JP2011240563A - 液体吐出装置、及び、吐出検査方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】液体を吐出する複数のノズルと、複数のノズルにそれぞれ対応して設けられた複数の圧電素子と、各ノズルが1画素に液体を吐出する吐出周期ごとに繰り返される駆動信号であって、各吐出周期の中に複数の選択可能な期間が設けられるとともに、そのうち少なくとも1つが検査期間である駆動信号を生成する駆動信号生成部と、駆動信号を期間毎に選択的に複数の圧電素子に印加する選択部と、検査対象ノズルからの液体の吐出検査を行う吐出検査部と、を備え、選択部は、検査対象ノズルに対して検査期間の前の期間および検査期間を選択し、吐出検査部は、検査期間の前の期間に検査対象ノズルに対応する圧電素子が駆動信号によって駆動された後、検査期間に検査対象ノズルの吐出検査を行う。
【選択図】図17
Description
そこで本発明は、装置本体側からヘッド側への配線数の軽減を図ることを目的とする。
本発明の他の特徴については、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。
このような液体吐出装置によれば、装置本体側からヘッド側への配線数の軽減を図ることができる。
このような液体吐出装置によれば、さらに配線数の軽減を図ることができる。
このような液体吐出装置によれば、圧電素子を駆動させる期間にかかわらずに吐出検査を行うことができる。
このような液体吐出装置によれば、液体を吐出するか否かにかかわらずに吐出検査を行うことができる。
このような液体吐出装置によれば、吐出検査の精度を高めることができる。
このような液体吐出装置によれば、複数のノズルに対して吐出検査部が一つでよい。よって簡素な構成にすることができる。
このような液体吐出装置によれば、圧電素子を駆動させた後の残留振動に基づいて吐出検査を行うことができる。
図1は、本実施形態のプリンター1の全体構成のブロック図である。また、図2Aは、プリンター1の斜視図であり、図2Bは、プリンター1の横断面図である。以下、本実施形態のプリンター1の基本的な構成について説明する。
なお、ヘッドユニット40の詳細については後述する。
また、本実施形態のコントローラー60は、残留振動検出回路55の検出結果に基づいて、各ノズルの正常、異常を判定する処理も行う(後述する)。
フレキシブルケーブル71は、可撓性を有する配線であり、コントローラー60とヘッドユニット40との間で各種の信号を伝送する。
コントローラー60は、コンピューター110から印刷命令及び印刷データを受信すると、印刷データに含まれる各種コマンドの内容を解析し、各ユニットを用いて、以下の処理を行う。
上記の印刷処理は、前述したように、プリンター1に接続されたコンピューター110から印刷データが送信されることにより開始する。当該印刷データは、プリンタードライバーによる処理により生成される。以下、プリンタードライバーによる処理について、図3を参照しながら説明する。図3は、プリンタードライバーによる処理の説明図である。
解像度変換処理は、アプリケーションプログラムから出力された画像データ(テキストデータ、イメージデータなど)を、紙に印刷する際の解像度(印刷解像度)に変換する処理である。例えば、印刷解像度が720×720dpiに指定されている場合、アプリケーションプログラムから受け取ったベクター形式の画像データを720×720dpiの解像度のビットマップ形式の画像データに変換する。なお、解像度変換処理後の画像データの各画素データは、RGB色空間により表される多階調(例えば256階調)のRGBデータである。この階調値は、RGB画像データに基づいて定められるものであり、以下指令階調値ともいう。
図4は、駆動信号生成回路65の構成を示すブロック図である。駆動信号生成回路65は、波形メモリー651と、第1ラッチ回路652と、加算器653と、第2ラッチ回路654と、D/A変換器655と、電圧増幅部656と、電流増幅部657とを備えている。
第1ラッチ回路652は、前述した第1のクロック信号ACLKによって波形メモリー651から必要な波形形成用データDATAを読み出して一時的に保持(ラッチ)するものである。
加算器653は、第1ラッチ回路652の出力と後述する第2ラッチ回路654から出力される波形生成データWDATAとを加算する。
第2ラッチ回路654は、加算器653の加算出力を前述した第2のクロック信号BCLKによってラッチする。
D/A変換器655は、第2ラッチ回路654から出力される波形生成データWDATAをアナログ信号に変換する。
電圧増幅部656は、D/A変換器655から出力されるアナログ信号を電圧増幅する。
電流増幅部657は、電圧増幅部656の出力信号を電流増幅して駆動信号COMを出力する。
波形メモリー651は、図5に示すように、指示したアドレスに夫々数ビットずつのメモリー素子が配列され、アドレスA0〜A3と共に波形データDATAが記憶される。具体的には、波形メモリー651には、CPU62が指示したアドレスA0〜A3に対して、クロック信号WCLKと共に波形データDATAが入力され、書込みイネーブル信号DENの入力によってメモリー素子に波形データDATAが記憶される。
図7はヘッド41の下面(ノズル面)のノズル配置の一例を示す図である。
ヘッド41には、図7に示すように複数のノズルが配列されている。この図7の例では、4色のインク(Y:イエロー、M:マゼンダ、C:シアン、K:ブラック)を用いる場合のノズルの配列パターンを示しており、これらの色の組合せによりフルカラー印刷が可能となる。
各色についてn個(例えば180個)のノズルが設けられている。図ではY(イエロー)のノズル列の各ノズルに番号(Y(1)〜Y(n))を付している。
なお、本実施形態のヘッド41では圧電式アクチュエータ(いわゆるピエゾ方式)を用いており、各ノズルに対応して圧電式アクチュエータが備えられている。
ヘッド41は、図8に示すように、振動板421と、この振動板421を変位させる圧電式アクチュエータ422と、内部に液体であるインクが充填され且つ振動板421の変位により内部の圧力が増減されるキャビティ(圧力室)423と、このキャビティ423に連通し且つ当該キャビティ423内の圧力の増減によりインクを液滴として吐出するノズル424と、を少なくとも備えている。
各ノズル424に対応する圧電式アクチュエータ422に駆動信号COMを印加すると、その際の圧力変動後、キャビティ423内に残留振動(正確には、図8の振動板421の自由振動)が発生する。この残留振動の状態から各ノズル424の状態(キャビティ423内の状態を含む)を検出することが可能である。
図10は、振動板421の残留振動を想定した単振動の計算モデルを示す図である。
また、図12は、気泡混入と残留振動波形の関係の説明図である。図の横軸は時間を示し、縦軸は残留振動の大きさを示している。
例えば、気泡がインクの流路やノズル先端に混入した場合には、ノズル正常時に比べて、気泡が混入した分だけインク重量m(=イナータンス)が減少する。(2)式よりmが減少すると角速度ωが大きくなるので振動周期が短くなる(振動周波数が高くなる)。
図13は、残留振動検出回路55の構成の一例を示す回路図である。なお、本実施形態の残留振動検出回路55は、吐出検査部に相当し、本実施形態ではヘッド41の各ノズル(すなわち各圧電式アクチュエータ422)に対して共通に設けられている。
比較器57の非反転入力端子(+端子)には基準電圧Vrefが印加され、反転入力端子(−端子)には残留振動VaOUTが印加される。比較器57は、+端子の電圧(Vref)が−端子の電圧(VaOUT)よりも大きければHレベルを出力し、+端子の電圧(Vref)が−端子の電圧(VaOUT)よりも小さければLレベルを出力する。よって、図に示すように残留振動VaOUTの振動に応じたパルス(COMP出力)が出力される。本実施形態では、このパルス出力(COMP出力)のパルス周期(振動周期Tt)に基づいて、ノズル424の検査を行う。
図15は、ヘッドユニット40のヘッド制御部HCの構成の一例の説明図であり、図16は、各信号のタイミングの説明図である。
選択信号q0〜q3は、ラッチ信号LATとチャンネル信号CHに基づいて、制御ロジック64で生成される。そして生成された選択信号q0〜q3は、圧電式アクチュエータ422毎に設けられたデコーダー83にそれぞれ入力される。
スイッチ制御信号SWは、各ラッチ回路(第1ラッチ回路82A、第2ラッチ回路82B)にラッチされた画素データ(2ビット)に基づいて、選択信号q0〜q3の何れかがデコーダー83によって選択されたものである。各デコーダー83で生成されたスイッチ制御信号SWは、対応するスイッチ86にそれぞれ入力される。
印加信号は、駆動信号COMとスイッチ制御信号SWに基づいてスイッチ86から出力される。この印加信号は、各スイッチ86と対応する圧電式アクチュエータ422にそれぞれ印加される。
ヘッド制御部HCは、コントローラー60からの画素データSIに基づき、インクを吐出させるための制御を行う。すなわち、ヘッド制御部HCは、印刷データに基づいてスイッチ86のオン/オフを制御し、駆動信号COMの必要な部分(期間)を選択的に圧電式アクチュエータ422へ印加させている。言い換えると、ヘッド制御部HCは、各圧電式アクチュエータ422の駆動を制御している。本実施形態では、画素データSIが2ビットで構成されている。そして、転送用クロックSCKに同期して、この画素データSIがヘッド41へ送られてくる。さらに、画素データSIの上位ビット群が各第1シフトレジスタ81Aにセットされ、下位ビット群が各第2シフトレジスタ81Bにセットされる。第1シフトレジスタ81Aには第1ラッチ回路82Aが電気的に接続され、第2シフトレジスタ81Bには第2ラッチ回路82Bが電気的に接続されている。そして、コントローラー60からのラッチ信号LATがHレベルになると、各第1ラッチ回路82Aは対応する画素データSIの上位ビット(SIH)をラッチし、各第2ラッチ回路82Bは画素データSIの下位ビット(SIL)をラッチする。第1ラッチ回路82A及び第2ラッチ回路82Bでラッチされた画素データSI(上位ビットと下位ビットの組)はそれぞれ、デコーダー83に入力される。デコーダー83は、第1ラッチ回路82A及び第2ラッチ回路82Bにラッチされた画素データSIに応じて、制御ロジック84から出力される選択信号q0〜q3のうちの一つの選択信号(例えば選択信号q1)を選択し、選択された選択信号をスイッチ制御信号SWとして出力する。各スイッチ86は、スイッチ制御信号SWに応じてオン/オフされて、駆動信号COMの必要な部分(期間)を選択的に圧電式アクチュエータ422へ印加する。
図17は、駆動信号COMと画素データSIとの関係を示す図である。
まず、画素データSIが[00]の場合について説明する。画素データ[00]がラッチされている場合、スイッチ制御信号SWとして選択信号q0が出力される。これにより、駆動期間1においてスイッチ86がオン状態(接続)になり、それ以外の期間にはスイッチ86がオフ状態(未接続)になる。この結果、駆動信号COMの波形1が圧電式アクチュエータ422へ印加される。この場合、ノズル424からはインク滴は吐出されないが、圧電式アクチュエータ422の駆動によってインクが微振動し、圧力室内のインクが攪拌される。なお、この場合ノズル検査は行われない。
図18は、印刷時のノズル検査の適用例を示す図である。
なお、図では説明の簡略化のため、複数のノズル列のうちの一つのノズル列のみを示し、さらにノズル列のノズル424(以下、単にノズルともいう)の数を5つにしている。また、図18のノズルよりも右側の格子状の図は、或るパスにおける印刷データを示しており、各格子は画素と対応している。図において、搬送方向の各列(D1列〜D12列)に並ぶデータ(画素)は、それぞれノズル列のノズルと対応している。なお、図の格子内に数字があるのは、ノズル検査を行うデータを示しており、この数字はノズル番号と対応している。また、図の斜線はインクを吐出しないデータを示し、丸印はインクを吐出するデータを示している。
図19は、フラッシング時のノズル検査の適用例を示す図である。
なお、フラッシングとは、ノズルの吐出能力を回復させるため。各ノズルから連続的にインクを吐出させる動作のことである。
つまり、フラッシングでは、図の丸印に示すように全ノズルに対しインクの吐出動作を行う。そして、数字(ノズル番号)のあるところではノズル検査を行う。例えば、D1列では、ノズル#1のノズル検査を行ない、D2列ではノズル#2のノズル検査を行なう。また、D3列ではノズル#3のノズル検査を行なう。
図では、各ノズル(#1〜#5)の検査が二巡したところで、ノズル検査結果が正常になったとしてフラッシングを停止している。
図20および図21は、本実施形態のノズル検査の処理の一例を示すフロー図である。
なお、図20は印刷時のフローを示しており、図21はフラッシング時のフローを示している。
さらに、検査期間において、コントローラー60は残留振動検出回路55へのゲート信号DSELをLレベルとし、残留振動検出回路55のトランジスタQをオフにする。これにより、残留振動検出回路55に圧電式アクチュエータ422の起電力が取り込まれ、残留振動検出回路55から残留振動に応じたパルスPOUTが出力される。
また、ステップS113で印刷終了であると判断した場合(S113でY)、増粘フラグが無いかの判断を行う(S116)。
増粘フラグが無ければ(S116でY)、処理を終了する。増粘フラグがあれば(S116でN)、図21に示すフロー(フラッシング)を実行する。
一実施形態としてのプリンター等を説明したが、上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは言うまでもない。特に、以下に述べる実施形態であっても、本発明に含まれるものである。
前述の実施形態では、液体吐出装置の一例としてインクジェットプリンターが説明されている。但し、液体吐出装置はインクジェットプリンターに限られるものではなく、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、ジェルのような流状体)を吐出したりする液体吐出装置に具現化することもできる。例えば、カラーフィルタ製造装置、染色装置、微細加工装置、半導体製造装置、表面加工装置、三次元造形機、気体気化装置、有機EL製造装置(特に高分子EL製造装置)、ディスプレイ製造装置、成膜装置、DNAチップ製造装置などのインクジェット技術を応用した各種の装置に、上述の実施形態と同様の技術を適用してもよい。また、これらの方法や製造方法も応用範囲の範疇である。
前述の実施形態は、プリンターの実施形態だったので、インクをノズルから吐出しているが、このインクは水性でも良いし、油性でも良い。また、ノズルから吐出する液体は、インクに限られるものではない。例えば、金属材料、有機材料(特に高分子材料)、磁性材料、導電性材料、配線材料、成膜材料、電子インク、加工液、遺伝子溶液などを含む液体(水も含む)をノズルから吐出しても良い。
本実施形態では駆動信号COMの繰り返し周期T内に2つの駆動波形(波形1、波形2)と2つの検査期間が設けられていたが、これには限定されない。例えば、繰り返し周期T内に駆動波形と検査期間がそれぞれ1つでもよいし3つ以上でもよい。なお、検査期間は繰り返し周期T内に少なくとも1つあればよい。この場合、検査期間は駆動波形の後に設けられていればよい。
前述の実施形態によれば、コンピューター110側のプリンタードライバーが印刷データの生成を行っていたが、これには限られない。例えば、本実施形態の印刷データの生成を行うのに必要な機能を実現するためのプログラムがプリンター1のメモリー等の各種記憶部に格納されているのであれば、プリンター1が前述の処理を行うことが可能である。また、プリンタードライバーでドットの形成の有無を示す印刷データ(1ビットデータ)を生成し、プリンター1側で印刷データに検査対象ノズルを示すデータを割付けして2ビットデータにするようにしてもよい。
本実施形態では複数のノズル(複数の圧電アクチュエータ422)に対して、共通の残留振動検出回路55を設けていたが、これには限らない。
同図では、各圧電アクチュエータ422のグランド端に残留振動検出回路55がそれぞれ設けられている。この場合、各残留振動検出回路55内のトランジスタQ(図13参照)のオンオフの制御(ゲート信号DSELの制御)により、各圧電アクチュエータ422のグランド端を接地することと、各圧電式アクチュエータ422の起電力を残留振動検出回路55に取出すことを切り替えることができる。
このような構成の場合においても、駆動信号COMの繰り返し周期Tの中に複数の選択可能な期間を設けるとともに、その中に少なくとも一つの検査期間を設け、検査対象ノズルについては、検査期間を選択するようにすることで、コントローラー60からヘッド制御部HC側への配線数の軽減を図ることができる。
さらに、画素データSIのデコードに基づいて、ドット形成の有無を示す情報とノズル検査の有無を示す情報を取得することで、さらに配線数の軽減を図ることができる。
前述の実施形態では、印刷時とフラッシング時にノズル検査を行っているが、これには限られず、何れか一方においてノズル検査を行うようにしてもよい。なお、フラッシング時にノズル検査を行なう場合、本実施形態のように各ノズルについて正常である結果が得られたらフラッシングの途中(すなわち巡回数制限に達する前)でフラッシングを終了するようにすると、フラッシングによるインクの消費の低減を図ることができる。
20 搬送ユニット、21 給紙ローラー、22 搬送モーター、
23 搬送ローラー、24 プラテン、25 排紙ローラー、
30 キャリッジユニット、31 キャリッジ、
40 ヘッドユニット、
50 検出器群、51 リニア式エンコーダー、52 ロータリー式エンコーダー、
53 紙検出センサー、54 光学センサー、55 残留振動検出回路、
56 交流増幅器、57 比較器、
60 コントローラー、61 インターフェイス部、62 CPU、
63 メモリー、64 ユニット制御回路、65 駆動信号生成回路、
71 フレキシブルケーブル、
81A 第1シフトレジスタ、81B 第2シフトレジスタ、
82A 第1ラッチ回路、82B 第2ラッチ回路、
83 デコーダー、84 制御ロジック、86 スイッチ、
421 振動板、422 圧電式アクチュエータ、423 キャビティ、
424 ノズル、425 ノズル基板、426 キャビティ基板、
427 圧電素子、428 リザーバ、429 インク供給チューブ、
430 中間層、431 第1電極、432 第2電極、
651 波形メモリー、652 第1ラッチ回路、653 加算器、
654 第2ラッチ回路、655 D/A変換器、
656 電圧増幅部、657 電流増幅部
Claims (8)
- 液体を吐出する複数のノズルと、
前記複数のノズルにそれぞれ対応して設けられた複数の圧電素子と、
各ノズルが1画素に液体を吐出する吐出周期ごとに繰り返される駆動信号であって、各吐出周期の中に複数の選択可能な期間が設けられるとともに、そのうち少なくとも1つが検査期間である駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
前記駆動信号を期間毎に選択的に前記複数の圧電素子に印加する選択部と、
検査対象ノズルからの液体の吐出検査を行う吐出検査部と、
を備え、
前記選択部は、前記検査対象ノズルに対して前記検査期間の前の期間および前記検査期間を選択し、
前記吐出検査部は、前記検査期間の前の期間に前記検査対象ノズルに対応する前記圧電素子が前記駆動信号によって駆動された後、前記検査期間に前記検査対象ノズルの吐出検査を行う、
ことを特徴とする液体噴射装置。 - 請求項1に記載の液体吐出装置であって、
各画素にドットを形成するか否かを示すデータ信号が、前記駆動信号の駆動波形の選択情報と、前記検査期間の選択情報とを含むように変換される、
ことを特徴とする液体吐出装置。 - 請求項2に記載の液体吐出装置であって、
前記駆動波形毎に前記検査期間がそれぞれ設けられている
ことを特徴とする液体吐出装置。 - 請求項2または3に記載の液体吐出装置であって、
前記駆動波形は、前記ノズルから液体を吐出しない微振動用の波形を含むことを特徴とする液体吐出装置。 - 請求項4に記載の液体吐出装置であって、
前記駆動波形毎に検査基準が異なる、
ことを特徴とする液体吐出装置。 - 請求項1〜5のいずれかに記載の液体吐出装置であって、
前記選択部は、
前記複数の圧電素子毎に設けられた複数の第1スイッチであって、各圧電素子の一端への前記駆動信号の印加、非印加を切り替える複数の第1スイッチと、
前記複数の圧電素子に対して共通に設けられた第2スイッチであって、前記複数の圧電素子の他端に所定電圧を印加することと、前記複数の圧電素子の他端の電圧を前記吐出検査部に出力することとを切り替える第2スイッチと、
を有し、
前記検査期間の前の期間では、少なくとも前記検査対象ノズルに対応する前記圧電素子の一端に前記駆動信号が印加されるとともに、前記複数の圧電素子の他端に前記所定電圧が印加され、
前記検査期間では、前記駆動信号は一定であり、且つ、前記検査対象ノズルに対応する前記圧電素子の一端に前記駆動信号が印加されるとともに、非検査対象ノズルに対応する前記圧電素子の一端に前記駆動信号が印加されず、さらに、前記複数の圧電素子の他端の電圧は前記吐出検査部に出力される、
ことを特徴とする液体吐出装置。 - 請求項6に記載の液体吐出装置であって、
前記第2スイッチはトランジスタであり、
前記吐出検査部は、
前記圧電素子を前記駆動信号によって駆動した後の残留振動の交流成分を増幅する交流増幅回路と、
前記交流増幅回路の出力と基準電圧とを比較する比較回路と、
前記第2スイッチの制御電極への制御信号と前記比較回路の出力との論理演算を行う論理回路と、
を有することを特徴とする液体吐出装置。 - 液体を吐出する複数のノズルと、前記複数のノズルにそれぞれ対応して設けられた複数の圧電素子と、ノズルからの液体の吐出検査を行う吐出検査部とを備えた液体吐出装置の吐出検査方法であって、
各ノズルが1画素に液体を吐出する吐出周期ごとに繰り返される駆動信号であって、各吐出周期の中に複数の選択可能な期間が設けられるとともに、そのうち少なくとも1つが検査期間である駆動信号を生成することと、
前記検査期間の前の期間に、前記駆動信号を前記検査対象ノズルに対応する前記圧電素子に印加することと、
前記検査期間に、前記駆動信号が印加された後の前記圧電素子に基づいて、前記検査対象のノズルの吐出検査を行うことと、
を有することを特徴とする吐出検査方法。
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