JP2009073074A - 流体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流体を噴射する流体噴射装置において、ノズルの噴射不良の原因となる気泡を除去する技術を提供する。
【解決手段】インクジェットプリンタ１００は、圧電素子１７によって圧力室１３に圧力を付与してノズル１５からインク滴を吐出する。インクジェットプリンタ１００の制御部５０は、圧力室１３に混入した気泡を除去するためのフラッシングを実行するための駆動パルス３００を発生させる。駆動パルス３００は、圧電素子１７を、初期の基底状態から収縮状態へと推移させて圧力室１３に負圧を発生させる第１のパルス部分Ｐｗｃと、圧電素子１７を収縮状態のまま所定の時間保持させる第２のパルス部分Ｐｗｈと、圧電素子１７を基底状態へと推移させる第３のパルス部分Ｐｗｄとを有している。第１のパルス部分Ｐｗｃのパルス幅は、圧力室１３のインク４００に生じるヘルムホルツ共振周期Ｔｃの０．４倍以下とする。
【選択図】図４

Description

この発明は、ノズルから流体を噴射する流体噴射装置に関する。

インクジェットプリンタは、ノズルから紙面に向かってインク滴を吐出（噴射）することによって印刷を行う。こうしたインクジェットプリンタでは、自然蒸発によるノズル開口部におけるインクの増粘固着や、インクが充填されるインク室内への気泡の混入によりインク室内の圧力変化が気泡に吸収されることなどによって、インク滴の吐出不良が発生する場合がある。

これまで、インク滴の吐出を良好に継続して行うために、種々のメンテナンス処理に関する技術が提案されてきた（特許文献１等）。例えば、特許文献１では、ノズルをキャップで一時的に封止してポンプによって負圧を発生させるとともに、インク室内に圧力発生素子によって圧力を付与してインク滴の空吐出を行い、増粘インクや気泡の除去を実行する。

特開２００７−１３６９８９号公報 特開昭５９−１３１４６４号公報

しかし、上記メンテナンス処理を実行した場合であっても、微小径の気泡（例えば直径数十μｍの気泡）に対しては圧力等の気泡の排出のために働く力を十分に付与することが出来ないため、気泡を完全に除去することは困難である。こうした問題は、インクジェットプリンタに限らず、インク以外の他の流体（液体や、機能材料の粒子が分散されている液状体を含む）を噴射する流体噴射装置において発生し得る問題である。これまで、こうした問題に対して十分な工夫がなされてこなかったのが実情であった。

本発明は、液体を噴射する流体噴射装置において、ノズルの噴射不良の原因となる気泡を除去する技術を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］ 液体を噴射するための流体噴射装置であって、前記流体が充填される圧力室と、前記圧力室の壁面に設けられ、前記壁面を変形させることによって前記圧力室内の容積を変化させる圧力発生素子と、前記圧力室と連通する、前記流体を噴射するためのノズルと、前記圧力発生素子を制御するための駆動パルスを発生する制御部とを備え、前記制御部は、前記圧力室から前記流体とともに不要な気泡を吐出するためのメンテナンス用駆動パルスを発生することが可能であり、前記メンテナンス用駆動パルスは、前記圧力発生素子を駆動させることによって、前記圧力室を膨張させて、膨張状態へと推移させる第１のパルス部分と、前記膨張状態を所定の時間保持させる第２のパルス部分と、前記膨張状態から前記圧力室を収縮させる第３のパルス部分とを備え、前記第１のパルス部分のパルス幅は、前記圧力室に充填された前記流体のヘルムホルツ共振周期の０．５倍以下に設定されている流体噴射装置。

この流体噴射装置によれば、フラッシングの際に、圧力発生素子が圧力室の流体に付与する圧力を、ヘルムホルツ共振を利用して、より増大させることができる。すると、圧力室内に混入した気泡に働く圧力波による力をより増大させることができ、気泡の径をより増大させることができるため、気泡の吐出が容易となる。

［適用例２］適用例１記載の流体噴射装置であって、前記制御部は、少なくとも一部の前記メンテナンス用駆動パルスの波形が互いに異なる前記メンテナンス用駆動パルスを所定の順番で繰り返し発生させる流体噴射装置。

この流体噴射装置によれば、波形の異なるメンテナンス用駆動パルスによって構成されるパルス群を一定周期で繰り返し発生させることができる。従って、気泡の除去に効果的な種々のバリエーションのパルス群を発生させることが出来る。

［適用例３］適用例２記載の流体噴射装置であって、前記互いに異なる前記メンテナンス用駆動パルスは、前記第２のパルス部分のパルス幅が互いに異なる流体噴射装置。

この流体噴射装置によれば、第２のパルス部分のパルス幅に応じた固有周期を有する、径の異なる気泡の除去を、所定の順番で繰り返し実行できる。従って、種々の径を有する気泡に応じた気泡の除去を実行することが可能となる。

［適用例４］適用例１記載の流体噴射装置であって、前記制御部は、前記メンテナンス用駆動パルスが一定周期で繰り返される複数組の駆動パルス群を発生させ、各組の駆動パルス群は、前記メンテナンス用駆動パルスの波形が同一であり、前記複数組の駆動パルス群は、前記メンテナンス用駆動パルスの波形が互いに異なる２組以上の駆動パルス群を含む流体噴射装置。

この流体噴射装置によれば、互いに異なる２組以上の駆動パルス群のそれぞれのメンテナンス用駆動パルスの波形に応じた種類の気泡の除去を順次実行することが出来る。従って、種々の気泡の除去を実行することが出来、気泡の吐出を効果的に実行できる。

［適用例５］適用例４記載の流体噴射装置であって、前記２組以上の駆動パルス群は、前記第２のパルス部分のパルス幅が互いに異なる、流体噴射装置。

この流体噴射装置によれば、第２のパルス部分のパルス幅に応じた固有周期を有する、径の異なる気泡の除去を、２組以上の駆動パルス群によって順次実行することが出来る。従って、種々の径を有する気泡のそれぞれに応じた流体の空吐出を実行することが可能となる。

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、流体噴射装置におけるノズルの目詰まりに対するメンテナンス方法およびその方法を実行する流体噴射装置、それらの方法または装置を備えるインクジェットプリンタ等の形態で実現することができる。

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
A．第１実施例：
B．第２実施例：
C．第３実施例：
D．第４実施例：
E．第５実施例：
F．第６実施例：
G．変形例：

A．第１実施例：
図１は本発明の一実施例としてのインクジェットプリンタの構成を示す概略図である。このインクジェットプリンタ１００は、外部から送信された印刷データに応じて、紙面に複数の色ごとのインク滴を吐出して画像を形成するインクジェット方式の印刷装置である。このインクジェットプリンタ１００は、印刷ヘッド部１０と、ヘッド駆動部２０と、用紙搬送部３０と、キャップ部４０と、制御部５０とを備えている。

印刷ヘッド部１０は、シアン、イエロー、マゼンダ、ブラックからなる４色のインクカートリッジ１１Ｃ，１１Ｍ，１１Ｙ，１１Ｋが着脱可能に装着されている。印刷ヘッド部１０は、インクジェットプリンタ１００の印刷実行時に、印刷用紙２００の搬送方向ＰＤに対して垂直な方向（図中の矢印Ｘ方向）に沿って往復移動を繰り返しつつ、各色のインク滴を紙面に向かって吐出する。なお、印刷ヘッド部１０に装着されるインクカートリッジの色数は、４色に限られず、１色や６色など任意の数とすることが可能である。

ヘッド駆動部２０は、第１と第２のプーリー２１，２２と、ヘッド駆動ベルト２３とを備えている。２つのプーリー２１，２２はそれぞれ、用紙搬送部３０を挟んで対向する位置に設けられており、ヘッド駆動ベルト２３は、２つのプーリー２１，２２の間に張り渡されている。第１のプーリー２１は、制御部５０によって制御されるモータ（図示せず）によって回転駆動し、第２のプーリー２２は、ヘッド駆動ベルト２３を介して第１のプーリーに追従して回転する。ヘッド駆動ベルト２３には、印刷ヘッド部１０が固定されており、これによって印刷ヘッド部１０は、第１のプーリー２１の回転駆動に従って、印刷用紙２００の印刷面上を往復移動する。

用紙搬送部３０は、第１と第２の用紙搬送ローラ３１，３２と、２つの用紙搬送ローラ３１，３２に張り渡された用紙搬送ベルト３３とを備える。第１の用紙搬送ローラ３１は、制御部５０によって制御されるモータ（図示せず）によって回転駆動し、第２の用紙搬送ローラ３２は、用紙搬送ベルト３３を介して第１の用紙搬送ローラ３１に追従して回転する。これによって、印刷用紙２００は印刷時に、用紙搬送ベルト３３の上を搬送方向ＰＤへと搬送される。

キャップ部４０は、印刷ヘッド部１０の移動可能領域内に、用紙搬送部３０と並列に配置されている。印刷ヘッド部１０は、後述するメンテナンス処理を実行する際に、印刷ヘッド部１０の底面（用紙２００と相対する面）に設けられたノズル１５がキャップ部４０によって密封され得るようにキャップ部４０の配置領域まで移動する。このときの印刷ヘッド部１０の位置を「メンテナンスポジションＭＰ」と呼ぶ。なお、キャップ部４０についての詳細は後述する。

制御部５０は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成されており、中央処理装置（図示せず）や記憶装置（図示せず）などを備える。制御部５０は、上述した印刷ヘッド部１０等と信号線を介して接続されており、インクジェットプリンタ１００の動作を制御する。

図２（Ａ）は、印刷ヘッド部１０のインク滴の吐出機構の内部構造を示す概略断面図である。図２（Ａ）は、図１に示す矢印Ｙの方向に沿って見たときの印刷ヘッド部１０の任意のノズル１５の近傍を図示している。印刷ヘッド部１０は、各インク色ごとに、インクが充填される内部空間である共通インク室１２及び圧力室１３を有している。

共通インク室１２の上部には、インクカートリッジ１１Ｃ，１１Ｍ，１１Ｙ，１１Ｋのいずれかが装着されて当該インクカートリッジからインクが流入する。共通インク室１２は、インク流路１４によって圧力室１３と連通している。共通インク室１２に充填されたインクはインク流路１４を介して圧力室１３に入出する。即ち、共通インク室１２は、圧力室１３に対してインクのバッファ領域として機能する。

圧力室１３の底面には、インクを吐出するための複数のノズル１５が、用紙の搬送方向（矢印Ｙ方向）に沿って並列に設けられている。以後、印刷ヘッド部１０の底面を「ノズル面１５ｐ」と呼ぶ。各ノズル１５は、圧力室１３からノズル面１５ｐに向かって次第に径が小さくなるテーパ形状を有する微小な貫通孔として設けられている。

圧力室１３には、各ノズル１５に対向して振動板１６及び圧電素子１７が設けられている。振動板１６は、圧電素子１７が当接する厚肉部と、その外周に弾性を有する薄肉部とを備えた板状部材であり、厚肉部が圧電素子１７の伸縮に応じて振動する。なお、図では、振動板１６の厚肉部及び薄肉部の区分けは省略されている。

圧電素子１７は、圧電体と内部電極とを交互に積層して構成された積層型の圧電振動子であって、印可される電圧に応じて積層方向に直交する縦方向（矢印で図示）に伸縮可能な縦振動モードの圧電振動子である。圧電素子１７は、固定基材１８に固定されている。固定基材１８は、圧電素子１７の振動を効率よく振動板１６に伝えるのに十分な剛性を有する部材によって構成されている。このような構成により、圧電素子１７は、振動板１６を介して圧力室１３に充填されたインクに圧力を付与してインクをノズル１５から吐出させる。

ところで、インクカートリッジからのインクの初期充填時や、印刷処理の継続時に、圧力室１３のインク内に気泡が混入する場合がある。また、この気泡が、圧電素子１７によって付与された圧力室１３内の圧力変化を吸収してしまうために、一部ノズルからインク滴の吐出が適当になされない、いわゆるドット抜けが発生する場合がある。また、インクが自然蒸発によって増粘・固着してノズル１５が詰まってしまうノズル詰まりが発生する場合がある。そこで、インクジェットプリンタ１００では、印刷処理の実行時以外に、ノズルからのインク滴の吐出が適切に実行されるようにするための各種のメンテナンス処理が実行される。

メンテナンス処理としては、例えば、ノズル１５からのインクの空吐出を実行して、インク滴とともに気泡や増粘インクをノズル１５から噴射する、いわゆるフラッシングと呼ばれるものがある。ここで、「空吐出」とは、インク滴の本来の用途（すなわち印刷）以外の目的のために行われる吐出を意味する。

図２（Ｂ）は、メンテナンス処理のために、印刷ヘッド部１０がメンテナンスポジションＭＰ（図１）に移動したときのインクジェットプリンタ１００を、図１の矢印Ｙの方向に沿って見たときの図である。なお、 図２（Ｂ）には、印刷ヘッド部１０とキャップ部４０以外のインクジェットプリンタ１００の構成要素の図示は便宜上図示が省略されている。

キャップ部４０は、蓋体４１と、インク排出配管４２と、ポンプ４３と、駆動機構４５とを備えている。蓋体４１は、ノズル面１５ｐを被覆するように配置された受け皿状の部材である。蓋体４１は、フラッシングの際にノズル１５から吐出された排インクを受けることが可能である。

蓋体４１の底面中央部には貫通孔４１ｈが設けられており、インク排出配管４２は、貫通孔４１ｈに接続している。インク排出配管４２にはポンプ４３が設けられており、蓋体４１に溜まった排インクを吸引することが可能である。排インクは、インク排出配管４２を介して排インクを処理するための排インク処理部（図示せず）へと誘導される。駆動機構４５は、ポンプ４３を用いたインク吸引時に蓋体４１を上昇させてノズル面１５ｐに密着させるためのものである。なお、フラッシング時には蓋体４１は、ノズル面１５ｐから離れた状態に維持される。

図３は、本発明の一実施例としての気泡除去フラッシングの工程を示すフローチャートである。ここで、「気泡除去フラッシング」とは、フラッシングのうちでも特に気泡を除去することを目的としたフラッシングを意味する。

ステップＳ１０では、制御部５０は、各ノズル１５に対して、連続して３０００回のインク滴の空吐出を実行させる。以後、この連続したインク滴の空吐出工程を「連続フラッシングセット」と呼ぶ。ステップＳ２０では、制御部５０は、所定のインターバル（例えば１秒程度）だけ待機し、続くステップＳ３０において再び連続フラッシングセットを実行する。ここで、ステップＳ２０においてインターバルをおくのは、前工程の連続フラッシングセットによるインク及び圧力室１３の振動を収束させるためである。これによって、続く連続フラッシングセットを効果的に実行することが可能となる。以下、気泡除去フラッシングでは、連続フラッシングセットとインターバルとからなる一連の工程を任意の所定回数繰り返す。

図４は、気泡除去フラッシングの連続フラッシングセットにおいて、制御部５０が、１回のインク滴の吐出のために各ノズル１５の圧電素子１７へと送信する駆動パルス３００を示すグラフである。このグラフは、縦軸が電圧を示し、横軸が時間を示している。

駆動パルス３００は、略台形形状のパルス信号であり、第１のパルス部分Ｐｗｃと、第２のパルス部分Ｐｗｈと、第３のパルス部分Ｐｗｄとを有している。第１のパルス部分Ｐｗｃでは、時刻ｔ₀から時刻ｔ₁の間に、圧電素子１７の電圧値が基底状態（電圧値０）からＶｈまで一定比率で増加する。第２のパルス部分Ｐｗｈでは、時刻ｔ₁から時刻ｔ₂の間、圧電素子１７の電圧値はＶｈのまま一定に保持される。第３のパルス部分Ｐｗｄでは、時刻ｔ₂から時刻ｔ₃の間に、圧電素子１７の電圧値は、一定比率でＶｈから基底状態へとへと戻る。

なお、連続フラッシングセットにおける駆動パルス３００の周波数（図４；時刻ｔ₀から時刻ｔ₄の周期に相当する周波数）は、１ＫＨｚ〜５ＫＨｚであることが好ましい。

図５（Ａ）〜（Ｃ）は、駆動パルス３００による印刷ヘッド部１０の動作を模式的に示す模式図である。図５（Ａ）〜（Ｃ）は、図２（Ａ）に示す印刷ヘッド部１０のうち、圧力室１３を拡大して示しており、圧電素子１７及び共通インク室１２の図示は省略されている。

図５（Ａ）は、駆動パルス３００を受信する前（時刻ｔ₀以前）の圧力室１３の状態を示している。圧力室１３には、インク４００が充填されており、インク４００には気泡５００が混入している。なお、気泡５００は、圧力室１３の重力方向上側であって、インク流路１４と対向する領域に滞留する傾向にある。

図５（Ｂ）は、図４の時刻ｔ₀〜時刻ｔ₂における圧力室１３の状態を示している。圧電素子１７は、時刻ｔ₀〜時刻ｔ₁の間の第１のパルス部分Ｐｗｃを受信すると、印加電圧の増加に伴って収縮する。すると、図５（Ｂ）に示すように、振動板１６が圧力室１３の外側（矢印方向）に向かって湾曲し、圧力室１３内のインク４００には負圧が生じる。なお、このときノズル１５に生じるメニスカス４０１は、振動板１６と同様の方向に湾曲の度合いを増大する。そして時刻ｔ₁から時刻ｔ₂までの間、振動板１６の湾曲は保持される。この時刻ｔ₀〜時刻ｔ₂の間に、圧力室１３内の圧力低下に伴って、気泡５００の径が増大する。

図５（Ｃ）は、時刻ｔ₂〜時刻ｔ₃における圧力室１３の状態を示している。駆動パルス３００の第３のパルス部分Ｐｗｄによって、圧電素子１７の印加電圧値は基底値へと戻り（図４）、圧電素子１７も伸張して基底状態へと戻る。即ち、振動板１６は湾曲した状態から平坦な状態へと戻る。これによって、圧力室１３内のインク４００は、振動板１６から圧力を付与されてノズル１５から吐出される。この際、気泡５００もインクの吐出に伴ってノズル１５に次第に近付いてゆき、最終的にはノズル１５から外部に排出される。図５（Ｃ）には、多数の駆動パルス３００の発生に応じて気泡５００がノズル１５へと移動してゆく軌跡が図示されている。

ここで、図５（Ｂ）で説明したように、この駆動パルス３００によれば、時刻ｔ₀〜時刻ｔ₁の間に気泡５００の径を増大させることが可能であり、径の増大に伴って、気泡５００に対して振動板１６から、より大きな力を付与することが可能となる。従って、この駆動パルス３００によれば、例え微小径の気泡であっても容易に吐出させることが出来る。

ところで、ここまでの説明からも理解できるように、圧力室１３の圧力を低下させて気泡５００の径を出来る限り増大させることによって、気泡５００をより確実に吐出させて除去することが可能となる。そのため、駆動パルス３００の第１のパルス部分Ｐｗｃ（図４）のパルス幅は、圧力室１３内のインク４００のヘルムホルツ共振周期Ｔｃの１／２以下とすることが好ましい。ここで、「ヘルムホルツ共振周期Ｔｃ」とは、圧力室１３の容積の増減によって発生する振動波が圧力室１３内のインク４００を伝播するときの固有振動周期であり、圧力室１３や、インク流路１４及びノズル１５の形状によって決まる値である。

図６（Ａ）は、ヘルムホルツ共振周期Ｔｃに従うインク振動の様子を示すグラフである。理論的には、時刻ｔ₀からヘルムホルツ共振周期Ｔｃの約１／２の期間にわたって圧力室１３の圧力を低下させると、インクの振動が最大となることが理解できる。そこで、第１のパルス部分Ｐｗｃのパルス幅をヘルムホルツ共振周期Ｔｃの１／２以下とすることにより、圧力室１３により大きな負圧を発生させることができるとともに、気泡５００の径を増大させることが可能である。

図６（Ｂ）は、ヘルムホルツ共振周期Ｔｃ＝６μｓの印刷ヘッド部において、第１のパルス部分Ｐｗｃのパルス幅を変えて気泡除去フラッシングを実行した場合の吐出状態を調べた実験の結果を示す表である。なお、表中の「◎」は、気泡除去フラッシングの後にほぼ全てのノズルで気泡が除去されて、ドット抜けが検出されなかったことを示す。表中の「○」は、気泡除去フラッシングの後に、３割以下の確率で少なくとも１つのノズルに気泡が残留してドット抜けが発生したことを示す。また、「△」は５割以下の確率でドット抜けが発生し、「×」は、５割より大きい確率でドット抜けが発生したことを示している。

この表に示されるように、第１のパルス部分Ｐｗｃのパルス幅は、ヘルムホルツ共振周期Ｔｃの０．４倍以下であることが好ましく、特に、ヘルムホルツ共振周期Ｔｃの１／３未満、又は０．３倍以下であることが好ましい。図６（Ａ）では、ヘルムホルツ共振周期Ｔｃの１／２以下とする説明をしたが、この誤差は、気泡が有する固有振動数（後述）のために、気泡の径が圧電素子１７に共振して変動するタイミングが遅延するためであると考えられる。なお、第１のパルス部分Ｐｗｃのパルス幅は短いほど好ましいが、実際には、圧電素子１７の駆動パルスに対する追従性能等を考慮して１．５μｓ程度に設定することが特に好ましい。

図７は、気泡の直径と気泡の有する固有振動数との関係を示すグラフである。このグラフに示すように、気泡の直径に対して、その固有振動数は反比例的に低下する。即ち、気泡の径を最も増大させるために最適な圧電素子１７の収縮周期（第１と第２のパルス部分Ｐｗｃ，Ｐｗｈのパルス幅）は、気泡の直径によって異なってくる。

上述したように、第１のパルス部分Ｐｗｃのパルス幅をヘルムホルツ共振周期Ｔｃに応じた値としているため、圧電素子１７の収縮周期は、第２のパルス部分Ｐｗｈのパルス幅を調整することによって気泡の固有振動数に応じた値とすることが好ましい。これによって、続く第３のパルス部分Ｐｗｄにおいて、気泡の径がより大きく増大したタイミングでインク滴を吐出することが可能となる。なお、第２のパルス部分Ｐｗｈのパルス幅は、気泡の共振が開始されるまでの待ち時間であると解釈することが出来る。

ところで、本実施例では、連続フラッシングセット（図３のステップＳ１０，Ｓ３０等）ごとに、第２のパルス部分Ｐｗｈのパルス幅を異なる値とする。より具体的には、ステップＳ１０において発生させる駆動パルス３００の第２のパルス部分Ｐｗｈのパルス幅を、ステップＳ３０において発生させるそれより短くし、それ以降も、連続フラッシングセットごとに短くしていく。即ち、これは、連続フラッシングセットが繰り返されるごとに、除去対象となる気泡の径を小さくすることを意味する。これによって、気泡除去フラッシングは、気泡の除去をより確実に実行することが可能となる。

さらに、駆動パルス３００（図４）の第３のパルス部分Ｐｗｄのパルス幅は、圧電素子１７の固有振動数Ｔａとほぼ等く設定することが好ましい。この理由は、第３のパルス部分Ｐｗｄのパルス幅をこのような値とすることによって、駆動パルス３００を受けた後の圧電素子１７が過度に振動を継続してしまうことを抑制することができるためである。圧電素子１７が必要以上に振動を継続すると、その振動によってインクの微小滴がノズル１５から吐出されてしまう可能性があるため、好ましくない。

このように駆動パルス３００を用いた気泡除去フラッシングを実行するインクジェットプリンタ１００では、圧力室１３に存在する微小な気泡も、その径を増大させてノズル１５から吐出させることが出来る。また、異なる径の気泡に対応する駆動パルス３００を順次生成するため、より効果的に気泡の除去を実行することが可能となる。

B．第２実施例：
図８は、本発明の第２実施例としてのインクジェットプリンタ１００Ａの構成を示す概略図である。図８は、用紙搬送部３０とキャップ部４０の間にワイパ部６０が設けられている点以外は図１とほぼ同じである。

図９は、メンテナンス処理のために、印刷ヘッド部１０がメンテナンスポジションＭＰに移動したときのインクジェットプリンタ１００を、図８の矢印Ｙの方向に沿って見たときの概略図である。図９は、ワイパ部６０が追加されている点以外は、図２とほぼ同じである。

ワイパ部６０は、ゴム又は軟質樹脂によって構成されたワイパブレード６１を備えている。ワイパブレード６１は、駆動機構６５によって上下方向に移動可能である。

図１０は、キャップ部４０の蓋体４１の端面４１ｅが、印刷ヘッド部１０のノズル面１５ｐと接触することによって、キャップ部４０がノズル１５を密封している状態を示している。キャップ部４０は、この状態でポンプ４３を稼働させて、蓋体４１によって覆われた空間内を負圧とすることによって、ノズル１５からインクを吸引する（インク吸引処理）。なお、以後この蓋体４１によって閉塞された空間を「キャップ閉塞空間ＣＳ」と呼ぶ。

図１１（Ａ）〜（Ｂ）は、ワイパ部６０によるノズル面１５ｐの拭き取り処理（ワイピング処理）を説明するための模式図である。ノズル面１５ｐは、増粘したインクがノズル開口部に付着して汚れる場合がある。また、上記インク吸引処理の際に、蓋体４１の端面４１ｅと接触することによって、ノズル面１５ｐにインク汚れが付着する場合などがある。ノズル面１５ｐの汚れが蓄積すると、印刷ヘッド部１０の性能が劣化する。そこで、ワイパ部６０のワイピング処理によって、ノズル面１５ｐのクリーニングを行う。

図１１（Ａ）は、ワイパブレード６１の先端部６１ｅがノズル面１５ｐと同程度の高さにまで上方向（矢印で図示）に移動した状態を示している。なお、このとき、キャップ部４０の蓋体４１は、ノズル面１５ｐとは接触していない。図１１（Ｂ）は、ワイパブレード６１がノズル面１５ｐと接触した状態で、印刷ヘッド部１０が矢印Ｘ方向に移動している状態を示している。このように、ワイパブレード６１の先端部６１ｅをノズル面１５ｐ上に走査させることによって、ノズル面１５ｐの汚れを拭き取ることができる。

図１２は、初期充填処理の処理工程を示すフローチャートである。ここで、「初期充填処理」とは、印刷ヘッド部１０に装填されたインクカートリッジ１１Ｃ，１１Ｍ，１１Ｙ，１１Ｋの少なくともいずれか１つの交換が行われたときに、当該インクカートリッジが接続する共通インク室１２及び圧力室１３へインクを充填する処理を言う。なお、インクカートリッジの交換及び初期充填処理は、印刷ヘッド部１０をメンテナンスポジションＭＰに移動させた状態で行う。

ステップＳ１１０〜ステップＳ１２０では、図１０で説明したインク吸引処理を実行する。この工程で圧力室１３は、インクが充填された状態となる。このとき、キャップ部４０にはノズル１５から吸引されたインクが付着した状態である。

その後、キャップ閉塞空間ＣＳ（図１０）の負圧状態を解消させるとともに、ステップＳ１３０で、キャップ部４０を初期の位置へと移動させてノズル１５が開放された状態とする。ステップＳ１４０において、ワイパ部６０によってノズル面のワイピング処理を実行し、ステップＳ１５０において、ポンプ４３を稼働してキャップ部４０に付着する排インクをインク排出配管４２を介して排出する。以後、ステップＳ１１０〜ステップＳ１５０の一連の工程によって実行される処理を「第１の充填処理」と呼ぶ。

ステップＳ１６０〜ステップＳ２００では、第１の充填処理と同様の処理を繰り返す（第２の充填処理）。さらに、続くステップＳ２１０〜ステップＳ２４０でも、第１と第２の充填処理と同様の処理を実行するが、この時のポンプ４３による吸引量は、前工程における吸引量に比較して微量で良い。このステップＳ２１０〜ステップＳ２４０の充填処理を特に「微量充填処理」と呼ぶ。

図１３は、この初期充填処理におけるキャップ閉塞空間ＣＳ（図１０）の圧力の時間変化を示すグラフである。このようにインク吸引処理を複数回実行するのは、共通インク室１２から圧力室１３までのインク充填領域に混入する気泡を減少させてインクの充填をより確実に実行するためである。しかし、それでも圧力室１３には、気泡が混入してしまう場合がある。

そこで、ステップＳ２５０（図１２）では、第１実施例で説明した駆動パルス３００（図４）を用いた気泡除去フラッシング（図３）を実行する。これによって圧力室１３内の気泡をより確実に除去し、ノズル１５のドット抜けの発生を抑制する。

ステップＳ２６０では、さらに、ステップＳ２５０の気泡除去フラッシングとは異なる混色防止フラッシングを実行する。ここで、「混色防止フラッシング」について説明する。上述したインク吸引処理の際に、キャップ閉塞空間ＣＳでは、負圧状態から大気圧付近まで圧力が上昇する時間帯Ｃｆｔ（図１３）がある。このとき、キャップ閉塞空間ＣＳ（図１０）において、ミスト状になっているインクがノズル面１５ｐ方向へと逆戻りしてしまう場合があり、これによって、吐出されるインクとは異なる色のインクがノズル１５へと混入してしまう場合がある。また、ワイピング処理において、ノズル面１５ｐがワイパブレード６１によって拭き取られた際に、ノズル１５に異なる色のインクが混入してしまう場合がある。混色防止フラッシングは、このようにノズル１５に混入した異なる色のインクを吐出してしまうことを目的として行われるフラッシング動作である。

図１４は、混色防止フラッシングの際に制御部５０が圧電素子１７に対して発生させる駆動パルスを示している。この駆動パルス３１０は、気泡除去フラッシングにおける駆動パルス３００（図４）と異なり、一度のインク吐出で大量のインクを吐出することを目的とする。

駆動パルス３１０は、基底電圧から略一定比率で電圧を上昇させる第１のパルス部分（時刻ｔ₂₀〜時刻ｔ₂₁）と、所定の時間一定電圧を保持する第２のパルス部分（時刻ｔ₂₁〜時刻ｔ₂₂）とを有している。また、駆動パルス３１０は、さらに、略一定比率で負電圧まで電圧を低下させる第３のパルス部分（時刻ｔ₂₂〜時刻ｔ₂₃）と、所定の時間一定負電圧を保持する第４のパルス部分（時刻ｔ₂₃〜時刻ｔ₂₄）と、基底電圧まで略一定比率で電圧を増加させる第５のパルス部分（時刻ｔ₂₄〜時刻ｔ₂₅）とを有している。即ち、この駆動パルス３１０は、正電圧を発生する第１の略台形パルス３１１と、負電圧を発生する第２の略台形パルス３１２とを有している。

この駆動パルス３１０は、第２の略台形パルス３１２を有することにより、ノズル１５のインク面に振動が過度に生じることを抑制し、短時間で連続してインク吐出を実行することを可能としている。例えば、この混色防止フラッシングでは、制御部５０は、約５０Ｋｈｚ程度の周波数（時刻ｔ₂₀〜時刻ｔ₂₆の周期に相当する周波数）で、この駆動パルス３１０を複数回連続して発生させることが可能である。

このように、この初期充填処理では、混色防止フラッシング（図１２のステップＳ２６０）の前に気泡除去フラッシング（ステップＳ２５０）を実行している。混色防止フラッシングは、全てのノズル１５からインク滴が吐出されて実行されることが好ましいため、前工程の気泡除去フラッシングによってドット抜けの発生を抑制することによって、混色防止フラッシングを効果的に実行することが可能となる。

C．第３実施例：
図１５は、本発明の第２実施例としてのインクジェットプリンタ１００Ｂの一部の構成を示す概略断面図である。図１５は、ノズル１５からのインクの吐出を検出するためのインク吐出検出部７０が設けられている点以外は図８とほぼ同じである。インク吐出検出部７０は、キャップ部４０に設けられたセンサから出力信号を受信し、制御部５０に検出結果を送信する。

インク吐出検出部７０は、例えば、インクの吐出を電気的に検出するものとしても良い。具体的には、印刷ヘッド部１０がメンテナンスポジションＭＰにある時に、ノズル面１５ｐとキャップ部４０の蓋体４１との間に電荷を帯電させた状態でインクの吐出を実行し、センサによって電荷量の変化を検出する。吐出されたインク量が少ないと、電荷量の変化が所定の値より少なくなるため、この場合には、ドット抜けが発生していると判断することができる。なお、インク吐出検出部７０は、光学的センサによって吐出されたインク滴を検出するものとしても良く、他の方法で検出しても良い。

図１６は、印刷実行時における制御部５０の処理手順を示すフローチャートである。制御部５０は、ステップＳ３００で印刷実行命令とともに印刷データを外部コンピュータ等から受け取ると、ステップＳ３１０において印刷データに応じて印刷ヘッド部１０及びヘッド駆動部２０，用紙搬送部３０を駆動して印刷処理を実行する。

制御部５０は、印刷を開始してから所定の時間経過後に、印刷処理を一時中断して、印刷ヘッド部１０をメンテナンスポジションＭＰへと移動させ、全ノズル１５からのインク滴の吐出を実行してノズルの検査を行う（ステップＳ３２０）。このとき、全てのノズルからの正常なインク滴の吐出を検出できた場合、即ち、ドット抜けが検出されなかった場合には（ステップＳ３３０）、制御部５０は、引き続き印刷処理（ステップＳ３１０）を実行する。

一方、ステップＳ３３０において、インク吐出検出部７０が、ドット抜けを検出した場合には（ステップＳ３３０）、制御部５０は、気泡除去フラッシングを実行する（ステップＳ３４０）。なお、気泡除去フラッシングは、第１実施例で説明した処理と同様に行われる（図３，図４）。

気泡除去フラッシングの実行後、制御部５０は、再び、ノズルの検査処理（ステップＳ３２０）を実行し、インクジェットプリンタ１００Ｂの性能回復を検証する。制御部５０は、ドット抜けが解消されるまで、気泡除去フラッシング（ステップＳ３４０）を繰り返し実行する。

このインクジェットプリンタ１００Ｂによれば、印刷実行時にドット抜けを検出した場合に、ドット抜け解消のための気泡除去フラッシングが実行されるため、印刷品質を向上させることが可能である。

D．第４実施例：
図１７は、本発明の一実施例として、インクジェットプリンタにおいて実行されるメンテナンス処理のうち、タイマクリーニング処理の手順を示すフローチャートである。「タイマクリーニング処理」とは、インクジェットプリンタの非印刷処理実行時に制御部が定期的に実行するノズルの性能回復のためのノズルのクリーニング処理である。なお、この第４実施例のインクジェットプリンタの構成は、第３実施例のインクジェットプリンタ１００Ｂ（図１５）と同様である。

図１７のステップＳ４１０〜ステップＳ４５０の各工程は、図１２で説明した第１の充填処理（ステップＳ１１０〜ステップＳ１５０）と同様に実行される。また、続くステップＳ４６０〜ステップＳ４９０の各工程は、図１２の微量充填処理（ステップＳ２１０〜ステップＳ２４０）と同様に実行される。ただし、図１２の初期充填処理とは、ポンプ４３による吸引時間及び吸引量は異なる。

図１８は、このタイマクリーニング処理におけるキャップ閉塞空間ＣＳ内の圧力の時間変化を示すグラフである。図１８は、ポンプ４３の吸引動作によって負圧を示す部分が１つ少ない点以外は、図１３とほぼ同じである。

なお、このタイマクリーニング処理でも、第２実施例の初期充填処理と同様に、混色防止フラッシング（ステップＳ５６０）の前に、気泡除去フラッシング（ステップＳ５５０）が実行される。従って、第２実施例と同様に、混色防止フラッシングを効果的に実行することが可能である。

このように、第４実施例のタイマクリーニング処理を実行することによって、効果的にノズル１５のドット抜け及びインク詰まりを抑制することができ、インクジェットプリンタの印刷品質を向上させることができる。

E．第５実施例：
図１９は、本実施例の第５実施例としてのインクジェットプリンタ１００Ｃの構成を示す概略図である。図１９は、ユーザ操作部８０を備えている点以外は、図１５とほぼ同じである。

ユーザ操作部８０は、例えば、タッチパネルや操作ボタンとしてインクジェットプリンタ１００Ｃの本体に設けられている。ユーザは、このユーザ操作部８０を介してインクジェットプリンタ１００Ｃの制御部５０に処理の実行命令を出すことができる。

図２０は、インクジェットプリンタ１００Ｃにおいて実行されるメンテナンス処理のうち、マニュアルクリーニング処理の手順を示すフローチャートである。「マニュアルクリーニング処理」とは、インクジェットプリンタ１００Ｃの非印刷処理実行時に、ユーザ操作部８０を介したユーザの指示によって、制御部５０が実行するノズルの性能回復のためのクリーニング処理である。

図２０のステップＳ６１０〜ステップＳ６５０では、図１２の第１の充填処理（ステップＳ１１０〜ステップＳ１５０）の各工程と同様な処理を実行する。続くステップＳ６６０〜ステップＳ７００では、ステップＳ６１０〜ステップＳ６５０と同様な処理を繰り返して実行する。ステップＳ７１０〜ステップＳ７４０では、ステップＳ６１０〜ステップＳ６４０と同様な処理を実行する。即ち、このマニュアルクリーニング処理では、３度のインク吸引処理を連続して実行する。ただし、このマニュアルクリーニング処理では、インク吸引処理ごとにインクの吸引量は徐々に減少させて行う。

図２１は、マニュアルクリーニング処理におけるノズル１５近傍の圧力の時間変化を示すグラフである。図２１は、インク吸引処理ごとに負圧のレベルが異なる点以外は、図１３とほぼ同じである。このように、インク吸引量を減少させつつ複数回のインク吸引処理を実行することによって、クリーニング処理において使用されるインク量を抑制しつつ、効果的にノズルのクリーニング処理を実行することができる。

３度のインク吸引処理を実行した後、制御部５０は、第２実施例の初期充填処理（図１２）と同様に、混色防止フラッシングの前に気泡除去フラッシングを実行する（ステップＳ７２０〜ステップＳ７３０）。即ち、このマニュアルクリーニング処理においても、気泡除去フラッシングによってドット抜けの発生を抑制するとともに、混色防止フラッシングを効果的に実行することが可能である。

このインクジェットプリンタ１００Ｃによれば、ユーザの任意の要求に応じてノズルのクリーニング処理を実行することによって、その印刷品質を向上させることができる。

F．第６実施例：
図２２は、本発明の一実施例として、インクジェットプリンタの印刷実行時における制御部の処理の手順を示すフローチャートである。図２２は、ステップＳ３０５及びステップＳ３１３〜ステップＳ３１５が追加されている点以外は、第３実施例で説明した印刷実行時における制御部５０の処理手順（図１６）と同様である。なお、この第６実施例のインクジェットプリンタの構成は、第３実施例にインクジェットプリンタ１００Ｂ（図１５）と同じである。

制御部５０は、ステップＳ３００で印刷実行命令とともに印刷データを外部コンピュータ等から受け取ると、印刷処理を開始する前に、印刷ヘッド部１０をメンテナンスポジションＭＰに移動させて、気泡除去フラッシングを実行する（ステップＳ３０５）。また、印刷処理の実行中に、新しい用紙に引き続き印刷を実行する改ページが行われる場合には（ステップＳ３１３）、再び、印刷ヘッド部１０をメンテナンスポジションＭＰへと移動して、気泡除去フラッシングを実行する（ステップＳ３１５）。さらに、第３実施例と同様に、インク吐出検出部７０がドット抜けを検出した場合に、気泡除去フラッシングを実行する（ステップＳ３２０〜ステップＳ３４０）。

この印刷実行時の処理手順によれば、所定のタイミングで必ず気泡除去フラッシングが実行されるため、ドット抜けが発生する可能性を低減することができ、さらに、印刷品質を向上させることができる。

G．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

G1．変形例１：
上記実施例では、インクジェットプリンタについて説明したが、本発明は、他の流体（液体）を吐出する流体噴射装置にも適用可能である。

G2．変形例２：
上記実施例において、駆動パルス３００（図４）の第２のパルス部分Ｐｗｈのパルス幅を気泡の固有周期に応じて設定していたが、任意のパルス幅を設定するのとしても良い。また、気泡除去フラッシングの実行時に外気温を検出して、検出された外気温に応じて第２のパルス部分Ｐｗｈのパルス幅を設定するものとしても良い。

G3．変形例３：
上記実施例において、連続フラッシングセットとしてインク滴の空吐出を３０００回実行していたが（図３）、インク滴の空吐出は、任意の回数を実行するものとしても良い。また、各連続フラッシングセットでは、駆動パルス３００を同一周期で連続して発生させていたが、周期を変えて発生させるものとしても良い。

G4．変形例４：
上記実施例において、連続フラッシングセットごとに駆動パルス３００（図４）の第２のパルス部分Ｐｗｈのパルス幅を変更していたが、同一のパルス幅で連続フラッシングセットが繰り返されるものとしても良い。

G5．変形例５：
上記実施例において、各連続フラッシングセットは、同一の波形を有する複数の駆動パルス３００によって構成されていたが、少なくとも一部の波形が互いに異なる駆動パルスを含むものとしても良い。例えば、各連続フラッシングセットは、駆動パルス３００とともに、第２のパルス部分Ｐｗｈのパルス幅が異なる駆動パルス３００や、電圧値Ｖｈの異なる駆動パルス３００等が含まれていても良い。

G6．変形例６：
上記第３実施例において、インク吐出検出部７０がドット抜けを検出した場合に、気泡除去フラッシングが実行されていたが（図１６；ステップＳ３３０〜ステップＳ３４０）、気泡除去フラッシングとともに他のメンテナンス処理が実行されるものとしても良い。例えば、混色防止フラッシングが続いて実行されてるものとしても良い。

G7．変形例７：
上記第５実施例において、ユーザ操作部８０は、インクジェットプリンタ１００Ｃの本体に設けられていたが、インクジェットプリンタ１００Ｃに接続する外部コンピュータ上で実行されるプログラムによって実現されるものとしても良い。

第１実施例のインクジェットプリンタの構成を示す概略図。 第１実施例の印刷ヘッド部とキャップ部の構成を示す概略断面図。 気泡除去フラッシングの処理手順を示すフローチャート。 気泡除去フラッシングにおいて制御部が発生させる駆動パルスを示すグラフ。 気泡除去フラッシングにおける気泡除去のメカニズムを説明するための模式図。 第１のパルス部分の好適なパルス幅を説明するためのグラフ及び実験結果を示す表。 気泡の直径と気泡の固有振動数との関係を示すグラフ。 第２実施例のインクジェットプリンタの構成を示す概略図。 第２実施例の印刷ヘッド部とキャップ部とワイパ部の構成を示す概略断面図。 キャップ部によるインクの吸引動作を説明するための模式図。 ワイパ部によるノズル面のクリーニング処理を説明するための模式図。 第２実施例の初期充填処理の処理手順を示すフローチャート。 初期充填処理実行中におけるキャップ閉塞空間内の気圧変化を示すグラフ。 混色防止フラッシングの際に制御部が発生させる駆動パルスを示すグラフ。 第３実施例のインクジェットプリンタの構成を示す概略図。 第３実施例のインクジェットプリンタにおける印刷実行時の処理手順を示すフローチャート。 第４実施例のタイマクリーニング処理の処理手順を示すフローチャート。 タイマクリーニング処理実行中におけるキャップ閉塞空間内の気圧変化を示すグラフ。 第５実施例のインクジェットプリンタの構成を示す概略図。 マニュアルクリーニング処理の処理手順を示すフローチャート。 マニュアルクリーニング処理実行中におけるキャップ閉塞空間内の気圧変化を示すグラフ。 第６実施例のインクジェットプリンタにおける印刷実行時の処理手順を示すフローチャート。

符号の説明

１０…印刷ヘッド部
１１Ｃ，１１Ｍ，１１Ｙ，１１Ｋ…インクカートリッジ
１２…共通インク室
１３…圧力室
１４…インク流路
１５…ノズル
１５ｐ…ノズル面
１６…振動板
１７…圧電素子
１８…固定基材
２０…ヘッド駆動部
２１…第１のプーリー
２２…第２のプーリー
２３…ヘッド駆動ベルト
３０…用紙搬送部
３１，３２…用紙搬送ローラ
３３…用紙搬送ベルト
４０…キャップ部
４１…蓋体
４１ｅ…端面
４１ｈ…貫通孔
４２…インク排出配管
４３…ポンプ
４５…駆動機構
５０…制御部
６１…ワイパブレード
６１ｅ…先端部
６５…駆動機構
７０…インク吐出検出部
８０…ユーザ操作部
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ…インクジェットプリンタ
２００…印刷用紙
３００…気泡除去フラッシングの駆動パルス
３１０…混色防止フラッシング駆動パルス
３１１…第１の略台形パルス
３１２…第２の略台形パルス
４００…インク
４０１…メニスカス
５００…気泡
ＣＳ…キャップ閉塞空間
Ｃｆｔ…インクの逆戻りが発生する時間帯
ＭＰ…メンテナンスポジション
ＰＤ…搬送方向
Ｐｗｃ…第１のパルス部分
Ｐｗｈ…第２のパルス部分
Ｐｗｄ…第３のパルス部分
Ｔａ…固有振動数
Ｔｃ…ヘルムホルツ共振周期

Claims (9)

1. 液体を噴射するための流体噴射装置であって、
   前記流体が充填される圧力室と、
   前記圧力室の壁面に設けられ、前記壁面を変形させることによって前記圧力室内の容積を変化させる圧力発生素子と、
   前記圧力室と連通する、前記流体を噴射するためのノズルと、
   前記圧力発生素子を制御するための駆動パルスを発生する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記圧力室から前記流体とともに不要な気泡を吐出するためのメンテナンス用駆動パルスを発生することが可能であり、
   前記メンテナンス用駆動パルスは、前記圧力発生素子を駆動させることによって、前記圧力室を膨張させて、膨張状態へと推移させる第１のパルス部分と、前記膨張状態を所定の時間保持させる第２のパルス部分と、前記膨張状態から前記圧力室を収縮させる第３のパルス部分とを備え、
   前記第１のパルス部分のパルス幅は、前記圧力室に充填された前記流体のヘルムホルツ共振周期の０．５倍以下に設定されている、流体噴射装置。
2. 請求項１記載の流体噴射装置であって、
   前記制御部は、少なくとも一部の前記メンテナンス用駆動パルスの波形が互いに異なる前記メンテナンス用駆動パルスを所定の順番で繰り返し発生させる、流体噴射装置。
3. 請求項２記載の流体噴射装置であって、
   前記互いに異なる前記メンテナンス用駆動パルスは、前記第２のパルス部分のパルス幅が互いに異なる、流体噴射装置。
4. 請求項１記載の流体噴射装置であって、
   前記制御部は、前記メンテナンス用駆動パルスが一定周期で繰り返される複数組の駆動パルス群を発生させ、
   各組の駆動パルス群は、前記メンテナンス用駆動パルスの波形が同一であり、
   前記複数組の駆動パルス群は、前記メンテナンス用駆動パルスの波形が互いに異なる２組以上の駆動パルス群を含む、流体噴射装置。
5. 請求項４記載の流体噴射装置であって、
   前記２組以上の駆動パルス群は、前記第２のパルス部分のパルス幅が互いに異なる、流体噴射装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の流体噴射装置であって、
   前記第１のパルス部分のパルス幅は、前記圧力室に充填された前記流体のヘルムホルツ共振周期の１／３未満に設定されている、流体噴射装置。
7. 前記流体が充填される圧力室と、
   前記圧力室の壁面に設けられ、前記壁面を変形させることによって前記圧力室内の容積を変化させる圧力発生素子と、
   前記圧力室と連通する、前記流体を噴射するためのノズルと、
   前記圧力発生素子を制御するための駆動パルスを発生する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記圧力室から前記流体とともに不要な気泡を吐出するためのメンテナンス用駆動パルスを発生することが可能であり、
   前記メンテナンス用駆動パルスは、前記圧力発生素子を駆動させることによって、前記圧力室を膨張させて膨張状態へと推移させる第１のパルス部分と、前記膨張状態を所定の時間保持させる第２のパルス部分と、前記膨張状態から前記圧力室を収縮させる第３のパルス部分とを備え、
   前記制御部は、前記メンテナンス用駆動パルスが一定周期で繰り返される複数組の駆動パルス群を発生させ、
   各組の駆動パルス群は、前記メンテナンス用駆動パルスの波形が同一であり、
   前記複数組の駆動パルス群は、前記メンテナンス用駆動パルスの波形が互いに異なる２組以上の駆動パルス群を含む、流体噴射装置。
8. 請求項７に記載の流体噴射装置であって、
   前記２組以上の駆動パルス群は、前記第２のパルス部分のパルス幅が互いに異なる、流体噴射装置。
9. インクジェットプリンタであって、
   請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の流体噴射装置を備える、インクジェットプリンタ。

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