JP2015136877A - 液体吐出装置、および液体吐出状態検出方法 - Google Patents

液体吐出装置、および液体吐出状態検出方法 Download PDF

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Abstract

【課題】液体の吐出状態がより適確に検出できる検出手段を備えることにより、安定稼動を可能とした液体吐出装置を提供する。【解決手段】インクジェットプリンター100は、圧電素子76が振動させる振動板75の振動に応じてキャビティ70の容積が変化することにより、キャビティ70に充填されるインクをキャビティ70に連通するノズル71から吐出する吐出ヘッド11と、圧電素子76を駆動するヘッドドライバー11dと、吐出ヘッド11の状態を検出する検出部40と、を備え、検出部40は、圧電素子76が駆動を停止した後の所定の時間以内に吐出ヘッド11の状態を検出する。【選択図】図2

Description

本発明は、液体吐出装置、および液体吐出状態検出方法に関する。
記録装置としてのインクジェット式プリンターは、その技術革新が進み、様々な記録(印刷)媒体に対して様々な形態の記録(印刷)が可能になった。その結果、ポスター、看板、販促物、包装紙などの作成に対応する商業用途向けの中型プリンターや、製品の生産ラインに組み込む工業用途向けの大型プリンターなどに盛んに用いられるようになった。それに伴って、これらのプリンターには、高品質な記録(印刷)を長時間に亘って安定して行うことができる、より高い信頼性が求められるようになった。
これに対して、例えば、特許文献1には、インク吐出特性をより効率的に維持できるようにすることを目的として、記録ヘッドからインク排出動作が行われてからの経過時間を測定し、経過時間が閾値時間間隔を超えた場合に、検出手段によって記録ヘッドの吐出状態を検出し、吐出状態が不良であることを検出したときは、回復手段によって記録ヘッドの回復動作を行わせるインクジェット記録装置が記載されている。
特開2008−188840号公報
しかしながら、特許文献1に記載のインクジェット記録装置では、経過時間が閾値時間間隔を超えた場合に行う吐出状態の検査において、検査を実施するタイミングによっては、吐出異常を検出できない場合があるという問題があった。具体的には、例えば、吐出ヘッド(キャビティ)内に含まれる気泡によって吐出異常が発生していたにもかかわらず、検査手段が検査を行うタイミングまでのわずかな時間に、原因となった気泡が消失、あるいは検出限界以下の大きさになってしまい、吐出異常が検出されない場合などがあった。すなわち、印刷を停止してから検査を開始するまでの時間が長いと、吐出ヘッドの状態を適確に検出することができないという課題があった。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の適用例または形態として実現することが可能である。
[適用例1] 本適用例に係る液体吐出装置は、圧電素子が振動させる振動板の振動に応じてキャビティの容積が変化することにより、前記キャビティに充填される液体を前記キャビティに連通するノズルから吐出する吐出部と、前記圧電素子を駆動する駆動部と、前記吐出部の状態を検出する検出部と、を備え、前記検出部は、前記圧電素子が駆動を停止した後の所定の時間以内に前記吐出部の状態を検出することを特徴とする。
本適用例によれば、圧電素子が駆動を停止した後の所定の時間以内に吐出部の状態を検出するため、例えば、圧電素子が駆動している間に吐出部において何らかの不具合が発生していた場合に、その不具合の状況が変化する一定の範囲内において状態を検出することができる。その結果、より適確に吐出部の状態を検出することが可能となる。
[適用例2] 上記適用例に係る液体吐出装置において、前記所定の時間は、前記駆動部が前記圧電素子を駆動している間に前記キャビティに含まれる気泡の体積が、前記圧電素子が駆動を停止した後に半減する時間であることを特徴とする。
本適用例によれば、吐出部に発生した異常を、その状態が消失する以前に適確に検出することができる。
[適用例3] 本適用例に係る液体吐出装置は、圧電素子が振動させる振動板の振動に応じてキャビティの容積が変化することにより、前記キャビティに充填される液体を前記キャビティに連通するノズルから吐出する吐出部と、前記圧電素子を駆動する駆動部と、前記吐出部の状態を検出する検出部と、を備え、前記検出部は、前記吐出部が前記液体を吐出した後の所定の時間以内に前記吐出部の状態を検出することを特徴とする。
本適用例によれば、吐出部が液体を吐出した後の所定の時間以内に吐出部の状態を検出するため、例えば、吐出部が液体を吐出している間に吐出部において何らかの不具合が発生していた場合に、その不具合の状況が変化する一定の範囲内において状態を検出することができる。その結果、より適確に吐出部の状態を検出することが可能となる。
[適用例4] 上記適用例に係る液体吐出装置において、前記所定の時間は、前記吐出部が前記液体を吐出している間に前記キャビティに含まれる気泡の体積が、前記吐出部が前記液体を吐出した後に半減する時間であることを特徴とする。
本適用例によれば、吐出部に発生した異常を、その状態が消失する以前に適確に検出することができる。
[適用例5] 上記適用例に係る液体吐出装置において、前記所定の時間が30秒間であることが好ましい。
本適用例のように、圧電素子が駆動を停止した後、あるいは吐出部が液体を吐出した後の30秒間以内に検出部が吐出部の状態を検出することで、吐出部に発生した異常が消失してしまう前にその状態を検出しやすくなるため、より適確に吐出部の状態を検出することができる。
[適用例6] 上記適用例に係る液体吐出装置において、前記検出部は、前記振動板の残留振動に基づいて前記吐出部の状態を検出することを特徴とする。
本適用例によれば、振動板の残留振動を観測することで、簡便にキャビティ内に含まれる気泡の程度を推量することができる。振動板の残留振動を観測することで、圧電素子が駆動を停止した後、あるいは吐出部が液体を吐出した後の所定の時間以内の吐出部の状態(特に気泡の影響による状態)の検出をより簡便に行うことができる。
[適用例7] 上記適用例に係る液体吐出装置において、記録媒体を移動させる記録媒体移動部を備え、前記検出部は、前記記録媒体移動部が前記記録媒体を移動させている間に前記吐出部の状態の検出を開始することを特徴とする。
本適用例によれば、液体吐出装置は、記録媒体の移動が完了する前に吐出部の状態の検出を開始するため、吐出部に発生した異常が消失してしまう前にその状態を検出しやすくすることができる。
[適用例8] 上記適用例に係る液体吐出装置において、前記吐出部は、前記液体が吐出される記録媒体に前記液体を吐出する第1領域と、前記記録媒体に前記液体を吐出しない第2領域との間を移動可能であり、前記検出部は、前記吐出部が前記第1領域に位置する間に前記吐出部の状態の検出を開始することを特徴とする。
本適用例によれば、吐出部が第1領域で液体を吐出した後、第1領域で吐出部の状態の検出を開始するため、吐出部に発生した異常が消失してしまう前にその状態を検出しやすくすることができる。
[適用例9] 上記適用例に係る液体吐出装置において、前記吐出部を移動させる吐出部移動部を備え、前記検出部は、前記吐出部移動部が前記吐出部を移動させている間に前記吐出部の状態の検出を開始することを特徴とする。
本適用例によれば、吐出部の移動が完了する前に吐出部の状態の検出を開始するため、吐出部に発生した異常が消失してしまう前にその状態を検出しやすくすることができる。
[適用例10] 本適用例に係る液体吐出状態検出方法は、圧電素子が振動させる振動板の振動に応じてキャビティの容積が変化することにより、前記キャビティに充填される液体を前記キャビティに連通するノズルから吐出する吐出部と、前記圧電素子を駆動する駆動部と、を備える液体吐出装置の前記吐出部の状態を検出する液体吐出状態検出方法であって、前記圧電素子が駆動を停止した後の所定の時間以内に前記吐出部の状態を検出することを特徴とする。
本適用例の液体吐出状態検出方法では、圧電素子が駆動を停止した後の所定の時間以内に吐出部の状態を検出するため、例えば、圧電素子が駆動している間に吐出部において何らかの不具合が発生していた場合に、その不具合の状況が変化する一定の範囲内において状態を検出することができる。その結果、より適確に吐出部の状態を検出することが可能となる。
[適用例11] 本適用例に係る液体吐出状態検出方法は、圧電素子が振動させる振動板の振動に応じてキャビティの容積が変化することにより、前記キャビティに充填される液体を前記キャビティに連通するノズルから吐出する吐出部と、前記圧電素子を駆動する駆動部と、を備える液体吐出装置の前記吐出部の状態を検出する液体吐出状態検出方法であって、前記吐出部が前記液体を吐出した後の所定の時間以内に前記吐出部の状態を検出することを特徴とする。
本適用例の液体吐出状態検出方法では、吐出部が液体を吐出した後の所定の時間以内に吐出部の状態を検出するため、例えば、圧電素子が駆動している間に吐出部において何らかの不具合が発生していた場合に、その不具合の状況が変化する一定の範囲内において状態を検出することができる。その結果、より適確に吐出部の状態を検出することが可能となる。
(a)実施形態1に係る液体吐出装置を模式的に示す正面図、(b)同側面図 実施形態1に係る液体吐出装置のブロック図 (a)吐出部(吐出ヘッド)を模式的に示す断面図、(b)同平面図 ヘッドユニットの一例を示す平面図 吐出部(吐出ヘッド)およびインク供給路を示す概略図 振動板の残留振動を想定した単振動の等価回路図 正常時と気泡混入時の残留振動の波形を比較したグラフ キャビティ内に気泡が混入した状態を示す概念図 検出部のブロック図 残留振動検出部の一例を示す回路図 気泡が時間と共に消失したときの残存率のグラフ 気泡の径と残存時間の関係を示すグラフ 変形例1のヘッドユニットの一例を示す平面図
以下に本発明を具体化した実施形態について、図面を参照して説明する。以下は、本発明の一実施形態であって、本発明を限定するものではない。なお、以下の各図においては、説明を分かりやすくするため、実際とは異なる尺度で記載している場合がある。
(実施形態1)
図1(a)は、実施形態1に係る液体吐出装置としてのインクジェットプリンター100を模式的に示す正面図、図1(b)は、同側面図である。
図1(a),(b)において、Z軸方向が上下方向、−Z方向が下方向、Y軸方向が前後方向、+Y方向が手前方向、X軸方向が左右方向、+X方向が左方向、X−Y平面が、インクジェットプリンター100が設置される床Fと平行な面としている。
インクジェットプリンター100は「液体」としてのインク1を吐出することで、「記録媒体」としてのロール状に巻かれた状態で供給されるロール紙2に画像を記録するインクジェット式プリンターであり、記録部10、供給部20、収納部30、検出部40、制御部50などから構成されている。
インク1には、例えば、紫外線を照射することにより硬化させることができる紫外線硬化型インクを使用している。インクジェットプリンター100には、インク1を硬化(あるいは仮硬化)させるための紫外線照射手段を備えるが、紫外線照射手段についての説明は省略する。
記録部10は、制御部50が備える画像情報に応じて、ロール紙2に画像を形成(記録)する部分であり、ロール紙2の表面にインク1を吐出する「吐出部」としての吐出ヘッド11、吐出ヘッド11を駆動する「駆動部」としてのヘッドドライバー11d、ヘッド移動機構12、「記録媒体移動部」としての駆動ローラー13、インクタンク14などを備えている。
吐出ヘッド11は、吐出するインク1の種類毎に複数設けられ、共通のインク1を吐出する複数の吐出ヘッド11により1つのヘッドユニット19(後述)が構成される。インク1の種類としては、例えば、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック、クリアなどを用いる。従って、この場合、5つのヘッドユニット19により吐出部が構成される。吐出ヘッド11(ヘッドユニット19)は、ロール紙2の幅方向に固定して配列されており、所謂ラインヘッド式のプリンターを構成している。吐出ヘッド11の構成については後述する。
ヘッド移動機構12は、図1(b)に示すように、吐出ヘッド11(ヘッドユニット19)を、第1領域と第1領域からY方向に外れた第2領域との間を、制御部50の制御の下に、移動可能に支持している。
第1領域は、搬送経路に支持されるロール紙2の上方に位置し、吐出ヘッド11によってロール紙2にインク1が吐出され、画像が形成される領域である。
第2領域は、第1領域のY側に位置し、フラッシングなどの吐出クリーニングやメンテナンスを行う領域である。第2領域は、吐出ヘッド11から吐出されるインク1を受けて回収するインク回収部15が設けられている。
駆動ローラー13は、制御部50の制御の下に、画像の形成に伴って駆動される駆動モーター(図示省略)により回転してロール紙2を−X方向の搬送方向(第1方向)に搬送(移動)する。駆動ローラー13は、インク1が吐出されているときや、インク1が吐出されていないときにロール紙2を移動させる。
インクタンク14は、インク1を貯留している。インクタンク14に貯留されるインク1は、インク供給路80(後述)によって、吐出ヘッド11に供給される。インクタンク14および連通するインク供給路80は、インク1の種類毎に独立して設けられている。
供給部20は、記録前のロール紙2を収容する記録媒体供給部であり、ロール紙2の搬送経路において記録部10の上流側に位置し、ロール紙2を装填する繰出しリール21などを備えている。繰出しリール21は、繰出しモーター(図示省略)により回転して、ロール紙2を供給部20の下流側に配置される記録部10に向けて繰り出す。
収納部30は、記録後のロール紙2を巻き取り収納する記録媒体収納部であり、ロール紙2の搬送経路において記録部10の下流側に位置し、ロール紙2を巻き取る巻取りリール31などを備えている。巻取りリール31は、巻取モーター(図示省略)により回転して、収納部30の上流側に配置される記録部10を経て送られてきたロール紙2を巻き取る。
なお、記録媒体は、ロール紙2を例に説明しているが、単票式の記録媒体であっても良い。単票式の記録媒体を対象とする場合には、記録媒体供給部は、記録媒体を記録部10へ毎葉に供給するためのセパレーターを含む供給機構を備える。また、記録媒体収納部は、記録後に記録部10から排出される記録媒体を収納する収納トレーなどを備える。
図2は、インクジェットプリンター100のブロック図である。
検出部40は、吐出ヘッド11におけるインク1の状態を検出(観測)することで、吐出状態を検出する部分であり、制御部50によって制御される。検出部40の詳細については後述する。
制御部50は、インクジェットプリンター100の集中制御を行う制御ユニットであり、演算ユニット(CPU)、外部装置との通信インターフェース(I/F)、記憶部、タイマーなどを有し、ロール紙2の搬送制御、画像形成のための記録制御、吐出ヘッド11へのインク供給制御、吐出ヘッド11の状態の検出制御、吐出ヘッド11のヘッド移動制御などを行う。
制御部50は、通信インターフェース(I/F)を介し、予め、パーソナルコンピューターや画像処理装置などの外部装置から記録する画像情報を受信し、記憶部に記憶しておく。
搬送制御は、前述した繰出しモーターや巻取モーターなどを含む搬送経路内の各種搬送モーターやロール紙2の位置決め機構や保持機構(図示省略)の制御などを行う。
記録制御は、画像形成のための制御であり、画像情報に基づき、駆動ローラー13の制御と同期して吐出ヘッド11に対してインク1の吐出制御を行う。
インク供給制御は、インク供給路80内のインク1を圧送するポンプ17の駆動制御や、インク供給路80内のインク1の圧力制御を行うポンプ18の制御などを行う。
ヘッド移動制御は、吐出ヘッド11(ヘッドユニット19)のメンテナンスなどを行うための移動に対する制御であり、第1領域と第2領域との間で吐出ヘッド11(ヘッドユニット19)を移動させるためのヘッド移動機構12の制御を行う。
検出制御は、吐出ヘッド11の状態を検出する検出部40の制御を行う。
図3(a)は、「吐出部」としての吐出ヘッド11を模式的に示す断面図、図3(b)は、同平面図である。図3(a)は、図3(b)のE−E断面図、図3(b)は、図3(a)の下面(−Z方向)から見た平面図である。
吐出ヘッド11は、インク1の吐出系として、インク1が充填される複数のキャビティ70、キャビティ70の一方の端部下方に連通しキャビティ70に充填されたインク1を吐出するノズル71、複数のノズル71が形成されたノズル基板72、複数のキャビティ70を形成するキャビティ基板73、キャビティ70の天井部を構成する振動板75、振動板を振動させる圧電素子76、振動板75と圧電素子76とを接合する接合板77、ヘッド基体90などを備えている。
また、吐出ヘッド11は、キャビティ70へのインク1の供給系として、キャビティ70の他方の端部に連通する連通路81、複数の連通路81にインク1を供給するマニホールド82、マニホールド82にインク1を循環供給するインク導入路83、マニホールドからインク1を循環排出するインク排出路84などを備えている。
キャビティ70は、インク1をノズル71からインク滴として吐出させるための圧力室である。キャビティ70は、X軸方向に延在する略直方体の空洞であり、キャビティ基板73によってY軸方向に並ぶように複数形成されている。キャビティ70の+X側の端部は、−Z方向に延出し、ノズル71が連通する一方の端部下方領域を形成している。
ノズル71は、X―Y平面に延在するノズル基板72にY軸方向に並ぶ複数の貫通孔として形成されており、ノズル71が形成されたノズル基板72の領域が同じピッチで並ぶキャビティ70の一方の端部下方に当接することで、キャビティ70とノズル71とを連通させている。
振動板75は、キャビティ70の天井部を構成するように、キャビティ基板73とヘッド基体90とに挟持されている。
圧電素子76は、制御部50の記録制御に従って駆動制御されるヘッドドライバー11dによって駆動する。圧電素子76は、ヘッド基体90に収納され、その上端領域がヘッド基体90に固定されている。圧電素子76の下端は、接合板77を介して振動板75に接合されている。
吐出ヘッド11は、圧電素子76が振動させる振動板75の振動に応じてキャビティ70の容積が変化することにより、キャビティ70に充填されるインク1をキャビティ70に連通するノズル71から吐出する。
図4は、ヘッドユニット19の一例を示す平面図であり、ヘッドユニット19をその下面から見た様子を示している。
ヘッドユニット19は、複数の吐出ヘッド11を備えている。複数の吐出ヘッド11は、図4に示されるように、千鳥状に配置され、ロール紙2の全幅方向に亘ってインク1を吐出することができるようになっている。また、各吐出ヘッド11には2列のノズル71の列が千鳥状に形成されて居る。これにより、ロール紙2の幅方向(ロール紙2の搬送方向と交差する方向)について、例えば、720dpiのノズルピッチを実現している。
図5は、吐出ヘッド11およびインク供給路80を示す概略図である。
インク供給路80は、複数のキャビティ70にインク1を供給する供給路であり、インクタンク14からマニホールド82(インク導入路83)までの往路80aとマニホールド82(インク排出路84)からインクタンク14までの帰路80bとを有する循環経路で構成されている。また、往路80aには、インク供給路80内のインク1を圧送するポンプ17が備えられている。
ポンプ17は、制御部50の制御により、インク供給路80内のインク1を圧送する速度を変えることができる。
インクタンク14は、図5に示すように、内部にインク1を貯留しており、気泡が含まれない領域のインク1を往路80aに送り出すように構成されている。また、インクタンク14は、インク供給路80内のインク1の圧力制御を行うポンプ18を備えている。
ポンプ18は、制御部50の制御により、インク供給路80内のインク1の圧力を変えることができる。
インク1は、重合性化合物、光重合開始剤、顔料、分散剤、重合禁止剤、界面活性剤、添加剤などを含んでいる。
重合性化合物は、光重合開始剤の作用により紫外線が照射されると重合し、吐出付与(印刷)されたインク1を硬化させることができる。重合性化合物としては、従来公知の、単官能、2官能、および3官能以上の多官能といった種々のモノマーおよびオリゴマーが使用可能である。上記モノマーとしては、例えば、(メタ)アクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、イソクロトン酸およびマレイン酸等の不飽和カルボン酸やそれらの塩またはエステル、ウレタン、アミドおよびその無水物、アクリロニトリル、スチレン、種々の不飽和ポリエステル、不飽和ポリエーテル、不飽和ポリアミド、並びに不飽和ウレタンが挙げられる。また、上記オリゴマーとしては、例えば、直鎖アクリルオリゴマー等の上記のモノマーから形成されるオリゴマー、エポキシ(メタ)アクリレート、オキセタン(メタ)アクリレート、ビニルエーテル基含有(メタ)アクリレート、脂肪族ウレタン(メタ)アクリレート、芳香族ウレタン(メタ)アクリレートおよびポリエステル(メタ)アクリレートが挙げられる。
光重合開始剤は、紫外線の照射による光重合によって、記録(印刷)媒体の表面に存在するインク1を硬化させるために用いられる。光の中でも紫外線(UV)を用いることにより、安全性に優れ、且つ光源ランプのコストを抑えることができる。紫外線のエネルギーによって、ラジカルやカチオンなどの活性種を生成し、上記重合性化合物の重合を開始させるものであれば、制限はないが、光ラジカル重合開始剤や光カチオン重合開始剤を使用することができ、中でも光ラジカル重合開始剤を使用することが好ましい。ラジカル重合開始剤としては、例えば、芳香族ケトン類、アシルフォスフィンオキサイド化合物、芳香族オニウム塩化合物、有機過酸化物、チオ化合物(チオキサントン化合物、チオフェニル基含有化合物など)、ヘキサアリールビイミダゾール化合物、ケトオキシムエステル化合物、ボレート化合物、アジニウム化合物、メタロセン化合物、活性エステル化合物、炭素ハロゲン結合を有する化合物、およびアルキルアミン化合物が挙げられる。
顔料は、色材として無機顔料および有機顔料のいずれも使用することができる。
無機顔料としては、ファーネスブラック、ランプブラック、アセチレンブラック、チャネルブラック等のカーボンブラック(C.I.ピグメントブラック7)類、酸化鉄、酸化チタンを使用することができる。
有機顔料としては、不溶性アゾ顔料、縮合アゾ顔料、アゾレーキ、キレートアゾ顔料等のアゾ顔料、フタロシアニン顔料、ペリレンおよびペリノン顔料、アントラキノン顔料、キナクリドン顔料、ジオキサン顔料、チオインジゴ顔料、イソインドリノン顔料、キノフタロン顔料等の多環式顔料、染料キレート(例えば、塩基性染料型キレート、酸性染料型キレート等)、染色レーキ(塩基性染料型レーキ、酸性染料型レーキ)、ニトロ顔料、ニトロソ顔料、アニリンブラック、昼光蛍光顔料が挙げられる。
分散剤としては、特に限定されないが、例えば、高分子分散剤などの顔料分散液を調製するのに慣用されている分散剤が挙げられる。その具体例として、ポリオキシアルキレンポリアルキレンポリアミン、ビニル系ポリマーおよびコポリマー、アクリル系ポリマーおよびコポリマー、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリウレタン、アミノ系ポリマー、含珪素ポリマー、含硫黄ポリマー、含フッ素ポリマー、およびエポキシ樹脂のうち一種以上を主成分とするものが挙げられる。高分子分散剤の市販品として、味の素ファインテクノ社製のアジスパーシリーズ(商品名)、アビシア社(Avecia Co.)から入手可能なソルスパーズシリーズ(Solsperse32000,36000等〔以上、商品名〕)、BYKChemie社製のディスパービックシリーズ(商品名)、楠本化成社製のディスパロンシリーズ(商品名)が挙げられる。
重合禁止剤としては、例えばフェノール系重合禁止剤が挙げられる。フェノール系重合禁止剤として、以下に限定されないが、例えば、p−メトキシフェノール、クレゾール、t−ブチルカテコール、ジ−t−ブチルパラクレゾール、ヒドロキノンモノメチルエーテル、α−ナフトール、3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシトルエン、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール、2,2’−メチレン−ビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノール)、2,2’−メチレン−ビス(4−エチル−6−ブチルフェノール)、および4,4’−チオ−ビス(3−メチル−6−t−ブチルフェノール)が挙げられる。
界面活性剤としては、例えば、シリコーン系界面活性剤として、ポリエステル変性シリコーンやポリエーテル変性シリコーンを用いることができ、ポリエーテル変性ポリジメチルシロキサンまたはポリエステル変性ポリジメチルシロキサンを用いることが特に好ましい。スリップ剤の市販品としては、BYK−347、BYK−348、BYK−UV3500、3510、3530、3570(以上、BYK社製)を挙げることができる。
添加剤としては、例えば従来公知の、重合促進剤、浸透促進剤、および湿潤剤(保湿剤)、並びにその他の添加剤があり得る。その他の添加剤として、例えば従来公知の、定着剤、防黴剤、防腐剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、キレート剤、pH調整剤、および増粘剤が挙げられる。
以上のような構成のインクジェットプリンター100では、インク1の切れ、増粘、インク供給路80内やキャビティ70内における気泡の発生、ノズル71の目詰まりなどが原因となって、吐出ヘッド11からインク滴を正常に吐出できなくなり、その結果、記録画像のドット抜けなどにより記録品質を低下させてしまう場合がある。このような異常を検出するために、液体吐出状態の検査を行うことが必要になる。
インクジェットプリンター100では、液体吐出状態の検査を行う方法として、キャビティ70内の状態を観測する方法を用いている。各ノズル71に対応する圧電素子76がヘッドドライバー11dによって駆動され、振動板75がインク滴吐出のための移動(振動)を完了した後、キャビティ70内(振動板75)に振動が残留する。この残留振動の状態から各ノズル71やキャビティ70内の状態を検出する方法を用いている。
図6は、振動板75の残留振動を想定した単振動の等価回路図である。
Pは、キャビティ70内のインク1に与える圧力、mは、キャビティ70およびノズル71内のインク1のイナータンス、cは、振動板75のコンプライアンス、rは流路抵抗、uは、圧力Pを与えた時のステップ応答としての体積速度である。
振動板75の振動(移動)に対する自由振動(残留振動)は、下記数1に示す計算モデルで与えられる。
Figure 2015136877
キャビティ70内に気泡が含まれている場合を例に、その状態検出について説明する。
図7は、正常時と気泡混入時の残留振動の波形(残留波形)を比較したグラフである。グラフ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。また、図8は、キャビティ70内に気泡が混入した状態を示す概念図である。図8に示すように、キャビティ70内に気泡が混入した場合には、キャビティ70内を満たすインク1の総重量が減ることによりイナータンスmが低下し、また、気泡の径の大きさだけ流路抵抗rが低下するものと考えられる。
その結果、図7のグラフに示すように、キャビティ70内に気泡が混入した場合の残留波形は、正常時にくらべてその振動周波数(f2=1/T2)が高くなる。従って、振動板75の残留振動の周波数を観測することにより、キャビティ70内に混入する気体の程度を検出することができる。
図9は、検出部40を説明するブロック図である。
検出部40は、振動板75の残留振動を観測することでキャビティ70内の状態を検出する部分であり、残留振動検出部41、計測部42、判定部43などから構成されている。残留振動検出部41および計測部42は、個々のノズル71に対して共通に設けられている。
図10は、残留振動検出部41の一例を示す回路図である。
残留振動検出部41は、キャビティ70内のインク1の圧力変化が圧電素子76に伝達されることを利用して残留振動を検出する部分である。具体的には圧電素子76の機械的変位によって発生する起電力(起電圧)の変化を検出する。
残留振動検出部41は、トランジスターQと、交流増幅器411と、比較器412などを含み構成されている。
トランジスターQは、圧電素子76のグランド端(HGND印加側)を接地または開放するスイッチであり、そのゲート電圧(ゲート信号DSEL)は、制御部50によってコントロールされる。抵抗R3は、トランジスターQのオンオフの切り替わり時における急激な電圧変化を抑制するために設けられている。
交流増幅器411は、直流成分を除去するコンデンサーCと、基準電圧Vrefの電位を基準として抵抗R1、R2で決まる増幅率で反転増幅する演算器AMPとで構成されている。交流増幅器411は、圧電素子76に駆動信号のパルスを印加した後にグランド端を開放することで発生する残留振動の交流成分を増幅する。
比較器412は、増幅された残留振動VaOUTと基準電圧Vrefとを比較するコンパレータであり、残留振動に応じた周期のパルスPOUTを出力する。
ゲート信号DSELがハイレベルになるとトランジスターQがオンし、圧電素子76のグランド端が接地された状態になり、駆動信号が圧電素子76に供給される。逆に、トランジスターQのゲート電圧(ゲート信号DSEL)がローレベルになるとトランジスターQがオフし、圧電素子76の起電力が残留振動検出部41に伝達される。
残留振動検出部41は、残留振動による起電力信号を増幅した残留振動VaOUTに応じた周期のパルスPOUTを計測部42に出力する。
図9に戻り説明する。
計測部42は、残留振動に応じた周期のパルスPOUTの周期を計測し、計測値を判定部43に伝達するA/D変換部である。
判定部43は、制御部50の制御の下に残留振動の計測値を集計し評価することで、キャビティ70内の状態を検出する。具体的には、正常状態で得られる残留振動の周波数に比較して、所定の閾値を越えた周波数の残留振動が観測された場合のキャビティ70を異常として判定する。判定部43は、キャビティ70内の状態を検出した結果を制御部50に伝達する。
なお、判定部43の機能を制御部50内に設け、制御部50において、キャビティ70内の状態を評価する構成としても良い。つまり、計測部42の計測結果を制御部50に集約し、制御部50が残留振動の計測値を評価することで、キャビティ70内の状態を検出する構成であっても良い。
このように、検出部40によってキャビティ70における残留振動を観測することで、インク滴吐出の状態を検出することができるが、検出部40によって状態を観測するタイミングによっては、インクジェットプリンター100が稼動(インク滴を吐出してロール紙2に記録)している間に吐出異常が発生していたにもかかわらず、その状態が検出できない場合がある。キャビティ70に発生した気泡による吐出異常を例に具体的に説明すると、振動板75が振動を繰り返している状態では、キャビティ70内のインク1の圧力は増減を繰り返す。減圧状態においては、気泡が成長する場合があるため、その結果、内部に含まれる気泡は消失しにくい。従って、記録動作中にキャビティ70内に含まれる気泡は消失しにくく、吐出に影響を与える場合がある。また、記録動作を終了し、振動板75の振動が停止すると、気泡は徐々に消失していく傾向がある。従って、振動板75の振動が停止し、気泡が検出部40による検出の限界以下の大きさまで小さくなってしまった場合には、記録動作中に発生していた吐出異常の状態が検出されなくなる。したがって、印刷を停止してから検査を開始するまでの時間が所定の時間より長かった場合は、検査以前に印刷された印刷物の品質に問題があったか否かを正確に知ることができなくなってしまう。
本実施形態によるインクジェットプリンター100およびその液体吐出状態検出方法は、記録動作後の所定の時間内に吐出ヘッド11(キャビティ70)の状態検出を行うことにより、吐出に影響を与えた気泡が消失する(検出できない程度に小さくなる)前に状態検出を行うことで、吐出していた状態をより適確に把握できるようにしている。
以下、具体的に説明する。
<液体吐出状態検出のタイミング(所定の時間)>
図11は、インクジェットプリンター100において、記録動作中に吐出異常をきたすと考えられる大きさの気泡(つまり検出部40によって異常と検出すべき程度のキャビティ70に含まれる気泡)が時間(圧電素子76が駆動を停止した後の経過時間)と共に消失したときの残存率を評価しプロットしたグラフである。ここで、圧電素子76が駆動を停止した後とは、圧電素子76が液体の吐出のための駆動を停止した後のことを指す。したがって、前述した時間とは、吐出ヘッド11が液体の吐出を停止した後の経過時間とも換言できる。図11のグラフにおいて、縦軸が検出すべき気泡(吐出異常の原因となる気泡)の残存率であり、横軸が駆動停止(吐出停止)からの経過時間である。図11に示すように、経過時間15秒においては、略100%の気泡が残存しているが、60秒経過した段階では、20%に満たない気泡しか残存していない。
液体吐出状態の検出は、検出部40によって異常と検出すべき程度の気泡が残存し、確実に異常を検出できる所定の時間内に行うことが好ましく、インクジェットプリンター100は、制御部50の制御の下に、この所定の時間以内に検出部40によってキャビティ70の状態を検出するようにしている。具体的には、制御部50の制御の下に(制御部50が備えるタイマー(図2)によって)圧電素子76が駆動を停止した後の時間(つまり、吐出ヘッド11が液体を吐出した後の時間)を計測し、所定の時間が経過するまでのタイミングで、ヘッドドライバー11dが検出用駆動信号を圧電素子76に印加し、検出部40がその残留波形を観測し、残留波形の周波数を測定して判定を行う。
所定の時間は、具体的には、図11に示すように、略80%の気泡が残存する30秒間以内とすることが好ましく、更に、残存率が100%の15秒以下であることが好ましい。本実施形態のインクジェットプリンター100では、更にバラツキを考慮して、所定の時間を11秒間とし、11秒経過後に検出部40がその残留波形を観測し、残留波形の周波数を測定して判定を行っている。
<液体吐出状態の検出用駆動信号>
制御部50は、所定の時間が経過するまでのタイミングでヘッドドライバー11dを介して検査用駆動信号を圧電素子76に印加して振動板75を駆動させ、検出部40は、その残留振動を観測する。
検査用駆動信号には、吐出レベル信号と非吐出レベル信号とのいずれか、あるいはその両方を用いることができる。
吐出レベル信号は、圧電素子76の駆動によって、ノズル71からインク滴を吐出する程度の電位差および電位変化速度を有する信号である。具体的には、ロール紙2に対してインク滴を吐出し画像を記録する吐出動作に使われる駆動信号がこれに含まれる。つまり、検出部40による観測は、ロール紙2に対して画像を形成するためにインク滴を吐出している間(つまりは、記録動作中)あるいは、最後の吐出直後に行っても良い。但し、画像形成にかかわらないノズル71に対しても状態観測を行う場合には、ロール紙2上でインク滴の吐出を行うことができないため、検査用駆動信号は、以下に示す非吐出レベル信号で行う。
非吐出レベル信号は、ノズル71からインク滴を吐出しない程度の電位差および電位変化速度の信号である。検出部40による残留振動の観測のタイミングにおいて、記録媒体(ロール紙2)にインク滴を吐出させたくない場合に用いる。
<液体吐出状態の検出タイミング(検出場所)>
検出部40によってキャビティ70の状態を検出するタイミングは、上述した所定の時間以内である必要があり、そのため、インクジェットプリンター100は、第1領域(吐出ヘッド11によってロール紙2に画像が形成される領域)において、駆動ローラー13がロール紙2を移動させている間に吐出ヘッド11の状態の検出を開始することを特徴としている。つまり、所望の記録動作が完了した後にロール紙2を移動(紙送りや収納動作)する際に、ロール紙2の移動後に検出を開始すると所定の時間が経過してしまうおそれがあるため、その完了を待つことなく、検出を開始する。
また、必要なメンテナンスを行うために、記録動作を停止し、第2領域へ吐出ヘッド11を移動させる場合においても、第2領域への移動後に検出を開始すると所定の時間が経過してしまうおそれがあるため、その完了を待つことなく、第1領域において検出を開始する。
なお、検出を開始するまでの時間は、所定の時間以内であれば短いほど良いというものではなく、異常として検出する閾値と共に適切に設定することが好ましい。
図12は、気泡の径と残存時間の関係を示すグラフである。
図12に示すように、気泡の径が小さいほどその残存時間が短くなるため、より小さな気泡を検出したい場合には、検出のタイミングを早くする必要があるが、あまり早いタイミングで検査すると、無視しても良い程度に小さな気泡(図12の径φ1〜φ2の気泡)であっても、異常として検出してしまう場合がある。図12においてφ1は、検出限界の径、φ2は、検出すべき気泡の最小径である。この場合には、閾値を調整(検出感度を調整)することで適切な検出を行うようにすることができる。また、あるいは、閾値を変更せずに、検出のタイミングを遅くする(T1からT2とする)ことでも同様に適切な検出を行うようにすることができる。
以上述べたように、本実施形態による液体吐出装置、および液体供給路の状態検出方法によれば、以下の効果を得ることができる。
インクジェットプリンター100は、圧電素子76が振動させる振動板75の振動に応じてキャビティ70の容積が変化することにより、キャビティ70に充填されるインク1をキャビティ70に連通するノズル71から吐出する吐出ヘッド11と、圧電素子76を駆動するヘッドドライバー11dと、吐出ヘッド11の状態を検出する検出部40とを備えている。また、検出部40は、圧電素子76が駆動を停止した後の所定の時間(インク1を吐出した後の所定の時間)以内に吐出ヘッド11の状態を検出するため、例えば、圧電素子76が駆動している間(吐出ヘッド11がインク1を吐出している間)に吐出ヘッド11において何らかの不具合が発生していた場合に、その不具合の状況が変化する一定の範囲内において状態を検出することができる。その結果、例えば、不具合の検出ができなくなる状態まで変化する前の所定の時間以内に吐出ヘッド11の状態を検出することで、より適確に吐出ヘッド11の状態を検出することが可能となる。
また、検出部40は、振動板75の残留振動に基づいて吐出ヘッド11の状態を検出するため、簡便にキャビティ70内に含まれる気泡の程度を推量することができる。振動板75の残留振動の観測は、比較的高速に行える検出手段であるため、検出部40は、圧電素子76が駆動を停止した後、あるいは吐出ヘッド11がインク1を吐出した後の所定の時間以内の吐出ヘッド11の状態(特に気泡の影響による状態)の検出をより簡便に行うことができる。
また、インクジェットプリンター100は、圧電素子76が駆動を停止した後、あるいは吐出ヘッド11がインク1を吐出した後の30秒間以内(11秒後)に検出部40が吐出ヘッド11の状態を検出することで、吐出ヘッド11に発生した異常が消失してしまう前に、より適確に吐出ヘッド11の状態を検出することができる。
また、インクジェットプリンター100は、ロール紙2を移動させる駆動ローラー13を備えている。検出部40は、駆動ローラー13がロール紙2を移動させている間に吐出ヘッド11の状態の検出を開始する。つまり、ロール紙2の移動が完了する前に吐出ヘッド11の状態の検出を開始するため、吐出ヘッド11に発生した異常が消失してしまう前にその状態を検出しやすくすることができる。
また、吐出ヘッド11は、インク1が吐出されるロール紙2にインク1を吐出する第1領域と、ロール紙2にインク1を吐出しない第2領域との間を移動可能である。検出部40は、吐出ヘッド11が第1領域に位置する間に吐出ヘッド11の状態の検出を開始する。つまり、例えば、記録(印刷)動作を止めて吐出ヘッド11のメンテナンスを行うために、吐出ヘッド11を第2領域に移動させる場合などにおいて、吐出ヘッド11の移動が完了する前に吐出ヘッド11の状態の検出を開始する。すなわち、吐出ヘッド11が第1領域で液体を吐出した後、第1領域で吐出ヘッド11の状態の検出を開始するため、吐出ヘッド11に発生した異常が消失してしまう前にその状態を検出しやすくすることができる。
以上のように、インクジェットプリンター100によると、気泡などによる吐出異常が検出できなくなる前に吐出状態が検出できる検出手段を備えるため、より適確な不具合の検出とその対処が可能となる。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。ここで、上述した実施形態と同一の構成部位については、同一の符号を使用し、重複する説明は省略している。
(変形例1)
実施形態1では、吐出ヘッド11がロール紙2の幅方向に固定して配列されているラインヘッド式のプリンターを例に説明した。ラインヘッド式のプリンターとは、記録媒体を移動させている間に液体を記録媒体に吐出して記録(印刷)を行う液体吐出装置であるとも換言できる。しかし、液体吐出装置は、ラインヘッド式のプリンターに限定するものではない。例えば、ロール紙2の搬送方向と交差するロール紙2の幅方向に、吐出部(吐出ヘッド11)を走査移動させながらインク1を吐出することで記録を行うシリアルヘッド式のプリンターであっても良い。シリアルヘッド式のプリンターとは、記録媒体に対する液体の吐出による記録(印刷)と、記録媒体の移動とを交互に繰り返す液体吐出装置であるとも換言できる。
本変形例のインクジェットプリンター101(図示省略)はシリアルヘッド式のプリンターであり、吐出ヘッド11および2つの吐出ヘッド11によって構成されるヘッドユニット19s、吐出ヘッド11(ヘッドユニット19s)を「第1方向」(−X方向)としてのロール紙2の搬送方向と交差する「第2方向」としてのヘッド走査方向(ロール紙2の幅方向)に移動させる吐出部移動部(図示省略)を備えている。換言すれば、液体吐出装置は吐出部を移動させる吐出部移動部を備えている。
図13は、ヘッドユニット19sの一例を示す平面図であり、ヘッドユニット19sをその下面から見た様子を示している。
ヘッドユニット19sは、図13に示すように、ノズル71がX軸方向に並ぶ方向に配置された2つの吐出ヘッド11を備えている。このヘッドユニット19sがY軸方向(ロール紙2の幅方向)に吐出部移動部によって走査されながらインク1を吐出することで、ロール紙2の幅方向全体に亘って記録を行えるようになっている。
また、ロール紙2にインク1を吐出しない第2領域(メンテナンス領域など)への移動も、この吐出部移動部によって吐出ヘッド11を、吐出ヘッド11がロール紙2に重なる領域からさらに第2方向の外側に移動させることにより行う。
また、インクジェットプリンター101は、検出部40を備え、検出部40は、吐出部移動部が吐出ヘッド11をヘッド走査方向に移動させている間に吐出ヘッド11の状態の検出を開始できることを特徴としている。換言すれば、検出部40は、吐出部移動部が吐出部を移動させている間に吐出部の状態の検出を開始する。
これらの点を除き、インクジェットプリンター101は、インクジェットプリンター100と同じである。
検出部40は、実施形態1と同様に圧電素子76が駆動を停止した後の所定の時間(インク1を吐出した後の所定の時間)以内に吐出ヘッド11の状態を検出することにより、例えば、圧電素子76が駆動している間(吐出ヘッド11がインク1を吐出している間)に吐出ヘッド11において何らかの不具合が発生していた場合に、その不具合の状況が変化する一定の範囲内において状態を検出することができる。また、検出部40は、吐出部移動部が吐出ヘッド11をヘッド走査方向に移動させている間に吐出ヘッド11の状態の検出を開始する。つまり、例えば、吐出ヘッド11のメンテナンス領域への移動が完了する前に吐出ヘッド11の状態の検出を開始するため、吐出ヘッド11に発生した異常が消失してしまう前にその状態を検出しやすくすることができる。
(変形例2)
実施形態1では、所定の時間は、気泡の残存率から30秒間以内とすることが好ましく、更に、15秒以下であることが好ましく、更にバラツキを考慮して11秒間とし、11秒経過後に検出部40がその残留波形を観測し、残留波形の周波数を測定して判定を行っているとして説明したが、所定の時間は、この決定方法による時間に限定するものではなく、例えば、気泡の残存体積による決定方法であっても良い。
本変形例は、所定の時間が、ヘッドドライバー11dが圧電素子76を駆動している間(吐出ヘッド11がインク1を吐出している間)にキャビティ70に含まれる気泡の体積が、圧電素子76が駆動を停止した後(吐出ヘッド11がインク1を吐出した後)に半減する時間であることを特徴とする。
検出部40が、吐出ヘッド11に異常をきたす程度の気泡(つまりは、その存在を異常として検出すべき気泡)の体積の半分の体積の気泡が検出できるように閾値を設定することで、検出部40は、吐出ヘッド11に発生した異常を、その状態が消失する以前に適確に検出することができる。
1…インク、2…ロール紙、10…記録部、11…吐出ヘッド、11d…ヘッドドライバー、12…ヘッド移動機構、13…駆動ローラー、14…インクタンク、15…インク回収部、17,18…ポンプ、19,19s…ヘッドユニット、20…供給部、21…繰出しリール、30…収納部、31…巻取りリール、40…検出部、41…残留振動検出部、42…計測部、43…判定部、50…制御部、70…キャビティ、71…ノズル、72…ノズル基板、73…キャビティ基板、75…振動板、76…圧電素子、77…接合板、80…インク供給路、80a…往路、80b…帰路、81…連通路、82…マニホールド、83…インク導入路、84…インク排出路、90…ヘッド基体、100,101…インクジェットプリンター。

Claims (11)

  1. 圧電素子が振動させる振動板の振動に応じてキャビティの容積が変化することにより、前記キャビティに充填される液体を前記キャビティに連通するノズルから吐出する吐出部と、
    前記圧電素子を駆動する駆動部と、
    前記吐出部の状態を検出する検出部と、を備え、
    前記検出部は、前記圧電素子が駆動を停止した後の所定の時間以内に前記吐出部の状態を検出することを特徴とする液体吐出装置。
  2. 請求項1に記載の液体吐出装置であって、
    前記所定の時間は、前記駆動部が前記圧電素子を駆動している間に前記キャビティに含まれる気泡の体積が、前記圧電素子が駆動を停止した後に半減する時間であることを特徴とする液体吐出装置。
  3. 圧電素子が振動させる振動板の振動に応じてキャビティの容積が変化することにより、前記キャビティに充填される液体を前記キャビティに連通するノズルから吐出する吐出部と、
    前記圧電素子を駆動する駆動部と、
    前記吐出部の状態を検出する検出部と、を備え、
    前記検出部は、前記吐出部が前記液体を吐出した後の所定の時間以内に前記吐出部の状態を検出することを特徴とする液体吐出装置。
  4. 請求項3に記載の液体吐出装置であって、
    前記所定の時間は、前記吐出部が前記液体を吐出している間に前記キャビティに含まれる気泡の体積が、前記吐出部が前記液体を吐出した後に半減する時間であることを特徴とする液体吐出装置。
  5. 請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の液体吐出装置であって、
    前記所定の時間が30秒間であることを特徴とする液体吐出装置。
  6. 請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の液体吐出装置であって、
    前記検出部は、前記振動板の残留振動に基づいて前記吐出部の状態を検出することを特徴とする液体吐出装置。
  7. 請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の液体吐出装置であって、
    記録媒体を移動させる記録媒体移動部を備え、
    前記検出部は、前記記録媒体移動部が前記記録媒体を移動させている間に前記吐出部の状態の検出を開始することを特徴とする液体吐出装置。
  8. 請求項1ないし請求項7のいずれか一項に記載の液体吐出装置であって、
    前記吐出部は、前記液体が吐出される記録媒体に前記液体を吐出する第1領域と、前記記録媒体に前記液体を吐出しない第2領域との間を移動可能であり、
    前記検出部は、前記吐出部が前記第1領域に位置する間に前記吐出部の状態の検出を開始することを特徴とする液体吐出装置。
  9. 請求項1ないし請求項8のいずれか一項に記載の液体吐出装置であって、
    前記吐出部を移動させる吐出部移動部を備え、
    前記検出部は、前記吐出部移動部が前記吐出部を移動させている間に前記吐出部の状態の検出を開始することを特徴とする液体吐出装置。
  10. 圧電素子が振動させる振動板の振動に応じてキャビティの容積が変化することにより、前記キャビティに充填される液体を前記キャビティに連通するノズルから吐出する吐出部と、前記圧電素子を駆動する駆動部と、を備える液体吐出装置の前記吐出部の状態を検出する液体吐出状態検出方法であって、
    前記圧電素子が駆動を停止した後の所定の時間以内に前記吐出部の状態を検出することを特徴とする液体吐出状態検出方法。
  11. 圧電素子が振動させる振動板の振動に応じてキャビティの容積が変化することにより、前記キャビティに充填される液体を前記キャビティに連通するノズルから吐出する吐出部と、前記圧電素子を駆動する駆動部と、を備える液体吐出装置の前記吐出部の状態を検出する液体吐出状態検出方法であって、
    前記吐出部が前記液体を吐出した後の所定の時間以内に前記吐出部の状態を検出することを特徴とする液体吐出状態検出方法。
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