり、パルスの立ち下がりと立ち上がりとの間隔が広くなるほど、計測される液滴の速度が減衰する。

そして、計測された液滴の速度及び複数の駆動波形のパルス幅に応じて定まる駆動波形のパルス幅の変化に対する液滴の速度の変化を表す減衰曲線に基づいて、減衰曲線の減衰定数を、時間変化に対する圧力変化の減衰定数として算出する。

従って、パルス幅が異なる複数の駆動波形の電圧を電気機械変換器に印加すると共に、吐出される液滴の速度を計測し、駆動波形のパルス幅の変化に対する液滴の速度の変化を表す減衰曲線に基づいて、減衰定数を算出することにより、液滴吐出ヘッドの減衰定数を簡易に検査できる。

また、第１の発明に係る算出手段は、パルス幅ＰＷａの駆動波形の電圧印加によって吐出された液滴の速度をＶａ、パルス幅ＰＷｂの駆動波形の電圧印加によって吐出された液滴の速度をＶｂ、パルス幅ＰＷｃの駆動波形の電圧印加によって吐出された液滴の速度をＶｃとすると、以下の式を満たすように、減衰曲線の減衰定数Ｄを算出することができる。

ＰＷａ＜ＰＷｂ＜ＰＷｃ
Ｄ＝[Ｌｎ（Ｖａ−Ｖｃ）―Ｌｎ（Ｖｂ−Ｖｃ）]／（ＰＷｂ−ＰＷａ）
ただし、Ｌｎは自然対数である。

また、第３の発明に係る液滴吐出ヘッド検査装置は、液体が充填される圧力室、及び印加された電圧に応じて前記圧力室内の圧力を変化させる電気機械変換器を備え、かつ、前記圧力変化に応じて液滴を吐出する液滴吐出ヘッドを検査する液滴吐出ヘッド検査装置であって、パルス幅が異なるパルスからなる複数の駆動波形の電圧の各々を前記電気機械変換器に印加する印加手段と、前記印加手段の電圧印加によって前記液滴吐出ヘッドから吐出された液滴の体積を計測する滴体積計測手段と、前記滴体積計測手段によって計測された液滴の体積及び前記複数の駆動波形のパルス幅に応じて定まる前記駆動波形のパルス幅の変化に対する前記液滴の体積の変化を表す減衰曲線に基づいて、該減衰曲線の減衰定数を、時間変化に対する前記圧力変化の減衰定数として算出する算出手段とを含んで構成されている。

また、第４の発明に係る液滴吐出ヘッド検査方法は、液体が充填される圧力室、及び印加された電圧に応じて前記圧力室内の圧力を変化させる電気機械変換器を備え、かつ、前記圧力変化に応じて液滴を吐出する液滴吐出ヘッドを検査する液滴吐出ヘッド検査方法であって、パルス幅が異なるパルスからなる複数の駆動波形の電圧の各々を前記電気機械変換器に印加し、前記電圧印加によって前記液滴吐出ヘッドから吐出された液滴の体積を計測し、前記計測された液滴の体積及び前記複数の駆動波形のパルス幅に応じて定まる前記駆動波形のパルス幅の変化に対する前記液滴の体積の変化を表す減衰曲線に基づいて、該減衰曲線の減衰定数を、時間変化に対する前記圧力変化の減衰定数として算出することを特徴としている。

第３の発明及び第４の発明によれば、パルス幅が異なるパルスからなる複数の駆動波形の電圧の各々を電気機械変換器に印加し、電圧印加によって液滴吐出ヘッドから吐出された液滴の体積を計測する。

そして、計測された液滴の体積及び複数の駆動波形のパルス幅に応じて定まる駆動波形のパルス幅の変化に対する液滴の体積の変化を表す減衰曲線に基づいて、減衰曲線の減衰定数を、時間変化に対する圧力変化の減衰定数として算出する。

従って、パルス幅が異なる駆動波形の電圧を電気機械変換器に印加すると共に、吐出される液滴の体積を計測し、駆動波形のパルス幅の変化に対する液滴の体積の変化を表す減衰曲線に基づいて、減衰定数を算出することにより、液滴吐出ヘッドの減衰定数を簡易に検査できる。

第３の発明に係る算出手段は、パルス幅ＰＷａの駆動波形の電圧印加によって吐出された液滴の体積をＱａ、パルス幅ＰＷｂの駆動波形の電圧印加によって吐出された液滴の体積をＱｂ、パルス幅ＰＷｃの駆動波形の電圧印加によって吐出された液滴の体積をＱｃとすると、以下の式を満たすように、減衰曲線の減衰定数Ｄを算出することができる。

ＰＷａ＜ＰＷｂ＜ＰＷｃ
Ｄ＝[Ｌｎ（Ｑａ−Ｑｃ）―Ｌｎ（Ｑｂ−Ｑｃ）]／（ＰＷｂ−ＰＷａ）
また、上記の駆動波形は、矩形状の波形とすることができる。これにより、駆動波形を発生させる回路の回路コストを小さく抑えることができる。

また、上記の駆動波形において、パルスの立ち上げ時間及び立ち下げ時間を圧力変化の固有周期の１／２以下とすることができる。これにより、パルスの立ち上げ及び立ち下げによって効率的に圧力変化を生じさせることができる。

また、上記の複数の駆動波形は、パルス幅が圧力変化の固有周期の略１／２である駆動波形と、パルス幅が固有周期の略３／２である駆動波形と、パルス幅が固有周期の４倍以上である駆動波形とを含むことができる。

また、上記の複数の駆動波形は、パルス幅が圧力変化の固有周期の略１／２である駆動波形と、パルス幅が固有周期の略３／２である駆動波形と、パルス幅が固有周期以上であり、かつ、パルスの立ち下げ時間が固有周期の１／２以上である駆動波形とを含むことができる。

また、上記の発明に係る液滴吐出ヘッド検査装置は、算出手段によって算出された減衰定数に基づいて、圧力変化が所定の残響変化量を有するように電気機械変換器に印加される電圧の駆動波形を調整する減衰定数駆動波形調整手段を更に含むことができる。これにより、液滴吐出ヘッドに印加される電圧の駆動波形を、液滴吐出ヘッドの減衰定数に適合させることができる。

また、上記の発明に係る液滴吐出ヘッド検査装置は、圧力変化の固有周期を測定する固有周期測定手段を更に含むことができる。これにより、圧力変化の減衰定数を算出する前に、固有周期を測定することにより、高精度に検査を行うことができる。また、この液滴吐出ヘッド検査装置は、固有周期測定手段によって測定された固有周期に基づいて、電気機械変換器に印加される電圧の駆動波形を調整する固有周期駆動波形調整手段を更に含むことができる。これにより、液滴吐出ヘッドに印加される電圧の駆動波形を、液滴吐出ヘッドの固有周期に適合させることができる。

また、上記の電気機械変換器を、ピエゾアクチュエータとすることができる。これにより、液滴吐出ヘッドによる液滴の吐出を高精度に制御することができる。

以上説明したように、本発明の液滴吐出ヘッド検査装置及び液滴吐出ヘッド検査方法によれば、パルス幅が異なる駆動波形の電圧を電気機械変換器に印加すると共に、吐出される液滴の速度又は体積を計測し、駆動波形のパルス幅の変化に対する液滴の速度又は体積の変化を表す減衰曲線に基づいて、減衰定数を算出することにより、液滴吐出ヘッドの減衰定数を簡易に検査できる、という効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態では、インクジェット記録装置に用いるインクジェット記録ヘッドの減衰定数を検査する場合について説明する。

図１に示すように、第１の実施の形態に係るヘッド検査システム１０は、インク滴を吐出するインクジェット記録ヘッド１２と、インクジェット記録ヘッド１２に印加する電圧の駆動波形を発生する駆動波形発生回路１４と、インクジェット記録ヘッド１２から吐出されたインク滴の速度を測定する滴速測定部１６と、駆動波形発生回路１４及び滴速測定部１６を制御するためのコンピュータ１８とから構成されている。

滴速測定部１６は、所定の位置をインク滴が通過する時間をストロボ観察やレーザー照射等によって測定するようになっている。

また、コンピュータ１８は、後述する検査処理ルーチンのプログラムを含む各種プログラムやパラメータ等が記憶されたＲＯＭ２０、各種プログラムを実行するＣＰＵ２２、ＣＰＵ２２による各種プログラムの実行時におけるワークエリア等として用いられるＲＡＭ２４、所定の駆動波形を表す波形データ及び種々のパラメータを記憶するＨＤＤ２６、ディスプレイ２８、マウス３０、キーボード３２、駆動波形発生回路１４と接続するための出力インタフェース３４、滴速測定部１６と接続するための入出力インタフェース３６、及びこれらを相互に接続するための入出力バス３８を備えている。

駆動波形発生回路１４は、コンピュータ１８からの波形データを示す波形信号に基づいて、ハイレベルとローレベルとからなる所定の矩形波状の駆動波形の電圧を発生し、インクジェット記録ヘッド１２に印加する。

インクジェット記録ヘッド１２のノズルからインク滴を吐出させる方式は、ピエゾアクチュエータで圧力室内を加圧する方式となっている。この方式は、インク滴を吐出した直後の圧力室内の残響圧力変化を印加する電圧によって制御することにより、サテライトやミストの発生を制御できるため、TIJ（サーマルインクジェット）方式と比較した場合、大きな長所となっている。

図２に示すように、インクジェット記録ヘッド１２は、インクタンク５２、供給路５４、圧力室５６、ノズル５８、及び電気機械変換器としてのピエゾアクチュエータ６０を有している。

インクタンク５２には、インクが充填され、インクタンク５２に充填されたインクは、供給路５４を介して圧力室５６に充填され、圧力室５６に連通したノズル５８にインクが供給される。

圧力室５６の壁面の一部は振動板５６Ａからなり、振動板５６Ａにピエゾアクチュエータ６０が設けられており、ピエゾアクチュエータ６０によって振動板５６Ａを変形させて振動させることで、圧力室５６内に圧力変化が発生する。すなわち、ピエゾアクチュエータ６０の振動によって発生する圧力変化によって、圧力室５６内に充填されたインクがインク滴としてノズル５８から吐出され、圧力室５６には供給路５４を介してインクタンク５２からインクが補充されるようになっている。

ノズル５８は、例えば、記録用紙幅方向に複数配列した記録ヘッドとすることで、記録用紙幅方向の画像を記録し、記録用紙と記録ヘッドとを相対的に移動することで記録用紙に画像を記録することができる。

次に、インクジェット記録ヘッド１２の圧力室５６内の圧力変化について説明する。本実施形態で使用したインクジェット記録ヘッド１２は、ピエゾアクチュエータ６０に図３（Ａ）に示すような１つのパルスからなる電圧を印加した場合、パルスの立ち下がりで圧力室５６が膨張され、パルスの立ち上がりで圧力室５６が収縮される。すなわち、図３（Ｂ）に示すように、パルスの立ち下がりで圧力室５６内に圧力変化が発生し、通常圧力より低下した後、通常圧力に戻る。パルス幅が圧力変化の固有周期の１／２に等しい場合、圧力室５６内が通常圧力に戻った時点でパルスが立ち上がり、圧力室５６内の圧力変化が発生し、圧力変化が重ね合わされて圧力が上昇し、その後に通常圧力に戻る。その後、この圧力振動は残存し、圧力室５６内の圧力が通常圧力より低下した後、通常圧力に戻り、そして、通常圧力より上昇し、通常圧力に戻り、この圧力変化が減衰しながら繰り返される。このとき、圧力変化を表す波形の振幅が、時間ｔの関数としてｅ^-β^tの形（ｅは自然対数の底）で減衰し、この関数の係数βが圧力変化の減衰定数となる。

次に、第１の実施の形態に係るヘッド検査システム１０の作用について説明する。

まず、検査対象となるインクジェット記録ヘッド１２が吐出するインク滴の通過時間を測定できるように、滴速測定部１６が所定の位置に設置されると、コンピュータ１８において図４に示す検査処理ルーチンが実行される。

ステップ１００では、図５（Ａ）に示すようなパルスからなる駆動波形の電圧をインクジェット記録ヘッド１２のピエゾアクチュエータ６０に印加させるように波形信号を駆動波形発生回路１４に出力する。ここでは、印加する電圧の駆動波形のパルス幅が徐々に広くなるように変化させながら、複数の波形信号を出力する。また、同時に滴速測定部１６によって計測された通過時間に基づいて、インクジェット記録ヘッド１２から吐出されたインク滴の速度を計測する。例えば、電圧をピエゾアクチュエータ６０に印加させてインク滴を吐出させたときに、滴速測定部１６によってストロボ撮影やレーザー照射を行い、所定の位置においてインク滴の通過時間を計測し、計測された通過時間及び通過時間を計測した区間の距離によって、インク滴の速度を計測する。

ここで、図５（Ｂ）に示すように、パルス幅をＰＷ、インクジェット記録ヘッド１２の圧力変化の固有周期（ヘルムホルツ振動周期）をＴｃとすると、ＰＷ＝１／２・Ｔｃのときにインク滴の速度が最大のピークとなるため、インク滴の速度が最大となるパルス幅をＰＷｍａｘとすると、Ｔｃ＝２・ＰＷｍａｘとなる。

従って、ステップ１０２で、計測されたインク滴の速度のうち、インク滴の速度が最大となるパルス幅ＰＷｍａｘを求め、上述した式により、固有周期Ｔｃを算出する。

そして、ステップ１０４において、算出した固有周期Ｔｃに基づいて、図６（Ａ）に示すような、パルス幅が１／２・Ｔｃであるパルスからなる矩形波状の駆動波形の電圧を印加させるための波形信号を駆動波形発生回路１４に出力すると共に、滴速測定部１６によってインク滴の速度を計測する。次に、ステップ１０６では、図６（Ｂ）に示すような、パルス幅が３／２・Ｔｃであるパルスからなる矩形波状の駆動波形の電圧を印加させるための波形信号を駆動波形発生回路１４に出力すると共に、滴速測定部１６によってインク滴の速度を計測し、ステップ１０８で、図６（Ｃ）に示すような、パルス幅が４・Ｔｃであるパルスからなる矩形波状の駆動波形の電圧を印加させるための波形信号を駆動波形発生回路１４に出力すると共に、滴速測定部１６によってインク滴の速度を計測する。なお、上記のパルスの立ち上げ時間及び立ち下げ時間は、パルスの立ち上げ及び立ち下げによって効率的に圧力変化を生じさせるために、圧力変化の固有周期Ｔｃの１／２以下となっている。

ここで、パルス幅が１／２・Ｔｃであると、パルスの立ち下りによって発生した圧力変化の位相に合わせてパルスが立ち上がることにより、発生する圧力変化が大きくなる。また、パルス幅が３／２・Ｔｃであると、パルスの立ち下りによって発生した圧力変化が減衰しはじめたところで、圧力変化の位相に合わせてパルスが立ち上がることにより、減衰した圧力変化が大きくなる。また、パルス幅が４・Ｔｃ以上であると、パルスの立ち下りによって発生した圧力変化が減衰して、圧力変化がなくなった後に、パルスが立ち上がることにより、小さな圧力変化が発生する。

以上のように、パルス幅が１／２・Ｔｃのときに発生する圧力変化が最大となるため、インク滴の速度が最速となり、パルス幅が４・Ｔｃのときに発生する圧力変化が最小となるため、インク滴の速度が最も遅くなる。

そして、ステップ１１０において、ステップ１０４〜ステップ１０８で計測されたインク滴の速度及び駆動波形のパルス幅に応じて図７に示すようなパルス幅の変化に対するインク滴の速度の変化を示す減衰曲線を求め、この減衰曲線の減衰定数Ｄを下記の式に基づいて算出する。

Ｄ＝[Ｌｎ（Ｖａ−Ｖｃ）―Ｌｎ（Ｖｂ−Ｖｃ）]／（ＰＷｂ−ＰＷａ）
ここで、ステップ１０４におけるパルス幅をＰＷａ、インク滴の速度をＶａ、ステップ１０６におけるパルス幅をＰＷｂ、インク滴の速度をＶｂ、ステップ１０８におけるパルス幅をＰＷｃ、インク滴の速度をＶｃとし、Ｌｎは自然対数である。また、この減衰曲線の減衰定数Ｄは、インクジェット記録ヘッド１２における圧力変化を表す波形の減衰定数と等しいため、算出された減衰定数Ｄがインクジェット記録ヘッド１２の減衰定数となる。

次のステップ１１２では、ステップ１０２で算出された固有周期Ｔｃ及びステップ１１０で算出された減衰定数Ｄに基づいて、インクジェット記録ヘッド１２のピエゾアクチュエータ６０に印加するための電圧の駆動波形の基準となる基準駆動波形を調整して、検査処理ルーチンを終了する。例えば、標準固有周期及び標準減衰定数を予め定めておき、図８に示すように、標準固有周期と算出された固有周期Ｔｃとが異なっていた場合には、基準駆動波形を時間軸方向に伸縮して調整する。このとき、伸縮率をＫとすると、伸縮率Ｋは、標準固有周期と固有周期Ｔｃとの比で定められ、固有周期Ｔｃが大きい場合には、伸縮率Ｋに基づいて基準駆動波形を時間軸方向に伸張させ、固有周期Ｔｃが小さい場合には、伸縮率Ｋに基づいて基準駆動波形を時間軸方向に収縮させる。

また、図９に示すように、標準減衰定数と算出された減衰定数Ｄとが異なっていた場合には、基準駆動波形の残響調整部の形状を変化させる。減衰定数Ｄが大きい場合には、図９における電圧変化量Ｖ４を大きくし、減衰定数Ｄが小さい場合には、電圧変化量Ｖ４を小さくし、駆動波形の電圧がピエゾアクチュエータ６０に印加された場合に、圧力変化の残響変化が所定の変化量を有し、サテライトやミストの発生を防止できるようにする。

なお、上記では、算出された固有周期及び減衰定数の値に基づいて、基準駆動波形を調整する場合を例に説明したが、インクジェット記録ヘッド１２に対して、予め定められた複数の基準駆動波形の中から、最適な基準駆動波形を選択するようにしてもよい。例えば、複数の基準駆動波形とランクとが対応付けられ、インクジェット記録ヘッド１２に対して最適な基準駆動波形を示すランクが付されるようになっており、インクジェット記録ヘッド１２に対して、はじめに標準ランクを付しておき、算出された固有周期及び減衰定数に基づいて、付されているランクを補正するようにしてもよい。

以上説明したように、第１の実施の形態に係るヘッド検査システムによれば、パルス幅が異なる複数の駆動波形の電圧をピエゾアクチュエータに印加すると共に、インクジェット記録ヘッドから吐出されるインク滴の速度を計測し、駆動波形のパルス幅の変化に対するインク滴の速度の変化を表す減衰曲線に基づいて、減衰定数を算出することにより、インクジェット記録ヘッドの減衰定数を簡易に検査できる。

また、従来の固有周期の測定方法で用いられる機器と同様の機器によって、減衰定数を検査することができるため、新たな機器を用意する必要がなく、コストを抑えることができる。

また、駆動波形を矩形状の波形とすることにより、駆動波形を発生させる回路の回路コストを小さく抑えることができる。

また、算出された減衰定数に基づいて、圧力変化が所定の残響変化量を有するようにピエゾアクチュエータに印加される電圧の駆動波形を調整し、インクジェット記録ヘッドのピエゾアクチュエータに印加される電圧の駆動波形を、インクジェット記録ヘッドの減衰定数に適合させることができる。

また、圧力変化の減衰定数を算出する前に、圧力変化の固有周期を測定することにより、減衰定数測定時のパルス幅を最適化（固有周期の１／２、３／２など）することができるため、減衰定数の検査を高精度に行うことができる。

また、測定された固有周期に基づいて、ピエゾアクチュエータに印加される電圧の駆動波形を調整し、ピエゾアクチュエータに印加される電圧の駆動波形を、インクジェット記録ヘッドの固有周期に適合させることができる。

また、インクジェット記録ヘッドにピエゾアクチュエータを用いることにより、インクジェット記録ヘッドによるインク滴の吐出を高精度に制御することができる。

なお、上記の実施の形態では、固有周期と減衰定数とを算出する場合を例に説明したが、計測されたインク滴の速度に基づいて、インクジェット記録ヘッドの吐出効率を算出するようにしてもよい。この場合には、図１０に示すように、電圧軸方向に基準駆動波形の各電圧変化プロセスの電圧変化量を略一定の比率で増減する。吐出効率が大きい場合には、電圧変化量が小さくなるように基準駆動波形を調整し、吐出効率が小さい場合には、電圧変化量を大きくなるように基準駆動波形を調整する。

次に第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同様の部分については、同一符号を付してその説明を省略する。図１１に示すように、第２の実施の形態に係るヘッド検査システム２１０では、インクジェット記録ヘッド１２から吐出されたインク滴の体積を計測する滴体積測定部２１６が設けられている点が第１の実施の形態と異なる。

滴体積測定部２１６は、飛翔中のインク滴の画像を撮像し、撮像された画像を分析したり、特定の記録媒体上に形成された記録ドットの径を測定して、インク滴の体積を計測するようになっている。

なお、その他の構成は第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。

コンピュータ１８は、図１２（Ａ）に示すような、パルス幅が１／２・Ｔｃとなっている駆動波形の電圧を印加させるための波形信号を駆動波形発生回路１４に出力すると共に、滴体積測定部２１６によってインク滴の体積を計測する。また、図１２（Ｂ）に示すような、パルス幅が３／２・Ｔｃとなっている駆動波形の電圧を印加させるための波形信号を駆動波形発生回路１４に出力すると共に、滴体積測定部２１６によってインク滴の速度を計測し、図１２（Ｃ）に示すような、パルス幅が３／２・Ｔｃであって、パルスの立ち下げ時間が略Ｔｃとなっている駆動波形の電圧を印加させるための波形信号を駆動波形発生回路１４に出力すると共に、滴体積測定部２１６によってインク滴の体積を計測する。

ここで、パルスの立ち下げ時間が略Ｔｃであると、パルスの立ち下りによって発生する圧力変化が微小であるため、圧力変化がない状態において、パルスが立ち上がることにより、小さな圧力変化が発生する。

そして、上記により計測されたインク滴の体積及び駆動波形のパルス幅に応じて図１３に示すようなパルス幅の変化に対するインク滴の体積の変化を示す減衰曲線を求め、この減衰曲線の減衰定数Ｄを下記の式に基づいて算出する。なお、パルス幅が３／２・Ｔｃであって、パルスの立ち下げ時間が略Ｔｃとなっている駆動波形における計測結果については、減衰曲線において、パルス幅が４・Ｔｃ以上の位置に記録しておく。

Ｄ＝[Ｌｎ（Ｑａ−Ｑｃ）―Ｌｎ（Ｑｂ−Ｑｃ）]／（ＰＷｂ−ＰＷａ）
ここで、図１２（Ａ）におけるパルス幅をＰＷａ、インク滴の体積をＱａ、図１２（Ｂ）におけるパルス幅をＰＷｂ、インク滴の体積をＱｂ、図１３（Ｃ）におけるパルス幅をＰＷｃ、インク滴の体積をＱｃとし、Ｌｎは自然対数である。

なお、この減衰曲線の減衰定数Ｄは、圧力変化を表す波形の減衰定数と等しいため、算出された減衰定数Ｄがインクジェット記録ヘッド１２の減衰定数とされる。

以上説明したように、第２の実施の形態に係るヘッド検査システムによれば、パルス幅が異なる複数の駆動波形の電圧をピエゾアクチュエータに印加すると共に、インクジェット記録ヘッドから吐出されるインク滴の体積を計測し、駆動波形のパルス幅の変化に対するインク滴の体積の変化を表す減衰曲線に基づいて、減衰定数を算出することにより、インクジェット記録ヘッドの減衰定数を簡易に検査できる。

本発明の第１の実施の形態に係るヘッド検査システムの構成を示す概略図である。本発明の第１の実施の形態に係るインクジェット記録ヘッドの構成を示す断面図である。（Ａ）本発明の第１の実施の形態に係るピエゾアクチュエータに印加される電圧を示す図及び（Ｂ）圧力室内の圧力変化を示す図である。本発明の第１の実施の形態に係るコンピュータの検査処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。（Ａ）固有周期を測定する場合にピエゾアクチュエータに印加される電圧の駆動波形を示す図及び（Ｂ）パルス幅の変化に対するインク滴の速度の変化を示すグラフである。本発明の第１の実施の形態に係るヘッド検査システムにおいて、減衰定数を測定する場合に、ピエゾアクチュエータに印加される電圧の駆動波形を示す図である。本発明の第１の実施の形態に係るヘッド検査システムにおいて、パルス幅の変化に対するインク滴の速度の変化を表す減衰曲線を示すグラフである。固有周期に基づいて調整された基準駆動波形の例を示す図である。減衰定数に基づいて調整された基準駆動波形の例を示す図である。吐出効率に基づいて調整された基準駆動波形の例を示す図である。本発明の第２の実施の形態に係るヘッド検査システムの構成を示す概略図である。本発明の第２の実施の形態に係るヘッド検査システムにおいて、減衰定数を測定する場合に、ピエゾアクチュエータに印加される電圧の駆動波形を示す図である。本発明の第２の実施の形態に係るヘッド検査システムにおいて、パルス幅の変化に対するインク滴の体積の変化を表す減衰曲線を示すグラフである。

符号の説明

１０、２１０ヘッド検査システム
１２インクジェット記録ヘッド
１４駆動波形発生回路
１６滴速測定部
１８コンピュータ
２０ＲＯＭ
２２ＣＰＵ
２４ＲＡＭ
２６ＨＤＤ
５６圧力室
５８ノズル
６０ピエゾアクチュエータ
２１６滴体積測定部

Claims

液体が充填される圧力室、及び印加された電圧に応じて前記圧力室内の圧力を変化させる電気機械変換器を備え、かつ、前記圧力変化に応じて液滴を吐出する液滴吐出ヘッドを検査する液滴吐出ヘッド検査装置であって、
パルス幅が異なるパルスからなる複数の駆動波形の電圧の各々を前記電気機械変換器に印加する印加手段と、
前記印加手段の電圧印加によって前記液滴吐出ヘッドから吐出された液滴の速度を計測する滴速計測手段と、
前記滴速計測手段によって計測された液滴の速度及び前記複数の駆動波形のパルス幅に応じて定まる前記駆動波形のパルス幅の変化に対する前記液滴の速度の変化を表す減衰曲線に基づいて、該減衰曲線の減衰定数を、時間変化に対する前記圧力変化の減衰定数として算出する算出手段と、
を含む液滴吐出ヘッド検査装置。
前記算出手段は、パルス幅ＰＷａの駆動波形の電圧印加によって吐出された液滴の速度をＶａ、パルス幅ＰＷｂの駆動波形の電圧印加によって吐出された液滴の速度をＶｂ、パルス幅ＰＷｃの駆動波形の電圧印加によって吐出された液滴の速度をＶｃとすると、以下の式を満たすように、前記減衰曲線の減衰定数Ｄを算出する請求項１記載の液滴吐出ヘッド検査装置。
ＰＷａ＜ＰＷｂ＜ＰＷｃ
Ｄ＝[Ｌｎ（Ｖａ−Ｖｃ）―Ｌｎ（Ｖｂ−Ｖｃ）]／（ＰＷｂ−ＰＷａ）
ただし、Ｌｎは自然対数である。
液体が充填される圧力室、及び印加された電圧に応じて前記圧力室内の圧力を変化させる電気機械変換器を備え、かつ、前記圧力変化に応じて液滴を吐出する液滴吐出ヘッドを検査する液滴吐出ヘッド検査装置であって、
パルス幅が異なるパルスからなる複数の駆動波形の電圧の各々を前記電気機械変換器に印加する印加手段と、
前記印加手段の電圧印加によって前記液滴吐出ヘッドから吐出された液滴の体積を計測する滴体積計測手段と、
前記滴体積計測手段によって計測された液滴の体積及び前記複数の駆動波形のパルス幅に応じて定まる前記駆動波形のパルス幅の変化に対する前記液滴の体積の変化を表す減衰曲線に基づいて、該減衰曲線の減衰定数を、時間変化に対する前記圧力変化の減衰定数として算出する算出手段と、
を含む液滴吐出ヘッド検査装置。
前記算出手段は、パルス幅ＰＷａの駆動波形の電圧印加によって吐出された液滴の体積をＱａ、パルス幅ＰＷｂの駆動波形の電圧印加によって吐出された液滴の体積をＱｂ、パルス幅ＰＷｃの駆動波形の電圧印加によって吐出された液滴の体積をＱｃとすると、以下の式を満たすように、前記減衰曲線の減衰定数Ｄを算出する請求項３記載の液滴吐出ヘッド検査装置。
ＰＷａ＜ＰＷｂ＜ＰＷｃ
Ｄ＝[Ｌｎ（Ｑａ−Ｑｃ）―Ｌｎ（Ｑｂ−Ｑｃ）]／（ＰＷｂ−ＰＷａ）
ただし、Ｌｎは自然対数である。
前記駆動波形は、矩形状の波形である請求項１〜請求項４の何れか１項記載の液滴吐出ヘッド検査装置。
前記駆動波形は、前記パルスの立ち上げ時間及び立ち下げ時間が前記圧力変化の固有周期の１／２以下となっている請求項１〜請求項５の何れか１項記載の液滴吐出ヘッド検査装置。
前記複数の駆動波形は、パルス幅が前記圧力変化の固有周期の略１／２である駆動波形と、パルス幅が前記固有周期の略３／２である駆動波形と、パルス幅が前記固有周期の４倍以上である駆動波形とを含む請求項１〜請求項６の何れか１項記載の液滴吐出ヘッド検査装置。
前記複数の駆動波形は、パルス幅が前記圧力変化の固有周期の略１／２である駆動波形と、パルス幅が前記固有周期の略３／２である駆動波形と、パルス幅が前記固有周期以上であり、かつ、パルスの立ち下げ時間が固有周期の１／２以上である駆動波形とを含む請求項１〜請求項５の何れか１項記載の液滴吐出ヘッド検査装置。
前記算出手段によって算出された減衰定数に基づいて、前記圧力変化が所定の残響変化量を有するように前記電気機械変換器に印加される電圧の駆動波形を調整する減衰定数駆動波形調整手段を更に含む請求項１〜請求項８の何れか１項記載の液滴吐出ヘッド検査装置。
前記圧力変化の固有周期を測定する固有周期測定手段を更に含む請求項１〜請求項９の何れか１項記載の液滴吐出ヘッド検査装置。
前記固有周期測定手段によって測定された固有周期に基づいて、前記電気機械変換器に印加される電圧の駆動波形を調整する固有周期駆動波形調整手段を更に含む請求項１０記載の液滴吐出ヘッド検査装置。
前記電気機械変換器は、ピエゾアクチュエータである請求項１〜請求項１１の何れか１項記載の液滴吐出ヘッド検査装置。
液体が充填される圧力室、及び印加された電圧に応じて前記圧力室内の圧力を変化させる電気機械変換器を備え、かつ、前記圧力変化に応じて液滴を吐出する液滴吐出ヘッドを検査する液滴吐出ヘッド検査方法であって、
パルス幅が異なるパルスからなる複数の駆動波形の電圧の各々を前記電気機械変換器に印加し、
前記電圧印加によって前記液滴吐出ヘッドから吐出された液滴の速度を計測し、
前記計測された液滴の速度及び前記複数の駆動波形のパルス幅に応じて定まる前記駆動波形のパルス幅の変化に対する前記液滴の速度の変化を表す減衰曲線に基づいて、該減衰曲線の減衰定数を、時間変化に対する前記圧力変化の減衰定数として算出することを特徴とする液滴吐出ヘッド検査方法。
液体が充填される圧力室、及び印加された電圧に応じて前記圧力室内の圧力を変化させる電気機械変換器を備え、かつ、前記圧力変化に応じて液滴を吐出する液滴吐出ヘッドを検査する液滴吐出ヘッド検査方法であって、
パルス幅が異なるパルスからなる複数の駆動波形の電圧の各々を前記電気機械変換器に印加し、
前記電圧印加によって前記液滴吐出ヘッドから吐出された液滴の体積を計測し、
前記計測された液滴の体積及び前記複数の駆動波形のパルス幅に応じて定まる前記駆動波形のパルス幅の変化に対する前記液滴の体積の変化を表す減衰曲線に基づいて、該減衰曲線の減衰定数を、時間変化に対する前記圧力変化の減衰定数として算出することを特徴とする液滴吐出ヘッド検査方法。