JP2007237599A - Inkjet head - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、インク液滴を噴射するノズルと、そのノズルと連通した圧力室と、その圧力室内のインクに選択的に噴射圧力を付与するアクチュエータとを備え、顔料系インク及び染料系インクを用いて記録を行うインクジェットヘッドに関する。 The present invention includes a nozzle that ejects ink droplets, a pressure chamber that communicates with the nozzle, and an actuator that selectively applies ejection pressure to ink in the pressure chamber, and uses pigment-based ink and dye-based ink. The present invention relates to an inkjet head that performs recording.
近年、より高い記録品質の要求に応えるために、顔料系インク及び染料系インクによって記録を行うインクジェットヘッドが提案されている。例えば、コントラストが際立った高品質の画像を記録するために、ブラックインクには顔料系インクを使用し、ブラックを除くカラーインクには、色が鮮やかな染料系インクを使用するインクジェットヘッドが知られている。
この種のインクジェットヘッドでは、顔料系インクは染料系インクよりも被記録媒体上で拡がり難いため、同じ解像度の画像を記録する場合に、1ドット当りの記録につきノズルから噴射するインクの液滴体積として、顔料系インクの方が染料系インクよりも多い液滴体積を必要とする。例えば、そのようなインクジェット記録装置として、特許文献1に記載されているように、顔料系インクを噴射するときと染料系インクを噴射するときとでパルス数の異なる駆動電圧波形を使用し、1ドット当りの記録につき噴射される顔料系インクの液滴数が、染料系インクのそれよりも多くなるようにしたものが知られている。
また、圧力室からノズルに至るまでの流路寸法をブラックインクとカラーインクとで異ならせることにより、液滴階調範囲を拡大する手法も知られている。
In recent years, in order to meet the demand for higher recording quality, inkjet heads that perform recording with pigment-based inks and dye-based inks have been proposed. For example, in order to record high-quality images with outstanding contrast, inkjet heads that use pigment-based inks for black ink and dye-based inks with bright colors for color inks other than black are known. ing.
In this type of ink jet head, pigment-based inks are less likely to spread on the recording medium than dye-based inks. Therefore, when recording an image with the same resolution, the droplet volume of ink ejected from the nozzle per recording per dot As a result, the pigment-based ink requires a larger droplet volume than the dye-based ink. For example, as described in
Also known is a method of expanding the droplet gradation range by making the flow path dimension from the pressure chamber to the nozzle different between black ink and color ink.
しかし、従来のようにパルス数の異なる駆動電圧波形によってインクの液滴体積を変える手法では、多種類の駆動電圧波形を用いなければならないため、インク液滴の噴射制御が複雑になるという問題がある。また、流路寸法をブラックインクとカラーインクとで異ならせる手法では、アクチュエータにより圧力室内のインクに付与された圧力にてその圧力室内に発生した圧力波が変動する周期が異なるため、ブラックインクとカラーインクとで別々の駆動電圧波形を必要とし、上記と同様に噴射制御が複雑になる。 However, the conventional method of changing the volume of ink droplets by using different drive voltage waveforms with different number of pulses requires the use of various types of drive voltage waveforms, which complicates ink droplet ejection control. is there. Further, in the method of making the flow path dimensions different between the black ink and the color ink, since the cycle in which the pressure wave generated in the pressure chamber fluctuates due to the pressure applied to the ink in the pressure chamber by the actuator is different, Separate drive voltage waveforms are required for the color inks, and the ejection control is complicated as described above.
そこで、この発明は、顔料系インク及び染料系インクによって記録を行うインクジェットヘッドにおいて、インク液滴の噴射制御を容易にすることができるインクジェットヘッドを実現することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to realize an ink jet head capable of facilitating ink droplet ejection control in an ink jet head that performs recording with pigment-based ink and dye-based ink.
この発明は、上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、顔料系インクを噴射する複数の第1のノズル(39a)とそれぞれ接続した複数の第1の圧力室(31a)であって、それぞれ第1のアクチュエータ(41)によって選択的に噴射圧力を付与される顔料系インクを収容する複数の第1の圧力室(31a)と、染料系インクを噴射する複数の第2のノズル(39b〜39d)とそれぞれ接続した複数の第2の圧力室であって、それぞれ第2のアクチュエータによって選択的に噴射圧力を付与される染料系インクを収容する複数の第2の圧力室と、前記複数の第1の圧力室に供給するインクを収容する第1の共通インク室(35a)と、前記複数の第2の圧力室に供給するインクを収容する第2の共通インク室と、前記第1の共通インク室と前記複数の第1の圧力室とを接続し、その第1の共通インク室及び第1の圧力室よりも大きい流路抵抗を有し、前記第1の共通インク室から前記複数の第1の圧力室へインクを供給する第1の絞り部(34b)と、前記第2の共通インク室と前記複数の第2の圧力室とを接続し、その第2の共通インク室及び第2の圧力室よりも大きい流路抵抗を有し、前記第2の共通インク室から前記複数の第2の圧力室へインクを供給する第2の絞り部と、を備え、前記第1の圧力室の長手方向の長さ(L1)が、前記第2の圧力室の長手方向の長さ(L2)より長く、前記第1の絞り部及び前記第2の絞り部の流路抵抗が略同一であるインクジェットヘッド(30)という技術的手段を用いる。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided a plurality of first pressure chambers (31a) respectively connected to a plurality of first nozzles (39a) for ejecting pigment-based ink. A plurality of first pressure chambers (31a) for accommodating pigment-based inks, each of which is selectively applied with a spray pressure by the first actuator (41), and a plurality of second pressure chambers for ejecting dye-based inks. A plurality of second pressure chambers respectively connected to the nozzles (39b to 39d), each of the plurality of second pressure chambers containing dye-based inks that are selectively given ejection pressure by a second actuator; A first common ink chamber (35a) for containing ink to be supplied to the plurality of first pressure chambers; a second common ink chamber for containing ink to be supplied to the plurality of second pressure chambers; The first The ink flow chamber and the plurality of first pressure chambers are connected, and the first common ink chamber and the first pressure chamber have a larger flow path resistance than the first common ink chamber. A first throttle section (34b) for supplying ink to the first pressure chamber, the second common ink chamber and the plurality of second pressure chambers, and the second common ink chamber and A second throttle part having a flow path resistance larger than that of the second pressure chamber and supplying ink from the second common ink chamber to the plurality of second pressure chambers. The length (L1) in the longitudinal direction of the pressure chamber is longer than the length (L2) in the longitudinal direction of the second pressure chamber, and the flow path resistance of the first throttle portion and the second throttle portion is substantially equal. The technical means of the same inkjet head (30) is used.
請求項2に記載の発明では、請求項1に記載のインクジェットヘッド(30)において、前記第1のノズル(39a)の径(D1)が前記第2のノズル(39b〜39d)の径(D2)より大きく、かつ、前記インクの流れる方向と交差する方向の寸法を幅とした場合に、前記第1の絞り部(34b)の長さ(L2)、幅(H2)および深さ(H1)が、前記第2の絞り部の長さ、幅および深さとそれぞれ同一であるという技術的手段を用いる。 According to a second aspect of the present invention, in the inkjet head (30) according to the first aspect, the diameter (D1) of the first nozzle (39a) is the diameter (D2) of the second nozzle (39b to 39d). ) And the dimension in the direction intersecting the ink flow direction is defined as the width, the length (L2), the width (H2), and the depth (H1) of the first aperture portion (34b). However, the technical means that the length, width and depth of the second throttle part are the same are used.
請求項3に記載の発明では、請求項1または請求項2に記載のインクジェットヘッド(30)において、前記複数の第1および第2の圧力室が形成されたキャビティプレート(31)と、前記第1および第2の共通インク室が形成されたマニホールドプレート(35,36)と、前記キャビティプレートとマニホールドプレートとの間に位置し、前記第1および第2の絞り部が形成されたサプライプレート(34)と、が積層されており、前記第1および第2の絞り部は、それぞれ前記サプライプレートの平板面に沿って形成され、前記第1の絞り部は、その両端において前記第1の共通インク室と前記第1の圧力室とにそれぞれ接続され、前記第2の絞り部は、その両端において前記第2の共通インク室と前記第2の圧力室とにそれぞれ接続されているという技術的手段を用いる。 According to a third aspect of the present invention, in the inkjet head (30) according to the first or second aspect, the cavity plate (31) in which the plurality of first and second pressure chambers are formed, and the first A manifold plate (35, 36) in which the first and second common ink chambers are formed, and a supply plate (between the cavity plate and the manifold plate) in which the first and second throttle portions are formed. 34), and the first and second throttle portions are respectively formed along the flat plate surface of the supply plate, and the first throttle portion is the first common at both ends thereof. The second throttle part is connected to the second common ink chamber and the second pressure chamber at both ends thereof, respectively connected to the ink chamber and the first pressure chamber. Using technical means that are.
請求項4に記載の発明では、請求項3に記載のインクジェットヘッド(30)において、前記マニホールドプレート(35,36)に対し、前記サプライプレート(34)とは反対側に位置し、前記複数の第1および第2のノズルが形成されたノズルプレート(39)と、前記サプライプレートに溝状に形成された前記第1および第2の絞り部の長手方向開放面を覆って位置し、前記第1の絞り部の一端を前記第1の圧力室または前記第1の共通インク室に接続する第1の連通孔(32a)と、前記第2の絞り部の一端を前記第2の圧力室または前記第2の共通インク室に接続する第2の連通孔とを有するベースプレート(32)と、が前記各プレートと積層されているという技術的手段を用いる。 According to a fourth aspect of the present invention, in the inkjet head (30) according to the third aspect, the manifold plate (35, 36) is located on the opposite side of the supply plate (34), A nozzle plate (39) in which first and second nozzles are formed, and a longitudinally open surface of the first and second throttle portions formed in a groove shape in the supply plate, are positioned so as to cover the first plate A first communication hole (32a) for connecting one end of one throttle part to the first pressure chamber or the first common ink chamber; and one end of the second throttle part to the second pressure chamber or A technical means is used in which a base plate (32) having a second communication hole connected to the second common ink chamber is laminated with the respective plates.
請求項5に記載の発明では、請求項1ないし請求項4のいずれか1つに記載のインクジェットヘッド(30)において、前記顔料系インクはブラックインクであり、前記染料系インクはカラーインクであるという技術的手段を用いる。
なお、上記括弧内の符号は、後述する各実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
According to a fifth aspect of the present invention, in the inkjet head (30) according to any one of the first to fourth aspects, the pigment-based ink is a black ink and the dye-based ink is a color ink. The technical means is used.
In addition, the code | symbol in the said parenthesis shows a corresponding relationship with the specific means as described in each embodiment mentioned later.
後述する発明の実施形態に記載するように、本願発明者らが行った実験によれば、噴射するインク液滴の体積が、顔料系インクにおいて染料系インクよりも大きい体積になるように圧力室の長さを変えたものであっても、絞り部の流路抵抗を、顔料系インクを噴射する側と染料系インクを噴射する側とで略同一にすることで、顔料系インクと染料系インクとで噴射特性のバラツキを略同一にすることができ、その両者の噴射制御を共通にすることができる。 As described in the embodiments of the invention described later, according to experiments conducted by the inventors of the present application, the pressure chamber is set so that the volume of the ejected ink droplet is larger than that of the dye-based ink in the pigment-based ink. Even if the length of the ink is changed, the flow path resistance of the throttle portion is made substantially the same on the side for ejecting the pigment-based ink and the side for ejecting the dye-based ink, so that the pigment-based ink and the dye-based ink The variation in ejection characteristics between inks can be made substantially the same, and the ejection control of both can be made common.
さらに、噴射するインク液滴の体積が、顔料系インクにおいて染料系インクよりも大きい体積になるようにノズル径を変えても、絞り部の長さ、幅及び深さより決定される絞り部の流路抵抗を、顔料系インクを噴射する側と染料系インクを噴射する側とで略同一にすることで、顔料系インクと染料系インクとで噴射特性のバラツキを略同一にすることができ、その両者の噴射制御を共通にすることができる。 Furthermore, even if the nozzle diameter is changed so that the volume of the ink droplets to be ejected is larger than that of the dye-based ink in the pigment-based ink, the flow of the restricting portion determined by the length, width, and depth of the restricting portion. By making the road resistance substantially the same on the side that ejects the pigment-based ink and the side that ejects the dye-based ink, the variation in ejection characteristics can be made substantially the same between the pigment-based ink and the dye-based ink, Both injection control can be made common.
また、請求項3に係る発明のように、絞り部をサプライプレートの平板面に沿って形成することにより、容易に絞り部の流路抵抗値を所望の値に設定することができる。
Further, as in the invention according to
さらに、請求項4に係る発明のように、プレートを積層するという構造により、ノズル、共通インク室、絞り部および圧力室を容易に製造することができ、特に所望の流路抵抗を有する絞り部を容易に形成することができる。
Further, as in the invention according to
この発明の実施形態について図を参照して説明する。
[主要構成]
最初に、インクジェット記録装置の主要構成について図1を参照して説明する。図1はインクジェット記録装置の主要構成を示す平面説明図である。
インクジェット記録装置1の内部には、2本のガイド軸6,7が設けられており、そのガイド軸6,7には、キャリッジを兼用するヘッドホルダ9が取付けられている。ヘッドホルダ9には、記録用紙Pへインクを噴射して記録を行うインクジェットヘッド30が保持されている。ヘッドホルダ9は、キャリッジモータ10により回転する無端ベルト11に取付けられており、キャリッジモータ10の駆動により、ガイド軸6,7に沿って移動する。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Main configuration]
First, the main configuration of the ink jet recording apparatus will be described with reference to FIG. FIG. 1 is an explanatory plan view showing the main configuration of the inkjet recording apparatus.
Two
また、インクジェット記録装置1には、イエローインクが収容されたインクタンク5aと、マゼンタインクが収容されたインクタンク5bと、シアンインクが収容されたインクタンク5cと、ブラックインクが収容されたインクタンク5dとが備えられている。各インクタンク5a〜5dは、それぞれ可撓性のインク供給チューブ14a、14b、14c、14dに接続されており、各インク供給チューブから供給される各インクは、ヘッドホルダ9から前方へ延出されたチューブジョイント20を介してインクジェットヘッド30へ導入される。各インクとしては、顔料系インクまたは染料系インクを使用することができる。
The
[インクジェットヘッドの構造]
次に、インクジェットヘッド30の構造について図2及び図3を参照して説明する。
図2はヘッドホルダ9をノズル面から見た平面図である。図3(a)は図2に示すヘッドホルダ9に保持されたインクジェットヘッド内部の圧力室を上方から見た平面説明図であり、(b)は(a)に記載のす圧力室の1つを示す平面説明図である。なお、以下の説明では、インク液滴を噴射する方向を下方とする。
[Inkjet head structure]
Next, the structure of the
FIG. 2 is a plan view of the
図2に示すように、インクジェットヘッド30の下面に形成されたノズル面39eには、ブラックインクを噴射するノズル39aと、イエローインクを噴射するノズル39bと、シアンインクを噴射するノズル39cと、マゼンタインクを噴射するノズル39dとが、それぞれ2列ずつヘッドホルダ9の移動方向(主走査方向)と直交する方向に延びるように配置されている。各ノズルは、被記録媒体たる記録用紙P(図1)の上面に対向するように下向きに開口している。
As shown in FIG. 2, the
図3(a)に示すように、インクジェットヘッド30を構成するキャビティプレート31には、インクジェットヘッド30の被記録媒体に対する相対移動方向(以下、主走査方向という)と、それに直交する方向(以下、副走査方向という)とに複数の圧力室31a〜31dがマトリクス状に配置されている。圧力室は、インクジェットヘッド30の主走査方向に計8列が配置されており、各1列は、インクジェットヘッド30の副走査方向に配列された多数個(図面上では省略して10個図示)の圧力室によりそれぞれ構成されている。
As shown in FIG. 3A, the
左側の2列を構成する各圧力室31aは、それぞれインク供給口30eから供給される顔料系のブラックインクを収容する。左から3列目及び4列目を構成する各圧力室31bは、それぞれインク供給口30fから供給される染料系のイエローインクを収容する。左から5列目及び6列目を構成する各圧力室31cは、それぞれインク供給口30gから供給される染料系のシアンインクを収容する。右側の2列を構成する各圧力室31dは、それぞれインク供給口30hから供給される染料系のマゼンタインクを収容する。
Each of the
各列には、圧力室に収容されているインクをインク液滴として噴射するノズル39a〜39dが、同色のインク液滴を噴射するノズル同士が千鳥状になるように配置されている。なお、各ノズルの副走査方向に対応する配置間隔は、インクジェットヘッドの仕様に設定された解像度に対応して決定される。
In each row,
次に、インクジェットヘッド30の縦断面構造について、ブラックインクを噴射する圧力室31aに対応する部分を例にして説明する。
図4(a)は、図3(b)のA−A矢視断面図であり、インクジェットヘッド30を、ブラックインク液滴を噴射する圧力室31aの部分を長手方向に沿って縦に切断した場合の断面の一部を示す。(b)は圧力室及び絞り部の平面説明図、(c)は絞り部の縦断面説明図、(d)はノズル径の説明図である。
Next, the vertical cross-sectional structure of the
FIG. 4A is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 3B, and the
図4(a)に示すように、インクジェットヘッド30は、キャビティユニット50の上面に圧電アクチュエータ40を接合して構成されている。キャビティユニット50は、下から順に、ノズルプレート39、スペーサプレート38、ダンパープレート37、マニホールドプレート36,35、サプライプレート34、ベースプレート32及びキャビティプレート31の合計8枚の薄い板をそれぞれ重ね接合した構造である。各プレート間の接合と、キャビティユニット50および圧電アクチュエータ40の接合とには、それぞれ接着剤などの接合手段が適用可能である。
As shown in FIG. 4A, the
キャビティプレート31には、複数の圧力室31aがその上面を開口して溝状に形成されている。マニホールドプレート36,35には、各圧力室31aに供給するブラックインクを収容する共通インク室35aが形成されている。サプライプレート34には、絞り部34bが形成されている。絞り部34bは、サプライプレート34に貫通形成された連通孔34aを介して共通インク室35aと連通している。サプライプレート34の上には、各絞り部34bの長手方向開放面を覆ってベースプレート32が積層されている。ベースプレート32には、圧力室31aと連通する連通孔32aが貫通形成されており、連通孔32aは、サプライプレート34に形成された絞り部34bと連通している。つまり、圧力室31aは、絞り部34bを介して共通インク室35aと接続されている。
In the
各絞り部34bの縦断面積は、それぞれ連通する圧力室の縦断面積よりも小さく形成されており、共通インク室及び圧力室よりも流路抵抗が大きく設定されている。このため、各絞り部34bは、連通する圧力室内で発生した圧力変動のうち、共通インク室へ向かう成分を緩和する役割をする。これにより、圧電アクチュエータ40によって圧力室31a内のインクに圧力を付与したとき、ノズル39aに向かうブラックインクの流れを効率よく生成することができる。
The vertical cross-sectional area of each
各共通インク室の下に配置されたダンパープレート37の下面にはダンパー室37aがそれぞれ形成されている。各ダンパー室37aは、ダンパープレート37の下面にてそれぞれ下向きに開口形成されており、各ダンパー室37aの横断面形状は、ダンパープレート37に隣接する各共通インク室の下面の横断面形状と同一形状に形成されている。
A
ダンパープレート37は、弾性変形可能な金属などの素材により形成されており、ダンパー室37a上部の薄い板状の底板部37bは、共通インク室35a側にも、ダンパー室37a側にも自由に振動することができる。ブラックインク液滴の噴射時に、圧力室31aで発生した圧力変動が共通インク室に伝播しても、上記底板部が弾性変形して振動することにより、上記圧力変動を吸収減衰させるというダンパー効果を有し、圧力変動が他の圧力室へ伝播するというクロストークを防止する効果を奏するものである。
The
キャビティプレート31とノズルプレート39との間の各プレート32〜38には、圧力室31a内のブラックインクをノズル39aに導くための貫通孔30aがそれぞれ上下方向に相互に連通して形成されている。
圧電アクチュエータ40は、シート状の圧電材料41aとシート状の電極41b、41cとを交互に積層して構成され、電極41b、41c間に挟まれた圧電材料の部分を活性部41aとして、電極41b、41c間に電圧を印加することにより活性部41aを積層方向に伸長し、圧力室31a内のインクに噴射圧力を加える。その活性部は各圧力室31aの上方に対応して設けられ、平面視において各圧力室31aの平面積よりも小さい平面積を有するが、活性部41aの伸長にともなってその周囲の圧電材料の部分も伸長するので、圧力室31aに対して圧力を加える部分は、圧力室31aの平面積、つまり圧力室上面の開口部の面積と同じとなる。後述する圧力室長L1は、この圧力が加えられる部分の圧力室のインクの流れ方向の長さである。
Through
The
カラーインクを収容する圧力室などの縦断面構造は、上述したブラックインクの圧力室などと同じであるが、圧力室、絞り部及びノズルの大きさが異なる。その相違点をイエローインクを収容する圧力室などを例にして説明する。圧力室長L1は、ブラックインクを収容する圧力室31aの方が、イエローインクを収容する圧力室31bよりも長い。また、図4(b),(c)に示すように、インクの流れる方向に対応する絞り部34bの長さ(以下、絞り部長という)L2は、ブラックインク側の絞り部34bの方が、イエローインク側よりも長い。さらに、図4(d)に示すように、ノズル径は、ブラックインク液滴を噴射するノズル39aの径D1の方が、イエローインク液滴を噴射するノズル39bの径D2よりも大きい。
つまり、ノズルから噴射するインクの液滴体積は、ブラックインクの方がカラーインクよりも多くなる構造になっている。
The longitudinal cross-sectional structure of the pressure chamber for storing the color ink is the same as that of the black ink pressure chamber described above, but the size of the pressure chamber, the throttle portion and the nozzle is different. The difference will be described by taking a pressure chamber for accommodating yellow ink as an example. The pressure chamber length L1 is longer in the
That is, the volume of ink droplets ejected from the nozzles has a structure in which the black ink is larger than the color ink.
なお、ヘッドホルダ9には、各インクタンク5a〜5d(図1)から供給されるインクに含まれる気泡を貯留する中継インク室を有する中継タンク(図示せず)が備えられており、各共通インク室へインクを供給する各インク供給口(図示せず)には、各インクタンク5a〜5dから中継タンクを介してインクが供給されるようになっている。
The
[実験1]
次に、本願発明者らが行った実験1について説明する。
本願発明者らは、アクチュエータの動作によって圧力室内のインクに発生する圧力波の固有周期の値(以下、この値の1/2をAL値として説明する)と、ノズル径Dと、圧力室長Lとの間に存在する相関関係を求めるための実験を行った。
[Experiment 1]
Next,
The inventors of the present application provide a value of the natural period of the pressure wave generated in the ink in the pressure chamber by the operation of the actuator (hereinafter, 1/2 of this value will be described as an AL value), a nozzle diameter D, and a pressure chamber length L. An experiment was conducted to find the correlation that exists between
AL値の目標値を4.2(μs)に設定し、ノズル径Dは、16.0μm〜21.5μmの範囲で変更し、圧力室長Lは、1.12mm〜1.42mmの範囲で変更しながらAL値を測定した。また、同じ仕様の複数のヘッドにおいてそれぞれ同じ測定を行い、ヘッド間に存在する製造上のばらつきを収束させた。
なお、圧力室31aの幅(平面視において長さLと直交する方向の幅)は270μm、深さ(キャビティプレート30の厚さ)は50μm、絞り部34bは長さ700μm、幅80μm、深さ30μmとそれぞれ固定した。
The target value of the AL value is set to 4.2 (μs), the nozzle diameter D is changed in the range of 16.0 μm to 21.5 μm, and the pressure chamber length L is changed in the range of 1.12 mm to 1.42 mm. While measuring the AL value. In addition, the same measurement was performed on a plurality of heads having the same specifications, and manufacturing variations existing between the heads were converged.
Note that the
図5は、測定結果の中からいくつかの結果を抜き出してまとめた図表である。例えば、同図表から、ノズル径Dを最小の16.0μmに形成した場合にAL値を4.2μsにするためには、圧力室長Lが1.12mmとなるように圧力室を形成すればよいことが分かった。また、ノズル径Dを最大の21.5μmに形成した場合にAL値を同じ4.2μsにするためには、圧力室長Lが1.42mmとなるように圧力室を形成すればよいことが分かった。
そして、それらの測定結果から、AL値、ノズル径D及び圧力室長Lの間には、AL値が4.2μsの場合に、
FIG. 5 is a chart summarizing some results extracted from the measurement results. For example, from the chart, in order to make the AL value 4.2 μs when the nozzle diameter D is formed to the minimum of 16.0 μm, the pressure chamber may be formed so that the pressure chamber length L is 1.12 mm. I understood that. Further, it is understood that when the nozzle diameter D is formed to the maximum of 21.5 μm, the pressure chamber should be formed so that the pressure chamber length L is 1.42 mm in order to make the AL value the same 4.2 μs. It was.
From these measurement results, between the AL value, the nozzle diameter D and the pressure chamber length L, when the AL value is 4.2 μs,
4.2≒−0.09D+0.83L+4.73 ・・・(式1) 4.2≈−0.09D + 0.83L + 4.73 (Formula 1)
という式で示す相関関係があることが分かった。図6は、実際にAL値を測定した値であるAL実測値とAL予測値との関係を示すグラフである。AL予測値は、式1におけるAL値4.2を未知数とした次式を用い、ノズル径D及び活性長Lを代入して算出した。
It was found that there is a correlation represented by the equation. FIG. 6 is a graph showing the relationship between the AL measured value and the AL predicted value, which are values obtained by actually measuring the AL value. The predicted AL value was calculated by substituting the nozzle diameter D and the active length L using the following equation with the AL value 4.2 in
AL≒−0.09D+0.83L+4.73 ・・・(式2) AL≈−0.09D + 0.83L + 4.73 (Expression 2)
実線で示すグラフは、上記式2を示すグラフであり、破線で示す2つのグラフは、それぞれ95%の信頼曲線である。このグラフから分かるように、AL予測値は殆どAL実測値と一致している。つまり、上記式2は非常に信頼性の高いものであることが分かる。
The graph shown by a solid line is a graph showing the above-mentioned
ここで、式2におけるノズル径D及び活性長Lの係数0.09,0.83をそれぞれ係数x,yに置き換え、定数4.73を定数zとすると、次の式3が求まる。
Here, if the coefficients 0.09 and 0.83 of the nozzle diameter D and the active length L in the
AL≒−xD+yL+z ・・・(式3) AL≈−xD + yL + z (Formula 3)
つまり、AL値が一定値で、ノズル径Dを変更した場合は、AL値及びノズル径Dを上記式に代入することにより、設定すべき圧力室長Lを求めることができる。 That is, when the AL value is a constant value and the nozzle diameter D is changed, the pressure chamber length L to be set can be obtained by substituting the AL value and the nozzle diameter D into the above formula.
ノズル径D及び活性長Lがそれぞれ同じでも、顔料系インクと染料系インクとでは、インクの性質の相違から、僅かにAL値が異なることが推定されるが、それはAL値の測定誤差の範囲内に収まる程度であると考えられるため、顔料系インク液滴及び染料系インク液滴のどちらを噴射する場合も上記式3を適用できる。
Even if the nozzle diameter D and the active length L are the same, it is estimated that the AL value is slightly different between the pigment-based ink and the dye-based ink due to the difference in the properties of the ink. Since it is considered that it is within the range, the
そこで、顔料系インクを使用する、ノズルと圧力室とアクチュエータとからなる組を第1の組とし、染料系インクを使用する、ノズルと圧力室とアクチュエータとからなる組を第2の組とし、第1の組のノズル径及び圧力室長をそれぞれD1,L1、第2の組のそれらをD2,L2とすると、次の式4が成立する。
Therefore, a group consisting of a nozzle, a pressure chamber and an actuator using pigment-based ink is a first group, and a group consisting of a nozzle, a pressure chamber and an actuator using a dye-based ink is a second group, When the nozzle diameter and pressure chamber length of the first set are D1 and L1, respectively, and those of the second set are D2 and L2, the following
AL≒−xD1+yL1+z≒−xD2+yL2+z ・・・(式4) AL≈−xD1 + yL1 + z≈−xD2 + yL2 + z (Formula 4)
上記式4から定数zを差し引くと、次の式5が求まる。
When the constant z is subtracted from the
−xD1+yL1≒−xD2+yL2 ・・・(式5) -XD1 + yL1≈-xD2 + yL2 (Formula 5)
つまり、圧力室長L1,L2を調整することにより、ノズル径D1,D2を異ならせることができるため(D1≠D2)、顔料系インク液滴を噴射する第1の組のノズル径D1を染料系インクを噴射する第2の組のノズル径D2よりも大きくすることができる。 That is, by adjusting the pressure chamber lengths L1 and L2, the nozzle diameters D1 and D2 can be made different (D1 ≠ D2), so the first set of nozzle diameters D1 for ejecting pigment-based ink droplets is changed to the dye system. It can be made larger than the nozzle diameter D2 of the second set for ejecting ink.
上記のインクジェットヘッドに用いられる駆動電圧波形は、例えば、いわゆる引き打ち方式で活性部を変位させるものでは、圧力室の容積を拡大してインクに圧力波を発生させた後、その圧力が上昇したタイミングで圧力室の容積を縮小することで、効率よくインクを噴射することができる。上記の実験から、ノズル径、圧力室長が異なる組であっても、圧力波の変動周期がほぼ同じならば、同じ駆動電圧波形で駆動することができる。つまり、ブラックインクのノズル径D1をカラーインクのノズル径D2よりも大きくして両者から噴射する液滴体積を異ならせるものにおいて、両者に使用する駆動電圧波形を共通にできる。 The drive voltage waveform used in the above-described ink jet head is, for example, the one that displaces the active portion by a so-called striking method. After the pressure chamber is expanded and the pressure wave is generated in the ink, the pressure increases. By reducing the volume of the pressure chamber at the timing, ink can be ejected efficiently. From the above experiment, even a set having different nozzle diameters and pressure chamber lengths can be driven with the same drive voltage waveform if the fluctuation period of the pressure wave is substantially the same. That is, in the case where the nozzle diameter D1 of the black ink is made larger than the nozzle diameter D2 of the color ink and the droplet volumes ejected from both are made different, the drive voltage waveforms used for both can be made common.
従って、記録用紙Pに記録される1ドット当りの大きさをブラック及びカラー間で揃えることができるため、記録品質を高めることができる。また、双方の組においてAL値を同一値にすることができるため、駆動電圧波形を共通に用いることができる。
本実施形態においては、例えば、ブラックインクを噴射するノズル径D1は20μm、圧力室長L1は1.42mm、カラーインクを噴射するノズル径D2は16μm、圧力室長L2は1.12mmとする。
Therefore, since the size per dot recorded on the recording paper P can be made uniform between black and color, the recording quality can be improved. In addition, since the AL value can be the same in both sets, the drive voltage waveform can be used in common.
In this embodiment, for example, the nozzle diameter D1 for ejecting black ink is 20 μm, the pressure chamber length L1 is 1.42 mm, the nozzle diameter D2 for ejecting color ink is 16 μm, and the pressure chamber length L2 is 1.12 mm.
[実験2]
また、本願発明者らは、上記のようにノズル径、圧力室長が異なる組における絞り部の大きさ、すなわち流路抵抗について実験した。この実験では、圧力室長L1=1.42mm、圧力室長L2=1.12mm(幅、深さは前述のとおり)において、ノズル径、絞り部の長さL3、絞り部のアスペクト比、駆動電圧波形を変え、それぞれについて記録品質の評価を行った。
[Experiment 2]
In addition, the inventors of the present application experimented on the size of the throttle portion, that is, the flow path resistance in the sets having different nozzle diameters and pressure chamber lengths as described above. In this experiment, in the pressure chamber length L1 = 1.42 mm and the pressure chamber length L2 = 1.12 mm (width and depth are as described above), the nozzle diameter, the length L3 of the throttle portion, the aspect ratio of the throttle portion, and the drive voltage waveform The recording quality of each was evaluated.
図7は、圧電アクチュエータに印加する駆動電圧波形を示す説明図である。メインパルスとは、インク液滴を噴射させるために圧電アクチュエータに印加する主たる駆動電圧波形のことであり、キャンセルパルスとは、インク液滴噴射時に圧力室内に発生する残留圧力変動を打ち消すために圧電アクチュエータに印加する駆動電圧波形のことである。
図7の波形では、非噴射時に電圧(22V)を印加して活性部を伸長させ、圧力室の容積を縮小状態としておき、噴射時にその電圧の印加を選択的に停止して(メインパルスを立ち下げ)、圧力室の容積を拡大し、所定時間後再び電圧を印加し(メインパルスを立ち上げ)て圧力室内のインクに噴射圧力を与える。メインパルスの立ち下げから立ち上げまでのパルス幅は、圧力室でのインクの固有周期の1/2すなわちAL値の近傍から選択される。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing drive voltage waveforms applied to the piezoelectric actuator. The main pulse is a main driving voltage waveform applied to the piezoelectric actuator in order to eject ink droplets, and the cancel pulse is piezoelectric in order to cancel the residual pressure fluctuation generated in the pressure chamber when ink droplets are ejected. It is the drive voltage waveform applied to the actuator.
In the waveform of FIG. 7, a voltage (22V) is applied during non-injection to expand the active part, the volume of the pressure chamber is kept in a reduced state, and application of the voltage is selectively stopped during injection (main pulse is applied). The pressure chamber is expanded, the volume of the pressure chamber is increased, and a voltage is applied again after a predetermined time (the main pulse is raised) to give the ejection pressure to the ink in the pressure chamber. The pulse width from the fall of the main pulse to the rise is selected from ½ of the natural period of the ink in the pressure chamber, that is, near the AL value.
この実験では、前記実験1でのAL=4.2μsでのメインパルスのパルス幅4.0μsとし、キャンセルパルスのパルス幅Bを0.5〜2.0μs、メインパルスとキャンセルパルスとの間隔Aを2.4〜3.5μsの範囲で変えながら実験を行った。
絞り部は、長さL3=700μmとし、幅H2を82μm、86μm、90μmの範囲で変え、アスペクト比(幅H2/深さH1)を2.7に固定して深さH1を上記幅H2に応じて変えた。
In this experiment, the pulse width B of the main pulse at AL = 4.2 μs in
The diaphragm portion has a length L3 = 700 μm, the width H2 is changed in the range of 82 μm, 86 μm, and 90 μm, the aspect ratio (width H2 / depth H1) is fixed to 2.7, and the depth H1 is set to the width H2. Changed accordingly.
ノズル径Dの変更範囲は、16〜21.5μmである。また、実験を行ったときの環境温度は、25゜C、実験に使用したインクの粘度は、2〜5cps、インクジェットヘッドの駆動周波数は、20〜40kHz、インク液滴の噴射速度は、5〜15m/sである。 The change range of the nozzle diameter D is 16 to 21.5 μm. In addition, the environmental temperature when the experiment was performed was 25 ° C., the viscosity of the ink used in the experiment was 2 to 5 cps, the driving frequency of the inkjet head was 20 to 40 kHz, and the ejection speed of the ink droplets was 5 to 5. 15 m / s.
図8及び図9は、実験結果をまとめた図表である。図8は、圧力室長L1が1.42mmである場合の実験結果であり、図9は、圧力室長L2が1.12mmである場合の実験結果である。図表中、「絞」は絞り部幅H2を、「φ」はノズル径をそれぞれ示し、図表の左上角に記載された24,22などの数値は、評価○の数の合計を示す。図表中、B/Aの右方に記載された2.4,2.8,3.1,3.5は、Aの値、下方に記載された0.5〜2.0はBの値を示す。 8 and 9 are tables summarizing the experimental results. FIG. 8 shows the experimental results when the pressure chamber length L1 is 1.42 mm, and FIG. 9 shows the experimental results when the pressure chamber length L2 is 1.12 mm. In the chart, “diaphragm” represents the throttle width H2, “φ” represents the nozzle diameter, and numerical values such as 24 and 22 described in the upper left corner of the chart represent the total number of evaluations ◯. In the figure, 2.4, 2.8, 3.1, and 3.5 described on the right side of B / A are values of A, and 0.5 to 2.0 described below are values of B. Indicates.
また、記録品質の評価は、記録用紙に特定パターンの記録を行い、その記録部分を官能評価することにより行った。図表中、○は、インク液滴の着弾位置のズレ及び噴射時のしぶき等が無く、正常な噴射ができたと推定できた場合の評価を示し、○の評価条件を満たさないものについては総て×とした。 The recording quality was evaluated by recording a specific pattern on a recording sheet and performing sensory evaluation on the recorded portion. In the chart, ○ indicates the evaluation when it can be estimated that the ink droplet landing position was not displaced and the spray was not sprayed, and normal ejection was possible, and all of those that did not satisfy the evaluation condition of ○ X.
図8に示すように、絞り部幅H2が82μm、86μm、90μmと長くなるほど、A及びBの値が大きい領域における○の数が減少している。この現象は、ノズル径が19.5μm、20.5μm及び21.5μmである場合も略同じである。また、図9に示すように、圧力室長が1.12mmである場合も同様に絞り部幅H2が長くなるほど、A及びBの値が大きい領域における○の数が減少しており、この現象は、ノズル径が16.0μm、17.0μm及び18.0μmである場合も略同じである。 As shown in FIG. 8, as the aperture width H2 is increased to 82 μm, 86 μm, and 90 μm, the number of ◯ in the region where the values of A and B are large decreases. This phenomenon is substantially the same when the nozzle diameter is 19.5 μm, 20.5 μm, and 21.5 μm. In addition, as shown in FIG. 9, when the pressure chamber length is 1.12 mm, the number of ◯ in the region where the values of A and B are large decreases as the throttle width H2 increases. The same is true when the nozzle diameter is 16.0 μm, 17.0 μm, and 18.0 μm.
つまり、圧力室長L1=1.42mmとノズル径D=19.5μm〜21.5μmとの組み合わせの組、圧力室長L2=1.12mmとノズル径D=16.0μm〜18.0μmとの組み合わせの組のいずれにおいても、同じ駆動電圧波形を使用し、同じ絞り部幅H2で、同様の噴射特性のバラツキを示す。上記両組において、図8,図9の共通の○部分を使用することで、絞り部の寸法、すなわち流路抵抗を共通にすることができる。 That is, a combination of the pressure chamber length L1 = 1.42 mm and the nozzle diameter D = 19.5 μm to 21.5 μm, and a combination of the pressure chamber length L2 = 1.12 mm and the nozzle diameter D = 16.0 μm to 18.0 μm. In any of the sets, the same drive voltage waveform is used, and the same narrowing portion width H2 shows the same variation in injection characteristics. In both the above sets, the size of the throttle portion, that is, the flow path resistance can be made common by using the common ◯ portion of FIGS.
[実施形態の効果]
(1)以上のように、上記実施形態のインクジェットヘッド30を使用すれば、絞り部34bの流路抵抗は、顔料系インクを噴射する側と染料系インクを噴射する側とで略同一に設定し、活性長L1は、顔料系インクを噴射する側の方が染料系インクを噴射する側よりも長くすれば、インク液滴の噴射制御が複雑にならず、ノズルから噴射する顔料系インク液滴の体積を染料系インク液滴よりも多くすることができる。
[Effect of the embodiment]
(1) As described above, when the
(2)また、ノズルの径は、顔料系インクを噴射する側の方が染料系インクを噴射する側よりも大きくし、絞り部34bの長さL2、幅H2及び深さH1により決定される絞り部の流路抵抗を、顔料系インクを噴射する側と染料系インクを噴射する側とで同一に設定すれば、アクチュエータの長さを長くすることに加えて、ノズルの径が大きくなることにより、ノズルから噴射する顔料系インクの液滴体積をより一層多くすることができる。
(2) The diameter of the nozzle is determined by the length L2, the width H2, and the depth H1 of the narrowed
(3)さらに、絞り部34bをサプライプレート34の平板面に沿って形成するため、絞り部34bの流路抵抗値を容易に所望の値に設定することができる。
(4)プレートを積層するという構造により、ノズル、共通インク室、絞り部及び圧力室を容易に製造することができ、特に所望の流路抵抗を有する絞り部34bを容易に形成することができる。
(3) Furthermore, since the
(4) Due to the structure in which the plates are stacked, the nozzle, the common ink chamber, the throttle portion, and the pressure chamber can be easily manufactured, and in particular, the
(5)顔料系インクを噴射する組のノズル径及び圧力室長をそれぞれD1,L1とし、染料系インクを噴射する組のそれらをD2,L2とすると、−xD1+yL1≒−xD2+yL2という近似式が成立するため、圧力室長L1,L2を調整することにより、ノズル径D1をノズル径D2よりも大きくすることができる。
従って、顔料系インクがブラックインクであり、染料系インクがカラーインクである場合は、ブラックインクのインク液滴の最大体積をカラーインクのそれよりも多くすることができるため、被記録媒体における1ドット当りの大きさをブラック及びカラー間で揃えることができるので、記録品質を高めることができる。
(5) If the nozzle diameter and pressure chamber length of the group for ejecting the pigment-based ink are D1 and L1, respectively, and those of the group for ejecting the dye-based ink are D2 and L2, the approximate expression -xD1 + yL1≈-xD2 + yL2 holds. Therefore, the nozzle diameter D1 can be made larger than the nozzle diameter D2 by adjusting the pressure chamber lengths L1, L2.
Therefore, when the pigment-based ink is a black ink and the dye-based ink is a color ink, the maximum volume of ink droplets of the black ink can be made larger than that of the color ink. Since the size per dot can be made uniform between black and color, the recording quality can be improved.
(6)また、顔料系インクを噴射する組及び染料系インクを噴射する組の双方においてAL値を同一値にすることができるため、駆動波形を多種類用いる必要がないので、インクの噴射制御が複雑にならない。
(7)また、AL値と、ノズル径D1,D2と、圧力室長L1,L2との間には、AL=−xD1+yL1+z≒−xD2+yL2+z(ただし、x,yは所定の係数、zは所定の定数)という式で示す相関関係があるため、AL値が一定値で、ノズル径Dを変更した場合は、AL値及びノズル径Dを上記式に代入することにより、設定すべき圧力室長Lを求めることができる。
(6) Since the AL value can be set to the same value in both the group for ejecting the pigment-based ink and the group for ejecting the dye-based ink, it is not necessary to use many types of drive waveforms. Is not complicated.
(7) AL = −xD1 + yL1 + z≈−xD2 + yL2 + z (where x and y are predetermined coefficients and z is a predetermined constant) between the AL value, the nozzle diameters D1 and D2, and the pressure chamber lengths L1 and L2. ), The pressure chamber length L to be set is obtained by substituting the AL value and the nozzle diameter D into the above formula when the AL value is constant and the nozzle diameter D is changed. be able to.
<他の実施形態>
(1)上記実施形態では、本願発明に係るインクジェットヘッドとして、ブラックインクのみに顔料系インクを使用したものを説明したが、カラーインクの一部に顔料系インクを使用するインクジェットヘッドにも本願発明を適用することができる。
(2)上記実施形態のインクジェットヘッド30では、サプライプレート34の内部に絞り部34b及び連通孔34aの両方を形成した構成を採用したが、サプライプレート34には絞り部34bのみを形成し、連通孔34aのみを形成したスペーサプレートをサプライプレート34の下に配置した構成でも良い。
また、ベースプレート32の下面に絞り部を溝状に形成し、サプライプレートに連通孔34aのみを形成することもできる。
<Other embodiments>
(1) In the above embodiment, the ink jet head according to the present invention has been described in which the pigment-based ink is used only for the black ink, but the present invention is also applied to an ink-jet head that uses the pigment-based ink as part of the color ink. Can be applied.
(2) In the
In addition, it is also possible to form a throttle portion in the shape of a groove on the lower surface of the
(3)上記実施形態のインクジェットヘッド30では、アクチュエータとして圧電素子を用いたが、静電気により振動板を変位して圧力室に対して噴射圧力を与える構成を用いることもできる。
(3) In the
1・・インクジェット記録装置、30・・インクジェットヘッド、
31a・・圧力室、34b・・絞り部、39a・・ノズル、
41a・・圧電素子、41b,41c・・電極、D1,D2・・ノズル径、
L1・・活性長、L2・・絞り部長。
1 .. Inkjet recording device, 30 .. Inkjet head,
31a .. pressure chamber, 34b .. throttling part, 39a .. nozzle
41a ... Piezoelectric element, 41b, 41c ... Electrode, D1, D2 ... Nozzle diameter,
L1 .. Active length, L2.
Claims (5)
染料系インクを噴射する複数の第2のノズルとそれぞれ接続した複数の第2の圧力室であって、それぞれ第2のアクチュエータによって選択的に噴射圧力を付与される染料系インクを収容する複数の第2の圧力室と、
前記複数の第1の圧力室に供給するインクを収容する第1の共通インク室と、
前記複数の第2の圧力室に供給するインクを収容する第2の共通インク室と、
前記第1の共通インク室と前記複数の第1の圧力室とを接続し、その第1の共通インク室及び第1の圧力室よりも大きい流路抵抗を有し、前記第1の共通インク室から前記複数の第1の圧力室へインクを供給する第1の絞り部と、
前記第2の共通インク室と前記複数の第2の圧力室とを接続し、その第2の共通インク室及び第2の圧力室よりも大きい流路抵抗を有し、前記第2の共通インク室から前記複数の第2の圧力室へインクを供給する第2の絞り部と、を備え、
前記第1の圧力室の長手方向の長さが、前記第2の圧力室の長手方向の長さより長く、前記第1の絞り部及び前記第2の絞り部の流路抵抗が略同一であることを特徴とするインクジェットヘッド。 A plurality of first pressure chambers respectively connected to a plurality of first nozzles for ejecting pigment-based ink, each of which accommodates a plurality of pigment-based inks to which a spray pressure is selectively applied by a first actuator. A first pressure chamber;
A plurality of second pressure chambers respectively connected to a plurality of second nozzles for ejecting dye-based ink, each of which contains a plurality of dye-based inks that are selectively given ejection pressure by a second actuator. A second pressure chamber;
A first common ink chamber for containing ink to be supplied to the plurality of first pressure chambers;
A second common ink chamber containing ink to be supplied to the plurality of second pressure chambers;
The first common ink chamber is connected to the plurality of first pressure chambers and has a larger flow resistance than the first common ink chamber and the first pressure chamber. A first throttle portion for supplying ink from a chamber to the plurality of first pressure chambers;
The second common ink chamber is connected to the plurality of second pressure chambers and has a larger flow resistance than the second common ink chamber and the second pressure chamber, and the second common ink A second throttle portion for supplying ink from a chamber to the plurality of second pressure chambers,
The length in the longitudinal direction of the first pressure chamber is longer than the length in the longitudinal direction of the second pressure chamber, and the flow path resistances of the first throttle portion and the second throttle portion are substantially the same. An inkjet head characterized by that.
前記第1および第2の共通インク室が形成されたマニホールドプレートと、
前記キャビティプレートとマニホールドプレートとの間に位置し、前記第1および第2の絞り部が形成されたサプライプレートと、が積層されており、
前記第1および第2の絞り部は、それぞれ前記サプライプレートの平板面に沿って形成され、前記第1の絞り部は、その両端において前記第1の共通インク室と前記第1の圧力室とにそれぞれ接続され、前記第2の絞り部は、その両端において前記第2の共通インク室と前記第2の圧力室とにそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のインクジェットヘッド。 A cavity plate in which the plurality of first and second pressure chambers are formed;
A manifold plate in which the first and second common ink chambers are formed;
A supply plate located between the cavity plate and the manifold plate and having the first and second throttle portions formed thereon is laminated,
The first and second throttle portions are respectively formed along a flat plate surface of the supply plate, and the first throttle portion has the first common ink chamber and the first pressure chamber at both ends thereof. 3. The second throttle portion is connected to the second common ink chamber and the second pressure chamber at both ends thereof, respectively. The inkjet head as described.
前記サプライプレートに溝状に形成された前記第1および第2の絞り部の長手方向開放面を覆って位置し、前記第1の絞り部の一端を前記第1の圧力室または前記第1の共通インク室に接続する第1の連通孔と、前記第2の絞り部の一端を前記第2の圧力室または前記第2の共通インク室に接続する第2の連通孔とを有するベースプレートと、が前記各プレートと積層されていることを特徴とする請求項3に記載のインクジェットヘッド。 A nozzle plate that is located on the opposite side of the supply plate with respect to the manifold plate, and in which the first and second nozzles are formed;
The supply plate is positioned so as to cover longitudinally open surfaces of the first and second throttle portions formed in a groove shape on the supply plate, and one end of the first throttle portion is connected to the first pressure chamber or the first A base plate having a first communication hole connected to a common ink chamber, and a second communication hole connecting one end of the second throttle portion to the second pressure chamber or the second common ink chamber; The inkjet head according to claim 3, wherein each of the plates is laminated with each of the plates.
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