JP2011098490A - Liquid ejector, liquid level calculation method and calibration method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液滴を吐出する液体吐出装置、液体吐出装置における液体の液位を算出する液位算出方法及び液体吐出装置における圧力センサのキャリブレーション方法に関する。 The present invention relates to a liquid ejection device that ejects liquid droplets, a liquid level calculation method that calculates a liquid level of a liquid in the liquid ejection device, and a pressure sensor calibration method in the liquid ejection device.
インクジェットプリンタなどの液体吐出装置は、液滴を吐出する液滴吐出ヘッドと、液体を貯留する液体貯留タンクとを備えており、液体貯留タンクから液滴吐出ヘッドに液体が供給されることで、液滴吐出ヘッドから液滴を吐出している。そして、液滴吐出ヘッドにおいて液体を所定形状のメニスカスとするために、適切な水頭値が指定されている。 A liquid discharge apparatus such as an ink jet printer includes a liquid droplet discharge head that discharges liquid droplets and a liquid storage tank that stores liquid. By supplying liquid from the liquid storage tank to the liquid droplet discharge head, Droplets are ejected from the droplet ejection head. In order to make the liquid into a meniscus having a predetermined shape in the droplet discharge head, an appropriate water head value is designated.
そこで、液体貯留タンクが液滴吐出ヘッドと一体となってスキャンするオンキャリッジタンク方式の液体吐出装置では、液体貯留タンクと液滴吐出ヘッドとの配置が固定されているため、液体貯留タンクにポンプユニットを連結して液体貯留タンクの上部空間を負圧制御することで、液滴吐出ヘッドにおける液体の圧力を指定水頭値に調整している(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, in the on-carriage tank type liquid ejection device that scans the liquid storage tank integrally with the droplet discharge head, the arrangement of the liquid storage tank and the droplet discharge head is fixed. By connecting the units and controlling the negative pressure in the upper space of the liquid storage tank, the pressure of the liquid in the droplet discharge head is adjusted to a specified head value (see, for example, Patent Document 1).
ところで、このような従来の液体吐出装置では、上部空間の負圧制御を適切に行うために、液面センサや圧力センサが用いられている。 By the way, in such a conventional liquid discharge apparatus, a liquid level sensor and a pressure sensor are used in order to appropriately control the negative pressure in the upper space.
液面センサを用いた手法は、例えば、液体貯留タンク内に取り付けた液面センサにより液体の液位(液面高さ)を求め、この液位から算出される水頭値に基づいて上部空間を負圧制御するものや、液体貯留タンク内に取り付けられた液面センサにより液位を求め、この液位が一定になるように液体貯留タンクに液体を補充して上部空間を一定圧に負圧制御するものがある。この液面センサには、フロート方式の液面センサや静電容量を用いた液面センサがあるが、フロート方式の液面センサは、分解能が低く、液体との接触により耐久性が低くなるという問題があり、静電容量を用いた液面センサは、大型で高価になるという問題がある。 The method using the liquid level sensor, for example, obtains the liquid level (liquid level height) by a liquid level sensor installed in the liquid storage tank, and determines the upper space based on the water head value calculated from this liquid level. The liquid level is determined by a negative pressure control or a liquid level sensor installed in the liquid storage tank, and the liquid storage tank is replenished with liquid so that the liquid level is constant, and the upper space is negatively pressurized to a constant pressure. There is something to control. The liquid level sensor includes a float type liquid level sensor and a liquid level sensor using a capacitance. However, the float type liquid level sensor has low resolution and is less durable due to contact with liquid. There is a problem, and a liquid level sensor using a capacitance has a problem that it is large and expensive.
一方、圧力センサを用いた手法は、例えば、液滴吐出ヘッド近傍の液体流路に取り付けた圧力センサにより液体の圧力を検出し、この圧力に基づいて上部空間を負圧制御するものがある。そして、圧力センサは、小型で分解能や耐久性に優れ、連続測定が可能である。また、検出した圧力から液体貯留タンクに貯留されている液体の液位を算出できるため、液体の残量が少ないニアエンド情報や満タン情報も得ることができる。このため、圧力センサを用いて上部空間の負圧制御する方がより好ましいと考えられる。 On the other hand, as a method using a pressure sensor, for example, there is a method in which the pressure of a liquid is detected by a pressure sensor attached to a liquid flow path in the vicinity of the droplet discharge head, and the upper space is negatively controlled based on this pressure. The pressure sensor is small and has excellent resolution and durability, and can perform continuous measurement. Moreover, since the liquid level of the liquid stored in the liquid storage tank can be calculated from the detected pressure, near-end information and full tank information with a small amount of remaining liquid can also be obtained. For this reason, it is considered that it is more preferable to control the negative pressure in the upper space using a pressure sensor.
しかしながら、圧力センサは、経時的にゼロ点が変動するゼロ点シフト(ゼロ・ドリフトなどとも称される)が発生するため、液体吐出装置の使用前などに、圧力センサのゼロ点をキャリブレーションする必要がある。通常、圧力センサのキャリブレーションは、圧力センサを大気開放して、圧力センサのゲージ圧を0に補正することで行う。しかしながら、バルブなどで液体流路を遮断するなどして圧力センサを大気開放すると、バルブ内で液体が乾燥固化してバルブの不具合を招く虞がある。そこで、液体貯留タンクを大気開放することも考えられるが、圧力センサには液体の水頭がかかるため、圧力センサのキャリブレーションを行うためには、液体の液位を求める必要がある。 However, the pressure sensor calibrates the zero point of the pressure sensor before using the liquid ejecting apparatus because a zero point shift (also referred to as zero drift) in which the zero point fluctuates with time occurs. There is a need. Normally, calibration of the pressure sensor is performed by opening the pressure sensor to the atmosphere and correcting the gauge pressure of the pressure sensor to zero. However, if the pressure sensor is opened to the atmosphere by blocking the liquid flow path with a valve or the like, the liquid may dry and solidify in the valve, leading to a malfunction of the valve. Therefore, it is conceivable to open the liquid storage tank to the atmosphere. However, since the liquid head is applied to the pressure sensor, it is necessary to obtain the liquid level in order to calibrate the pressure sensor.
そこで、本発明は、圧力センサのゼロ点がシフトした場合にも部品点数の増加を最小限に抑えて液体の液位を算出することができる液体吐出装置、液位算出方法及びキャリブレーション方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a liquid ejection apparatus, a liquid level calculation method, and a calibration method that can calculate the liquid level of a liquid while minimizing an increase in the number of parts even when the zero point of the pressure sensor is shifted. The purpose is to provide.
本発明に係る液体吐出装置は、液滴が吐出される液滴吐出ヘッドと、液滴吐出ヘッドに供給する液体を貯留する液体貯留容器と、液滴吐出ヘッドに供給される液体の圧力を検出する圧力センサと、液体貯留容器内における上部空間の圧力を調整する負圧制御ユニットと、圧力センサで検出した圧力に基づいて負圧制御ユニットを駆動制御する制御部と、を備える液体吐出装置であって、制御部は、負圧制御ユニットを駆動制御して上部空間を大気開放したときに圧力センサが検出した第一圧力を取得し、負圧制御ユニットを駆動制御して上部空間を大気開放状態から圧力変動させたときに圧力センサが検出した第二圧力を取得し、第一圧力に対する第二圧力の圧力変動値に基づいて上部空間の体積を算出し、上部空間の体積に基づいて液体の液位を算出することを特徴とする。 A liquid ejection apparatus according to the present invention detects a liquid droplet ejection head that ejects liquid droplets, a liquid storage container that stores liquid to be supplied to the liquid droplet ejection head, and a pressure of the liquid that is supplied to the liquid droplet ejection head A liquid discharge apparatus comprising: a pressure sensor that controls the pressure in the upper space in the liquid storage container; and a control unit that drives and controls the negative pressure control unit based on the pressure detected by the pressure sensor. The controller obtains the first pressure detected by the pressure sensor when the upper space is opened to the atmosphere by driving the negative pressure control unit, and the upper space is opened to the atmosphere by driving the negative pressure control unit. The second pressure detected by the pressure sensor when the pressure is changed from the state is acquired, the volume of the upper space is calculated based on the pressure fluctuation value of the second pressure with respect to the first pressure, and the liquid is calculated based on the volume of the upper space. of And calculates the position.
本発明に係る液体吐出装置によれば、液体貯留容器から供給された液体が液滴吐出ヘッドから液滴として吐出されるが、その際、圧力センサで検出した圧力に基づいて負圧制御ユニットによる上部空間の負圧制御を行うことで、液滴吐出ヘッドにおける液体を所定の負圧状態に維持することができる。このとき、上部空間を大気開放したときに圧力センサが検出した第一圧力と上部空間を大気開放状態から圧力変動させたときに圧力センサが検出した第二圧力との圧力変動値を算出し、この圧力変動値から上部空間の体積を算出することで、圧力センサにゼロ点シフトが発生しても、上部空間の体積を正しく算出することができる。このため、液体貯留容器の容量から算出した上部空間の体積を減算し、液体貯留容器における液体の液位を算出することで、圧力センサにゼロ点シフトが発生していても、液体貯留容器内に液面センサなどの特別なセンサを設けることなく、液体の液位を算出することができる。 According to the liquid ejection device according to the present invention, the liquid supplied from the liquid storage container is ejected as droplets from the droplet ejection head. At this time, the negative pressure control unit uses the pressure detected by the pressure sensor. By performing negative pressure control of the upper space, the liquid in the droplet discharge head can be maintained in a predetermined negative pressure state. At this time, the pressure fluctuation value of the first pressure detected by the pressure sensor when the upper space is opened to the atmosphere and the second pressure detected by the pressure sensor when the pressure of the upper space is changed from the open atmosphere is calculated, By calculating the volume of the upper space from this pressure fluctuation value, the volume of the upper space can be correctly calculated even if a zero point shift occurs in the pressure sensor. Therefore, by subtracting the volume of the upper space calculated from the capacity of the liquid storage container and calculating the liquid level of the liquid in the liquid storage container, even if a zero point shift occurs in the pressure sensor, The liquid level can be calculated without providing a special sensor such as a liquid level sensor.
そして、負圧制御ユニットは、所定量の空気を送り出す定量ポンプを備えており、制御部は、第二圧力として、負圧制御ユニットから所定量の空気を上部空間に送り込んだときに圧力センサが検出した圧力を取得することが好ましい。このように、定量ポンプを備えた負圧制御ユニットから所定量の空気を上部空間に送り込んだときに圧力センサが検出した圧力を第二圧力とすることで、大気開放状態から所定量の空気が送り込まれて加圧される上部空間の圧力上昇値を求めることができる。このため、所定量の空気が増加したときの圧力上昇値は上部空間の体積に反比例するため、この求めた圧力上昇値に基づいて上部空間の体積を算出することができる。 The negative pressure control unit includes a metering pump that sends out a predetermined amount of air, and the control unit detects a second pressure as a pressure sensor when a predetermined amount of air is sent from the negative pressure control unit into the upper space. It is preferable to acquire the detected pressure. In this way, the pressure detected by the pressure sensor when the predetermined amount of air is fed into the upper space from the negative pressure control unit equipped with the metering pump is set as the second pressure, so that the predetermined amount of air is released from the open atmosphere. The pressure increase value of the upper space that is fed and pressurized can be obtained. For this reason, since the pressure increase value when the predetermined amount of air increases is inversely proportional to the volume of the upper space, the volume of the upper space can be calculated based on the obtained pressure increase value.
また、負圧制御ユニットは、所定圧力の空気を送り出す定圧ユニットであり、制御部は、第二圧力として、負圧制御ユニットの駆動制御により所定圧力の空気を所定時間だけ上部空間に送り込んだときに圧力センサが検出した圧力を取得することが好ましい。このように、定圧ポンプを備えた負圧制御ユニットから所定圧力の空気を所定時間だけ上部空間に送り込んだときに圧力センサが検出した圧力を第二圧力とすることで、大気開放状態から所定時間だけ定圧空気が送り込まれて加圧される上部空間の圧力上昇値を求めることができる。そして、所定時間だけ定圧空気が送り込まれたときの圧力上昇値は上部空間の体積に反比例するため、この求めた圧力上昇値に基づいて上部空間の体積を算出することができる。 The negative pressure control unit is a constant pressure unit that sends out air at a predetermined pressure, and the control unit sends air at a predetermined pressure as a second pressure to the upper space for a predetermined time by drive control of the negative pressure control unit. It is preferable to acquire the pressure detected by the pressure sensor. In this way, the pressure detected by the pressure sensor when air of a predetermined pressure is fed into the upper space for a predetermined time from a negative pressure control unit equipped with a constant pressure pump is used as the second pressure, so that the air is released from the atmosphere for a predetermined time. It is possible to obtain the pressure increase value of the upper space where constant pressure air is fed and pressurized. Since the pressure increase value when constant-pressure air is fed for a predetermined time is inversely proportional to the volume of the upper space, the volume of the upper space can be calculated based on the obtained pressure increase value.
そして、制御部は、算出した液体の液位に対応する圧力で圧力センサをキャリブレーションすることが好ましい。このように、圧力センサのゼロ点シフトの影響を受けずに求めた液体の液位に基づいて圧力センサが検出する正確な圧力を求めることができるため、部品点数の追加を最小限に抑えて、圧力センサのキャリブレーションを行うことができる。 And it is preferable that a control part calibrates a pressure sensor with the pressure corresponding to the calculated liquid level. In this way, the accurate pressure detected by the pressure sensor can be obtained based on the liquid level obtained without being affected by the zero point shift of the pressure sensor, so the number of parts can be minimized. The pressure sensor can be calibrated.
本発明に係る液位算出方法は、液滴が吐出される液滴吐出ヘッドと、液滴吐出ヘッドに供給する液体を貯留する液体貯留容器と、液滴吐出ヘッドに供給される液体の圧力を検出する圧力センサと、液体貯留容器内の圧力を調整する負圧制御ユニットと、を備える液体吐出装置における液位算出方法であって、負圧制御ユニットを駆動制御して上部空間を大気開放したときに圧力センサが検出した第一圧力を取得する第一圧力取得ステップと、負圧制御ユニットを駆動制御して上部空間を大気開放状態から圧力変動させたときに圧力センサが検出した第二圧力を取得する第二圧力取得ステップと、第一圧力に対する第二圧力の圧力変動値に基づいて上部空間の体積を算出し、上部空間の体積に基づいて液体の液位を算出する液位算出ステップと、を有することを特徴とする。 The liquid level calculation method according to the present invention includes a droplet discharge head that discharges droplets, a liquid storage container that stores liquid to be supplied to the droplet discharge head, and a pressure of liquid supplied to the droplet discharge head. A liquid level calculation method in a liquid ejection device comprising a pressure sensor to detect and a negative pressure control unit for adjusting the pressure in a liquid storage container, wherein the negative pressure control unit is driven and controlled to open the upper space to the atmosphere A first pressure acquisition step for acquiring a first pressure detected by the pressure sensor, and a second pressure detected by the pressure sensor when the negative pressure control unit is driven and controlled to change the pressure of the upper space from the open atmosphere. A second pressure acquisition step for calculating the volume of the upper space based on the pressure fluctuation value of the second pressure with respect to the first pressure, and a liquid level calculation step for calculating the liquid level of the liquid based on the volume of the upper space When Characterized in that it has a.
本発明に係る液体吐出方法によれば、上部空間を大気開放したときに圧力センサが検出した第一圧力と上部空間を大気開放状態から圧力変動させたときに圧力センサが検出した第二圧力との圧力変動値を算出し、この圧力変動値から上部空間の体積を算出することで、圧力センサにゼロ点シフトが発生しても、上部空間の体積を正しく算出することができる。このため、液体貯留容器の容量から算出した上部空間の体積を減算し、液体貯留容器における液体の液位を算出することで、圧力センサにゼロ点シフトが発生していても、液体貯留容器内に液面センサなどの特別なセンサを設けることなく、液体の液位を算出することができる。 According to the liquid ejection method of the present invention, the first pressure detected by the pressure sensor when the upper space is opened to the atmosphere and the second pressure detected by the pressure sensor when the pressure of the upper space is changed from the open state to the atmosphere. By calculating the pressure fluctuation value and calculating the volume of the upper space from this pressure fluctuation value, the volume of the upper space can be correctly calculated even if a zero point shift occurs in the pressure sensor. Therefore, by subtracting the volume of the upper space calculated from the capacity of the liquid storage container and calculating the liquid level of the liquid in the liquid storage container, even if a zero point shift occurs in the pressure sensor, The liquid level can be calculated without providing a special sensor such as a liquid level sensor.
そして、第二圧力取得ステップは、第二圧力として、負圧制御ユニットの駆動制御により所定量の空気を上部空間に送り込んだときに圧力センサが検出した圧力を取得することが好ましい。このように、定量ポンプを備えた負圧制御ユニットから所定量の空気を上部空間に送り込んだときに圧力センサが検出した圧力を第二圧力とすることで、大気開放状態から所定量の空気が送り込まれて加圧される上部空間の圧力上昇値を求めることができる。このため、所定量の空気が増加したときの圧力上昇値は上部空間の体積に反比例するため、この求めた圧力上昇値に基づいて上部空間の体積を算出することができる。 In the second pressure acquisition step, it is preferable to acquire the pressure detected by the pressure sensor when a predetermined amount of air is sent into the upper space by the drive control of the negative pressure control unit as the second pressure. In this way, the pressure detected by the pressure sensor when the predetermined amount of air is fed into the upper space from the negative pressure control unit equipped with the metering pump is set as the second pressure, so that the predetermined amount of air is released from the open atmosphere. The pressure increase value of the upper space that is fed and pressurized can be obtained. For this reason, since the pressure increase value when the predetermined amount of air increases is inversely proportional to the volume of the upper space, the volume of the upper space can be calculated based on the obtained pressure increase value.
また、第二圧力取得ステップは、第二圧力として、負圧制御ユニットの駆動制御により所定時間だけ所定圧力の空気を上部空間に送り込んだときに圧力センサが検出した圧力を取得することが好ましい。このように、定量ポンプを備えた負圧制御ユニットから所定量の空気を上部空間に送り込んだときに圧力センサが検出した圧力を第二圧力とすることで、大気開放状態から所定量の空気が送り込まれて加圧される上部空間の圧力上昇値を求めることができる。このため、所定量の空気が増加したときの圧力上昇値は上部空間の体積に反比例するため、この求めた圧力上昇値に基づいて上部空間の体積を算出することができる。 Moreover, it is preferable that a 2nd pressure acquisition step acquires the pressure which the pressure sensor detected when air of predetermined pressure was sent into upper space only for predetermined time by drive control of a negative pressure control unit as 2nd pressure. In this way, the pressure detected by the pressure sensor when the predetermined amount of air is fed into the upper space from the negative pressure control unit equipped with the metering pump is set as the second pressure, so that the predetermined amount of air is released from the open atmosphere. The pressure increase value of the upper space that is fed and pressurized can be obtained. For this reason, since the pressure increase value when the predetermined amount of air increases is inversely proportional to the volume of the upper space, the volume of the upper space can be calculated based on the obtained pressure increase value.
本発明に係るキャリブレーション方法は、上記の何れかの方法により算出された液位に基づいて、圧力センサのキャリブレーションを行うキャリブレーションステップを有することを特徴とする。 The calibration method according to the present invention includes a calibration step for calibrating the pressure sensor based on the liquid level calculated by any one of the above methods.
本発明に係るキャリブレーション方法によれば、圧力センサのゼロ点シフトの影響を受けずに求めた液体の液位に基づいて圧力センサが検出する正確な圧力を求めることができるため、部品点数の追加を最小限に抑えて、圧力センサのキャリブレーションを行うことができる。 According to the calibration method according to the present invention, the accurate pressure detected by the pressure sensor can be obtained based on the liquid level obtained without being affected by the zero point shift of the pressure sensor. The pressure sensor can be calibrated with minimal addition.
本発明によれば、圧力センサのゼロ点がシフトした場合にも部品点数の増加を最小限に抑えて液体の液位を算出することができる。 According to the present invention, even when the zero point of the pressure sensor is shifted, the liquid level of the liquid can be calculated while minimizing the increase in the number of parts.
以下、図面を参照して、本発明に係る液体吐出装置、液位算出方法及びキャリブレーション方法の好適な実施形態について詳細に説明する。本実施形態は、本発明に係る液体吐出装置、液位算出方法及びキャリブレーション方法を、液滴吐出装置であるインクジェットプリンタに適用したものである。なお、同一又は相当部分には同一符号を付すこととする。 Hereinafter, preferred embodiments of a liquid ejection apparatus, a liquid level calculation method, and a calibration method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In this embodiment, the liquid ejection device, the liquid level calculation method, and the calibration method according to the present invention are applied to an ink jet printer that is a droplet ejection device. The same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals.
図1は、実施形態に係るインクジェットプリンタの概略構成図である。図1に示すように、インクジェットプリンタ1は、インクジェットヘッド2と、インクタンク3と、供給流路4と、還元流路5と、圧力センサ6と、ポンプユニット7と、警報装置8と、制御部10と、を備えている。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an inkjet printer according to an embodiment. As shown in FIG. 1, the
インクジェットヘッド2は、インク液滴を吐出するものである。このインクジェットヘッド2には、インクが流れる共通インク流路2aと、共通インク流路2aに連通された多数のノズル2bと、が形成されている。そして、インクジェットヘッド2は、走査方向に移動可能に取り付けられたキャリッジ(不図示)に搭載されている。そして、インクジェットヘッド2は、キャリッジの走査方向への移動時にインク液滴を吐出することで、スキャンが行われる。
The
インクタンク3は、インクジェットヘッド2に供給するインクが貯留されたインク容器である。そして、インクタンク3は、インクジェットヘッド2と同様にキャリッジ(不図示)に搭載されており、インクジェットヘッド2と一体となってスキャンが行われる。
The
供給流路4は、細長い管状部材(チューブ)で構成されており、インクタンク3とインクジェットヘッド2とを連通して、インクタンク3に貯留されたインクをインクジェットヘッド2に供給するための流路である。
The
還元流路5は、細長い管状部材(チューブ)で構成されており、インクジェットヘッド2とインクタンク3とを連通して、インクジェットヘッド2に貯留されたインクをインクタンク3に還元するための流路である。
The
圧力センサ6は、インクジェットヘッド2近傍のインク流路に配置されており、インクジェットヘッド2に供給されるインクの圧力を検出するセンサである。なお、インクジェットヘッド2に供給するインクを指定水頭値以下に保持するレギュレータが設けられている場合は、このレギュレータに圧力センサ6を組み込んでもよい。
The
ポンプユニット7は、制御部10の制御により駆動されて、上部空間Sの負圧制御を行うものである。ポンプユニット7は、インクタンク3の上部空間Sに連結されており、空気を送り出すポンプ71と、バルブ72と,バルブ73と、第一配管74と、第二配管75と、第三配管76と、第四配管77と、バルブ78と、を備えている。
The
ポンプ71は、所定量の空気を送り出すことが可能な定量ポンプである。
The
バルブ72は、2つの切換口と一つの排出口とが形成された電磁切換弁であり、何れか一方の切換口を排出口に連通させるものである。そして、バルブ72は、制御部10の制御に基づいて、2つの切換口を択一的に切り換えるものである。
The
バルブ73は、一つの吸入口と2つの切換口とが形成された電磁切換弁であり、吸入口を何れか一方の切換口に連通させるものである。そして、バルブ72は、制御部10の制御に基づいて、2つの切換口を択一的に切り換えるものである。
The
第一配管74は、インクタンク3の上部とバルブ72の排出口に繋がる管である。
The
第二配管75は、ポンプユニット7の吸気口、バルブ72の一方の切換口及びバルブ73の一方の切換口に繋がる管である。
The
第三配管76は、ポンプユニット7の排気口、バルブ72の他方の切換口及びバルブ73の他方の切換口に繋がる管である。
The
第四配管77は、バルブ73の吸気口に繋がり大気に開放される管である。
The
バルブ78は、第一配管74を開閉する電磁弁である。
The
そして、このように構成されるポンプユニット7は、ポンプ71の駆動やバルブ72、バルブ73及びバルブ78の切換により、上部空間Sに空気を送り込んで上部空間Sを加圧することや、上部空間Sから空気を吸引して上部空間Sを減圧することや、上部空間Sを大気開放することや、上部空間Sを密閉することが可能となっている。
The
警報装置8は、制御部10からの指令に基づき、インクタンク3に貯留されているインクがニアエンドである場合や、このインクが満タンである場合などに、音声や映像などで警報を行うものである。
The
制御部10は、圧力センサ6、ポンプユニット7及び警報装置8に接続されており、上部空間Sの負圧制御、インクの液面高さの算出、圧力センサ6のキャリブレーション、警報処理などを行うものである。なお、制御部10は、例えば、CPU、ROM、RAMを含むコンピュータを主体として構成されている。そして、制御部10が行う各機能は、CPUやRAM上に所定のコンピュータソフトウェア(プログラム)を読み込ませ、CPUの制御のもとで動作させることで実現される。
The
次に、インクジェットプリンタ1の動作について説明する。なお、以下に説明するインクジェットプリンタ1の処理動作は、制御部10の制御により行われる。すなわち、制御部10において、CPUなどで構成される処理部(不図示)が、ROMなどの記憶装置に記録されたプログラムに従い、各機能を統括管理することで、以下の処理が行われる。
Next, the operation of the
まず、インクタンク3に貯留されたインクが供給流路4を通ってインクジェットヘッド2に供給されることで、インクジェットヘッド2からインク液滴が吐出される。
First, ink stored in the
このとき、インクジェットヘッド2におけるインクの圧力を指定水頭値に調整するため、制御部10は、圧力センサ6が検出するインクジェットヘッド2に供給されるインクの圧力を用いて、上部空間Sの負圧制御を行う。
At this time, in order to adjust the pressure of the ink in the
ここで、図2及び図3を参照して、制御部10による上部空間Sの負圧制御の処理動作について説明する。図2は、負圧制御の処理動作を示すシーケンス図であり、図3は、インクジェットプリンタの動作を説明するための図である。なお、図3において、バルブ72のAは、第三配管76に接続される他方の切換口を示しており、バルブ72のBは、第二配管75に接続される一方の切換口を示している。また、バルブ73のAは、第三配管76に接続される他方の切換口を示しており、バルブ73のBは、第二配管75に接続される一方の切換口を示している。
Here, with reference to FIG.2 and FIG.3, the process operation | movement of the negative pressure control of the upper space S by the
まず、制御部10は、圧力センサ6で検出したインクジェットヘッド2に供給されるインクの圧力を取得する(ステップS1)。
First, the
次に、制御部10は、ステップS1で取得した圧力を設定圧力と比較する(ステップS2)。ステップS2において、設定圧力とは、インクジェットヘッド2におけるインクの圧力が指定水頭値となる場合に、圧力センサ6が検出する圧力である。このため、圧力センサ6はインクジェットヘッド2よりも上方に配置されている場合は、設定圧力が指定水頭値よりも僅かに低い値となり、圧力センサ6はインクジェットヘッド2よりも下方に配置されている場合は、設定圧力が指定水頭値よりも僅かに高い値となる。
Next, the
ステップS2において、ステップS1で取得した圧力が設定圧力を中心とした所定範囲内であると判断すると(ステップS2:同じ)、制御部10は、インクタンク3を密閉する(ステップS3)。すなわち、ステップS3では、バルブ78をOFFにして第一配管74を閉じることで、インクタンク3を密閉する。
If it is determined in step S2 that the pressure acquired in step S1 is within a predetermined range centered on the set pressure (step S2: the same), the
ステップS2において、ステップS1で取得した圧力が設定圧力を中心とした所定範囲よりも低いと判断すると(ステップS2:低い)、制御部10は、インクタンク3に空気を送り込む(ステップS4)。すなわち、ステップS4では、バルブ78をONにして第一配管74を開き、バルブ72をBに切り換え、バルブ73をAに切り換え、ポンプ71を駆動させる。これにより、ポンプ71の吸引口が大気に開放されるとともに、ポンプ71の排出口がインクタンク3に連通されるため、ポンプ71の駆動によりインクタンク3に空気が送り込まれる。なお、このときの空気の流れを図4に示す。
If it is determined in step S2 that the pressure acquired in step S1 is lower than a predetermined range centered on the set pressure (step S2: low), the
ステップS2において、ステップS1で取得した圧力が設定圧力を中心とした所定範囲よりも高いと判断すると(ステップS2:高い)、制御部10は、インクタンク3から空気を吸引する(ステップS5)。すなわち、ステップS5では、バルブ78をONにして第一配管74を開き、バルブ72をAに切り換え、バルブ73をBに切り換え、ポンプ71を駆動させる。これにより、ポンプ71の吸引口がインクタンク3に連通されるとともに、ポンプ71の排出口が大気に開放されるため、ポンプ71の駆動によりインクタンク3から空気が吸引される。なお、このときの空気の流れを図5に示す。
If it is determined in step S2 that the pressure acquired in step S1 is higher than a predetermined range centered on the set pressure (step S2: high), the
そして、上述したステップS1〜ステップS5を繰り返してインクタンク3の負圧制御を行うことで、インクジェットヘッド2におけるインクの圧力が指定水頭値に調整される。
And the pressure of the ink in the
次に、図3及び図6を参照して、圧力センサ6のゼロ点シフトのキャリブレーション処理について説明する。図6は、キャリブレーション処理を示すシーケンス図である。
Next, the zero point shift calibration process of the
キャリブレーション処理は、インクジェットプリンタ1を立ち上げる際や、所定の稼働時間ごとなどに行われる。
The calibration process is performed when the
まず、制御部10は、インクジェットヘッド2をキャッピングする(ステップS11)。後述するように、キャリブレーション処理では、インクタンク3を大気開放するため、インクジェットヘッド2にインクの水頭がかかりノズル2bからインクが漏れ出てしまう。このため、キャリブレーション処理においてノズル2bからインクが漏れださないように、キャリブレーション処理に先立ち、ステップS11において、インクジェットヘッド2をキャッピングする。
First, the
次に、制御部10は、インクタンク3の上部空間Sを大気開放する(ステップS12)。すなわち、ステップS12では、バルブ78をONにして第一配管74を開き、バルブ72をAに切り換えるとともに、バルブ73をAに切り換える。これにより、上部空間Sは、ポンプ71を通ることなく第三配管76を通って大気に開放される。なお、このときの空気の流れを図7に示す。
Next, the
次に、制御部10は、圧力センサ6で検出したインクジェットヘッド2に供給されるインクの圧力を取得する(ステップS13)。なお、ステップS13で取得した圧力を、便宜上、第一圧力とする。
Next, the
次に、制御部10は、インクタンク3に所定量の空気を送り込む(ステップS14)。すなわち、ステップS14では、バルブ78をONにして第一配管74を開き、バルブ72をBに切り換えるとともに、バルブ73をAに切り換え、ポンプ71を駆動させる。これにより、ポンプ71の吸引口が大気に開放されるとともに、ポンプ71の排出口がインクタンク3に連通されるため、ポンプ71の駆動によりインクタンク3に空気が送り込まれる。なお、なお、このときの空気の流れを図4に示す。そして、所定時間が経過して、ポンプ71から所定量の空気が送り出されて上部空間Sに所定量の空気が注入されると、バルブ78をOFFにして配管を閉じ、ポンプ71の駆動を停止させる。これにより、インクタンク3の上部空間Sには、大気開放された状態から所定量の空気が注入されて加圧された状態となる。
Next, the
次に、制御部10は、圧力センサ6で検出したインクジェットヘッド2に供給されるインクの圧力を取得する(ステップS15)。なお、ステップS15で取得した圧力を、便宜上、第二圧力とする。
Next, the
次に、制御部10は、ステップS13で取得した第一圧力と、ステップS15で取得した第二圧力との圧力変動値から、インクの液面高さを算出する(ステップS16)。
Next, the
ここで、ステップS16におけるインクの液面高さの算出方法について説明する。 Here, a method for calculating the ink level in step S16 will be described.
図8は、インクの液面高さの算出の考え方を説明するための図である。図8(a)(b)に示すように、例えば、上部空間Sを大気開放したときの上部空間Sの体積が5である場合に、体積が1の空気を上部空間Sに注入すると、上部空間Sの圧力は6/5倍に上昇する。一方、図8(c)(d)に示すように、例えば、上部空間Sを大気開放したときの上部空間Sの体積が25である場合に、体積が1の空気を上部空間Sに注入すると、上部空間Sの圧力は26/25倍に上昇する。このことから、上部空間Sを大気開放したときの上部空間Sの圧力に対して、上部空間Sに所定量の空気(上記例では体積1の空気)を注入したときの上部空間Sの圧力の上昇率、すなわち圧力変動値を求めることで、上部空間Sの体積を求めることができる。すると、この上部空間Sの体積とインクタンク3の容積との関係から、インクの液面高さを求めることができる。
FIG. 8 is a diagram for explaining the concept of calculating the ink level. As shown in FIGS. 8A and 8B, for example, when the volume of the upper space S when the upper space S is opened to the atmosphere is 5, when air with a volume of 1 is injected into the upper space S, the upper space S The pressure in the space S increases 6/5 times. On the other hand, as shown in FIGS. 8C and 8D, for example, when the volume of the upper space S when the upper space S is opened to the atmosphere is 25, air with a volume of 1 is injected into the upper space S. The pressure in the upper space S rises 26/25 times. From this, the pressure of the upper space S when a predetermined amount of air (
図9は、インクの液面高さの算出方法を説明するための図である。図9に示すように、インクの液面高さの算出方法を説明するにあたり、各値を表す記号を、
St:インクタンク3の容積
Si:インクタンク3に貯留されているインクの体積
Sa:上部空間Sの体積
A:インクタンク3の上部空間Sの底面積
Pi1:上部空間Sを大気開放した際に圧力センサ6が検出した第一圧力
Pi2:上部空間Sに所定量の空気を注入した際に圧力センサ6が検出した第二圧力
Pa1:上部空間Sを大気開放した際の上部空間Sの圧力
Pa2:上部空間Sに所定量の空気を注入した際の上部空間Sの圧力
Sj:上部空間Sに注入した空気の体積
Pabs:大気圧(絶対圧)
ρ:インクの密度
L:圧力センサ6からインクの液面までの高さ(液面高さ)
La:圧力センサ6からインクタンク3の底面までの高さ
Li:インクタンク3の底面からインクの液面までの高さ
と定義する。なお、Saは、インクタンク3内の容積であるが、正確には、ポンプユニット7及び第一配管74内の体積も含まれる。
FIG. 9 is a diagram for explaining a method of calculating the liquid level of the ink. As shown in FIG. 9, in describing the method of calculating the ink level, the symbols representing the respective values are
St: Volume of
ρ: ink density L: height from the
La: height from the
このとき、大気圧Pabs以外の圧力はゲージ圧で表し、空気の密度を無視する。また、注入空気体積Sjは大気圧での体積を示し、大気圧や温度は変化しないものとする。また、インクタンク3は、高さ方向に渡って断面積が同一の形状とする。また、第一圧力Pi1及び第二圧力Pi2は、圧力センサ6のゼロ点シフトの発生によるオフセット誤差を含む値となる。そして、大気圧Pabsは、一定値を当てはめてもよく、インクジェットプリンタ1の設置点の高度補正を行った値を当てはめてもよく、インクジェットプリンタ1の設置点で気圧計の計測値を当てはめてもよい。また、インクの密度ρ、インクタンク3の容積St、インクタンク3の底面積A、注入空気体積Sj、圧力センサ6からインクタンク3の底面までの高さLaは、予め計測などにより求めておくことができる。
At this time, pressures other than atmospheric pressure Pabs are expressed as gauge pressures, and the density of air is ignored. The injection air volume Sj indicates the volume at atmospheric pressure, and the atmospheric pressure and temperature do not change. The
まず、インクタンク3の上部空間Sの体積をSaは、
Sa=St−Si …(1)
で表される。
First, Sa is the volume of the upper space S of the
Sa = St-Si (1)
It is represented by
そして、ステップS12により上部空間Sを大気開放すると、圧力センサ6が検出した第一圧力Pi1及び上部空間Sの圧力Pa1は、
Pi1=L*ρ …(2)
Pa1=0 …(3)
で表される。なお、圧力Pa1はゲージ圧であるため0となる。
When the upper space S is opened to the atmosphere in step S12, the first pressure Pi1 detected by the
Pi1 = L * ρ (2)
Pa1 = 0 (3)
It is represented by The pressure Pa1 is 0 because it is a gauge pressure.
次に、ステップS14により上部空間Sに所定量の空気を注入すると、圧力センサ6が検出した第二圧力Pi2及び上部空間Sの圧力Pa2は、
Pa2=Pa1+((Sa+Sj)/Sa)*Pabs …(4)
Pi2=Pi1+(Pa2−Pa1) …(5)
で表される。
Next, when a predetermined amount of air is injected into the upper space S in step S14, the second pressure Pi2 detected by the
Pa2 = Pa1 + ((Sa + Sj) / Sa) * Pabs (4)
Pi2 = Pi1 + (Pa2-Pa1) (5)
It is represented by
なお、第一圧力Pi1と第二圧力Pi2とは、それぞれオフセット誤差を含んだ値であるが、その差分であるPi2−Pi1は、空気注入前後の圧力上昇分として正しい値となる。 The first pressure Pi1 and the second pressure Pi2 are values including an offset error, but Pi2-Pi1, which is the difference between them, is a correct value as the pressure increase before and after the air injection.
次に、式(1)〜式(5)を順次変形していくと、
Pi2−Pi1=Pa2−Pa1
Pa2−Pa1=(Sj/Sa)*Pabs
(Pa2−Pa1)/Pabs=Sj/Sa
((Pa2−Pa1)/Pabs)/Sj=1/Sa
Sj/((Pa2−Pa1)/Pabs)=Sa
Sj*Pabs/(Pa2−Pa1)=Sa
Sj*Pabs/(Pi2−Pi1)=Sa …(6)
となり、式(6)から、上部空間Sの体積Saが求められる。
Next, when the equations (1) to (5) are sequentially transformed,
Pi2-Pi1 = Pa2-Pa1
Pa2-Pa1 = (Sj / Sa) * Pabs
(Pa2-Pa1) / Pabs = Sj / Sa
((Pa2-Pa1) / Pabs) / Sj = 1 / Sa
Sj / ((Pa2-Pa1) / Pabs) = Sa
Sj * Pabs / (Pa2-Pa1) = Sa
Sj * Pabs / (Pi2-Pi1) = Sa (6)
Thus, the volume Sa of the upper space S is obtained from the equation (6).
そして、インクタンク3に貯留されているインクの体積Siは、
Si=St−Sa …(7)
で表され、インクタンク3の底面からインクの液面までの高さLiは、
Li=Si/A …(8)
で表され、圧力センサ6からインクの液面までの高さ(液面高さ)Lは、
L=Li+La …(9)
で表されるため、式(7)〜式(9)から、圧力センサ6からインクの液面までの高さ(液面高さ)Lが求められる。
The volume Si of the ink stored in the
Si = St-Sa (7)
The height Li from the bottom surface of the
Li = Si / A (8)
The height (liquid level height) L from the
L = Li + La (9)
Therefore, the height (liquid level height) L from the
なお、制御部10は、ステップS16で算出した液面高さにより、インクタンク3に貯留されているインクがニアエンド又は満タンである場合は、警報装置8から音声や映像などで警報する。
Note that, when the ink stored in the
次に、制御部10は、ステップS16で算出したインクの液面高さから、圧力センサ6の真の検出圧力を算出する(ステップS17)。オフセット誤差の無い圧力センサ6の真の検出圧力Pi1rは、
Pi1r=L*ρ …(10)
で表される。そこで、式(10)を用いて、ステップS16で算出した液面高さLと、インクの密度ρとを積算することで、圧力センサ6の真の検出圧力Pi1rが求められる。
Next, the
Pi1r = L * ρ (10)
It is represented by Therefore, the true detected pressure Pi1r of the
次に、制御部10は、ステップS10で算出した真の検出圧力から、圧力センサ6のオフセット補正を行う(ステップS18)。すなわち、ステップS13で検出した第一圧力Pi1と、ステップS17で算出した真の検出圧力Pi1rとの差がなくなるように、オフセット補正値を変える。具体的には、上部空間Sを大気開放し、圧力センサ6が検出する第一圧力Pi1が、ステップS18で算出した真の検出圧力Pi1rを示すように、圧力センサ6の表示をオフセット補正する。
Next, the
以上説明したように、本実施形態に係るインクジェットプリンタ1によれば、インクタンク3から供給されたインクがインクジェットヘッド2からインク液滴として吐出されるが、その際、圧力センサ6で検出した圧力に基づいてポンプユニット7による上部空間Sの負圧制御を行うことで、インクジェットヘッド2におけるインクを所定の負圧状態に維持することができる。このとき、上部空間Sを大気開放したときに圧力センサ6が検出した第一圧力と上部空間Sを大気開放状態から所定量の空気を送り込んだときに圧力センサ6が検出した第二圧力との圧力上昇値を算出すると、所定量の空気が増加したときの圧力上昇値は上部空間Sの体積に反比例するため、この圧力上昇値から上部空間Sの体積を算出することができる。これにより、圧力センサ6にゼロ点シフトが発生しても、上部空間Sの体積を正しく算出することができるため、インクタンク3の容量から算出した上部空間Sの体積を減算し、インクの液位を算出することで、圧力センサ6にゼロ点シフトが発生していても、インクタンク3内に液面センサなどの特別なセンサを設けることなく、インクの液位を算出することができる。
As described above, according to the
しかも、このように、圧力センサ6のゼロ点シフトの影響を受けずに求めたインクの液位に基づいて圧力センサ6が検出する正確な圧力を求めることができるため、部品点数の追加を最小限に抑えて、圧力センサ6のキャリブレーションを行うことができる。
In addition, since the accurate pressure detected by the
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、ポンプユニット7により上部空間Sに所定量の空気を送り込むことにより、大気開放状態から加圧されたときの圧力上昇値を求め、この圧力上昇値によりインクの液位を算出するものとしたが、ポンプユニット7により上部空間Sから所定量の空気を吸引することにより、大気開放状態から減圧されたときの圧力下降値を求め、この圧力下降値によりインクの液位を算出するものとしてもよい。
The preferred embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, a predetermined amount of air is sent to the upper space S by the
また、上記実施形態では、ポンプユニット7のポンプ71として定量ポンプを用い、上部空間Sに所定量の空気を送り込むものとして説明したが、定圧空気を送り出す定圧ポンプを用い、上部空間Sに定圧空気を送り込むものとしてもよい。この場合、上部空間Sの圧力上昇値を求める際は、上部空間Sを大気開放したときに圧力センサ6が検出した第一圧力と、負圧制御ユニットから所定時間だけ上部空間Sに定圧空気を送り込んだときに圧力センサ6が検出した第二の圧力とを比較することで、圧力上昇値を求める。上部空間Sの気圧がある程度高くなるまでは、上部空間Sに定圧空気を送り込む時間と圧力上昇値とが比例関係となり、所定時間だけ定圧空気が送り込まれたときの圧力上昇値は上部空間Sの体積に反比例するため、この求めた圧力上昇値に基づいて上部空間Sの体積を算出することができる。
In the above embodiment, the metering pump is used as the
また、上記実施形態では、供給流路4ほかに還元流路5を備え、インクをインクタンク3とインクジェットヘッド2との間で循環させるものとして説明したが、供給流路4のみを設け、インクタンク3からインクジェットヘッド2にインクが供給されるだけの1WAY方式としてもよい。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、算出されたインクの液位を用いて圧力センサ6のキャリブレーションを行うものとして説明したが、この算出されたインクの液位は、各種警報など、様々な用途に用いることができる。
In the above embodiment, the pressure level of the
そして、上記実施形態では、本発明の一例としてインクジェットプリンタについて説明したが、本発明を、食用オイルや接着剤などの高粘度液体を液滴として吐出する工業用液滴吐出装置などに適用してもよい。 In the above embodiment, the ink jet printer has been described as an example of the present invention. However, the present invention is applied to an industrial liquid droplet ejecting apparatus that ejects a high viscosity liquid such as edible oil or adhesive as liquid droplets. Also good.
1…インクジェットプリンタ、2…インクジェットヘッド、2a…共通インク流路、2b…ノズル、3…インクタンク、4…供給流路、5…還元流路、6…圧力センサ、7…ポンプユニット、8…警報装置、10…制御部、71…ポンプ、72…バルブ、73…バルブ、74…第一配管、75…第二配管、76…第三配管、77…第四配管、78…バルブ、S…上部空間。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記液滴吐出ヘッドに供給する液体を貯留する液体貯留容器と、
前記液滴吐出ヘッドに供給される液体の圧力を検出する圧力センサと、
前記液体貯留容器内における上部空間の圧力を調整する負圧制御ユニットと、
前記圧力センサで検出した圧力に基づいて前記負圧制御ユニットを駆動制御する制御部と、
を備える液体吐出装置であって、
前記制御部は、
前記負圧制御ユニットを駆動制御して前記上部空間を大気開放したときに前記圧力センサが検出した第一圧力を取得し、
前記負圧制御ユニットを駆動制御して前記上部空間を大気開放状態から圧力変動させたときに前記圧力センサが検出した第二圧力を取得し、
前記第一圧力に対する前記第二圧力の圧力変動値に基づいて前記上部空間の体積を算出し、前記上部空間の体積に基づいて液体の液位を算出することを特徴とする液体吐出装置。 A droplet discharge head for discharging droplets;
A liquid storage container for storing liquid to be supplied to the droplet discharge head;
A pressure sensor for detecting the pressure of the liquid supplied to the droplet discharge head;
A negative pressure control unit for adjusting the pressure of the upper space in the liquid storage container;
A control unit for driving and controlling the negative pressure control unit based on the pressure detected by the pressure sensor;
A liquid ejection device comprising:
The controller is
Obtaining the first pressure detected by the pressure sensor when the upper space is opened to the atmosphere by driving and controlling the negative pressure control unit;
Obtaining a second pressure detected by the pressure sensor when the negative pressure control unit is driven and controlled to change the pressure of the upper space from an open atmosphere;
The liquid ejecting apparatus, wherein the volume of the upper space is calculated based on a pressure fluctuation value of the second pressure with respect to the first pressure, and the liquid level is calculated based on the volume of the upper space.
前記制御部は、前記第二圧力として、前記負圧制御ユニットから所定量の空気を前記上部空間に送り込んだときに前記圧力センサが検出した圧力を取得することを特徴とする請求項1に記載の液体吐出装置。 The negative pressure control unit includes a metering pump that sends out a predetermined amount of air,
The said control part acquires the pressure which the said pressure sensor detected when the predetermined amount of air was sent into the said upper space from the said negative pressure control unit as said 2nd pressure. Liquid discharge device.
前記制御部は、第二圧力として、前記負圧制御ユニットの駆動制御により所定圧力の空気を所定時間だけ前記上部空間に送り込んだときに前記圧力センサが検出した圧力を取得することを特徴とする請求項1に記載の液体吐出装置。 The negative pressure control unit is a constant pressure unit that sends out air of a predetermined pressure,
The control unit acquires, as the second pressure, a pressure detected by the pressure sensor when air of a predetermined pressure is sent into the upper space for a predetermined time by drive control of the negative pressure control unit. The liquid ejection device according to claim 1.
前記負圧制御ユニットを駆動制御して前記上部空間を大気開放したときに前記圧力センサが検出した第一圧力を取得する第一圧力取得ステップと、
前記負圧制御ユニットを駆動制御して前記上部空間を大気開放状態から圧力変動させたときに前記圧力センサが検出した第二圧力を取得する第二圧力取得ステップと、
前記第一圧力に対する前記第二圧力の圧力変動値に基づいて前記上部空間の体積を算出し、前記上部空間の体積に基づいて液体の液位を算出する液位算出ステップと、
を有することを特徴とする液位算出方法。 A droplet discharge head for discharging droplets, a liquid storage container for storing a liquid to be supplied to the droplet discharge head, a pressure sensor for detecting the pressure of the liquid supplied to the droplet discharge head, and the liquid A negative pressure control unit for adjusting the pressure in the storage container, and a liquid level calculation method in a liquid ejection device comprising:
A first pressure acquisition step of acquiring the first pressure detected by the pressure sensor when the negative pressure control unit is driven and controlled to open the upper space to the atmosphere;
A second pressure acquisition step of acquiring the second pressure detected by the pressure sensor when the negative pressure control unit is driven and controlled to change the pressure of the upper space from the open atmosphere;
A liquid level calculating step of calculating a volume of the upper space based on a pressure fluctuation value of the second pressure with respect to the first pressure, and calculating a liquid level of the liquid based on the volume of the upper space;
A liquid level calculation method characterized by comprising:
A calibration method comprising a calibration step of calibrating the pressure sensor based on the liquid level calculated according to any one of claims 5 to 7.
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