JP2015136877A - 液体吐出装置、および液体吐出状態検出方法 - Google Patents
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Abstract
Description
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。
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。
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。
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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
以下、具体的に説明する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (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、
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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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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