JP2015174267A - 液体吐出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】印刷装置1は、圧電素子200の変位により当該内部の圧力が増減されるキャビティ245と、キャビティ245に連通し内部に充填されたインクを吐出可能なノズルNと、駆動信号Comを圧電素子200に供給する駆動信号生成部51と、圧電素子200の起電力の変化を残留振動信号Voutとして検出する検出部と、残留振動信号Voutを第1閾値電位Vth1で2値化して第1比較信号CP1を生成し、残留振動信号Voutを第2閾値電位Vth2で2値化して第2比較信号CP2を生成する比較信号生成部70と、少なくとも第1比較信号CP1及び第2比較信号CP2に基づいて、ノズルにおける液体の吐出状態を判定する判定データ生成部83とを備える。
【選択図】図20
Description
しかし、吐出部内のインクが増粘すると、吐出異常が発生し、印刷される画像の画質が低下することがある。また、吐出部内のインクに気泡が含まれる場合、あるいは、吐出部のノズル近傍に紙粉が付着する場合も、吐出異常が生じ、印刷される画像の画質が低下することがある。よって、高品位な印刷を実現するためには、吐出部におけるインクの吐出状態を検査することが好ましい。
特許文献1には、駆動信号により圧電素子を駆動させることで生じる残留振動を検出し、検出結果に基づいて吐出部におけるインクの吐出状態を検査する手法が開示されている。
しかしながら、残留振動波形の振幅方向の情報は、残留振動波形をAD変換する必要があるが、AD変換器は構成が複雑となるといった問題があった。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で残留振動の振幅方向の情報を得ることを解決課題の一つとする。
少なくとも前記第1比較信号及び前記第2比較信号に基づいて、前記ノズルにおける液体の吐出状態を判定する判定部と、を備える。
この発明によれば、残留振動信号を複数の閾値で比較し、比較結果から得られる時間を加算して振幅指標データを生成するから、振幅指標データの精度を向上させることができる。
前記位相指標データ、前記周期指標データ及び前記振幅指標データに基づいて、前記ノズルにおける液体の吐出状態を判定する、ことが好ましい。この発明によれば、位相指標データを考慮してノズルにおける液体の吐出状態を判定するので、より正確な判定を行うことが可能となる。
上述した液体吐出装置の一態様において、前記ノズルを所定数備え、前記判定部は、少なくとも前記第1比較信号及び前記第2比較信号に基づいて生成した指標データが閾値を超えるか否かを判定し、前記閾値を超えると判定された前記ノズルの個数が基準値以上である場合、前記所定数のノズルについて液体がしみ出していると判定し、前記閾値を超えると判定された前記ノズルの個数が前記基準値未満である場合、前記所定数のノズルについて液体がしみ出していないと判定してもよい。
正常な吐出状態のノズル数の指標に対する分布と、液体がしみ出したノズル数の指標に対する分布とは、重複する部分がある。このため、閾値を重複部分に設定すると、正常に吐出しているにも拘わらず、しみ出しと判定されるノズルが発生する。一方、液体のしみ出しは、複数のノズルに発生する傾向にある。この発明によれば、所定数のノズルについて指標が閾値を超えるか否かを判定し、閾値を超えたノズル数が基準値未満の場合には、所定数のノズルについては、しみ出しが発生していないと判定するので、液体のしみ出しを過検出する可能性を低減することができる。
本実施形態では、印刷装置として、インク(「液体」の一例)を吐出して記録用紙Pに画像を形成するインクジェットプリンターを例示して説明する。
図1は、本実施形態に係るインクジェットプリンター1の構成の概略を示す斜視図である。図1を参照しつつ、インクジェットプリンター1の構成を説明する。なお、以下の説明では、図1中、上側(+Z方向)を「上部」、下側(−Z方向)を「下部」という場合がある。
操作パネル93は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ、LEDランプ等で構成され、エラーメッセージ等を表示する表示部(図示せず)と、各種スイッチ等で構成される操作部(図示せず)とを備えている。この操作パネル93の表示部は、報知手段として機能する。
移動体3は、M個の吐出部35を具備するヘッド部30と、4個のインクカートリッジ31と、ヘッド部30及び4個のインクカートリッジ31を搭載したキャリッジ32と、を備える(Mは、2以上の自然数)。各吐出部35は、インクカートリッジ31から供給されたインクを内部に充填し、充填したインクを吐出することができる。また、4個のインクカートリッジ31は、イエロー、シアン、マゼンタ、及び、ブラックの4つの色と1対1に対応して設けられたものであり、各インクカートリッジ31には、当該インクカートリッジ31に対応する色のインクが充填されている。M個の吐出部35の各々は、4個のインクカートリッジ31のいずれか1つからインクの供給を受ける。これにより、M個の吐出部35から全体として4色のインクを吐出することが可能となり、フルカラー印刷が実現される。
また、各インクカートリッジ31は、キャリッジ32に搭載される代わりに、インクジェットプリンター1の別の場所に設けられるものであってもよい。
給紙装置7は、その駆動源となる給紙モーター71と、給紙モーター71の作動により回転する給紙ローラ72とを有している。給紙ローラ72は、記録用紙Pの搬送経路(記録用紙P)を挟んで上下に対向する従動ローラ72aと駆動ローラ72bとで構成され、駆動ローラ72bは給紙モーター71に連結されている。これにより、給紙ローラ72は、トレイ91に設置した複数枚の記録用紙Pを、印刷手段4に向かって1枚ずつ送り込んだり、印刷手段4から1枚ずつ排出したりするようになっている。なお、トレイ91に代えて、記録用紙Pを収容する給紙カセットを着脱自在に装着し得るような構成であってもよい。
制御部6は、パーソナルコンピューターやデジタルカメラ等のホストコンピューター9から入力された画像データImgに基づいて、印刷手段4や給紙装置7等を制御することにより記録用紙Pへの印刷処理を行う。
具体的には、制御部6は、給紙装置7を制御することで、記録用紙Pを一枚ずつ副走査方向(X軸方向)に間欠送りする。また、制御部6は、移動体3を記録用紙Pの送り方向(X軸方向)と交差する主走査方向(Y軸方向)に往復動させるように制御する。つまり、制御部6は、移動体3を主走査方向に往復動させるように制御するとともに、記録用紙Pを副走査方向に間欠送りするように給紙装置7を制御しつつ、画像データImgに基づいて各吐出部35からインクを吐出させまたはインクを非吐出とするようにヘッド部30の駆動を制御することにより、記録用紙Pへの印刷処理を実行する。
なお、制御部6は、操作パネル93の表示部にエラーメッセージ等を表示させ、あるいはLEDランプ等を点灯/点滅させるとともに、操作パネル93の操作部から入力された各種スイッチの押下信号に基づいて、対応する処理を各部に実行させる。さらに、制御部6は、必要に応じてエラーメッセージや吐出異常等の情報をホストコンピューター9に転送する処理を実行するものであってもよい。
インクジェットプリンター1は、M個の吐出部35を具備するヘッド部30と、ヘッド部30を駆動するヘッドドライバー50(「駆動信号供給部」の一例)と、吐出部35における吐出異常を検出する吐出異常検出部52と、吐出部35における吐出異常が検出された場合に当該吐出部35における吐出状態を正常に回復させる回復機構84と、を備える。
また、インクジェットプリンター1は、ヘッド部30を往復動させるためのキャリッジモーター41と、キャリッジモーター41を駆動するキャリッジモータードライバー43と、記録用紙Pを搬送するための給紙モーター71と、給紙モーター71を駆動する給紙モータードライバー73と、を備える。
また、インクジェットプリンター1は、インクジェットプリンター1の各部の動作を制御するための制御部6を備える。
記憶部62は、ホストコンピューター9から図示省略したインターフェース部を介して供給される画像データImgをデータ格納領域に格納する不揮発性半導体メモリーの一種であるEEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)を備える。また、記憶部62は、印刷処理等の各種処理を実行する際に必要なデータを一時的に格納し、あるいは印刷処理等の各種処理を実行するための制御プログラムを一時的に展開するRAM(Random Access Memory)を備える。また、記憶部62は、インクジェットプリンター1の各部を制御する制御プログラム等を格納する不揮発性半導体メモリーの一種であるPROMを備える。
駆動信号生成部51は、制御部6から供給される印刷信号SI及び駆動波形信号Comに基づいて、ヘッド部30が備える吐出部35を駆動するための駆動信号Vinを生成する。なお、詳細は後述するが、本実施形態において駆動波形信号Comは、駆動波形信号Com-A、Com-B、及び、Com-Cを含む。
吐出異常検出部52は、吐出部35が駆動信号Vinにより駆動された後に生じる、吐出部35の内部のインクの振動等に起因する吐出部35内部の圧力の変化を残留振動信号Voutとして検出する。また、吐出異常検出部52は、残留振動信号Voutに基づいて、当該吐出部35に吐出異常があるか否か等、当該吐出部35におけるインクの吐出状態を判定し、当該判定結果を表す判定データRsを出力する。また、吐出異常検出部52は、残留振動信号Voutに表される波形の1波長分の周期を表す周期指標データNtCを出力する。
切替部53は、制御部6から供給される切替制御信号Swに基づいて、各吐出部35を、駆動信号生成部51または吐出異常検出部52のいずれか一方に電気的に接続させる。
吐出検出手段85は、例えば、光学的な手法などを用いて、吐出部35からのインクの吐出の有無を検出し、検出結果を出力する。
これにより、制御部6(CPU61)は、印刷処理、吐出異常検出処理、検査波形決定処理、及び、回復処理等の各種処理を実行する。
また、吐出異常検出処理とは、制御部6が、ヘッドドライバー50の動作を制御して、吐出部35に検査用の駆動信号Vinを供給させることで、当該吐出部35において残留振動を生じさせ、発生した残留振動に基づいて当該吐出部35におけるインクの吐出状態を検査する処理である。
また、検査波形決定処理とは、吐出異常検出処理の対象となる吐出部35に対してヘッドドライバー50が供給する検査用の駆動信号Vinの波形を決定する処理である。
また、回復処理とは、吐出異常検出処理において、吐出部35におけるインクの吐出異常が発見された場合に、回復機構84を用いて、当該吐出部35のノズルプレート240に付着した紙粉等の異物をワイパー(図示省略)により拭き取るワイピング処理、当該吐出部35のキャビティ245内の増粘したインクや気泡等をチューブポンプ(図示省略)により吸引するポンピング処理、または、当該吐出部35からインクを予備的に吐出させるフラッシング処理等、当該吐出部35のインクの吐出状態を正常に戻すための処理の総称である。制御部6は、吐出異常検出処理の結果に基づいて、フラッシング処理、ワイピング処理、ポンピング処理等から、吐出部35の吐出状態を回復させるのに適した1または2以上の回復処理を選択し、選択した回復処理を実行する。
次に、図3及び図4を参照しつつ、ヘッド部30、及び、ヘッド部30が備える吐出部35の構成について説明する。
図3は、ヘッド部30が備える各吐出部35の概略的な断面図である。図3に示す吐出部35は、圧電素子200の駆動によりキャビティ245(「圧力室」の一例)内のインク(「液体」の一例)がノズルNから吐出するものである。この吐出部35は、ノズルNが形成されたノズルプレート240と、キャビティプレート242と、振動板243と、複数の圧電素子200を積層してなる積層圧電素子201とを備えている。
インクの吐出によりキャビティ245内のインクが減少した場合、リザーバ246からインクが供給される。また、リザーバ246へは、インクカートリッジ31からインク供給チューブ311を介してインクが供給される。
駆動信号生成部51は、上部電極264と下部電極263との間に駆動信号Vinを供給することにより、圧電素子200が振動し、それに接合された振動板262が振動する。この振動板262の振動によりキャビティ258の容積(キャビティ内の圧力)が変化し、キャビティ258内に充填されたインク(液体)がノズルNより吐出される。
駆動信号生成部51から図3(図5)に示す圧電素子200に駆動信号Vinが供給されると、電極間に印加された電界に比例した歪が発生し、振動板243(262)は、図6(a)に示す初期状態に対して、図3(図5)中の上方向へ撓み、図6(b)に示すようにキャビティ245(258)の容積が拡大する。この状態において、駆動信号生成部51の制御により、駆動信号Vinの示す電圧を変化させると、振動板243(262)は、その弾性復元力によって復元し、初期状態における振動板243(262)の位置を越えて下方向に移動し、図6(c)に示すようにキャビティ245(258)の容積が急激に収縮する。このときキャビティ245(258)内に発生する圧縮圧力により、キャビティ245(258)を満たすインクの一部が、このキャビティ245(258)に連通しているノズルNからインク滴として吐出される。
上記想定に基づく振動板243の残留振動の計算モデルについて説明する。
図7は、振動板243の残留振動を想定した単振動の計算モデルを示す回路図である。このように、振動板243の残留振動の計算モデルは、音圧pと、上述のイナータンスm、コンプライアンスCm及び音響抵抗rとで表せる。そして、図7の回路に音圧pを与えた時のステップ応答を体積速度uについて計算すると、次式が得られる。
u={p/(ω・m)}e−αt・sin(ωt)
ω={1/(m・Cm)−α2}1/2
α=r/(2m)
このように、キャビティ245内に気泡が混入した場合には、キャビティ245内を満たすインクの総重量が減り、イナータンスmが低下するものと考えられる。また、図9に例示するように、気泡がノズルN付近に付着している場合には、その径の大きさだけノズルNの径が大きくなったような状態となり、音響抵抗rが低下するものと考えられる。
したがって、インクが正常に吐出された図8の場合に対して、音響抵抗r、イナータンスmを共に小さく設定して、気泡混入時の残留振動の実験値とマッチングすることにより、図10のような結果(グラフ)が得られた。図8及び図10のグラフから分かるように、キャビティ245内に気泡が混入した場合には、正常吐出時に比べて周波数が高くなる特徴的な残留振動波形が得られる。なお、音響抵抗rの低下などにより、残留振動の振幅の減衰率も小さくなり、残留振動は、その振幅をゆっくりと下げていることも確認することができる。
したがって、インクが正常に吐出された図8の場合に対して、音響抵抗rを大きく設定して、ノズルN付近のインク乾燥固着(増粘)時の残留振動の実験値とマッチングすることにより、図12のような結果(グラフ)が得られた。なお、図12に示す実験値は、数日間図示しないキャップを装着しない状態で吐出部35を放置し、ノズルN付近のインクが乾燥、増粘したことによりインクを吐出することができなくなった(インクが固着した)状態における振動板243の残留振動を測定したものである。図8及び図12のグラフから分かるように、ノズルN付近のインクが乾燥により固着した場合には、正常吐出時に比べて周波数が極めて低くなるとともに、残留振動が過減衰となる特徴的な残留振動波形が得られる。これは、インク滴を吐出するために振動板243が図3中上方に引き寄せられることによって、キャビティ245内にリザーバからインクが流入した後に、振動板243が図3中下方に移動するときに、キャビティ245内のインクの逃げ道がないために、振動板243が急激に振動できなくなるため(過減衰となるため)である。
したがって、インクが正常に吐出された図8の場合に対して、イナータンスm、音響抵抗rを共に大きく設定して、ノズルNの出口付近への紙粉付着時の残留振動の実験値とマッチングすることにより、図14のような結果(グラフ)が得られた。図8及び図14のグラフから分かるように、ノズルNの出口付近に紙粉が付着した場合には、正常吐出時に比べて周波数が低くなる特徴的な残留振動波形が得られる。
なお、図12及び図14に示すグラフから、紙粉付着の場合は、インクの乾燥の場合と比較して、残留振動の周波数が高いことが分かる。
本実施形態に係るインクジェットプリンター1は、残留振動を解析して吐出異常を検知する吐出異常検出処理を実行する。
次に、図15乃至図28を参照しつつヘッドドライバー50(駆動信号生成部51、及び、切替部53)、並びに、吐出異常検出部52の構成及び動作について説明する。
なお、詳細は後述するが、吐出異常検出部52は、M個の吐出部35に1対1に対応するようにM個の吐出異常検出回路DT(DT[1]、DT[2]、…、DT[M])を具備する。
ここで、印刷信号SIとは、画像の1ドットを形成するにあたって、各吐出部35(各ノズルN)から吐出させるインク量を規定するデジタルの信号である。より詳細には、本実施形態に係る印刷信号SIは、各吐出部35(各ノズルN)から吐出させるインク量を、上位ビットb1、中位ビットb2、及び、下位ビットb3の3ビットで規定するものであり、制御部6からクロック信号CLに同期して駆動信号生成部51にシリアルで供給される。この印刷信号SIにより、各吐出部35から吐出されるインク量を制御することで、記録用紙Pの各ドットにおいて、非記録、小ドット、中ドット、及び、大ドットの4階調を表現することが可能となり、さらに残留振動を発生させてインクの吐出状態を検査するための検査用の駆動信号Vinを生成することが可能となる。
なお、動作期間を構成する複数の単位動作期間Tuには、印刷処理が実行される単位動作期間Tu、吐出異常検出処理が実行される単位動作期間Tu、印刷処理及び吐出異常検出処理の両方の処理が実行される単位動作期間Tu、及び、検査波形決定処理が実行される単位動作期間Tu、の4種類の単位動作期間Tuが含まれうる。
より具体的には、制御部6は、単位動作期間Tuにおいて印刷処理のみを実行する場合、M個の吐出部35に対して印刷用の駆動信号Vinが供給されるように駆動信号生成部51を制御する。これにより、M個の吐出部35が画像データImgに応じた量のインクを記録用紙Pに吐出し、記録用紙P上に画像データImgに対応する画像が形成される。
一方、制御部6は、単位動作期間Tuにおいて吐出異常検出処理のみを実行する場合、M個の吐出部35に対して検査用の駆動信号Vinが供給されるように駆動信号生成部51を制御する。
また、制御部6は、単位動作期間Tuにおいて印刷処理及び吐出異常検出処理の両方を実行する場合、M個の吐出部35の一部に対して印刷用の駆動信号Vinが供給されるとともに、残りの吐出部35に対して検査用の駆動信号Vinが供給されるように駆動信号生成部51を制御する。
なお、制御部6は、単位動作期間Tuにおいて検査波形決定処理を実行する場合においても、M個の吐出部35に対して検査用の駆動信号Vinが供給されるように駆動信号生成部51を制御する。但し、詳細は後述するが、検査波形決定処理において吐出部35に供給する検査用の駆動信号Vinは、吐出異常検出処理において用いられる検査用の駆動信号Vinの波形を決定するための駆動信号Vinであり、吐出異常検出処理において用いられる検査用の駆動信号Vinとは必ずしも一致するものではない。
図16は、デコーダーDECが行うデコードの内容を示す説明図(テーブル)である。この図に示すように、m段(mは、1≦m≦Mを満たす自然数)に対応する印刷信号SI[m]の示す内容が、例えば(b1、b2、b3)=(1、0、0)である場合、m段のデコーダーDECは、制御期間Ts1において、選択信号SaをハイレベルHに設定するとともに、選択信号Sb及びScをローレベルLに設定し、また、制御期間Ts2において、選択信号Sa及びScをローレベルLに設定するとともに、選択信号SbをハイレベルHに設定する。
また、下位ビットb3が「1」の場合、つまり、(b1、b2、b3)=(0、0、1)である場合、m段のデコーダーDECは、制御期間Ts1及びTs2において、選択信号Sa及びSbをローレベルLに設定するとともに、選択信号ScをハイレベルHに設定する。
図15に示すように、駆動信号生成部51は、トランスミッションゲートTGa、TGb、及び、TGcの組をM個備える。これら、M個のトランスミッションゲートTGa、TGb、及び、TGcの組は、M個の吐出部35に1対1に対応するように設けられる。
トランスミッションゲートTGaは、選択信号SaがHレベルのときにオンし、Lレベルのときにオフする。トランスミッションゲートTGbは、選択信号SbがHレベルのときにオンし、Lレベルのときにオフする。トランスミッションゲートTGcは、選択信号ScがHレベルのときにオンし、Lレベルのときにオフする。
例えば、m段において、印刷信号SI[m]の示す内容が、(b1、b2、b3)=(1、0、0)である場合には、制御期間Ts1においてトランスミッションゲートTGaがオンするとともにトランスミッションゲートTGb及びTGcがオフし、また、制御期間Ts2においてトランスミッションゲートTGbがオンするとともにトランスミッションゲートTGb及びTGcがオフする。
トランスミッションゲートTGa、TGb、及び、TGcは排他的にオンとなり、制御期間Ts1及びTs2毎に選択された駆動波形信号Com-A、Com-B、または、Com-Cが、駆動信号Vin[m]として出力端OTNに出力され、これが、切替部53を介してm段の吐出部35に供給される。
単位波形PB1の開始及び終了のタイミングにおける電位は、いずれも基準電位V0であり、単位波形PB2は制御期間Ts2に亘って基準電位V0に保たれる。また、単位波形PB1の電位Vb11と基準電位V0との電位差は、単位波形PA2の電位Va21と電位Va22との電位差よりも小さい。そして、各吐出部35が備える圧電素子200が単位波形PB1により駆動された場合であっても当該吐出部35が備えるノズルNからはインクは吐出されない。同様に、圧電素子200に単位波形PB2が供給された場合にも、ノズルNからインクが吐出されることはない。
また、m段のデコーダーDECは、上述のとおり、印刷信号SI[m]に応じて、制御期間Ts1及びTs2のそれぞれにおいて、図16に示すテーブルの内容に基づいて選択信号Sa、Sb、及び、Scを出力する。
また、m段のトランスミッションゲートTGa、TGb、及び、TGcは、上述のとおり、選択信号Sa、Sb、及び、Scに基づいて、駆動波形信号Com-A、Com-B、及び、Com-Cのいずれか1つを選択し、選択した駆動波形信号Comを駆動信号Vin[m]として出力する。
なお、図17に示す切替期間指定信号RTは、切替期間Tdを規定する信号である。切替期間指定信号RT及び切替期間Tdについては、後述する。
単位動作期間Tuにおいて供給される印刷信号SI[m]の内容が(b1、b2、b3)=(1、1、0)である場合には、制御期間Ts1において、選択信号Sa、Sb、及び、ScがそれぞれHレベル、Lレベル、Lレベルとなるため、トランスミッションゲートTGaにより駆動波形信号Com-Aが選択され、単位波形PA1が駆動信号Vin[m]として出力される。また、制御期間Ts2においても制御期間Ts1と同様に、トランスミッションゲートTGaにより駆動波形信号Com-Aが選択され、単位波形PA2が駆動信号Vin[m]として出力される。
すなわち、印刷信号SI[m]の内容が(b1、b2、b3)=(1、1、0)である場合、単位動作期間Tuにおいてm段の吐出部35に供給される駆動信号Vin[m]は印刷用の駆動信号Vinであり、その波形は、図18に示すように、単位波形PA1及び単位波形PA2を含む波形DpAAとなる。この結果、m段の吐出部35は、単位動作期間Tuにおいて、単位波形PA1に基づく中程度の量のインクの吐出、及び、単位波形PA2に基づく小程度の量のインクの吐出がなされ、これら2度にわたり吐出されたインクがラベル用紙P上で合体するため、ラベル用紙P上には、大ドットが形成される。
すなわち、印刷信号SI[m]の内容が(b1、b2、b3)=(1、0、0)である場合、単位動作期間Tuにおいてm段の吐出部35に供給される駆動信号Vin[m]は印刷用の駆動信号Vinであり、その波形は、図18に示すように、単位波形PA1及び単位波形PB2を含む波形DpABとなる。この結果、m段の吐出部35は、単位動作期間Tuにおいて、単位波形PA1に基づく中程度の量のインクの吐出がなされ、ラベル用紙P上には、中ドットが形成される。
すなわち、印刷信号SI[m]の内容が(b1、b2、b3)=(0、1、0)である場合、単位動作期間Tuにおいてm段の吐出部35に供給される駆動信号Vin[m]は印刷用の駆動信号Vinであり、その波形は、図18に示すように、単位波形PB1及び単位波形PA2を含む波形DpBAとなる。この結果、m段の吐出部35は、単位動作期間Tuにおいて、単位波形PA2に基づく小程度の量のインクの吐出がなされ、ラベル用紙P上には、小ドットが形成される。
すなわち、印刷信号SI[m]の内容が(b1、b2、b3)=(0、0、0)である場合、単位動作期間Tuにおいてm段の吐出部35に供給される駆動信号Vin[m]は印刷用の駆動信号Vinであり、その波形は、図18に示すように、単位波形PB1及び単位波形PB2を含む波形DpBBとなる。この結果、m段の吐出部35からは、単位動作期間Tuにおいて、インクの吐出がなされず、ラベル用紙P上には、ドットが形成されない(非記録となる)。
すなわち、印刷信号SI[m]の内容が(b1、b2、b3)=(0、0、1)である場合、単位動作期間Tuにおいてm段の吐出部35に供給される駆動信号Vin[m]は検査用の駆動信号Vinであり、その波形は、図18に示すように、単位波形PC1及び単位波形PC2を含む波形DpTとなる。
なお、波形DpT(駆動電圧Dの大きさ)は、検査波形決定処理において、波形DpTを有する駆動信号Vinが吐出部35に供給されても、吐出部35からはインクが吐出されないような波形に定められる。
図19に示すように、切替部53は、M個の吐出部35に1対1に対応する1段〜M段のM個の切替回路U(U[1]、U[2]、…、U[M])を備える。また、吐出異常検出部52は、M個の吐出部35に1対1に対応する1段〜M段のM個の吐出異常検出回路DT(DT[q]、DT[q]、…DT[q])を備える。
m段の切替回路U[m]は、m段の吐出部35の圧電素子200を、駆動信号生成部51が備えるm段の出力端OTN、または、吐出異常検出部52が備えるm段の吐出異常検出回路DT[m]のいずれか一方に、電気的に接続する。
以下では、各切替回路Uにおいて、吐出部35と駆動信号生成部51の出力端OTNとが電気的に接続させている状態を第1の接続状態と称する。また、吐出部35と吐出異常検出部52の吐出異常検出回路DTとが電気的に接続させている状態を第2の接続状態と称する。
具体的には、制御部6は、m段の吐出部35が単位動作期間Tuにおいて印刷処理に使用される場合、当該m段の吐出部35に対応する切替回路U[m]が当該単位動作期間Tuの全期間に亘って第1の接続状態を維持するような切替制御信号Sw[m]を、切替回路U[m]に供給する。
他方、制御部6は、m段の吐出部35が単位動作期間Tuにおいて吐出異常検出処理の対象となる場合、または、検査波形決定処理の対象となる場合、当該m段の吐出部35に対応する切替回路U[m]が、当該単位動作期間Tuのうち切替期間Td以外の期間において第1の接続状態となり、当該単位動作期間Tuのうち切替期間Tdにおいて第2の接続状態となるような切替制御信号Sw[m]を、切替回路U[m]に供給する。このため、単位動作期間Tuのうち切替期間Td以外の期間において、吐出異常検出処理(または検査波形決定処理)の対象となる吐出部35に対して駆動信号生成部51から駆動信号Vinが供給されるとともに、単位動作期間Tuのうち切替期間Tdにおいて、吐出異常検出回路DTに対して、吐出部35から残留振動信号Voutが供給されることになる。
吐出異常検出回路DTは、切替期間Tdにおいて検査用の駆動信号Vinが供給された吐出部35の圧電素子200の起電力の変化を残留振動信号Voutとして検出する。
図20に示すように、吐出異常検出回路DTは、残留振動信号Voutが供給される比較信号生成部70、及び比較部70の比較結果に基づいてノズルの状態を判定する判定部80を備える。なお、残留振動信号Voutを比較信号生成部70に直接供給するのではなく、波形整形等の処理を施して比較信号生成部70に供給してもよい。この場合、波形整形処理は、例えば、残留振動信号Voutの周波数帯域よりも低域の周波数成分を減衰させた信号を出力するためのハイパスフィルターや、残留振動信号Voutの周波数帯域よりも高域の周波数成分を減衰させた信号を出力するためのローパスフィルター等によって、残留振動信号Voutの周波数範囲を限定しノイズ成分を除去することが好ましい。このようにノイズ成分が除去された信号も残留振動信号Voutに他ならない。
コンパレータ712は、残留振動信号Voutを第2閾値電位Vth2と比較して、残留振動信号Voutの振幅が大きくなり、そのレベルが第2閾値電位Vth2未満となる場合にハイレベルとなり、残留振動信号Voutのレベルが第2閾値電位Vth2以上となる場合にローレベルとなる第2比較信号CP2を出力する。
コンパレータ713は、残留振動信号Voutを第3閾値電位Vth3と比較して、残留振動信号Voutの振幅が大きくなり、そのレベルが第3閾値電位Vth3未満となる場合にハイレベルとなり、残留振動信号Voutのレベルが第3閾値電位Vth3以上となる場合にローレベルとなる第3比較信号CP3を出力する。
コンパレータ714は、残留振動信号Voutを第4閾値電位Vth4と比較して、残留振動信号Voutの振幅が大きくなり、そのレベルが第4閾値電位Vth4未満となる場合にハイレベルとなり、残留振動信号Voutのレベルが第4閾値電位Vth4以上となる場合にローレベルとなる第4比較信号CP4を出力する。
コンパレータ711はヒステリシス特性を有する。すなわち、厳密には、残留振動信号Voutのレベルが、Vth1-ΔVを超えて負方向に遷移すると第1比較信号CP1はハイレベルとなり、残留振動信号Voutのレベルが、Vth1+ΔVを超えて正方向に遷移すると第1比較信号CP1はローレベルとなる。したがって、残留振動信号Voutの振幅がVth1-ΔVからVth1+ΔVの範囲にある場合には、第1比較信号CP1はローレベルとなっている。
Vth1<Vth2<Vth3<Vth4
即ち、残留振動信号Voutの振幅が次第に大きくなると、最初に第2閾値電位Vth2を超え、次に、第3閾値電位Vth3を超え、その次に、第4閾値電位Vth4を超える。従って、第2比較信号CP2〜第4比較信号CP4に基づいて、残留振動信号Voutの振幅に応じた振幅指標データNtDaddを得ることができる。
位相指標データ生成部81Aと周期指標データ生成部81Bとで兼用されている。
マスク回路811は、第1比較信号CP1をマスク信号Msk1がハイレベルの期間、マスクして第1マスク比較信号MCP1を出力する。マスク信号Msk1は、図21に示すように時刻t0から時刻taまでの期間Taにおいてハイレベルとなる。期間Taにおいては、第1比較信号CP1が変化しても第1マスク比較信号MCP1はローレベルとなる。
タイマー813は、残留振動の開始から所定時間だけハイレベルとなる信号Tsigの立ち上がりから検出パルスDpがアクティブとなるまでの時間を計測し、計測時間を示す位相指標データNtFを生成する。図21に示す例では、時刻t0から時刻t1までの時間が位相指標データNtFとして生成される。この時間は、圧電素子200に検査用の駆動信号の印加が終了してから、残留振動信号Voutがその振幅中心レベルである第1閾値電位Vth1をよぎるまでの時間であり、残留振動の位相を示している。
上述したようにコンパレータ711はヒステリシス特性を有し、残留振動の振幅が小さくノイズに埋もれる場合には、第1比較信号CP1はローレベルを維持し変化しない。この場合は、検出パルスDpが生成されないので、残留振動信号Voutに基づいて、位相指標データNtFを生成することが不能となる。この場合、タイマー813は位相指標データNtFを生成することが不能でることを示す位相無効フラグfrg1を生成する。
なお、検出パルスDpが非アクティブを維持したり、第1比較信号CP1がローレベルを維持し変化しない場合、残留振動信号Voutに基づいて、周期指標データNtCを生成することが不能となる。この場合、タイマー814は周期指標データNtCを生成することが不能でることを示す周期無効フラグfrg2を生成する。
また、残留振動信号Voutの振幅は、計測値NtD2に反映されているが、残留振動信号Voutを複数の閾値(Vth2〜Vth4)と比較し、それらの合計を算出することによって、より正確に残留振動信号Voutの振幅を特定することが可能となる。
これに対して、図24に示す例では、マスク信号Msk1によってマスクが解除される前に第1比較信号CP1の立下りエッジDE1が発生しているので、位相指標データNtFは生成されない。一方、計測値NtD2〜NtD4については有効になる。
また、図25に示す例では、マスク信号Msk2によってマスクが解除される前に第2比較信号CP2及び第3比較信号CP3の立ち上がりエッジが発生するので、これらの信号に対応する計測値NtD2及びNtD3はゼロとなる一方、マスクが解除された後に第4比較信号CP4の立ち上がりエッジが発生するので、計測値NtD4が有効となる。
また、NO18〜NO20の態様では、位相評価データDFが残留振動信号Voutに基づいて位相指標データNtFの生成不能を示しているにも拘わらず、周期指標データNtCが生成されている。周期指標データNtCは、位相指標データNtFが有効であることを前提とするので、矛盾があり、回路が故障していることが考えられる。このため、判定データRsはエラーを示す「00」となる。
また、NO12の態様では、振幅指標データNtDaddが正常範囲にあり(DL=1)、位相指標データNtFが正常範囲の上限値Fmaxを超え(DF=[10])、且つ周期指標データNtCが正常範囲にある(DC=[11])。この場合は、位相指標データNtFに着目して、判定データ生成部83は、ノズルNからインクがしみ出していると判定する(Rs=[10])。
次に、NO17の態様は、振幅指標データNtDaddが正常範囲の下限値Tref未満であり、位相無効フラグfrg1及び周期無効フラグfrg2がゼロであり、残留振動信号Voutに基づいて位相指標データNtF及び周期指標データNtCを生成不能な場合である。この場合、判定データ生成部83は、インクが増粘していると判定する(Rs=[00])。
また、振幅指標データNtDaddは、残留振動信号Voutを第2閾値電位Vth2と比較して2値化して得た第2比較信号CP2のハイレベル期間、残留振動信号Voutを第3閾値電位Vth3と比較して2値化して得た第3比較信号CP3のハイレベル期間、及び残留振動信号Voutを第4閾値電位Vth4と比較して2値化して得た第4比較信号CP4のハイレベル期間の合計で与えられる。このように残留振動信号Voutを複数の閾値電位と比較し、比較結果の時間の合計を算出することによって、より正確な振幅方向の情報を得ることができる。
以上の各形態は多様に変形され得る。具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された2以上の態様は、相互に矛盾しない範囲内で適宜に併合され得る。
上述した実施形態では、ノズルNごとに、インクのしみ出しを判定した(図28に示すNO11及びNO12)。しかしながら、インクのしみ出しは複数のノズルNで発生するのが通常である。そこで、所定数のノズル単位でインクのしみ出しを判定してもよい。
図29は、正常にインクを吐出するノズルの位相指標データNtFの度数分布Xと、インクがしみ出したノズルの位相指標データNtFの度数分布Yを示す説明図である。この図に示すように正常にインクを吐出するノズルの度数分布Xと、インクがしみ出したノズルの度数分布Yとは一部で重なる。ここで、位相指標データNtFの正常範囲の上限値Fmax(閾値)を超える部分Qでは、正常にインクを吐出するにも拘わらず、インクがしみ出していると判定されてしまう。そこで、所定数のノズル単位でしみ出しと判定されるノズル数がK個(基準値)以上になった場合に、所定数のノズルをしみ出しと判定し、K個未満の場合は所定数のノズルをインクのしみ出しが無いと判定してもよい。この場合には、インクのしみ出しを過検出する可能性を低減し、適切な判定を行うことができる。
上述した実施形態では、第1乃至第4比較信号CP1〜CP4に基づいて、ノズルNにおけるインク(液体)の吐出状態を判定したが、本発明はこれに限定されるものではなく、少なくとも第1比較信号CP1及び第2比較信号CP2に基づいて、ノズルNにおけるインクの吐出状態を判定してもよい。
上述した実施形態では、第1比較信号CP1に基づいて、位相指標データNtFと周期指標データNtCを生成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、位相指標データNtFのみを生成してもよい。この場合、判定データ生成部83は、振幅指標データNtDaddと位相指標データNtFとに基づいてノズルNにおけるインクの吐出状態を判定してもよい。具体的には、図28のNO5〜NO8に示すように振幅指標データNtDaddが正常範囲にあり、位相指標データNtFが正常範囲の下限値Fmin未満である場合には、キャビティ245に気泡が混入していると判定してもよい。
上述した実施形態及び変形例では、駆動波形信号Comは、Com-A、Com-B、及び、Com-Cの3つの信号を含むが、本発明はこのような態様に限定されるものではなく、駆動波形信号Comは、1つの信号(例えば、Com-Aのみ)からなるものでもよいし、2以上の任意の個数の信号(例えば、Com-A及びCom-B)からなるものでもよい。
また、上述した実施形態及び変形例において、制御部6は、駆動波形信号Comとして、印刷用の駆動信号Vinを生成するための駆動波形信号Com-A及びCom-B(以下、「印刷用駆動波形信号」と称する)と、検査用の駆動信号Vinを生成するための駆動波形信号Com-C(以下、「検査用駆動波形信号」と称する)を、各単位動作期間Tuにおいて同時に供給するが、本発明はこのような態様に限定されるものではない。例えば、制御部6は、ある単位動作期間Tuにおいて印刷処理を実行する場合においては、印刷用駆動波形信号のみを含む駆動波形信号Com(例えば、Com-A及びCom-B)を供給し、ある単位動作期間Tuにおいて吐出異常検出処理または検査波形決定処理を実行する場合においては、検査用駆動波形信号のみを含む駆動波形信号Com(例えば、Com-Aに代えてCom-C)を供給する等、各単位動作期間Tuにおいて実行される処理の種別に応じて、駆動波形信号Comに含まれる各信号の波形を変更するものであってもよい。
なお、印刷信号SIのビット数は、3ビットに限定されるものではなく、表示すべき階調や、駆動波形信号Comに含まれる信号の数により適宜決定すればよい。
上述した実施形態及び変形例では、ヘッド部30の主走査方向と記録用紙Pが搬送される副走査方向が異なるシリアルプリンタを一例として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ヘッド部30の幅が記録用紙Pの幅以上の幅となるラインプリンタであってもよい。残留振動による吐出状態の判定は、インクを記録用紙Pに吐出することなく実行できるので、ラインプリンタにおいて印刷中に吐出状態の検査を行うことが可能となる。
上述した実施形態及び変形例では、位相指標データNtF、周期指標データNtC、及び振幅指標データNtDaddに基づいて、ノズルNのインクの吐出状態を判定したが、振幅指標データNtDaddと周期指標データNtCとの比(NtDadd/NtC)に基づいて、ノズルNのインクの吐出状態を判定してもよい。各ノズルNによって周期指標データNtCがばらつくが、この判定方法によれば、残留振動の振幅を周期で正規化することができるので、周期のばらつきを吸収して振幅を評価することが可能となる。この結果、より正確にノズルNにおけるインクの吐出状態を判定することが可能になる。
さらに、振幅指標データNtDaddと周期指標データNtCとの比をノズルNごとに算出し、算出結果に基づいてノズル列の最頻値を特定し、最頻値に基づいて、振幅指標データNtDaddが正常であるか異常であるかを判定する閾値Trefを定めてもよい。
Claims (17)
- 駆動信号に応じて変位する圧電素子と、
内部に液体が充填され前記駆動信号に基づく前記圧電素子の変位により当該内部の圧力が増減される圧力室と、
前記圧力室に連通し前記圧力室の内部の圧力の増減により前記圧力室の内部に充填された液体を吐出可能なノズルと、
前記駆動信号を前記圧電素子に供給する駆動信号供給部と、
前記圧電素子に前記駆動信号が供給された後に生じる前記圧力室内部の圧力の変化に基づく前記圧電素子の起電力の変化を残留振動信号として検出する検出部と、
前記残留振動信号を第1閾値で2値化した第1比較信号と、前記残留振動信号を第2閾値で2値化した第2比較信号と、を生成する比較信号生成部と、
少なくとも前記第1比較信号及び前記第2比較信号に基づいて、前記ノズルにおける液体の吐出状態を判定する判定部と、
を備えることを特徴する液体吐出装置。 - 前記第1閾値は、前記残留振動信号の振幅中心レベルと略一致し、
前記判定部は、
前記第1比較信号に基づいて前記残留振動信号の位相に応じた位相指標データを生成する位相指標データ生成部と、少なくとも前記第2比較信号に基づいて前記残留振動信号の振幅に応じた振幅指標データを生成する振幅指標データ生成部とを備え、
前記位相指標データ及び前記振幅指標データに基づいて、前記ノズルにおける液体の吐出状態を判定する、
ことを特徴する請求項1に記載の液体吐出装置。 - 前記比較信号生成部は、前記残留振動信号を第3閾値で2値化して第3比較信号を生成し、
前記振幅指標データ生成部は、前記第2比較信号に基づいて前記残留振動信号が前記第2閾値を超える時間を示す第1時間、前記第3比較信号に基づいて前記残留振動検出信号が前記第3閾値を超える時間を示す第2時間を特定し、少なくとも前記第1時間と前記第2時間を合計して前記振幅指標データを生成する、
ことを特徴する請求項2に記載の液体吐出装置。 - 前記判定部は、
前記第1比較信号に基づいて前記残留振動信号の周期に応じた周期指標データを生成する周期指標データ生成部を備え、
前記位相指標データ、前記周期指標データ及び前記振幅指標データに基づいて、前記ノズルにおける液体の吐出状態を判定する、
ことを特徴する請求項2又は3に記載の液体吐出装置。 - 前記位相指標データ生成部は、前記駆動信号を前記圧電素子に印加してから、前記第1比較信号を所定時間だけ無効にした後に発生する前記第1比較信号のエッジまでの時間を前記位相指標データとして生成し、
前記周期指標データ生成部は、前記第1比較信号の前記エッジが発生した後の1周期の時間を前記周期指標データとして生成する、
ことを特徴とする請求項4に記載の液体吐出装置。 - 前記判定部は、前記振幅指標データが正常範囲にあり、且つ前記位相指標データが正常範囲の下限未満の場合、前記圧力室に気泡が混入していると判定することを特徴とする請求項2乃至5のうちいずれか1項に記載の液体吐出装置。
- 前記判定部は、前記振幅指標データが正常範囲にあり、且つ前記位相指標データが正常範囲の上限を超え、且つ前記残留振動信号に基づいて前記周期指標データを生成することが不能である場合、前記液体が増粘していると判定することを特徴とする請求項4又は5に記載の液体吐出装置。
- 前記判定部は、前記振幅指標データが正常範囲にあり、且つ前記位相指標データが正常範囲の上限を超え、且つ前記周期指標データが正常範囲の下限未満である場合、前記圧力室に気泡が混入していると判定することを特徴とする請求項4又は5に記載の液体吐出装置。
- 前記判定部は、前記振幅指標データが正常範囲にあり、且つ前記位相指標データが正常範囲の上限を超え、且つ前記周期指標データが正常範囲の下限以上である場合、前記ノズルから液体がしみ出していると判定することを特徴とする請求項4又は5に記載の液体吐出装置。
- 前記判定部は、前記振幅指標データが正常範囲にあり、且つ前記位相指標データが正常範囲にある場合において、前記残留振動信号に基づいて前記周期指標データを生成不能である場合、又は前記周期指標データが正常範囲の上限を超える場合、前記液体が増粘していると判定することを特徴とする請求項4又は5に記載の液体吐出装置。
- 前記判定部は、前記振幅指標データが正常範囲にあり、且つ前記位相指標データが正常範囲にあり、且つ前記周期指標データが正常範囲の下限未満である場合、前記圧力室に気泡が混入していると判定することを特徴とする請求項4又は5に記載の液体吐出装置。
- 前記判定部は、前記振幅指標データが正常範囲の下限未満であり、且つ前記位相指標データが正常範囲の下限未満である場合、前記圧力室に気泡が混入していると判定することを特徴とする請求項4又は5に記載の液体吐出装置。
- 前記判定部は、前記振幅指標データが正常範囲の下限未満であり、且つ前記位相指標データが正常範囲の上限を超える場合、前記液体が増粘していると判定することを特徴とする請求項4又は5に記載の液体吐出装置。
- 前記判定部は、前記振幅指標データが正常範囲の下限未満であり、且つ前記位相指標データが正常範囲にある場合において、前記残留振動信号に基づいて前記周期指標データを生成不能である、前記周期指標データが正常範囲の下限未満である、又は前記周期指標データが正常範囲の上限を超える場合、前記圧力室に気泡が混入していると判定することを特徴とする請求項5に記載の液体吐出装置。
- 前記判定部は、前記振幅指標データが正常範囲の下限未満であり、且つ前記位相指標データが正常範囲にあり、且つ前記周期指標データが正常範囲にある場合、前記液体が増粘していると判定することを特徴とする請求項4又は5に記載の液体吐出装置。
- 前記第1閾値は、前記残留振動信号の振幅中心レベルと略一致し、
前記判定部は、
前記第1比較信号に基づいて前記残留振動信号の周期に応じた周期指標データを生成する周期指標データ生成部と、少なくとも前記第2比較信号に基づいて前記残留振動信号の振幅に応じた振幅指標データを生成する振幅指標データ生成部とを備え、
前記振幅指標データと前記周期指標データとの比に基づいて、前記ノズルにおける液体の吐出状態を判定する、
ことを特徴する請求項1に記載の液体吐出装置。 - 前記ノズルを所定数備え、
前記判定部は、
少なくとも前記第1比較信号及び前記第2比較信号に基づいて生成した指標データが閾値を超えるか否かを判定し、
前記閾値を超えると判定された前記ノズルの個数が基準値以上である場合、前記所定数のノズルについて液体がしみ出していると判定し、前記閾値を超えると判定された前記ノズルの個数が前記基準値未満である場合、前記所定数のノズルについて液体がしみ出していないと判定する、
ことを特徴とする請求項1に記載の液体吐出装置。
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