JP2009262398A - Fluid viscosity measuring system, printing head, and fluid viscosity measurement program - Google Patents
Fluid viscosity measuring system, printing head, and fluid viscosity measurement program Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009262398A JP2009262398A JP2008114076A JP2008114076A JP2009262398A JP 2009262398 A JP2009262398 A JP 2009262398A JP 2008114076 A JP2008114076 A JP 2008114076A JP 2008114076 A JP2008114076 A JP 2008114076A JP 2009262398 A JP2009262398 A JP 2009262398A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fluid
- equivalent circuit
- viscosity
- resistance
- discharge nozzle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、流体粘度測定システム、印字ヘッド及び流体粘度測定プログラムに関する。 The present invention relates to a fluid viscosity measurement system, a print head, and a fluid viscosity measurement program.
インクジェットヘッド(液滴吐出ヘッド)は、インク粘度(流体の粘度)の変化で吐出特性が変化し、画質に影響を与える。例えば、吐出ノズル先端からの水蒸気による増粘対策として、ダミージェットや吸引などのメンテナンスを行っているが、このメンテナンスは安全係数を見込んだ時間間隔で頻繁に実行している。 Ink jet heads (droplet discharge heads) change the discharge characteristics due to changes in ink viscosity (viscosity of fluids) and affect image quality. For example, maintenance such as dummy jet or suction is performed as a countermeasure against thickening due to water vapor from the tip of the discharge nozzle, and this maintenance is frequently performed at time intervals that allow for a safety factor.
一方、画像形成処理によって形成した画像中にドット抜け(画素の欠損)があるかどうかを検出し、ドット抜けが検出された場合、その吐出異常の原因を特定し、その原因に応じた適切な回復処理を実行する構成が提案されている(特許文献1参照)。
本発明は、流体を無駄にすることなく、吐出ノズルに充填された流体の粘度を測定することができる流体粘度測定システム、印字ヘッド及び流体粘度測定プログラムを得ることが目的である。 An object of the present invention is to obtain a fluid viscosity measurement system, a print head, and a fluid viscosity measurement program that can measure the viscosity of a fluid filled in a discharge nozzle without wasting fluid.
請求項1に記載の発明は、圧電素子、前記圧電素子に面接触された振動板、前記圧電素子に所定の周波数を持つ電圧を印加して前記振動板を振動させる振動発生手段を備え、一部の壁面が前記振動板で構成され、他の一部に吐出ノズルが設けられた空間室内に圧力を加えて当該空間室内に充填された流体を前記吐出ノズルから吐出させる流体吐出モジュールと、前記空間室内が、前記圧力を加えられる圧力室、この圧力室に加えられた圧力で流体が流動する流路を備え、前記流路を流動する流体が前記吐出ノズルから突出される構造において、前記圧電素子の電気的特性を示す第1の等価回路と、前記空間室内の粘度が要素の1つとされた音響特性を示す第2の等価回路と、を想定する等価回路想定手段と、前記第1の等価回路における、前記流路単体、或いは前記流路と吐出ノズルで発生する抵抗、容量、インダクタンスを含む負荷の共振時の抵抗分抽出する抵抗分抽出手段と、この抵抗分抽出手段で抽出した抵抗分を前記第2の等価回路の音響抵抗分に置き換えて、第2の等価回路に基づいて、前記流体の粘度を演算する流体粘度演算手段と、を有する流体粘度測定システムである。 The invention described in claim 1 includes a piezoelectric element, a diaphragm in surface contact with the piezoelectric element, and vibration generating means for applying a voltage having a predetermined frequency to the piezoelectric element to vibrate the diaphragm. A fluid discharge module configured to apply pressure to a space chamber in which a wall surface of the unit is configured by the diaphragm and a discharge nozzle is provided in another part and discharge the fluid filled in the space chamber from the discharge nozzle; In the structure in which the space chamber includes a pressure chamber to which the pressure is applied, and a flow path through which a fluid flows by the pressure applied to the pressure chamber, and the fluid flowing through the flow path protrudes from the discharge nozzle. Equivalent circuit assumption means for assuming a first equivalent circuit indicating electrical characteristics of the element and a second equivalent circuit indicating acoustic characteristics in which the viscosity in the space is one of the elements; and Previous in equivalent circuit A resistance component extracting means for extracting a resistance component at the time of resonance of a load including resistance, capacity, and inductance generated by the channel and the discharge nozzle, and a resistance component extracted by the resistance component extracting unit The fluid viscosity measuring system has a fluid viscosity calculating means for calculating the viscosity of the fluid based on the second equivalent circuit instead of the acoustic resistance of the equivalent circuit.
請求項2に記載の発明は、圧電素子、前記圧電素子に面接触された振動板、前記圧電素子に所定の周波数を持つ電圧を印加して前記振動板を振動させる振動発生手段を備え、一部の壁面が前記振動板で構成され、他の一部に吐出ノズルが設けられた空間室内に圧力を加えて当該空間室内に充填された流体を前記吐出ノズルから吐出させる流体吐出モジュールと、少なくとも前記空間室内の流体の粘度ηを、音響抵抗r、前記空間室内の流路の最小断面径D1、最大断面径D2、流路の長さleをパラメータとする音響工学に基づく音響系微分方程式にあてはめて求める際、前記流体吐出モジュールにおける流体吐出動作を、レジスタンスR、リアクタンスL、キャパシタンスCを用いた等価回路として表現することで、前記レジスタンスR、前記リアクタンスL、前記キャパシタンスC、周波数f、及び電圧/電流の位相差θの相関関係に基づいて、前記等価回路における前記位相差θがピーク値となる前記周波数fの下でのレジスタンスRを求め、この前記等価回路上のレジスタンスRを、前記音響抵抗rに代入して、前記音響系微分方程式から流体粘度ηを演算する流体粘度演算手段と、を有する流体粘度測定システムである。 The invention described in claim 2 includes a piezoelectric element, a diaphragm in surface contact with the piezoelectric element, and vibration generating means for vibrating the diaphragm by applying a voltage having a predetermined frequency to the piezoelectric element. A fluid discharge module configured to discharge pressure from the discharge nozzle by applying pressure to a space chamber in which a wall surface of the unit is configured by the diaphragm and a discharge nozzle is provided in another part of the space chamber; The viscosity η of the fluid in the space chamber is converted to an acoustic differential equation based on acoustic engineering using acoustic resistance r, the minimum cross-sectional diameter D1, the maximum cross-sectional diameter D2 of the flow channel in the space chamber, and the length le of the flow channel as parameters. When obtaining by fitting, the fluid discharge operation in the fluid discharge module is expressed as an equivalent circuit using a resistance R, a reactance L, and a capacitance C, whereby the resistance R, Based on the correlation among the reactance L, the capacitance C, the frequency f, and the voltage / current phase difference θ, a resistance R under the frequency f at which the phase difference θ in the equivalent circuit reaches a peak value is obtained. The fluid viscosity measuring system includes fluid viscosity calculating means for calculating the fluid viscosity η from the acoustic differential equation by substituting the resistance R on the equivalent circuit into the acoustic resistance r.
請求項3に記載の発明は、前記請求項2に記載の発明において、前記音響系微分方程式が、以下の(1)式で表される。
The invention according to
請求項4に記載の発明は、前記請求項2又は請求項3に記載の発明において、前記流体吐出モジュールを動作させて周波数と位相差との関係を示す特性の実測値データを得、前記実測値データと、前記流体粘度演算手段における演算結果との差の2乗和の総和が所定のしきい値以下になるまで、流体粘度演算手段の演算式の補正を繰り返す。
The invention according to claim 4 is the invention according to claim 2 or
請求項5に記載の発明は、前記請求項2〜請求項4の何れか1項記載の発明において、前記位相差θが前記ピーク値となる前記周波数fを、予め設定した固定値とする。。
The invention according to
請求項6に記載の発明は、前記請求項2〜請求項5の何れか1項記載の発明において、前記吐出ノズルを閉塞する閉塞手段をさらに有し、前記流体粘度測定手段における演算のための要素の内、前記吐出ノズルから流体が吐出することによって発生する前記要素を排除する。 The invention according to claim 6 is the invention according to any one of claims 2 to 5, further comprising a closing means for closing the discharge nozzle, for calculating in the fluid viscosity measuring means. Among the elements, the elements generated by discharging the fluid from the discharge nozzle are eliminated.
請求項7に記載の発明は、前記請求項1〜請求項6の何れか1項記載の発明において、前記流体粘度演算手段で得られた粘度情報を報知する。 A seventh aspect of the present invention provides the viscosity information obtained by the fluid viscosity calculating means in the first aspect of the first to sixth aspects of the present invention.
請求項8に記載の発明は、前記請求項1〜請求項7の何れか1項記載の発明において、前記流体演算手段で得られた粘度情報に基づいて、流体粘度変化が所定の許容範囲内に収束するように予測補正する。
The invention according to
請求項9に記載の発明は、前記請求項1〜請求項8の何れか1項記載の流体粘度測定装置を搭載した印字ヘッドである。 The invention described in claim 9 is a print head on which the fluid viscosity measuring device according to any one of claims 1 to 8 is mounted.
請求項10に記載の発明は、圧電素子、前記圧電素子に面接触された振動板、前記圧電素子に所定の周波数を持つ電圧を印加して前記振動板を振動させる振動発生手段を備え、一部の壁面が前記振動板で構成され、他の一部に吐出ノズルが設けられた空間室内に圧力を加えて当該空間室内に充填された流体を前記吐出ノズルから吐出させる流体吐出モジュールでの流体の粘度を測定する場合に、前記空間室内が、前記圧力を加えられる圧力室、この圧力室に加えられた圧力で流体が流動する流路を備え、前記流路を流動する流体が前記吐出ノズルから突出される構造において、前記圧電素子の電気的特性を示す第1の等価回路と、前記空間室内の粘度が要素の1つとされた音響特性を示す第2の等価回路と、を想定し、前記第1の等価回路における、前記流路単体、或いは前記流路と吐出ノズルで発生する抵抗、容量、インダクタンスを含む負荷の共振時の抵抗分抽出し、この抽出した抵抗分を前記第2の等価回路の音響抵抗分に置き換えて、第2の等価回路に基づいて、前記粘度を演算することをコンピュータに実行させる流体粘度測定プログラムである。 A tenth aspect of the present invention includes a piezoelectric element, a diaphragm in surface contact with the piezoelectric element, and vibration generating means for vibrating the diaphragm by applying a voltage having a predetermined frequency to the piezoelectric element. The fluid in the fluid discharge module is configured to apply pressure to the space chamber in which the wall surface of the section is configured by the diaphragm and the discharge nozzle is provided in the other part to discharge the fluid filled in the space chamber from the discharge nozzle When the viscosity of the space is measured, the space chamber includes a pressure chamber to which the pressure is applied, and a flow path through which the fluid flows with the pressure applied to the pressure chamber, and the fluid flowing through the flow path is the discharge nozzle. In the structure protruding from the above, a first equivalent circuit showing the electrical characteristics of the piezoelectric element and a second equivalent circuit showing an acoustic characteristic in which the viscosity in the space chamber is one of the elements are assumed. In the first equivalent circuit The resistance component at the time of resonance of the load including resistance, capacity, and inductance generated in the channel alone or in the channel and the discharge nozzle is extracted, and the extracted resistance component is extracted as the acoustic resistance component of the second equivalent circuit. Instead, the fluid viscosity measurement program causes a computer to calculate the viscosity based on a second equivalent circuit.
請求項11に記載の発明は、前記請求項10に記載の発明において、前記第1の等価回路が、レジスタンスR、リアクタンスL、キャパシタンスCを用いた等価回路として表現することで、前記レジスタンスR、前記リアクタンスL、前記キャパシタンスCによって想定され、前記第2の等価回路が、空間室内の流体の粘度η、音響抵抗r、前記空間室内の流路の最小断面径D1、最大断面径D2、流路の長さleで想定される。
The invention according to
請求項12に記載の発明は、前記請求項11に記載の発明において、前記第1の等価回路における前記共振周波数fの下でのレジスタンスRを求め、この前記第1の等価回路のレジスタンスRを、前記第2の等価回路を数式化した音響工学に基づく音響系微分方程式である(1)式の音響抵抗rに代入して、前記流体の粘度を演算する。 According to a twelfth aspect of the present invention, in the invention of the eleventh aspect, a resistance R under the resonance frequency f in the first equivalent circuit is obtained, and the resistance R of the first equivalent circuit is calculated. The viscosity of the fluid is calculated by substituting the second equivalent circuit into the acoustic resistance r of the equation (1), which is an acoustic differential equation based on acoustic engineering, which is formulated into a mathematical expression.
請求項1及び請求項2に記載の発明によれば、流体を無駄にすることなく、吐出ノズルに充填された流体の粘度を測定することができるという効果を有する。 According to invention of Claim 1 and Claim 2, it has the effect that the viscosity of the fluid with which the discharge nozzle was filled can be measured, without wasting a fluid.
請求項3によれば、本構成を有しない場合に比べて、演算が容易となる。 According to the third aspect, the calculation is easier than in the case where the present configuration is not provided.
請求項4及び請求項5に記載の発明によれば、本構成を有しない場合に比べて、測定される粘度値の精度が高くなる。 According to the fourth and fifth aspects of the invention, the accuracy of the viscosity value to be measured is higher than when the present configuration is not provided.
請求項6に記載の発明によれば、本構成を有しない場合に比べて、演算が簡便となる。 According to the sixth aspect of the present invention, the calculation is simpler than the case where the present configuration is not provided.
請求項7に記載の発明によれば、粘度の変化を迅速に認識することができる。
According to invention of
請求項8に記載の発明によれば、粘度の変化を事前に回避することができる。
According to invention of
請求項9に記載の発明によれば、流体を無駄にすることなく、吐出ノズルに充填された流体の粘度を測定することができるという効果を有する。 According to the ninth aspect of the invention, there is an effect that the viscosity of the fluid filled in the discharge nozzle can be measured without wasting the fluid.
請求項10に記載〜請求項12の発明によれば、流体を無駄にすることなく、吐出ノズルに充填された流体の粘度を測定することができるという効果を有する。 According to the tenth to twelfth aspects, the viscosity of the fluid filled in the discharge nozzle can be measured without wasting the fluid.
(第1の実施の形態)
図1には、本実施の形態に係る、インクジェットプリンタに備えられた流体吐出モジュール12が示されている。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a
図1に示される如く、流体吐出モジュール12は、吐出ノズル40、インクタンク(チャンバ)41、空間室の流路である供給路44、圧力室46、及び圧電素子48を備えている。なお、流体吐出モジュール12は、各々液滴を吐出させる複数の吐出ノズル40が列状又はマトリクス状に配置されており、各吐出ノズル40からインク液による液滴を吐出して、記録用紙上に画像を記録するものである。
As shown in FIG. 1, the
インクタンク41には、図示しないインクカートリッジ(液体貯蔵タンク)から適量のインク液が供給され、一時的に蓄えられる。また、インクタンク41は、供給路(絞り部分)44を介して圧力室46と連通されており、圧力室46は吐出ノズル40を介して外部と連通されている。
An appropriate amount of ink liquid is supplied to the
さらに、圧力室46の壁面の一部は、振動板46Aにより構成されており、当該振動板46Aには圧電素子48が面接触されて取り付けられている。圧電素子48は、電源電圧発生装置20によって印加される交流電圧(又は交流と直流が重畳された電圧)の駆動波形に応じて変形して振動板46Aに対する圧力を変化(振動)させることにより、圧力室46に体積変化(収縮又は膨張)を発生させる。
Further, a part of the wall surface of the
すなわち、圧力室46の体積変化により発生するインク液の圧力波(振動波)によってインクタンク41内に蓄えられたインク液が供給路44及び圧力室46を介して吐出ノズル40から吐出されるようになっている。なお、その際、交流電圧発生装置20によって印加される交流電圧における電流値を電流計24で測定している。
That is, the ink liquid stored in the
図2に示されているように、流体吐出モジュール12は、各圧電素子48への電圧印加を制御するスイッチIC(Integrated Circuit)(以下、SW−ICと称する)50と、前記インク液の粘度を測定するための測定機能を有する検査装置10を備えている。
As shown in FIG. 2, the
SW−IC50は、PチャネルMOS形(Metal Oxide Semiconductor)電界効果トランジスタ(Field Effect Transistor:FET)(以下、PMOSFETと称する)52と、NチャネルMOS形電界効果トランジスタ(以下、NMOSFETと称する)54と、インバータ56と、検査電圧入力端子58と、電圧出力端子60と、制御信号入力端子62と、バックゲート端子64Aと、及びバックゲート端子64Bを備えている。
The SW-IC 50 includes a P-channel MOS type (Metal Oxide Semiconductor) field effect transistor (FET) (hereinafter referred to as PMOSFET) 52, an N-channel MOS type field effect transistor (hereinafter referred to as NMOSFET) 54, and
なお、本実施の形態に係るSW−IC50では、PMOSFET52、NMOSFET54、インバータ56、電圧出力端子60、及び制御信号入力端子62は圧電素子48毎に設けられているが、図2では、1つの圧電素子48に対応して設けられた部分のみ図示している。
In the SW-IC 50 according to the present embodiment, the PMOSFET 52, the NMOSFET 54, the
また、SW−IC50では、検査電圧入力端子58、バックゲート端子64A、及びバックゲート端子64Bは1つだけ設けられている。
In the SW-IC 50, only one inspection
PMOSFET52のソース及びNMOSFET54のドレインは、検査電圧入力端子58に接続されており、PMOSFET52のドレイン及びNMOSFET54のソースは、電圧出力端子60を介して対応する圧電素子48の一方の電極に接続されている。
The source of the
また、PMOSFET52のゲートは、制御信号入力端子62に直接接続されており、NMOSFET54のゲートは、インバータ56を介して制御信号入力端子62に接続されている。
The gate of the PMOSFET 52 is directly connected to the control
さらに、PMOSFET52のバックゲートは、バックゲート端子64Aに接続されており、NMOSFET54のバックゲートは、バックゲート端子64Bを介して接地されている。このバックゲート端子64Aには、インクジェットプリンタの図示しない電源装置から所定電圧レベルの電圧が印加されている。
Further, the back gate of the PMOSFET 52 is connected to the
一方、検査装置10は、交流電圧発生装置20と、電圧計22と、電流計24と、制御部28と、2つの検査電圧出力端子26A、26Bと、ディスプレイ29Aと、及び操作パネル29Bを備えている。
On the other hand, the
交流電圧発生装置20は、一方の端子が検査電圧出力端子26Aに接続されており、他方の端子が接地される共に、検査電圧出力端子26Bに接続されている。交流電圧発生装置20は、制御部28からの制御により、正弦波形の交流電圧を発生するものとされると共に、発生する交流電圧の周波数を変更する。
The
電圧計22は、交流電圧発生装置20の一方及び他方の両端子にそれぞれ接続されており、当該両端子間の電位差を示す電位差信号を制御部28へ出力する。
The
電流計24は、交流電圧発生装置20の他方の端子と検査電圧出力端子26Bとを繋ぐ配線27上に設けられており、配線27に流れる電流を測定し、測定された電流値を示す電流値信号を制御部28へ出力する。
The
図3に示されているように、検査装置10における制御部28は、装置全体の動作を司るCPU(Cetral Processing Unit:中央処理装置)30、CPU30による各種処理プログラムの実行時のワークエリア等として用いられるRAM(Random Access Memory)31、各種制御プログラム及び各種パラメータ等が予め記憶されたROM(Read Only Memory)32、各種情報を記憶するHDD(Hard Disk Drive)33、交流電圧発生装置20による交流電圧の発生動作を制御する電圧発生制御部34、流体吐出モジュール12に設けられた複数の吐出ノズル40から検査対象とする吐出ノズル40を選択するための制御信号の出力を制御する制御信号出力制御部35、ディスプレイ29Aへの検査結果や操作メニュー又はメッセージなどの各種情報の表示を制御する表示制御部36、及び操作パネル29Bに対する操作を検出する操作入力検出部37を備えている。
As shown in FIG. 3, the
また、制御部28には、電圧計22から出力された電位差信号及び電流計24から出力された電流値信号が入力される。
In addition, the potential difference signal output from the
CPU30、RAM31、ROM32、HDD33、電圧発生制御部34、制御信号出力制御部35、表示制御部36、及び操作入力検出部37は、システムバスBUSを介して相互に接続されている。
The
従って、CPU30は、RAM31、ROM32、及びHDD33へのアクセス、電圧発生制御部34を介した交流電圧発生装置20による交流電圧の発生の制御、制御信号出力制御部35からの制御信号の出力の制御、表示制御部36を介したディスプレイ29Aへの操作画面又は各種メッセージ等の各種情報の表示の制御を各々行う。また、CPU30は、操作入力検出部37により検出された操作情報に基づいて操作パネル29Bに対する操作を把握し、電位差信号及び電流計24から入力される電位差信号及び電流値信号に基づいて交流電圧発生装置20の両端子間の電位差及び配線27に流れる電流値を把握する。
Therefore, the
ここで、制御部28では、前述したように、吐出ノズル40から吐出されるために圧力室46等に充填されたインク液の粘度ηを測定するための測定機能を有している。この粘度測定は、予め記憶された粘度測定プログラムに従って実行されるものであり、以下、圧電素子48(図1参照)に電圧を印加し、その電圧−電流位相差からインクの粘度を測定する際における粘度測定原理を説明する。
Here, as described above, the
図1に示される如く、圧電素子48に電圧(交流又は直流/交流重畳電圧)を印加すると、圧電素子48の電気的特性と流体吐出モジュール12の流路の音響特性からなる等価回路と見立ててアドミタンス・位相差を測定する。
As shown in FIG. 1, when a voltage (AC or DC / AC superimposed voltage) is applied to the
また、インクが吐出ノズル40表面などで物性変化を起こすとアドミタンス・位相差の測定値に変化が現れ、その数値からインクの粘度変化が検出される。なお、粘度は吐出ノズル40部分の抵抗値に対応するので位相差の変化から吐出ノズル40部分の抵抗値の変化を検出することにより、粘度変化を検出する。
Further, when the ink undergoes a change in physical properties on the surface of the
図4(A)は、流体吐出モジュール12の音響特性を示す等価回路(以下、「第2の等価回路」という)である。
FIG. 4A is an equivalent circuit (hereinafter referred to as “second equivalent circuit”) showing the acoustic characteristics of the
図4(B)は、流体吐出モジュール12の電気特性を示す等価回路(以下、「第1の等価回路」という)である。
FIG. 4B is an equivalent circuit (hereinafter referred to as “first equivalent circuit”) showing the electrical characteristics of the
ここで、図4(A)の音響特性等価回路(第2の等価回路)と、図4(B)の電気特性等価回路(第1の等価回路)との間の、変数の変換式は、以下の(2)式〜(4)式で表される。 Here, a variable conversion equation between the acoustic characteristic equivalent circuit (second equivalent circuit) in FIG. 4A and the electrical characteristic equivalent circuit (first equivalent circuit) in FIG. It is represented by the following formulas (2) to (4).
次に、第2の等価回路における音響抵抗に着目すると、音響特性を示す第2の等価回路での微分方程式((5)式参照)の「p」は、それぞれ電気特性を示す第1の等価回路での微分方程式((6)式参照)の「e」に相当する。 Next, focusing on the acoustic resistance in the second equivalent circuit, “p” in the differential equation (see formula (5)) in the second equivalent circuit showing the acoustic characteristics is the first equivalent circuit showing the electrical characteristics. This corresponds to “e” in the differential equation (see equation (6)) in the circuit.
また、音響特性を示す第2の等価回路での微分方程式((5)式参照)の「u」は、それぞれ電気特性を示す第1の等価回路での微分方程式((6)式参照)の「i」に相当する。 In addition, “u” of the differential equation (see equation (5)) in the second equivalent circuit showing the acoustic characteristics is the differential equation (see equation (6)) in the first equivalent circuit showing the electric characteristics. Corresponds to “i”.
p=r・u・・・(5)
e=re・i・・・(6)
但し、
p:圧力
e:電圧
u:体積速度
i:電流
音響特性の等価回路(第2の等価回路)において、音響抵抗に関する微分方程式(音響系部分方程式)は、式(1)となる。
p = r · u (5)
e = r e · i (6)
However,
p: pressure e: voltage u: volume velocity i: current In an equivalent circuit (second equivalent circuit) of acoustic characteristics, a differential equation (acoustic system partial equation) relating to acoustic resistance is expressed by equation (1).
但し、
D1:最小流路の断面径
D2:最大流路の断面径
le:流路の長さ
η:インク粘度
上記音響特性と電気特性との関係から、電気特性の等価回路(第1の等価回路)における、抵抗分(供給路44(並びに、吐出ノズル40の開放時は吐出ノズル40)が測定できれば、これを音響特性の等価回路(第2の等価回路)に置き換えることで、簡単に粘度ηを得ることができることがわかる。
However,
D1: Cross-sectional diameter of the minimum flow path D2: Cross-sectional diameter of the maximum flow path le: Length of the flow path η: Ink viscosity From the relationship between the above acoustic characteristics and electrical characteristics, an equivalent circuit of electrical characteristics (first equivalent circuit) If the resistance component (the supply path 44 (and the
電気特性の等価回路(第1の等価回路)における、抵抗分(供給路44及び吐出ノズル40での抵抗分)を得るには、大きく分けて、以下の3つの処理を実施する必要がある。
(実施処理1) 印加される電源の周波数を変化させて(本実施の形態では、10000Hz〜1010000Hzの範囲)、電源の電圧と電流との位相差(サンプリング周波数単位は2500Hz)を求める(図6の周波数−位相差特性図参照)。
In order to obtain the resistance in the equivalent circuit of electrical characteristics (first equivalent circuit) (the resistance in the
(Embodiment 1) The frequency of the applied power supply is changed (in the present embodiment, a range of 10,000 Hz to 1010000 Hz), and the phase difference between the power supply voltage and current (sampling frequency unit is 2500 Hz) is obtained (FIG. 6). Frequency-phase difference characteristic diagram).
図6に示されているように、実測値の周波数と位相差の関係を示している第1の波形600上の共振している領域における低周波数領域側の第1の領域610、及び高周波数領域側の第2の領域620が存在する。
(実施処理2) 周波数−位相差特性の共振位置におけるカーブフィッティング処理を実行する。
(実施処理3) 電源の周波数を相対的に低周波数領域、高周波数領域での共振点の等価回路を想定する。
As shown in FIG. 6, the
(Implementation process 2) A curve fitting process at the resonance position of the frequency-phase difference characteristic is executed.
(Embodiment 3) An equivalent circuit of a resonance point in a relatively low frequency region and a high frequency region is assumed for the power supply frequency.
ここで、図7が低周波数領域の等価回路であり、図8が低周波数領域の等価回路である。 Here, FIG. 7 is an equivalent circuit in the low frequency region, and FIG. 8 is an equivalent circuit in the low frequency region.
その後(カーブフィッティング後)、高周波数領域での等価回路からは、L1,C1,R1成分の数値を求め、低周波数領域での等価回路からは、L2,R2,L3,R3成分の数値を求める。 Thereafter (after curve fitting), the numerical values of the L1, C1, and R1 components are obtained from the equivalent circuit in the high frequency region, and the numerical values of the L2, R2, L3, and R3 components are obtained from the equivalent circuit in the low frequency region. .
なお、本実施の形態の電気的等価回路(第1の等価回路)は、図7(低周波数領域)と同等となる。一方、高周波数領域の等価回路では、図7と共通する要素がL1、C1,R1であることがわかる。低周波数の等価回路では、この要素(L1、C1,R1)が微小値であるため、当該要素(L1、C1,R1)が顕著となる図8の等価回路で特定し、図7の等価回路の同一の要素(L1、C1,R1)に充当するようにしている。 Note that the electrical equivalent circuit (first equivalent circuit) of the present embodiment is equivalent to FIG. 7 (low frequency region). On the other hand, in the equivalent circuit in the high frequency region, it can be seen that elements common to FIG. 7 are L1, C1, and R1. In the low-frequency equivalent circuit, since the elements (L1, C1, R1) have a minute value, the elements (L1, C1, R1) are identified by the equivalent circuit shown in FIG. 8 and the equivalent circuit shown in FIG. To the same element (L1, C1, R1).
同定された第1の等価回路の抵抗成分R3の数値を、第2の等価回路に基づく音響系微分方程式((1)式参照)の音響抵抗rに代入することで、粘度ηが求められる。 The viscosity η is obtained by substituting the numerical value of the identified resistance component R3 of the first equivalent circuit into the acoustic resistance r of the acoustic system differential equation (see equation (1)) based on the second equivalent circuit.
但し、
D1:最小流路の断面径
D2:最大流路の断面径
le:流路の長さ
η:インク粘度
(電気系等価回路の抵抗分と粘度との関係)
図15は、粘度ηが変化したときの、周波数−位相差特性図である。なお、図15(a)は粘度ηが3[mPa・s]、図15(b)は粘度ηが5[mPa・s]、図15(c9は粘度ηが10[mPa・s]、図15(d)は粘度ηが20[mPa・s]の場合を示している。
However,
D1: Cross-sectional diameter of minimum flow path D2: Cross-sectional diameter of maximum flow path le: Length of flow path η: Ink viscosity (Relationship between resistance and viscosity of electrical equivalent circuit)
FIG. 15 is a frequency-phase difference characteristic diagram when the viscosity η is changed. 15A shows a viscosity η of 3 [mPa · s], FIG. 15B shows a viscosity η of 5 [mPa · s], and FIG. 15 (c9 shows a viscosity η of 10 [mPa · s]. 15 (d) shows the case where the viscosity η is 20 [mPa · s].
この図15(a)〜図15(d)に示されているように、共振周波数の抵抗分(R2又はR3)の変化が粘度ηと相関関係を持っていることがわかる。 As shown in FIGS. 15 (a) to 15 (d), it can be seen that the change in the resistance (R2 or R3) of the resonance frequency has a correlation with the viscosity η.
以下に本実施の形態の作用を図5のフローチャートに従い説明する。 The operation of the present embodiment will be described below with reference to the flowchart of FIG.
図5では、3つの工程に分類することができる。 In FIG. 5, it can be classified into three steps.
第1の工程(図5の鎖線枠510参照)は測定前準備工程、第2の工程(図5の鎖線枠540参照)は測定及び粘度出力工程、第3の工程(図5の鎖線枠560参照)は後処理工程である。
The first step (see the dashed
(第1の工程510)
ステップ512では、測定液体充填を行う。詳細には、インクカートリッジからインクタンク41(図1参照)に粘度を測定するためにインク(液体)を充填する。インクがインクタンク41(図1参照)に充填されたらステップ514へ進む。
(First step 510)
In
ステップ514では、吸引など正常に充填する。詳細には、インクカートリッジからのインクの吸引などが正常に最後まで流体吐出モジュール12(図1参照)全体に充填されるまでインク液の充填を行う。 In step 514, normal filling such as suction is performed. Specifically, the ink liquid is filled until the suction of the ink from the ink cartridge is normally completed to the whole fluid discharge module 12 (see FIG. 1).
以上が第1の工程であるが、実際は後述する第2の実施の形態との区別をするための、吐出ノズル40(図1参照)へのキャップの装填、非装填に関するオプション設定を行う。 The above is the first step. In practice, however, an option setting relating to loading and unloading of the cap into the discharge nozzle 40 (see FIG. 1) is performed in order to distinguish from the second embodiment described later.
このオプション設定により、吐出ノズル40の近傍における等価回路の要素(L3、C3、R3)成分を考慮するか(キャップ非装填)、キャンセルするか(キャップ装填)を決め、第2の工程における演算処理を変更する。 By this option setting, it is determined whether to consider the components (L3, C3, R3) of the equivalent circuit in the vicinity of the discharge nozzle 40 (cap non-loading) or cancel (cap loading), and the arithmetic processing in the second step To change.
なお、第1の実施の形態では、キャップ非装填を想定して処理を進める(第2の工程におけるステップ542へ移行)。 In the first embodiment, the process is performed assuming no cap loading (the process proceeds to step 542 in the second step).
(第2の工程)
ステップ542では、電圧印加及び直流測定を行う。詳細には、圧電素子48に電圧(交流電圧、または交流と直流の重畳電圧)印加を行い、そのときの圧電素子48での電流測定を行う(図1参照)。
(Second step)
In step 542, voltage application and DC measurement are performed. Specifically, a voltage (AC voltage or a superimposed voltage of AC and DC) is applied to the
このとき、前述した(実施処理1)前段部分に基づき、印加される電源の周波数を変化させながら実行する(本実施の形態では、10000Hz〜1010000Hzの範囲)。 At this time, the process is executed while changing the frequency of the applied power supply based on the above-described (execution process 1) part (in the present embodiment, a range of 10,000 Hz to 1010000 Hz).
このステップ542での処理が終了すると、ステップ544へ移行する。 When the processing at step 542 is completed, the routine proceeds to step 544.
ステップ544では、電圧・電流位相を測定、及びメモリに格納する。詳細には、ステップ542において、圧電素子48での電流測定を行った後、電圧・電流位相差を測定し、その測定結果をメモリ(例えば、RAM31又はHDD33)に格納する。電圧・電流位相の測定結果をメモリに格納後、ステップ546へ進む。
In
すなわち、前述の(実施処理1)の後段部分であり、電源の電圧と電流との位相差をサンプリング周波数単位、2500Hzで求め、図6の周波数−位相差特性図を作成する。 That is, it is the latter part of the above-mentioned (Execution Processing 1), and the phase difference between the voltage and current of the power supply is obtained in sampling frequency units of 2500 Hz, and the frequency-phase difference characteristic diagram of FIG. 6 is created.
次のステップ546では、前述した(実施処理2)である、カーブフィッティングを行う。すなわち、周波数−位相差特性の共振位置におけるカーブフィッティング処理を実行する。
In the
より詳細には、ステップ544において測定してメモリに格納された電圧・電流位相差のデータに基づき、音響抵抗から周波数と位相差との関係を、シンプレックス法などの非線形最小二乗規範で最適化アルゴリズムを用いて曲線(カーブ)の近似式を算出し、周波数と位相差との関係の実測値と同定値とを比較してフィッティングを行う。なお、このカーブフィッティングに関しては、所定の許容値(閾値)以内の範囲になるまでフィッティング処理を行い、実測値との誤差を所定の許容値(閾値)以内になるまで処理を行い続ける。また、フィッティングとは、実測値と理論値の曲線が近づくように変数を求めることであり、フィッティングの評価には、実測値と理論値の差の2乗和を用いる。さらに、この評価方法は、ベクトル差分の定量化に用いられるノルム(平面、空間における幾何学的ベクトルの長さの概念の一般化のベクトル空間に対して距離を与えるための数学的道具)と呼ばれるもので、ノルムが小さいほどよりフィッティングしていることを表す。そのノルムの最小化のアルゴリズムには、Levenberg−marquardtアルゴリズムを用い、非線型方程式で差の2乗和を最小化している。そして、周波数と位相差との関係の実測値と同定値とのカーブフィッティングを行った後、ステップ548へ進む。
More specifically, based on the voltage / current phase difference data measured in
なお、カーブフィッティングの処理例については後述する。 An example of curve fitting processing will be described later.
ステップ548では、前述の(実施処理3)に基づいて、粘度測定及び出力を行う。
In
すなわち、実施処理1で得られた特性(図6参照)を相対的に低周波数領域、高周波数領域での共振点の等価回路(図7が低周波数領域の等価回路、図8が低周波数領域の等価回路)を想定し、。 That is, the characteristic obtained in the implementation process 1 (see FIG. 6) is an equivalent circuit of resonance points in a relatively low frequency region and a high frequency region (FIG. 7 is an equivalent circuit in a low frequency region, and FIG. 8 is a low frequency region). Assuming an equivalent circuit).
高周波数領域での等価回路からは、L1,C1,R1成分の数値を求め、低周波数領域での等価回路からは、L2,R2,L3,R3成分の数値を求める。 Numerical values of the L1, C1, and R1 components are obtained from the equivalent circuit in the high frequency region, and numerical values of the L2, R2, L3, and R3 components are obtained from the equivalent circuit in the low frequency region.
最後に、同定された第1の等価回路の抵抗成分R3の数値を、第2の等価回路に基づく音響系微分方程式((1)式参照)の音響抵抗rに代入することで、粘度ηが求められる。 Finally, by substituting the numerical value of the identified resistance component R3 of the first equivalent circuit into the acoustic resistance r of the acoustic differential equation (see equation (1)) based on the second equivalent circuit, the viscosity η is Desired.
但し、
D1:最小流路の断面径
D2:最大流路の断面径
le:流路の長さ
η:インク粘度
上記第2の工程540が終了すると、第3の工程560のステップ562へ移行する。
However,
D1: Cross-sectional diameter of the minimum flow path D2: Cross-sectional diameter of the maximum flow path le: Length of the flow path η: Ink viscosity When the
ステップ562では、粘度の良否判定を行う。詳細には、第2の工程のステップ548で得られたインクの粘度の結果をCPU30(図3参照)によって良否判定する。インクの粘度が正常であると判定されたなら、このルーチンは終了し、インク粘度が異常であると判定されたのであれば、再び、第1の工程510のステップ512へ戻って測定前準備から測定をやり直すか、又は第2の工程540のステップ542へ戻って粘度の測定及び出力からやり直す。
In
(カーブフィッティング処理例)
図9に示しているように、フィッティングに関し、それぞれの周波数に対する位相差実測値、理論測定値、及び位相差実測値と理論測定値の差の2乗との関係から、測定した全ての周波数における位相差実測値と理論測定値の差の2乗の総和が算出される。
(Curve fitting processing example)
As shown in FIG. 9, with respect to fitting, the phase difference measured value, the theoretical measured value for each frequency, and the relationship between the measured phase difference and the square of the difference between the theoretical measured values are used for all measured frequencies. The sum of the square of the difference between the phase difference actual measurement value and the theoretical measurement value is calculated.
なお、この総和を算出する際には、Scilabというソフトウェアのlsqrsolveコマンドを用いて実測値、理論式、各変数の初期値を入力するとカーブフィッティングを行い、最もフィッティングしたときの各変数の値が算出される。 When calculating the total sum, the actual value, theoretical formula, and initial value of each variable are input using the lsqrsolve command of the software called Scirab, and curve fitting is performed, and the value of each variable at the time of most fitting is calculated. Is done.
また、Scilabというソフトウェアのlsqrsolveコマンドは、evenberg−marquardtアルゴリズムを用い、非線型方程式で差の2乗和を最小化している手法である。 In addition, the lsqrsolve command of the software called Scirab is a method of minimizing the sum of squares of differences using a nonlinear equation using the evenberg-marquardt algorithm.
図10に示されているように、高周波数領域側の共振領域の波形におけるフィッティング結果(実測値及び同定値)では、圧電素子Cd、リアクタンスL0、キャパシタンスC0、レジスタンス素子C0、Rs、及び定数tdを定数として与えた場合であり、リアクタンスL1=3.0×10−2[H]、キャパシタンスC1=2.2×10−12[F]、レジスタンスR1=4.0×103[Ω]とし、フィッティング条件はScilabのデフォルト値(初期値)としている。 As shown in FIG. 10, in the fitting result (actual measurement value and identification value) in the waveform of the resonance region on the high frequency region side, the piezoelectric element Cd, the reactance L0, the capacitance C0, the resistance elements C0, Rs, and the constant td Is given as a constant, reactance L1 = 3.0 × 10 −2 [H], capacitance C1 = 2.2 × 10 −12 [F], resistance R1 = 4.0 × 10 3 [Ω] The fitting conditions are Scilla default values (initial values).
図10の実測値及び同定値のフィッティング波形に示されているように、図8の等価回路700に基づいて、高周波数領域側の共振領域の波形におけるフィッティングは、図7の等価回路のリアクタンスL1、キャパシタンスC1、レジスタンスR1の同定に使用する理論式(電磁気学上、一般に位相差を求める式であり、予めScilabに格納している)を用いて行う。 As shown in the fitting waveform of the actual measurement value and the identification value in FIG. 10, based on the equivalent circuit 700 in FIG. 8, the fitting in the waveform in the resonance region on the high frequency region side is the reactance L1 of the equivalent circuit in FIG. , And the theoretical formula used to identify the capacitance C1 and the resistance R1 (generally for obtaining a phase difference in terms of electromagnetics, and is stored in Scira in advance).
同様に、低周波数領域側の共振領域の波形におけるフィッティングを行う。 Similarly, fitting is performed on the waveform in the resonance region on the low frequency region side.
図11に示されているように、低周波数側のフィッティング結果(実測値及び同定値)は、圧電素子Cd、リアクタンスL0、キャパシタンスC0、レジスタンスR0、Rs、定数tdのそれぞれを定数として、リアクタンスL1、キャパシタンスC1、レジスタンスR1を高周波数領域側の共振領域の下で演算した値とすることによってリアクタンスL2、レジスタンスR2、L3、R3を求める。 As shown in FIG. 11, the fitting result (actually measured value and identified value) on the low frequency side is expressed by reactance L1 with the piezoelectric element Cd, reactance L0, capacitance C0, resistance R0, Rs, and constant td as constants. The reactance L2, the resistances R2, L3, and R3 are obtained by setting the capacitance C1 and the resistance R1 to values calculated under the resonance region on the high frequency region side.
従って、R3から粘度ηを算出するために、体積弾性率k3=2.0×1012、電気音響変換係数A=2.0×104とする下記の式(7)に代入し、粘度が算出される。 Therefore, in order to calculate the viscosity η from R3, the volume modulus of elasticity k3 = 2.0 × 10 12 and the electroacoustic conversion coefficient A = 2.0 × 10 4 are substituted into the following formula (7), and the viscosity is Calculated.
例えば、R3=2.1×104[Ω]とすると、式(7)から粘度ηを求めると、粘度η=4.2[mPa・s]となる。 For example, when R3 = 2.1 × 10 4 [Ω], when the viscosity η is obtained from the equation (7), the viscosity η = 4.2 [mPa · s].
なお、高周波数側の同定においては、位相差θではなく、アドミタンスYで同定してもよい。また、低周波数側の同定においても、位相差θではなく、アドミタンスYで同定してもよい。 In the identification on the high frequency side, the admittance Y may be used instead of the phase difference θ. Also in the identification on the low frequency side, the identification may be performed not by the phase difference θ but by the admittance Y.
(第2の実施の形態)
以下に、本発明の第2の実施の形態について説明する。
(Second Embodiment)
The second embodiment of the present invention will be described below.
この第2の実施の形態は、第1の実施の形態で採用した測定システム、測定方法、及び測定プログラムに関するものであり、第1の実施の形態で説明した構成と同一構成については、同一符号を付して、その構成を省略する。 The second embodiment relates to the measurement system, measurement method, and measurement program employed in the first embodiment, and the same reference numerals are used for the same configurations as those described in the first embodiment. The structure is omitted.
第2の実施の形態の特徴は、ポリイミドを表面に貼り付けたプレートを吐出ノズル40(図1参照)面側に押し当てて測定を行うことにある。 The feature of the second embodiment is that the measurement is performed by pressing a plate with polyimide on the surface against the surface of the discharge nozzle 40 (see FIG. 1).
すなわち、第1の実施の形態で説明した図5のフローチャートにおける第1の工程510の終段で判断するキャップを装填した場合である。
That is, it is a case where the cap determined at the final stage of the
このときの測定結果は第1の実施の形態と似た結果が得られるが、低周波数側は供給路44(図1参照)のみの等価回路(図12参照)となる。 Although the measurement result at this time is similar to that of the first embodiment, the low frequency side is an equivalent circuit (see FIG. 12) of only the supply path 44 (see FIG. 1).
なお、この第2の実施の形態では、L1、C1、R1の要素成分がさらに微小値であり、0に近似させればよく(要素として不要であり)、この結果、高周波数領域側での共振領域の位相差取得、並びにカーブフィッティングが不要となる。 In the second embodiment, the element components of L1, C1, and R1 are further minute values and may be approximated to 0 (not necessary as elements). As a result, in the high frequency region side, Resonance region phase difference acquisition and curve fitting are not required.
以下、本発明の第2の実施の形態の作用を説明する。 Hereinafter, the operation of the second exemplary embodiment of the present invention will be described.
低周波数領域側の波形におけるフィッティングを行うために、圧電素子C0、リアクタンスL0、キャパシタンスC0、レジスタンスR0、Rs、及び定数tdを定数として、理論式(アドミタンスY又は位相差θ)を用いてリアクタンスL2及びレジスタンスR2が算出される。 In order to perform fitting in the waveform on the low frequency region side, reactance L2 using a theoretical formula (admittance Y or phase difference θ), with piezoelectric element C0, reactance L0, capacitance C0, resistance R0, Rs, and constant td as constants. And the resistance R2 is calculated.
レジスタンスR2から粘度ηを算出する式(8)に代入し、粘度が算出される。例えば、体積弾性率k2=4.0×1012、電気音響変換係数A=2.0×104で、R2=4.3×104[Ω]であると、粘度ηは4.3[mPa・s]となる。 Substituting into the equation (8) for calculating the viscosity η from the resistance R2, the viscosity is calculated. For example, when the bulk modulus k2 = 4.0 × 10 12 , the electroacoustic conversion coefficient A = 2.0 × 10 4 , and R2 = 4.3 × 10 4 [Ω], the viscosity η is 4.3 [ mPa · s].
なお、第1の実施の形態及び第2の実施の形態では、圧電素子を用いたヘッド、すなわち、ピエゾインクジェットヘッドを例にとり説明したが、流体吐出モジュールとしは、TIJ(Thermal Ink Jet)ヘッド(サーマルインクジェット方式の流体吐出モジュール)であっても、同様の効果を得ることができる。 In the first embodiment and the second embodiment, a head using a piezoelectric element, that is, a piezo ink jet head has been described as an example. However, as a fluid ejection module, a TIJ (Thermal Ink Jet) head ( The same effect can be obtained even with a thermal ink jet type fluid discharge module.
(TIJヘッドの概略構成)
図13(a)、図13(b)、及び図13(c)には、この吐出ノズル1300の基本的な構成が示されている。図13(a)では、吐出ノズル1300の平面図が示されており、図13(b)では図13(a)のA−A断面図が示されている。
(Schematic configuration of TIJ head)
13 (a), 13 (b), and 13 (c) show the basic configuration of the
なお、図13(a)、図13(b)、及び図13(c)では、インク吐出口1302が設けられた吐出ノズル面1304が上部に配置されているが、インク液(インク滴)1306は重力方向(下方)に向けて吐出される。また、図示しないインク供給手段が設けられており、毛管力や圧力差によって、インク供給手段(図示省略)からインク室1308へインク液1306が供給される。
In FIG. 13A, FIG. 13B, and FIG. 13C, the
このインク室1308の外周面には、インク吐出手段1310が設けられている。このインク吐出手段1310はサーマルインクジェット方式の吐出手段であり、インク室1308の外周面に図示しないヒータを設けて構成されている。
An ink discharge means 1310 is provided on the outer peripheral surface of the
ヒータは例えば、多結晶シリコンからなる発熱体層の上にタンタルからなる保護層を積層して構成されており、図示しない信号印加手段により画像信号に応じたタイミングで所定の信号が印加されるように配線されている。このヒータが加熱すると、インク液1306に含まれる揮発成分が瞬時に蒸発して、気泡が発生しインク液1306がインク吐出口1302から吐出される。
For example, the heater is configured by laminating a protective layer made of tantalum on a heating element layer made of polycrystalline silicon, and a predetermined signal is applied at a timing according to an image signal by a signal applying unit (not shown). Wired to When this heater is heated, volatile components contained in the
なお、ここではインク吐出手段1310は、インク室1308の外周面に設けられているが、必ずしも外周面に設ける必要はなく、インク室1308の底面の一部に設けることもできる。また、インク吐出口1302の形状は円形に限るものではなく、楕円形や多角形など任意の形状であってもその効果は変わるものではない。
Here, the ink discharge means 1310 is provided on the outer peripheral surface of the
一方、吐出ノズル面1304には、シール液体1312が塗布されており、インク吐出口1302内のインク液1306が空気に接触しないようにしている。このシール液体1312は、性能を維持するため、シール液体1312とインク液1306とは互いに相溶性がなく、また、シール液体1312はインク液1306とは自発的に乳化しないことが必要である。
On the other hand, a
また、図13(b)に示されているように、吐出ノズル面1304に塗布されたシール液体1312は、インク吐出口1302内のインク液1306に接触して吐出ノズル面1304にシール液体1312の膜を形成する。
Further, as shown in FIG. 13B, the
さらに、図13(c)に示すように、吐出ノズル1300の吐出ノズル面1304には、インク液1306を貯溜するインク室1308が複数設けられている。
Further, as shown in FIG. 13C, the
図14に示されているように、図13において示されている吐出ノズル1300の中での気泡の成長とインク滴1402の噴射を示したものである。
As shown in FIG. 14, the growth of bubbles and the ejection of
インク吐出手段1310によってヒータが加熱されると、インク液1306に含まれる揮発成分が瞬時に蒸発して、気泡1308が発生し、吐出ノズル面1304及びシール液体1312を通って、インク滴1402がインク液1306からインク吐出口1302から吐出される。
When the heater is heated by the ink discharge means 1310, the volatile component contained in the
サーマルインクジェットプリンタの場合におけるインクの粘度測定方法としては、ピエゾ素子を流路内に入れてアドミタンス測定システムを設置する。具体的には、サーマルインクジェットプリンタの場合は、圧電素子、又は圧電素子と連動して振動する振動板、及びその振動板を流路壁の一部とした液体を流す流路からなり、圧電素子を外部から電圧を印加して振動させ、そのときの電流、電圧比、位相差を測定する。なお、圧電素子に正弦波(矩形波、三角波でもよい)を印加(液面が揺れる必要はない)し、そのときの電圧及び電流の位相差を印加周波数毎に測定する。 As a method for measuring the viscosity of ink in the case of a thermal ink jet printer, an admittance measurement system is installed by inserting a piezo element into a flow path. Specifically, in the case of a thermal ink jet printer, the piezoelectric element includes a piezoelectric element or a vibration plate that vibrates in conjunction with the piezoelectric element, and a flow path for flowing a liquid using the vibration plate as a part of a flow path wall. Is vibrated by applying a voltage from the outside, and the current, voltage ratio, and phase difference are measured. A sinusoidal wave (which may be a rectangular wave or a triangular wave) is applied to the piezoelectric element (the liquid level does not need to be shaken), and the phase difference between the voltage and current at that time is measured for each applied frequency.
12 流体吐出モジュール(流体吐出モジュール)
20 交流電圧発生装置(振動発生手段)
28 制御部(等価回路想定手段、抵抗分抽出手段、流体粘度演算手段)
40、1300 吐出ノズル(吐出ノズル)
44 供給路(流路)
48 圧電素子(圧電素子)
46A 振動板(振動板)
η 粘度
12 Fluid ejection module (fluid ejection module)
20 AC voltage generator (vibration generator)
28 Control unit (equivalent circuit assumption means, resistance extraction means, fluid viscosity calculation means)
40, 1300 Discharge nozzle (Discharge nozzle)
44 Supply path (flow path)
48 Piezoelectric elements
46A Diaphragm (diaphragm)
η viscosity
Claims (12)
前記空間室内が、前記圧力を加えられる圧力室、この圧力室に加えられた圧力で流体が流動する流路を備え、前記流路を流動する流体が前記吐出ノズルから突出される構造において、前記圧電素子の電気的特性を示す第1の等価回路と、前記空間室内の粘度が要素の1つとされた音響特性を示す第2の等価回路と、を想定する等価回路想定手段と、
前記第1の等価回路における、前記流路単体、或いは前記流路と吐出ノズルで発生する抵抗、容量、インダクタンスを含む負荷の共振時の抵抗分抽出する抵抗分抽出手段と、
この抵抗分抽出手段で抽出した抵抗分を前記第2の等価回路の音響抵抗分に置き換えて、第2の等価回路に基づいて、前記流体の粘度を演算する流体粘度演算手段と、
を有する流体粘度測定システム。 A piezoelectric element, a diaphragm that is in surface contact with the piezoelectric element, and a vibration generating means that vibrates the diaphragm by applying a voltage having a predetermined frequency to the piezoelectric element. A fluid discharge module that applies pressure to a space chamber provided with a discharge nozzle in the other part and discharges the fluid filled in the space chamber from the discharge nozzle;
In the structure in which the space chamber includes a pressure chamber to which the pressure is applied, and a flow path through which a fluid flows with the pressure applied to the pressure chamber, and the fluid flowing in the flow path protrudes from the discharge nozzle. Equivalent circuit assumption means for assuming a first equivalent circuit indicating the electrical characteristics of the piezoelectric element and a second equivalent circuit indicating acoustic characteristics in which the viscosity in the space is one of the elements;
In the first equivalent circuit, a resistance component extracting means for extracting a resistance component at the time of resonance of a load including the flow channel alone or the resistance, capacitance, and inductance generated in the flow channel and the discharge nozzle;
Replacing the resistance extracted by the resistance extraction means with the acoustic resistance of the second equivalent circuit, and calculating the viscosity of the fluid based on the second equivalent circuit;
A fluid viscosity measuring system.
少なくとも前記空間室内の流体の粘度ηを、音響抵抗r、前記空間室内の流路の最小断面径D1、最大断面径D2、流路の長さleをパラメータとする音響工学に基づく音響系微分方程式にあてはめて求める際、前記流体吐出モジュールにおける流体吐出動作を、レジスタンスR、リアクタンスL、キャパシタンスCを用いた等価回路として表現することで、前記レジスタンスR、前記リアクタンスL、前記キャパシタンスC、周波数f、及び電圧/電流の位相差θの相関関係に基づいて、前記等価回路における前記位相差θがピーク値となる前記周波数fの下でのレジスタンスRを求め、この前記等価回路上のレジスタンスRを、前記音響抵抗rに代入して、前記音響系微分方程式から流体粘度ηを演算する流体粘度演算手段と、
を有する流体粘度測定システム。 A piezoelectric element, a diaphragm that is in surface contact with the piezoelectric element, and a vibration generating means that vibrates the diaphragm by applying a voltage having a predetermined frequency to the piezoelectric element. A fluid discharge module that applies pressure to a space chamber provided with a discharge nozzle in the other part and discharges the fluid filled in the space chamber from the discharge nozzle;
Acoustic system differential equation based on acoustic engineering using at least the viscosity η of the fluid in the space chamber as an acoustic resistance r, the minimum cross-sectional diameter D1, the maximum cross-sectional diameter D2 of the flow channel in the space chamber, and the length le of the flow channel In the calculation, the fluid ejection operation in the fluid ejection module is expressed as an equivalent circuit using the resistance R, the reactance L, and the capacitance C, so that the resistance R, the reactance L, the capacitance C, the frequency f, And a resistance R under the frequency f at which the phase difference θ in the equivalent circuit becomes a peak value based on the correlation between the phase difference θ of the voltage / current and the resistance R on the equivalent circuit, Substituting into the acoustic resistance r, fluid viscosity computing means for computing fluid viscosity η from the acoustic differential equation,
A fluid viscosity measuring system.
前記流体粘度測定手段における演算のための要素の内、前記吐出ノズルから流体が吐出することによって発生する前記要素を排除する請求項2から請求項5の何れか1項記載の流体粘度測定システム。 Further comprising a closing means for closing the discharge nozzle;
The fluid viscosity measuring system according to any one of claims 2 to 5, wherein, among the elements for calculation in the fluid viscosity measuring means, the elements generated by discharging fluid from the discharge nozzle are excluded.
前記空間室内が、前記圧力を加えられる圧力室、この圧力室に加えられた圧力で流体が流動する流路を備え、前記流路を流動する流体が前記吐出ノズルから突出される構造において、前記圧電素子の電気的特性を示す第1の等価回路と、前記空間室内の粘度が要素の1つとされた音響特性を示す第2の等価回路と、を想定し、
前記第1の等価回路における、前記流路単体、或いは前記流路と吐出ノズルで発生する抵抗、容量、インダクタンスを含む負荷の共振時の抵抗分抽出し、
この抽出した抵抗分を前記第2の等価回路の音響抵抗分に置き換えて、第2の等価回路に基づいて、前記粘度を演算することをコンピュータに実行させることを特徴とする流体粘度測定プログラム。 A piezoelectric element, a diaphragm that is in surface contact with the piezoelectric element, and a vibration generating means that vibrates the diaphragm by applying a voltage having a predetermined frequency to the piezoelectric element. When measuring the viscosity of the fluid in the fluid discharge module that applies pressure to the space chamber provided with the discharge nozzle in the other part and discharges the fluid filled in the space chamber from the discharge nozzle,
In the structure in which the space chamber includes a pressure chamber to which the pressure is applied, and a flow path through which a fluid flows with the pressure applied to the pressure chamber, and the fluid flowing in the flow path protrudes from the discharge nozzle. Assuming a first equivalent circuit showing the electrical characteristics of the piezoelectric element and a second equivalent circuit showing acoustic characteristics in which the viscosity in the space is one of the elements,
In the first equivalent circuit, extract the resistance component at the time of resonance of the load including the flow path alone or the resistance, capacity, and inductance generated in the flow path and the discharge nozzle,
A fluid viscosity measurement program that causes the computer to execute the calculation of the viscosity based on the second equivalent circuit by replacing the extracted resistance component with the acoustic resistance component of the second equivalent circuit.
前記第2の等価回路が、空間室内の流体の粘度η、音響抵抗r、前記空間室内の流路の最小断面径D1、最大断面径D2、流路の長さleで想定されることを特徴とする請求項10記載の流体粘度測定プログラム。 By expressing the first equivalent circuit as an equivalent circuit using a resistance R, a reactance L, and a capacitance C, it is assumed by the resistance R, the reactance L, and the capacitance C.
The second equivalent circuit is assumed to be a fluid viscosity η, an acoustic resistance r, a minimum cross-sectional diameter D1, a maximum cross-sectional diameter D2, and a flow path length le of the flow channel in the space chamber. The fluid viscosity measurement program according to claim 10.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008114076A JP5109782B2 (en) | 2008-04-24 | 2008-04-24 | Fluid viscosity measurement system, print head, and fluid viscosity measurement program |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008114076A JP5109782B2 (en) | 2008-04-24 | 2008-04-24 | Fluid viscosity measurement system, print head, and fluid viscosity measurement program |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009262398A true JP2009262398A (en) | 2009-11-12 |
JP5109782B2 JP5109782B2 (en) | 2012-12-26 |
Family
ID=41388871
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008114076A Expired - Fee Related JP5109782B2 (en) | 2008-04-24 | 2008-04-24 | Fluid viscosity measurement system, print head, and fluid viscosity measurement program |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5109782B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101408482B1 (en) | 2010-10-20 | 2014-06-17 | 가부시키가이샤 알박 | Method of measuring viscoelasticity coefficients of material and device for measuring viscoelasticity coefficients of material |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH024512A (en) * | 1988-06-21 | 1990-01-09 | Fuji Electric Co Ltd | Driving method for ink jet recording head |
JPH0976479A (en) * | 1995-09-08 | 1997-03-25 | Fujitsu Ltd | Simulation model forming device |
JP2002301818A (en) * | 2001-04-05 | 2002-10-15 | Seiko Epson Corp | Ink jet head |
JP2005061870A (en) * | 2003-08-18 | 2005-03-10 | Seiko Epson Corp | Droplet weight measuring apparatus, droplet discharging apparatus, method for measuring droplet weight, method for manufacturing electrooptical device, electrooptical device, and electronic equipment |
JP2005319706A (en) * | 2004-05-10 | 2005-11-17 | Riso Kagaku Corp | Inkjet apparatus and ink quality change detector |
JP2006231882A (en) * | 2005-02-28 | 2006-09-07 | Fuji Xerox Co Ltd | Image forming apparatus and liquid discharge state judging method |
-
2008
- 2008-04-24 JP JP2008114076A patent/JP5109782B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH024512A (en) * | 1988-06-21 | 1990-01-09 | Fuji Electric Co Ltd | Driving method for ink jet recording head |
JPH0976479A (en) * | 1995-09-08 | 1997-03-25 | Fujitsu Ltd | Simulation model forming device |
JP2002301818A (en) * | 2001-04-05 | 2002-10-15 | Seiko Epson Corp | Ink jet head |
JP2005061870A (en) * | 2003-08-18 | 2005-03-10 | Seiko Epson Corp | Droplet weight measuring apparatus, droplet discharging apparatus, method for measuring droplet weight, method for manufacturing electrooptical device, electrooptical device, and electronic equipment |
JP2005319706A (en) * | 2004-05-10 | 2005-11-17 | Riso Kagaku Corp | Inkjet apparatus and ink quality change detector |
JP2006231882A (en) * | 2005-02-28 | 2006-09-07 | Fuji Xerox Co Ltd | Image forming apparatus and liquid discharge state judging method |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101408482B1 (en) | 2010-10-20 | 2014-06-17 | 가부시키가이샤 알박 | Method of measuring viscoelasticity coefficients of material and device for measuring viscoelasticity coefficients of material |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5109782B2 (en) | 2012-12-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8308266B2 (en) | Liquid droplet ejecting apparatus, liquid droplet ejecting method and computer readable medium storing a program | |
US8596738B2 (en) | Monitoring apparatus for inkjet head | |
US7267420B2 (en) | Liquid ejection head inspection method and printer device | |
KR101170855B1 (en) | Apparatus and method detecting for operating of a piezo inkjet head | |
EP3112160B1 (en) | Liquid jetting device | |
US9643425B2 (en) | Liquid discharge apparatus | |
JP6452498B2 (en) | Liquid ejection head inspection apparatus and liquid ejection head | |
JP5109782B2 (en) | Fluid viscosity measurement system, print head, and fluid viscosity measurement program | |
KR100846783B1 (en) | Apparatus and method for detecting fault substrate | |
JP2008254239A (en) | Inspecting device, liquid droplet ejector, and method for inspecting liquid droplet ejection head | |
US10926534B2 (en) | Circuit and method for detecting nozzle failures in an inkjet print head | |
JP6186934B2 (en) | Droplet discharge head control apparatus, droplet discharge head, droplet discharge head control method, droplet discharge head manufacturing method, control method or manufacturing method program thereof, and recording medium recording the program | |
JP2014081269A (en) | Pressure measuring device | |
JP2010064444A (en) | Inkjet recording device and method for controlling the same | |
KR100684512B1 (en) | Apparatus for testing the fullness of ink and test method thereof | |
JP2004251845A (en) | Instrument and method for measuring sound pressure | |
JP4935155B2 (en) | Driving element state determination device | |
JP4085852B2 (en) | Liquid level detection device, droplet discharge device, liquid level detection method, droplet discharge method, device manufacturing method, electro-optical device manufacturing method, electro-optical device, and electronic apparatus | |
JP2009255418A (en) | Liquid detection device | |
JP2005132034A (en) | Driving control method for inkjet head | |
JP6765417B2 (en) | Droplet ejection device | |
US20070268324A1 (en) | Method and apparatus for calculating natural frequency of an ink-jet head | |
JP2014174153A (en) | Pressure measuring device | |
JP2019151061A (en) | Liquid discharge device | |
JP2019177689A (en) | Liquid discharging device, and abnormality detection method for liquid discharging device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110324 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120529 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120605 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120731 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120911 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120924 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151019 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |