JP2017149153A - 液体吐出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】インクジェットプリンターは、圧電素子200を駆動するための駆動信号を生成する駆動信号生成部33と、残留振動検出部356Aと、圧電素子200に駆動信号を供給するか、圧電素子の起電力を残留振動検出部356Aに供給するかを選択する選択部352Aと、残留振動検出部356Aと、圧電素子200と接続される接続端子x3と、駆動信号が供給される入力端子x1と、残留振動検出部356Aの出力信号が出力される出力端子x2とを備えた制御IC29dと、入力端子に接続され、駆動信号が供給される第1外部配線L1oと、出力端子x2に接続され残留振動検出部356Aの出力信号が供給される第2外部配線L2oとを備え、第2外部配線L2oの単位長さ当たりの抵抗値は、第1外部配線L1oの単位長さ当たりの抵抗値より大きい。
【選択図】図28
Description
特許文献1には、圧電素子を用いてキャビティ内のインクに振動を与え、その残留振動に対するインクの挙動を検知することによって、吐出状態を判定する手法が開示されている。
しかしながら、駆動信号は大振幅であるのに対して、残留振動による圧電素子の起電力は小振幅であるところ、信号の性質を考慮して配線を引き回すことが望まれるが、特許文献1には、この点について開示がない。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、残留振動に従った圧電素子の起電力の変化を検出するとともに、駆動信号を圧電素子に供給するのに好適な配線を備えた液体吐出装置を提供すること等を解決課題とする。
この態様によれば、第2外部配線の単位長さ当たりの抵抗値は、第1外部配線の単位長さ当たりの抵抗値より大きいので、出力信号を取り出しつつ、駆動信号を圧電素子に十分供給することが可能となる。
第1内部配線には駆動信号が供給され、第2内部配線には圧電素子の起電力が供給されるところ駆動信号の振幅は、起電力の振幅よりも大きいので、第1内部配線のインピーダンスは第2内部配線のインピーダンスよりも小さくすることが望まれる。この態様によれば、第2内部配線の線幅は、第1内部配線の線幅より狭いので、第1内部配線のインピーダンスを第2内部配線のインピーダンスと比較して下げることができる。さらに、第2内部配線のインピーダンスが大きくなっても線幅が狭いので、ノイズの重畳を抑制することができる。
この態様によれば、第2トランジスターのトランジスターサイズを第1トランジスターのトランジスターサイズよりも小さくしたので、オン抵抗を大きく且つ寄生容量を小さくすることができる。これにより、駆動信号に対する圧電素子の良好な応答特性を実現しつつ、残留振動をなるべく減衰させずに、残留振動を大きな振幅で長時間取り出すことが可能となる。なお、トランジスターサイズは、ゲート幅/ゲート長で与えられ、トランジスターサイズが大きい程、トランジスターのオン抵抗が小さくなる。
この液体吐出装置の一態様によれば、第1キャパシターを含む第1ハイパスフィルターを通過した第1出力信号が残留振動検出部に供給される。第1ハイパスフィルターは、低域周波数を除去するので、第2スイッチがオン状態となっても圧電素子と残留振動検出部は交流結合することになる。このため、残留振動検出部の電源電圧は、駆動信号のダイナミックレンジに対応しなくても、圧電素子の起電力に対応すればよい。よって、残留振動検出部の電源電圧を下げることが可能となり、さらに残留振動検出部は低電圧で動作すればよいので、その構成を簡素化できる。より具体的には、残留振動検出部の電源電圧は、駆動信号の振幅の最大値より低いことが好ましい。
この態様によれば、第2ハイパスフィルターに駆動信号が供給される場合には、第3抵抗の両端の電圧を差動増幅できる。一方、第2ハイパスフィルターに圧電素子に供給される固定電位が入力される場合には、当該固定電位に重畳する電源ノイズを差動増幅でキャンセルことができる。
この態様によれば、第2状態において第2スイッチを介して駆動信号の電位に第3ノードがバイアスされた後、第3状態において第1スイッチがオン状態からオフ状態へ変化する。このため、第3ノードの電位は殆ど変化しない。よって、スイッチングノイズを大幅に低減することができる。
また、第2状態において第1スイッチを介して駆動信号の電位を圧電素子に供給した後、第1状態において第2スイッチがオン状態からオフ状態へ変化する。このため、第1ノードの電位は殆ど変化しない。よって、圧電素子に供給する駆動信号にスイッチングノイズが重畳することを抑圧できる。
この態様によれば、第1状態及び第2状態ではクランプし、第3状態においてクランプを解除するので、第1状態においてハイパスフィルターから入力される大振幅のノイズをカットし、第2状態において第2スイッチを介して駆動信号の電位に第3ノードがバイアスされた後、第3状態において第1スイッチがオン状態からオフ状態へ変化すると共に、クランプを解除する。このため、第3ノードの電位は殆ど変化せず、スイッチングノイズを大幅に低減して、正確に残留振動を検出することが可能となる。
図1は、本発明の第1実施形態における液体吐出装置の一種であるインクジェットプリンター1の構成を示す概略図である。なお、以下の説明では、図1中、上側を「上部」、下側を「下部」という。まず、このインクジェットプリンター1の構成について説明する。
図1に示すインクジェットプリンター1は、装置本体2を備えており、上部後方に記録用紙Pを設置するトレイ21と、下部前方に記録用紙Pを排出する排紙口22と、上部面に操作パネル7とが設けられている。
また、装置本体2の内部には、主に、往復動する印字手段(移動体)3を備える印刷装置(印刷手段)4と、記録用紙Pを印刷装置4に対し供給・排出する給紙装置(液滴受容物搬送手段)5と、印刷装置4及び給紙装置5を制御する制御部(制御手段)6とを有している。
印字部3は、複数のヘッドユニット35と、各ヘッドユニット35にインクを供給するインクカートリッジ(I/C)31と、各ヘッドユニット35及びインクカートリッジ31を搭載したキャリッジ32とを有している。なお、インクの消費量が多いインクジェットプリンターの場合には、インクカートリッジ31がキャリッジ32に搭載されず別な場所に設置され、チューブでヘッドユニット35と連通されインクが供給されるように構成してもよい(図示せず)。
ノズル241を列設することでノズル列が構成されている。実施形態においては、当該ノズルプレート240に2つのノズル列が形成されている。ここで、2つのノズル列は、ノズル241の並んだ方向にノズル241間のピッチの半分だけずれて形成されている。ノズルプレート240は、例えば、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板またはステ
ンレス鋼等から形成できる。
また、共通液室基板26の上面側には、コンプライアンス基板27が配置される。この
コンプライアンス基板27における共通液室基板26の貫通空部26aに対向する領域には、インク導入針側からのインクを共通液室に供給するためのインク導入口27aが厚さ方向に貫通して形成されている。
また、このコンプライアンス基板27の貫通空部26aに対向する領域のインク導入口27aおよび後述する貫通口27b以外の領域は、極薄く形成された可撓部27cとなっており、この可撓部27cによって貫通空部26aの上部開口が封止される。ことで共通液室が区画形成される。そして、この可撓部27cは、共通液室内のインクの圧力変動を吸収するコンプライアンス部として機能する。さらに、コンプライアンス基板27の中央部には、貫通口27bが形成されている。この貫通口27bは、ユニットケース28の空部28aと連通する。
電素子200への駆動電圧の印加を制御するための制御IC29dが実装されると共に、この制御IC29dに接続される個別電極配線のパターンが形成されている。また、フレキシブルケーブル29の一端部には、図示しない接続端子が、圧電素子200から引き出された各外部電極248(図4参照)に対応して複数列設され、他端部には、プリンター1本体側からの信号を中継する基板の基板端子部に接続される他端側接続端子が複数列設されている。そして、フレキシブルケーブル29は、両端部の接続端子以外の配線パターンや制御IC29dの表面がレジストで覆われている。
キャリッジ32は、往復動機構42のキャリッジガイド軸422に往復動自在に支持されるとともに、タイミングベルト421の一部に固定されている。
給紙ローラ52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52aと駆動ローラ52bとで構成され、駆動ローラ52bは給紙モーター51に連結されている。これにより、給紙ローラ52は、トレイ21に設置した多数枚の記録用紙Pを、印刷装置4に向かって1枚ずつ送り込んだり印刷装置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21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。
さらに給紙モーター51は、印字部3の往復動作と連動して、画像の解像度に応じた記録用紙Pの紙送りも行う。給紙動作と紙送り動作については、それぞれ別のモーターで行うことも可能であり、また、電磁クラッチなどのトルク伝達の切り替えを行う部品によって同じモーターで行うことも可能である。
回復機構24は、ヘッドユニット35からインク滴を吐出不能となった場合に、ヘッドユニット35が正常に動作するように機能を回復させるための機構である。具体的には、回復機構24はフラッシング動作やワイピング動作を実行する。フラッシング動作は、ヘッドユニット35のキャップの装着時や、記録用紙にインク滴がかからない場所において、ヘッドユニット35のすべてのあるいは対象となるノズル241からインク滴を吐出するヘッドクリーニング動作である。また、ワイピング動作では、ノズルプレートをクリーニングするためにヘッド面に付着している付着物(紙粉やごみなど)を、ワイパで拭き取る。このときノズル110内が負圧になって、他の色のインクを引込んでしまう可能性がある。そこで、ワイピング動作後に、ヘッドユニット35のすべてのノズル241から一定量のインク滴を吐出させフラッシング動作が実施される。
なお、吐出異常検出部10及び駆動信号生成部33については、詳細を後述する。
制御部6は、インターフェース部9を介して、ホストコンピューター8から印刷データを入手すると、その印刷データを記憶部62に格納する。そして、CPU61は、この印刷データに所定の処理を実行して、この処理データ及び各種センサーからの入力データに基づいて、駆動信号生成部33、各ドライバー43、53及びヘッドユニット35に制御信号を出力する。各ドライバー43、53を介してこれらの制御信号が入力されると、印刷装置4のキャリッジモーター41及び給紙装置5がそれぞれ作動する。これにより、記録用紙Pに印刷処理が実行される。
液滴の吐出によりキャビティ245内で減少した液量は、リザーバ246からインクが供給されて補給される。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。
る。
u={p/(ω・m)}e−ωt・sinωt
ω={1/(m・Cm)−α2}1/2
α=r/2m
まず、ドット抜けの1つの原因であるキャビティ245内への気泡の混入について検討する。図10は、図4のキャビティ245内に気泡Bが混入した場合のノズル241付近の概念図である。この図10に示すように、発生した気泡Bは、キャビティ245の壁面に発生付着しているものと想定される(図10では、気泡Bの付着位置の一例として、気泡Bがノズル241付近に付着している場合を示す)。
したがって、インクが正常に吐出された図9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11のような結果(グラフ)が得られた。図9及び図11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。
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ものである。
駆動信号COMは圧電素子200を駆動する必要があるため、例えば42Vの電源電圧で動作する。これに対して、残留振動検出部356Aや吐出異常検出部10は、例えば3.3Vの電源電圧で動作する。
選択ユニットU1は、第1スイッチSWa1と第2スイッチSW2とを備える。これらのスイッチSWa1及びSW2は、トランスファーゲートで構成される。この例のトランスファーゲートは、同図に示すように並列に接続されたPチャネルトランジスターとNチャネルトランジスターとを備えるが、いずれか一方のチャネルのトランジスターで構成してもよい。
一方、第2スイッチSW2は、制御信号S1がハイレベルでオン状態となり、第1ハイパスフィルターHPF1を介して圧電素子200の起電力を残留振動検出部356Aに供給する一方、制御信号S1がローレベルでオフ状態となり、圧電素子200の起電力を残留振動検出部356Aに供給しない。即ち、第2スイッチSW2は、圧電素子200の起電力の変化を残留振動検出部356Aに印加するか否かを切替可能に配置されている。
なお、本実施形態では、第1スイッチSWa1と第2スイッチSW2とは、排他的にオン状態になるのではなく、第1スイッチSWa1がオン状態になる期間と、第2スイッチSW2がオン状態になる期間が、一部重複する。動作の詳細は後述する。
くわえて、第2ノードN2と第3ノードN3との間には、第3抵抗R3が設けられている。第3抵抗R3は、第3ノードN3に駆動信号COMの電圧を供給するバイアス抵抗として機能する。
ローパスフィルター37は、第1出力信号OUT1の高域周波数成分を減衰させる。この例のローパスフィルター37は、オペアンプを用いた多重帰還型であるが、残留振動の周波数帯域よりも高域周波数成分を減衰させるのであれば、どのような形式であってもよい。ローパスフィルター37によって、検出する周波数範囲を限定することでノイズ成分を除去することが可能となる。
バッファ38は、インピーダンスを変換してローインピーダンスの検出信号Vdを出力する。この例のバッファ38は、オペアンプを用いたボルテージフォロアで構成されている。
なお、制御信号A2〜Anはハイレベル、制御信号S2〜Snはローレベルになるので、検査対象以外のノズル241に対応する圧電素子120に微振動パルスP1が印加され、検査対象以外のノズル110に対応するキャビティ内のインクについて増粘が抑制される。
第1スイッチSWa1がオン状態となって検査パルスP2が圧電素子200に印加されると、圧電素子200は、検査パルスP2の立ち下がりに同期してインク滴をキャビティ内に引き込む方向に撓み、検査パルスP2の立ち上がりに同期してインク滴をキャビティから押し出す方向に撓む。
ここで、検査パルスP2は、インク滴がノズル241から吐出しないように振幅、位相及び立ち上がり時間が調整されていてもよいし、あるいは、検査パルスP2によってインク滴がノズル241から吐出されてもよい。検査パルスP2が非吐出に対応する波形である場合には、通常の印刷中に残留振動を検出することができる。一方、検査パルスP2が吐出に対応する波形である場合には、ヘッドユニット35を記録用紙からはずれた位置に移動させ、インク滴を吐出させればよい。
この第2状態から第3状態へ遷移すると、第1スイッチSWa1がオフ状態に遷移するが、第2ノードN2→第3抵抗R3の経路は残され、第3ノードN3には第3抵抗R3によって駆動信号COMの所定電位Vxがバイアスされる。よって、第1状態から第3状態へ遷移する際に第3ノードN3の電位が大きく変化しないので、スイッチングノイズを低減できる。くわえて、第1状態→第2状態→第3状態といったシーケンスで第1スイッチSWa1及び第2スイッチSW2を制御することにより、圧電素子200からの電流を連続的に流すことができるので、コイルの逆起電力のような切替時のサージ電圧の発生を無くすことができる。この結果、第4期間T4が開始されると同時に残留振動の検出を行うことが可能となる。
なお、計測部12の動作は、マスク信号Mが無効になった後、最初に検出信号Vdが閾値電圧Vth_cをよぎる場合に、検出信号Vdの立ち上がり中に閾値電圧Vth_cをよぎる正エッジ検出モードと、検出信号Vdの立ち下がり中に閾値電圧Vth_cをよぎる逆エッジ検出モードとがある。
具体的には、正エッジ検出モードにおいて、NTfフラグ生成回路131は、マスク信号Mが無効になった後であって、検出信号Vdが最初に閾値電圧Vth_cを上回ってから下回るまでの期間に、検出信号Vdが閾値電圧Vth_oを上回った場合に、NTfフラグf1を有効にする(例えば、図25に示す例)。一方、逆エッジ検出モードにおいて、NTfフラグ生成回路131は、マスク信号Mが無効になった後であって、検出信号Vdが最初に閾値電圧Vth_cを下回ってから上回るまでの期間に、検出信号Vdが閾値電圧Vth_uを下回った場合に、NTfフラグf1を有効にする。
具体的には、正エッジ検出モードにおいて、NTcフラグ生成回路135は、ラッチ信号Lcが有効になった後であって、2番目に検出信号Vdが閾値電圧Vth_cとなる信号M1の立ち上がりエッジから次の立ち下がりエッジまでの期間に、検出信号Vdが閾値電圧Vth_oを上回った場合に、NTcフラグf2を有効にする。一方、逆エッジ検出モードにおいて、NTcフラグ生成回路135は、ラッチ信号Lcが有効になった後であって、2番目に検出信号Vdが閾値電圧Vth_cとなる信号M1の立ち下がりエッジから次の立ち上がりエッジまでの期間に、検出信号Vdが閾値電圧Vth_uを下回った場合に、NTcフラグf2を有効にする。
図25に示す、正エッジ検出モードの例では、出力信号M1の2番目の立ち上がりエッジは時刻t14で発生し、次の立ち下がりエッジは時刻t16で発生する。時刻t14から時刻t16までの期間に、検出信号Vdが閾値電圧Vth_oを上回り、時刻t15において出力信号M2の立ち上がりエッジが発生する。このため、NTcフラグf2は時刻t15から有効になる。
まず、周期データNTcは、時間Ta1から時間Ta2までの範囲を正常とすると、Ta1>NTcの場合に短い、Ta2≧NTc≧Ta1の場合に正常、NTc>Ta2の場合に長いと判定される。
また、位相データNTfは、時間Tb1から時間Tb2までの範囲を正常とすると、Tb1>NTf又はNTf>Tb2の場合に長短、Tb2≧NTf≧Tb1の場合に正常と判定される。
NTcフラグf2及びNTfフラグf1が共に有効な場合は、位相データNTf及び周期データNTcの判定結果に基づいて、吐出状態を判定する。
周期データNTc及び位相データNTfが正常である場合は、吐出状態は正常と判定する(状態番号2)。周期データNTcが正常であり、且つ位相データNTfが長短である場合には、キャビティ内に気泡があると判定する(状態番号3)。
一方、周期データNTcが長い場合は、位相データNTfの判定結果に拘わらずインクが増粘していると判定する(状態番号4又は5)。これは、残留振動が過減衰であり、ノズル241付近のインクが乾燥により増粘しているもの(乾燥)と考えられるからである。
さらに、判定閾値Ta3を想定し、NTc≧Ta3の場合にインクの増粘と判定し、Ta3>NTc>Ta2の場合にはノズル241出口付近に紙粉が付着しているもの(紙粉付着)と判定してもよい。
図27に示す等価回路によれば、n個の静電容量Ccが並列に接続される。ここで、n個の第2スイッチSW2のうち、1個がオン状態なると、時定数Tは、以下の式で与えられる。
T=n・Cc・Ron
ここで、「n」は、残留振動周期(NTc)よりも時定数Tが短くなるように設定することが好ましい。このように設定することによって、残留振動周期の周波数成分を大きく減衰させること無く、ハイパスフィルターHPF1に供給することができる。
そこで、1つのユニットに割り当てる圧電素子200の数である「n」は、ハイパスフィルターHPF1に供給される圧電素子200の残留振動のSN比が適切に確保されるように設定すればよい。
仮に、「n」がインクジェットプリンター1全体のノズル241の数より小さい場合には、ハイパスフィルターHPF1及びその後段の残留振動検出部356A及び吐出異常検出部10を多重化すればよい。多重化しても選択部352Aのチップサイズは小さくなるので、性能を確保しつつ、装置全体のコストの増加を抑制することが可能となる。
ここで、第2外部配線L2oの単位長さ当たりの抵抗値(Ω/m)は、第1外部配線L1oの単位長さ当たりの抵抗値より大きいことが好ましい。また、第2外部配線L2oの抵抗値は、第1外部配線L1oの抵抗値より大きいことが好ましい。
一方、出力端子x2に接続される負荷は、第2外部配線L2oと吐出異常検出部10であり、検出信号Vdの振幅は、駆動信号COMの振幅よりも小さいので、第2外部配線L2oのインピーダンスは第2外部配線L2oのインピーダンスと比較して高くてもよい。
第1外部配線L1oと第2外部配線L2oは、分布抵抗と寄生容量によって等価的に梯子型のローパスフィルターとして機能する。分布抵抗が大きいと等価的なローパスフィルターのカットオフ周波数は下がる。上述したように駆動信号COMと比較して検出信号Vdは高周波数成分が小さいので、第2外部配線L2oの分布抵抗は第1外部配線L1oの分布抵抗よりも大きくても良い。
そこで、本実施形態では、第2外部配線L2oの単位長さ当たりの抵抗値は、第1外部配線L1oの単位長さ当たりの抵抗値より大きくなるように設定する。第1外部配線L1o及び第2外部配線L2oの平面構造及び断面構造を、図29に示す。
くわえて、第1外部配線L1o及び第2外部配線L2oの間にはグランド電位が供給される第3外部配線L3oを配設したので、第3外部配線L3oをシールドとして機能させることができ、第2外部配線L2oに飛び込む高周波ノイズを低減し、検出信号VdのSN比を向上させることができる。
また、第1スイッチSWa1は第1のnチャネルトランジスターn1と第1のpチャネルトランジスターp1とを備え、第2スイッチSW2は第2のnチャネルトランジスターn2と第2のpチャネルトランジスターp2とを備える。
そして、同図中、点線で囲まれた各領域に、第1のnチャネルトランジスターn1、第1のpチャネルトランジスターp1、第2のnチャネルトランジスターn2、及び第2のpチャネルトランジスターp2が設けられている。実際の制御IC29dは、積層構造となっており、そのいずれかの層に各トランジスターが形成されている。
本実施形態において、このようにトランジスターサイズを採用したのは、以下の理由による。即ち、圧電素子200は容量性の負荷である。このため、圧電素子200に駆動信号COMを供給する信号経路のインピーダンスはなるべく低いことが好ましい。一方、検出期間では圧電素子200から起電力を取り出すことにより残留振動を検出する。この場合、圧電素子200から見た外部のインピーダンスが低いと、圧電素子200から大きなエネルギーが取り出され、残留振動がダンピングされてしまい残留振動が短時間で減衰してしまう。しかし、トランジスターサイズを小さくすると、オン抵抗を大きく且つ寄生容量を小さくすることができる。
第2実施形態に係るインクジェットプリンター1は、選択部352Aの替わりに選択部352Bを用いる点、及び残留振動検出部356Aの替わりに残留振動検出部356Bを用いる点を除いて、第1実施形態のインクジェットプリンター1と同様に構成されている。
G=OUT3/(OUT1−OUT2)
=(1+2*R4/R3)*(R6/R5)
出力信号OUT3は、ローパスフィルター37において高域周波数成分が減衰され、ゲイン調整部36においてゲインが調整され、バッファ38においてインピーダンスが変換されて、検出信号Vdとして吐出異常検出部10に供給される。
第3実施形態に係るインクジェットプリンター1は、選択部352Aの替わりに選択部352Dを用いる点、並びに駆動信号生成部33が第1駆動信号COMa及び第1駆動信号COMbを生成する点を除いて、第1実施形態に係るインクジェットプリンター1と同様に構成されている。
第3実施形態では、2種類の駆動信号を用いて圧電素子200を駆動する。これによって、多様な駆動パルスを圧電素子200に印加して、大きさの異なるインク滴をノズル241から吐出させることも可能となる。
即ち、最初の単位期間Taの第1駆動信号COMaと次の単位期間Tbの第2駆動信号COMbは同じであり、次の単位期間Tbの第1駆動信号COMaと最初の単位期間Taの第2駆動信号COMbは同じである。
従って、単位期間Tbでは、選択ユニットU2’において第2駆動信号COMbを選択して、検査パルスP2を圧電素子200−2に印加し、圧電素子200−2を用いて残留振動を検出する。
また、第1実施形態では、1種類の駆動信号COMを用いるため、1の単位期間に微振動パルスP1と検査パルスP2とを含ませる必要があったが、本実施形態では、各単位期間において第1駆動信号COMa及び第2駆動信号COMbの一方に、微振動パルスP1を含ませ、他方に検査パルスP2を含ませればよい。この結果、単位期間Ta、Tbを短くすることができる。
なお、上述した実施形態では、期間T10では、第1駆動信号COMaに検査パルスP2を含ませ、第2駆動信号COMbに微振動パルスP1を含ませたが、微振動パルスP1の替わりにインク滴を吐出させる吐出パルスを含ませてもよい。この場合には、インク滴と吐出させるノズル241とインク滴を非吐出として残留振動を検出するノズル241とを混在させることが可能となる。
さらに、本実施形態において、第1内部配線L1iは、第1駆動信号COMaを供給する供給ラインLaと第2駆動信号COMbを供給する供給ラインLbとで構成される。この場合、第2内部配線L2iの単位長さ当たりの抵抗値は、供給ラインLa又はLbの単位長さ当たりの抵抗値と比較して大きく、また、第2内部配線L2iの線幅は供給ラインLa及びLbの線幅と比較して狭く、第2内部配線L2iの断面積は供給ラインLa及びLbの断面積と比較して小さい。さらに、第2内部配線L2iの抵抗値は、供給ラインLa又はLbの抵抗値と比較して大きい。
第4実施形態に係るインクジェットプリンター1は、選択部352Dの替わりに選択部352Eを用いる点を除いて、第3実施形態のインクジェットプリンター1と同様に構成されている。
本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に述べる各種の変形例が可能である。また、各変形例は、変形例同士を適宜組み合わせてもよく、更に、上述した各実施形態と適宜組み合わせてもよい。
上述した各実施形態では、選択部352A〜352Fと残留振動検出部356A、356Bとを1個のICチップに収納したが、本発明はこれに限定されるものではなく、第3抵抗R3の前段を1チップに集積化してヘッドユニット35に搭載し、第3抵抗R3を含む後段の構成を別基板に設けてもよい。
例えば、第4実施形態に示す選択部352Eに適用した場合、図39に示すものとなる。同図に示すように、ヘッドユニット35には選択ユニットU1’〜Un’の各々に対応して設けた端子X1〜Xnと、第5スイッチSW5及び第6スイッチSW6が接続された端子Yが設けられている。一方、回路基板500には、第3抵抗R3、図示せぬフレキシブル基板などを介して端子X1〜端子Xnに接続される端子Z1、及び端子Yと接続される端子Z2などが設けられている。
なお、第1実施形態で説明したように、静電容量Ccの影響から、ハイパスフィルターHPF1及びHPF2を兼用する圧電素子200の数「n」を制限する場合には、第3抵抗R3を含む後段の構成を多重化すればよい。
上述した各実施形態では、第1スイッチSWa1(SWb1)をオン状態からオフ状態に遷移させるのと同時に、第3スイッチSW3(第4スイッチSW4)をオン状態からオフ状態に遷移させてクランプを解除したが、本発明はこれに限定されるものではなく、第1スイッチSWa1(SWb1)をオン状態からオフ状態に遷移させた後に、第3スイッチSW3(第4スイッチSW4)をオン状態からオフ状態に遷移させてクランプを解除してもよい。
また、第1スイッチSWa1(SWb1)をオフ状態からオン状態に遷移させるのと同時に、第3スイッチSW3(第4スイッチSW4)をオフ状態からオン状態に遷移させてクランプをしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、第3スイッチSW3(第4スイッチSW4)をオフ状態からオン状態に遷移させてクランプを動作させた後に、第1スイッチSWa1(SWb1)をオフ状態からオン状態に遷移させてもよい。
このように制御することによって、駆動信号COMが第3抵抗R3を介することなく、直接、残留振動検出部に供給されることを確実に防止することができる。
本発明は、上述した各実施形態で説明したインクジェットヘッドに限定されるものではなく、他の構成例であってもよいことは勿論である。図40〜図38は、それぞれ、インクジェットヘッド(ヘッドユニット)の他の構成例の概略を示す断面図である。以下、これらの図に基づいて説明するが、前述した実施形態と相違する点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。
各圧電素子200の一方の面および他方の面には、それぞれ、一対の電極224が設置されている。即ち、1つの圧電素子200に対し、4つの電極224が接合されている。これらの電極224のうち所定の電極間に所定の駆動電圧波形を印加することにより、圧電素子200がシェアモード変形して振動し(図40において矢印で示す)、この振動によりキャビティ221の容積(キャビティ内の圧力)が変化し、キャビティ221内に充填されたインク(液体)がノズル223より液滴として吐出する。即ち、インクジェットヘッド100Bでは、圧電素子200自体が振動板として機能する。
上述した各実施形態では、ヘッドの主走査方向と紙送りの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、ヘッドの幅が用紙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、インクを用紙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。
上述した各実施形態では、第3ノードN3をバイアスする第3抵抗R3を備えているが、本発明はこれに限定されるものではなく、第3抵抗R3を設けなくてもよい。この場合にも、第1キャパシターC1によって直流成分はカットされるので、後段の残留振動検出部356Aを低電圧で動作させることが可能となる。
上述した各実施形態では、第3スイッチSW3を用いて第4ノードN4の電位をアナロググランドGNDにクランプしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、第3スイッチSW3(及び第4スイッチSW4)を用いなくてもよい。即ち、後段の残留振動検出部356Aが大振幅の信号の入力を許容するのであれば、残留振動を検出する期間以外でのクランプは、必須ではない。例えば、残留振動検出部356Aの入力段に入力信号の振幅を制限するリミッタ回路を設ける場合には、第3スイッチSW3を用いてクランプしなくても残留振動検出部356Aを正常に動作させることができる。
上述した実施形態においては、駆動信号生成部33から制御IC29dに駆動信号COMを供給する1本の第1外部配線L1oを設け、制御IC29dから吐出異常検出部10に検出信号Vdを供給する1本の第2外部配線L2oを設けた。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、第1外部配線L1o及び第2外部配線L2oの本数は適宜設定すればよい。制御IC29dは、上述したようにフレキシブルケーブル29上に設けられている。そして、フレキシブルケーブル29に形成された複数の配線を介して、制御部6、駆動信号生成部33、及び吐出異常検出部10に接続されている。ここで、フレキシブルケーブル29に形成される複数の配線のうち、第1外部配線L1oに割り当てる本数を、第2外部配線L2oに割り当てる本数よりも多くしてもよい。この場合、第1外部配線L1oの抵抗値を第2外部配線L2oの抵抗値よりも下げることができる。例えば、第1外部配線L1oに2本の配線を割り当て、第2外部配線L2oに1本の配線を割り当ててもよい。
上述した液体吐出装置は、一態様として、前記第1外部配線と前記第2外部配線との間に配置され、グランド電位が供給される第3外部配線とを備えることが好ましい。これにより、第3外部配線をシールドとして機能させることができ、第2外部配線に飛び込む高周波ノイズを低減し、圧電素子の起電力の変化を示す検出信号のSN比を向上させることができる。
上述した液体吐出装置の一態様において、前記第2外部配線の線幅は、前記第1外部配線の線幅より狭いことが好ましい。第2外部配線の線幅と第1外部配線の線幅には一定の制約がある。このため、第1外部配線の線幅及び第2外部配線の線幅をどのように割り当てるかは、各配線で供給する信号の性質を比較考慮して決定する必要がある。この態様によれば、第2外部配線の線幅を第1外部配線の線幅より狭くなるように設定するので、第2外部配線のインピーダンスは第1外部配線のインピーダンスよりも高くなるが、出力信号の周波数成分は、駆動信号の周波数成分よりも低域に分布する。従って、配線によって等価的にローパスフィルターが構成されても、第1外部配線の等価的なローパスフィルターのカットオフ周波数は、第2外部配線の等価的なローパスフィルターのカットオフ周波数よりも高くなるので、信号の性質を考慮した幅を割り当てることが可能となる。さらに、第2外部配線のインピーダンスは第1外部配線のインピーダンスよりも高くなるので、インピーダンスの観点から第2外部配線は第1外部配線と比較して高周波ノイズが重畳し易くなるが、第2外部配線の線幅は第1外部配線の線幅より狭いので、寄生静電容量が小さく、ノイズ源からの電気力線の結合を受け難いので、高周波ノイズの重畳を抑制することが可能となる。
Claims (5)
- 液体を吐出するノズルと、
前記ノズルに連通する圧力室と、
前記圧力室に対応して液体を吐出するために設けられた圧電素子と、
前記圧電素子を駆動するための駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
前記圧力室内の残留振動に従った前記圧電素子の起電力の変化を検出して出力信号を生成する残留振動検出部と、
前記圧電素子に前記駆動信号を供給するか、前記圧電素子の起電力を前記残留振動検出部に供給するかを選択する選択部と、
前記残留振動検出部と、前記選択部と、前記圧電素子と接続される接続端子と、前記駆動信号が供給される入力端子と、前記残留振動検出部の出力信号が出力される出力端子とを備えた半導体集積回路と、
前記入力端子に接続され、前記駆動信号が供給される第1外部配線と、
前記出力端子に接続され前記残留振動検出部の出力信号が供給される第2外部配線とを備え、
前記第2外部配線の単位長さ当たりの抵抗値は、前記第1外部配線の単位長さ当たりの抵抗値より大きい、
ことを特徴とする液体吐出装置。 - 前記第2外部配線の線幅は、前記第1外部配線の線幅より狭いことを特徴とする請求項1に記載の液体吐出装置。
- 前記入力端子と前記選択部との間設けられた第1内部配線と、
前記選択部と前記残留振動検出部との間に設けられた第2内部配線とを備え、
前記第2内部配線の線幅は、前記第1内部配線の線幅より狭いことを特徴とする請求項1又は2に記載の液体吐出装置。 - 前記選択部は、
前記駆動信号を前記圧電素子に印加するか否かを切り替え可能に配置され、且つ第1トランジスターを含む第1スイッチと、
前記起電力の変化を前記残留振動検出部に印加するか否かを切り替え可能に配置され、且つ第2トランジスターを含む第2スイッチとを備え、
前記第1トランジスターの極性と前記第2トランジスターの極性とは同じであり、
前記第2トランジスターのトランジスターサイズは、前記第1トランジスターのトランジスターサイズよりも小さいことを特徴とする請求項1から3のうちいずれか1項に記載の液体吐出装置。 - 前記第2スイッチから前記第2内部配線側を見た入力インピーダンスは、前記第2トランジスターのオン抵抗よりも大きいことを特徴とする請求項4に記載の液体吐出装置。
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