JP2020104456A - 液滴吐出装置および液滴吐出ヘッド - Google Patents

液滴吐出装置および液滴吐出ヘッド Download PDF

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Abstract

【課題】吐出検査を高精度に行うことができる液滴吐出装置を提供すること。【解決手段】液滴吐出装置は、ノズルと、第1圧力室、前記ノズルと前記第1圧力室とを連通させる連通路、および前記連通路を介して前記第1圧力室に連通する第2圧力室を有する流路部と、第1圧電素子と、第2圧電素子と、前記第1圧電素子を駆動させる第1駆動信号を生成する第1信号生成部と、前記第2圧電素子を駆動させる第2駆動信号を生成する第2信号生成部と、前記第1圧電素子の駆動に伴って前記流路部で発生する残留振動により前記第1圧電素子で発生する起電力に基づいて、前記ノズルの吐出検査を行う検査部とを備え、前記第1駆動信号は、第1検査用波形を含み、前記第2駆動信号は、前記第1検査用波形の第1発生期間と重複する期間において前記第1検査用波形とは逆極性で発生する第2検査用波形を含む。【選択図】図2

Description

本発明は、液滴吐出装置に関する。
インクを吐出するためのノズルを複数有する液滴吐出ヘッドを備えるインクジェットプリンターが知られている。特許文献1に記載のインクジェットプリンターは、インクが充填されたキャビティ内に連通するノズルからインクを吐出する液滴吐出ヘッドを備える。当該液滴吐出ヘッドでは、アクチュエーターの駆動によりキャビティ内の圧力を変化させることにより、ノズルからインクを吐出させる。
また、インクジェットプリンターでは、インクの増粘、気泡の混入、および紙粉の付着等によってノズルが目詰まりして、液滴吐出ヘッドに吐出異常が発生することがある。特許文献1には、吐出異常を検出するためのヘッド異常検出手段が開示される。当該ヘッド異常検出手段は、インクを吐出させない程度にアクチュエーターを駆動し、キャビティの残留振動に基づいて液滴吐出ヘッドの吐出異常を検出する。
特開2004−284189号公報
特許文献1に記載のヘッド異常検出手段において、インクを吐出させない程度にアクチュエーターを駆動するには、インク吐出時よりもアクチュエーターの変位量を小さくする必要がある。そのため、当該ヘッド異常検出手段を、インクの循環流路の途中にノズルを設ける循環型の液滴吐出ヘッドに適用すると、ノズルと圧力室との間の距離が長くなることに起因して、残留振動の減衰が大きくなってしまう。それゆえ、循環型の液滴吐出ヘッドにおいて従来のヘッド異常検出手段を適用しても、吐出異常を高精度に検出することが難しいという問題があった。
本発明の液滴吐出装置の一態様は、液体を吐出するノズルと、第1圧力室、前記ノズルと前記第1圧力室とを連通させる連通路、および前記連通路を介して前記第1圧力室に連通する第2圧力室を有する流路部と、前記第1圧力室の圧力を変化させる第1圧電素子と、前記第2圧力室の圧力を変化させる第2圧電素子と、前記第1圧電素子を駆動させる第1駆動信号を生成する第1信号生成部と、前記第2圧電素子を駆動させる第2駆動信号を生成する第2信号生成部と、前記第1圧電素子の駆動に伴って前記流路部で発生する残留振動により前記第1圧電素子で発生する起電力に基づいて、前記ノズルの吐出検査を行う検査部と、を備え、前記第1駆動信号は、第1検査用波形を含み、前記第2駆動信号は、前記第1検査用波形の第1発生期間と重複する期間において前記第1検査用波形とは逆極性で発生する第2検査用波形を含む。
本発明の液滴吐出装置の一態様は、液体を吐出するノズルと、第1圧力室、前記ノズルと前記第1圧力室とを連通させる連通路、および前記連通路を介して前記第1圧力室に連通する第2圧力室を有する流路部と、前記第1圧力室の圧力を変化させる第1圧電素子と、前記第2圧力室の圧力を変化させる第2圧電素子と、前記第1圧電素子を駆動させる第1駆動信号を生成する第1信号生成部と、前記第2圧電素子を駆動させる第2駆動信号を生成する第2信号生成部と、前記第1圧電素子の駆動に伴って前記流路部で発生する残留振動により前記第1圧電素子で発生する起電力に基づいて、前記ノズルの吐出検査を行う検査部と、を備え、前記第2駆動信号は、第2検査用波形を含み、前記第1駆動信号は、前記第2検査用波形の第2発生期間の終了から前記第2圧電素子の固有周期Tcの1/2の期間内に前記第2検査用波形と同極性で発生する第1検査用波形を含む。
第1実施形態におけるプリンターの内部構造を示す斜視図である。 第1実施形態におけるプリンターの構成を示すブロック図である。 第1実施形態におけるヘッドユニットの構成を示す断面図である。 第1実施形態における印刷ヘッドの構成を示すブロック図である。 第1実施形態における第1駆動信号および第2駆動信号の各駆動波形を示す図である。 第1実施形態におけるインク吐出時のインクの流れを示す図である。 第1実施形態における吐出検査時のインクの流れを示す図である。 第2実施形態における第1駆動信号および第2駆動信号の各駆動波形を示す図である。 第2実施形態における第2圧電素子の固有周期を示す図である。 第3実施形態における第1駆動信号および第2駆動信号の各駆動波形を示す図である。 第1変形例における第1駆動信号および第2駆動信号の各駆動波形を示す図である。 第2変形例における第1駆動信号および第2駆動信号の各駆動波形を示す図である。 第3変形例におけるヘッドユニットの構成を示す断面図である。 第4変形例におけるヘッドユニットの構成を示す断面図である。
以下、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態を説明する。なお、図面において各部の寸法や縮尺は実際のものと適宜異なり、理解を容易にするために模式的に示す部分もある。また、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られない。
1.第1実施形態
1−1.プリンター1の全体構成
図1は、第1実施形態におけるプリンター1の内部構造を示す斜視図である。なお、以下では、説明の便宜上、図1に示す互いに直交するx軸、y軸およびz軸を適宜用いて説明する。以下では、z軸のうち矢印の方向が+z方向でありこれを「上側」とし、z軸のうち矢印とは反対方向が−z方向でありこれを「下側」とする。
図1に示すプリンター1は、「液滴吐出装置」の一例であって、紙等の媒体Mに対してインク等の液体を吐出して、画像を形成するインクジェットプリンターである。なお、当該画像とは、文字情報のみを表示するものを含む。
プリンター1は、キャリッジ21と、移動機構22と、「液滴吐出ヘッド」の一例である印刷ヘッド3と、搬送機構24と、制御ユニット10と、を有する。
キャリッジ21は、インクを収容する複数のカートリッジ9を載置可能なカートリッジホルダーである。キャリッジ21は、移動機構22によって移動可能である。図示では、キャリッジ21には、例えばイエロー、シアン、マゼンタ、およびブラックの4色に対応する4個のカートリッジ9が載置される。
移動機構22は、キャリッジ21を+y方向および−y方向に往復移動させる。移動機構22は、ガイド軸221、第1プーリー222、第2プーリー223、タイミングベルト224およびキャリッジモーター225を有する。ガイド軸221は、y方向に延在し、その両端がプリンター1の筐体の内部に配置された支持部材19に固定される。第1プーリー222および第2プーリー223には、タイミングベルト224が架け渡される。タイミングベルト224は、ガイド軸221にほぼ平行に延在する。第1プーリー222は、駆動源であるキャリッジモーター225により回転駆動する。
キャリッジ21は、ガイド軸221に往復移動可能に支持されるとともに、タイミングベルト224の一部に固定されている。このため、キャリッジモーター225によりタイミングベルト224を正逆走行させると、キャリッジ21は、ガイド軸221に案内されて往復移動する。
また、キャリッジ21の下方には、印刷ヘッド3が配置される。印刷ヘッド3は、キャリッジ21に接続されており、キャリッジ21に伴って移動する。印刷ヘッド3は、印刷ヘッド3の下方に位置する媒体Mに対してインクを吐出する。また、印刷ヘッド3は、各色に対応する4つのヘッドユニット30を有する。各ヘッドユニット30は、インクを吐出可能な複数のノズル320を有している。
媒体Mは、搬送機構24によって搬送される。搬送機構24は、制御ユニット10の制御の下で、媒体Mを搬送する。搬送機構24は、搬送ローラー241と、搬送用モーター242とを備える。搬送ローラー241は、駆動源である搬送用モーター242により回転駆動する。また、キャリッジ21の下方には、プラテン25が配置される。
媒体Mは、搬送ローラー241によってキャリッジ21とプラテン25との間を通って+x方向に搬送される。その際、媒体Mには、印刷ヘッド3によってインクが吐出される。
制御ユニット10は、例えば、CPU(Central Processing Unit)またはFPGA(field-programmable gate array)等の制御装置と、半導体メモリー等の記憶装置とを含んで構成される。制御ユニット10は、記憶装置に記憶される各種プログラム等を制御装置が実行することで、プリンター1が有する各部を統括的に制御する。当該制御により、プリンター1は、媒体Mの搬送およびインクの付与を行って、媒体M上に画像を形成する。
1−2.制御ユニット10
次に、制御ユニット10について図2を参照しつつ説明する。図2は、第1実施形態におけるプリンター1の構成を示すブロック図である。
図2に示すように、制御ユニット10は、制御部11と、記憶部12と、キャリッジモータードライバー13と、搬送用モータードライバー14と、駆動信号生成部15と、検査部16と、を有する。なお、前述のCPU等の制御装置が、制御部11、駆動信号生成部15および検査部16として機能する。前述の半導体メモリー等の記憶装置が、記憶部12として機能する。
制御部11は、プリンター1が有する各部の動作を制御する。制御部11には、ホストコンピューター等の外部装置900から、印刷データImgが供給される。印刷データImgは、プリンター1が形成すべき画像を示すデータである。制御部11は、印刷データImgに応じてプリンター1の各部の動作を制御するための各種信号を生成して出力する。当該各種信号としては、例えば、キャリッジ制御信号Cr1、搬送用制御信号Cr2、波形指定信号dComおよび印刷信号SI等が挙げられる。
キャリッジ制御信号Cr1は、キャリッジモータードライバー13の動作を制御するための信号である。なお、キャリッジモータードライバー13は、キャリッジモーター225を駆動する。搬送用制御信号Cr2は、搬送用モータードライバー14の動作を制御するための信号である。なお、搬送用モータードライバー14は、搬送用モーター242を駆動する。波形指定信号dComは、印刷ヘッド3を駆動するための第1駆動信号ComAおよび第2駆動信号ComBの波形を規定するデジタルの電圧信号である。印刷信号SIは、第1駆動信号ComAおよび第2駆動信号ComBを供給するか否か等を指定するデジタルの電圧信号である。また、制御部11は、印刷信号SI以外の、クロック信号およびラッチ信号等の各種制御信号を取得または生成する。
駆動信号生成部15は、DA変換回路を含んで構成される。駆動信号生成部15は、第1信号生成部151と、第2信号生成部152とを含む。第1信号生成部151は、波形指定信号dComを基にして第1駆動信号ComAを生成する。第2信号生成部152は、波形指定信号dComを基にして第2駆動信号ComBを生成する。第1駆動信号ComAおよび第2駆動信号ComBは、それぞれ、印刷ヘッド3を駆動するためのアナログの電圧信号である。なお、第1駆動信号ComAおよび第2駆動信号ComBについては後で説明する。
検査部16は、インクの吐出検査を行う。検査部16は、インクの増粘、気泡の混入、および紙粉の付着等の吐出異常の有無および異常原因を特定する。
検査部16は、例えば比較器を有する。検査部16は、印刷ヘッド3から出力される残留振動信号Vdと、基準となる正常時の残留振動を示す信号とを比較して、比較の結果を示す比較信号Ciを検査結果として出力する。残留振動信号Vdは、印刷ヘッド3における後述の残留振動を示す信号である。例えば、検査部16は、残留振動信号Vdの波形と正常時の残留振動を示す信号の波形との周期または振幅等を比較して、その比較結果を比較信号Ciとして出力する。なお、前述の制御部11は、比較信号Ciに基づいて、吐出異常がある場合には、捨て打ち等のフラッシングを適宜行う。
1−3.印刷ヘッド3
次に、印刷ヘッド3について説明する。図2に示すように、印刷ヘッド3は、ヘッドユニット30と、スイッチ回路301と、検出回路302と、を備える。
ヘッドユニット30は、インクを吐出する複数の吐出部300を有する。各吐出部300は、前述のノズル320を備える。また、吐出部300は、第1圧電素子325aと、第2圧電素子325bとを有する。第1圧電素子325aおよび第2圧電素子325bの一方または両方の駆動により、ノズル320からインクが吐出される。第1圧電素子325aは、前述の第1駆動信号ComAにより駆動する。第2圧電素子325bは、前述の第2駆動信号ComBにより駆動する。
スイッチ回路301は、印刷信号SI等に基づいて、第1駆動信号ComAを第1圧電素子325aに供給するか否かを切り替える。また、スイッチ回路301は、印刷信号SIに基づいて、第2駆動信号ComBを第2圧電素子325bに供給するか否かを切り替える。また、スイッチ回路301は、印刷信号SIに基づいて、検出電位信号Voutを検出回路302に供給するか否かを切り替える。検出電位信号Voutは、後述の残留振動により第1圧電素子325aから発生する信号である。
検出回路302は、第1圧電素子325aから発生する検出電位信号Voutに基づいて、残留振動信号Vdを生成する。なお、検出電位信号Voutからノイズを除去して増幅した信号が、前述の残留振動信号Vdである。
1−3a.ヘッドユニット30の構成
次に、ヘッドユニット30の構成について、図3を参照しつつ説明する。図3は、第1実施形態におけるヘッドユニット30の構成を示す断面図である。図示しないが、ヘッドユニット30が有する複数の吐出部300は、y方向沿って並んでいる。図3は、1つの吐出部300に着目した断面図である。
図3に示すように、ヘッドユニット30には、供給管81および流出管82が接続される。図示はしないが、供給管81および流出管82は、カートリッジ9から供給されるインクを収容しているインクタンクに接続される。当該インクタンク内のインクは、矢印A1で示すように供給管81からヘッドユニット30に供給され、矢印A2で示すようにヘッドユニット30から流出管82へと流出される。つまり、ヘッドユニット30は、インクを循環させる循環流路を有する。循環流路を有することで、これを有さない場合に比べ、ヘッドユニット30内におけるインクの増粘を抑制できる。以下、かかるヘッドユニット30の構成を説明する。
ヘッドユニット30は、ノズルプレート321と、連通板322と、流路基板323と、振動板324と、第1圧電素子325aと、第2圧電素子325bと、保護基板326と、コンプライアンス基板327と、ケース328とを有する。また、ヘッドユニット30は、循環流路の一部を構成する流路部33と、第1マニホールド336と、第2マニホールド337とを有する。なお、第1圧電素子325a、第2圧電素子325bおよび流路部33は、吐出部300ごとに個別に設けられる。その他の各部は、複数の吐出部300で共通である。
ノズルプレート321は、y方向に延在する長尺なプレートであり、インク等の液体を吐出する複数のノズル320を有する。複数のノズル320は、y方向に沿って並んで配置される。1つの吐出部300に対して1つのノズル320が設けられる。ノズル320は、ノズルプレート321に形成された貫通孔である。
ノズルプレート321の+z軸側の面上には、連通板322が配置される。連通板322には、ノズル320と平面視で重なる貫通孔が形成される。当該貫通孔は、後述の連通路333を構成する。ノズルプレート321および連通板322のそれぞれの構成材料としては、例えば、シリコン、ガラス、セラミックス、金属および樹脂等が挙げられる。
連通板322の+z軸側の面上には、流路基板323が配置される。流路基板323は、y方向に延在する長尺なシリコン単結晶基板で構成される。なお、流路基板323の構成材料は、ガラスまたは金属等であってもよい。流路基板323は、z方向に開口する複数の貫通孔を有する。当該貫通孔は、後述の第1圧力室331、第2圧力室332、供給路334および流出路335を構成する。かかる流路基板323は、前述の連通板322とともに流路部33を形成する。
流路部33は、第1圧力室331と、第2圧力室332と、連通路333と、供給路334と、流出路335とを有する。第1圧力室331と第2圧力室332とは、連通路333を介して連通する。供給路334は、第1圧力室331に連通しており、第1圧力室331よりも狭い幅で形成される。流出路335は、第2圧力室332に連通しており、第2圧力室332よりも狭い幅で形成される。なお、流路部33は、1つのノズル320に対して1つ形成される。複数の流路部33は、ノズル320と同様に、y方向に並ぶ。また、ノズル320は、+z方向からみて、第1圧力室331と第2圧力室332との間に位置する。
流路基板323の+z軸側の面上には、振動板324が配置される。振動板324は、例えば、二酸化シリコンを含む弾性膜と、酸化ジルコニウムを含む絶縁体膜との積層体を含んで構成される。
振動板324の+z軸側の面上には、第1圧電素子325aおよび第2圧電素子325bが配置される。なお、本実施形態では、第1圧電素子325aおよび第2圧電素子325bは、配置が異なること以外はほぼ同一構成である。
第1圧電素子325aは、z方向からみて第1圧力室331と重なり、第1圧力室331の圧力を変化させる。第2圧電素子325bは、z方向からみて第2圧力室332と重なり、第2圧力室332の圧力を変化させる。第1圧電素子325aおよび第2圧電素子325bは、それぞれ、第1電極3251と、第2電極3252と、これらの間に配置される圧電体層3253とを有する。第1電極3251は、共通電極であり、振動板324上に配置される。第2電極3252は、個別電極である。なお、第1電極3251を個別電極とし、第2電極3252を共通電極としてもよい。
第1電極3251および第2電極3252は、フレキシブル配線等で構成される配線基板329にそれぞれ個別に接続される。なお、第2電極3252は、図示しないリード端子を介して配線基板329に接続される。配線基板329は、前述のスイッチ回路301および検出回路302に電気的に接続される。また、第1電極3251および第2電極3252は、チタンおよびイリジウムの積層体等で構成される。
また、振動板324の+z軸側の面上には、保護基板326が配置される。保護基板326は、矩形の平面視形状を有する板状の部材である。保護基板326は、第1圧電素子325aを収容するための+z軸側に開口する凹部と、第2圧電素子325bを収容するための+z軸側に開口する凹部と、配線基板329を挿通させるための貫通孔とを有する。保護基板326の構成材料としては、例えば、ガラス、セラミックス、金属および樹脂等が挙げられる。
保護基板326の+z軸側の面上には、コンプライアンス基板327が配置される。コンプライアンス基板327は、樹脂を含む可撓性の膜を有する基板である。コンプライアンス基板327は、第1圧力室331内および第2圧力室332内のインクの圧力変動を吸収する。なお、コンプライアンス基板327は、配線基板329を挿通させるための貫通孔を有する。
コンプライアンス基板327の+z軸側の面上には、ケース328が配置される。ケース328は、コンプライアンス基板327と連通板322との間に位置する各部を収容するようにして連通板322に接合される。また、ケース328とコンプライアンス基板327との間には、コンプライアンス基板327の変位を許容する2つの空間3281が形成される。
また、ケース328とコンプライアンス基板327と連通板322とで、第1マニホールド336および第2マニホールド337が形成される。第1マニホールド336および第2マニホールド337は、それぞれ、各吐出部300が有する流路部33全てと連通する。第1マニホールド336は、供給路334に連通する。第2マニホールド337は、流出路335に連通する。第1マニホールド336は、供給管81から供給されたインクを各流路部33に分離させる。また、第2マニホールド337は、各流路部33から流入するインクを集合させて、流出管82から流出させる。
かかる構成の吐出部300では、第1圧電素子325aおよび第2圧電素子325bのうちの一方または両方の各駆動に伴って振動板324が振動することにより、流路部330内のインクの各圧力が変化する。本実施形態では、第1圧電素子325aおよび第2圧電素子325bの両方の駆動により振動板324が+z軸側に向かって撓むことで、インクがノズル320から吐出される。
また、吐出部300では、インクは、供給管81、第1マニホールド336、流路部33、第2マニホールド337および流出管82をこの順で循環する。例えば、第1圧電素子325aの駆動と第2圧電素子325bの駆動のタイミングを所定期間ずらすことでインクを循環させることができる。また、例えば、ポンプ等の液体循環手段を流出管82の途中に設けて、流路部33内のインクを循環させてもよい。
また、本実施形態では、吐出部300は、Y−Z平面に平行な仮想面に対してほぼ面対称である。かかる吐出部300が有する流路部33において、ノズル320のイナータンスM1と、供給路334のイナータンスM2と、流出路335のイナータンスM3とは、M1<Ms3<Ms2の関係を満たすことが好ましい。イナータンスM1、M2およびM3は、それぞれ、流体の流れやすさを示している。イナータンスM1、M2およびM3は、それぞれ、インクの密度、流路の長さ、流路の幅および流路の高さから求めることができる。上記関係を満たすよう、ノズル320、供給路334および流出路335を構成することで、インクを循環させ易くすることができる。
1−3b.スイッチ回路301の構成
次に、スイッチ回路301の構成について、図4を参照しつつ説明する。図4は、第1実施形態における印刷ヘッド3の構成を示すブロック図である。なお、図4では、1つの吐出部300に対応する部分に着目している。
スイッチ回路301は、指定回路3011と、複数のスイッチRa、RbおよびRsとを有する。また、印刷ヘッド3には、配線La、LbおよびLsと、給電線Ldとが設けられる。配線Laは、前述の第1信号生成部151から第1駆動信号ComAが供給される配線である。配線Lbは、前述の第2信号生成部152から第2駆動信号ComBが供給される配線である。配線Lsは、検出電位信号Voutを検出回路302に供給する配線である。給電線Ldは、バイアス電位VBSが供給される配線である。
指定回路3011は、印刷信号SI等の各種制御信号を基づいて、スイッチRaのオンオフを指定する指定信号Ga、スイッチRbのオンオフを指定する指定信号Gb、およびスイッチRsのオンオフを指定する指定信号Gsを出力する。つまり、指定回路3011は、スイッチRa、RbおよびRsのオンオフを個別に制御する。なお、指定回路3011は、当該指定信号Ga、GbおよびGsを複数の吐出部300に対して並列に出力する。
スイッチRaは、指定信号Gaに基づいて、配線Laと、第1圧電素子325aの第2電極3252との導通および非導通を切り換える。スイッチRsは、指定信号Gsに基づいて、配線Lsと、第1圧電素子325aの第2電極3252との導通および非導通を切り換える。なお、指定回路3011は、スイッチRaをオンするときスイッチRsをオフし、スイッチRsをオンするときスイッチRaをオフする。また、スイッチRbは、指定信号Gbに基づいて、配線Lbと、第2圧電素子325bの第2電極3252との導通および非導通を切り換える。また、給電線Ldは、第1電極3251に接続される。
1−4.第1駆動信号ComAおよび第2駆動信号ComB
次に、第1駆動信号ComAおよび第2駆動信号ComBについて図5を参照しつつ説明する。図5は、第1実施形態における第1駆動信号ComAおよび第2駆動信号ComBの各駆動波形を示す図である。図5では、1周期t分の駆動波形が示されている。図5に示す駆動波形は、周期tごとに繰り返される。周期tは、第1期間t1と第2期間t2とを含む。第1期間t1は、インクの吐出に関わる期間である。第2期間t2は、インクの吐出検査に関わる期間である。
第1駆動信号ComAの駆動波形は、基準電位VMと、それに対する高位側電位VHとの間で変化する。第1駆動信号ComAの駆動波形は、第1吐出用波形P11と、第1検査用波形P12とを連続させた波形である。第1吐出用波形P11は、第1期間t1に発生し、第1検査用波形P12は、第2期間t2に発生する。第2期間t2のうち第1検査用波形P12が発生する期間が、第1発生期間taである。
第1吐出用波形P11は、基準電位VMよりも電位の高い正の波形である。すなわち、第1吐出用波形P11は、基準電位VMから高位側電位VHに遷移するよう立ち上がり、高位側電位VHで所定期間保たれ、高位側電位VHから基準電位VMに遷移するよう立ち下がる。また、第1検査用波形P12は、基準電位VMよりも電位の高い正の波形である。すなわち、第1検査用波形P12は、基準電位VMから高位側電位VHに遷移するよう立ち上がり、高位側電位VHで所定期間保たれ、高位側電位VHから基準電位VMに遷移するよう立ち下がる。
第2駆動信号ComBの駆動波形は、基準電位VMと、それに対する高位側電位VHおよび低位側電位VLとの間で変化する。第2駆動信号ComBの駆動波形は、第2吐出用波形P21と、第2検査用波形P22とを連続させた波形である。第2吐出用波形P21は、第1期間t1に発生し、第2検査用波形P22は、第2期間t2に発生する。第2期間t2のうち第2検査用波形P22が発生する期間が、第2発生期間tbである。本実施形態では、第2発生期間tbは、第1発生期間taと一致する。すなわち、第1吐出用波形P11の発生時に、第2検査用波形P22が発生する。
第2吐出用波形P21は、基準電位VMよりも電位の高い正の波形である。すなわち、第2吐出用波形P21は、基準電位VMから高位側電位VHに遷移するよう立ち上がり、高位側電位VHで所定期間保たれ、高位側電位VHから基準電位VMに遷移するよう立ち下がる。また、第2検査用波形P22は、基準電位VMよりも電位の低い負の波形である。すなわち、第2検査用波形P22は、基準電位VMから低位側電位VLに遷移するよう立ち下がり、低位側電位VLで所定期間保たれ、低位側電位VLから基準電位VMに遷移するよう立ち上がる。第2検査用波形P22は、第1検査用波形P12に対して逆極性である。第1駆動信号ComAおよび第2駆動信号ComBは周期tで繰り返されるので、第1検査用波形P12と第2検査用波形P22とは、逆位相である。
また、第2期間t2は、第1発生期間taおよび第2発生期間tbの他、第1検査用波形P12に伴って発生する流路部33の残留振動を解析する解析期間tsを含んでいる。解析期間tsは、第1発生期間taの後の期間である。解析期間tsでは、検出回路302が、第1圧電素子325aから発生する検出電位信号Voutを検出する。
1−5.インク吐出時の印刷ヘッド3の駆動
次に、インク吐出時の印刷ヘッド3の駆動について、図4、図5および図6を参照しつつ説明する。図6は、第1実施形態におけるインク吐出時のインクの流れを示す図である。
インクを吐出する場合、印刷信号SIに基づく指定回路3011の制御により、図4に示すスイッチRaおよびRbが、図5に示す第1期間t1に限りオンされる。スイッチRaおよびRbがオンされることで、図5に示す第1吐出用波形P11による信号が、第1圧電素子325aに印加されるとともに、図5に示す第2吐出用波形P21による信号が、第2圧電素子325bに印加される。高位側電位VHが第1圧電素子325aおよび第2圧電素子325bに加わることで、第1圧電素子325aおよび第2圧電素子325bとこれらに接する振動板324の部分が−z軸側に撓む。これにより、図6に示すように、第1圧力室331のインクが連通路333に向かう矢印A21に示す流れと、第2圧力室332のインクが連通路333に向かう矢印A22に示す流れとが形成される。そのため、連通路333内のインクが、ノズル320に向かう矢印A20に示す方向に流れる。その結果、インクがノズル320から吐出される。
1−6.吐出検査時の印刷ヘッド3の駆動
次に、吐出検査時の印刷ヘッド3の駆動について、図4、図5および図7を参照しつつ説明する。図7は、第1実施形態における吐出検査時のインクの流れを示す図である。
吐出検査をする場合、まず、印刷信号SIに基づく指定回路3011の制御により、図4に示すスイッチRaおよびRbが、図5に示す第2期間t2のうちの解析期間tsを除く期間に限りオンされる。その後、印刷信号SIに基づく指定回路3011の制御により、図5に示す解析期間tsにおいて、図4に示すスイッチRaおよびRbがオフされるとともに、スイッチRsがオンされる。
第2期間t2のうちの解析期間tsを除く期間では、図5に示す第1検査用波形P12による信号が、第1圧電素子325aに印加されるとともに、図5に示す第2検査用波形P22による信号が、第2圧電素子325bに印加される。第1検査用波形P12によって高位側電位VHが第1圧電素子325aに加わることで、第1圧電素子325aとこれに接する振動板324の部分が−z軸側に撓む。同時に、図5に示す第2検査用波形P22によって低位側電位VLが第2圧電素子325bに加わることで、第2圧電素子325bとこれに接する振動板324の部分が+z軸側に撓む。これにより、図7に示すように、第1圧力室331のインクが連通路333に向かう矢印A31に示す流れと、第2圧力室332のインクが連通路333とは反対側に向かう矢印A32に示す流れとが形成される。そのため、連通路333内のインクが、矢印A30に示す方向、すなわちノズル320に向かう方向とは異なる方向に沿って流れ易くなる。その結果、インクをノズル320から吐出させずに、インクを第1圧力室331から第2圧力室332へと流れ易くさせることができる。
また、解析期間tsでは、第1発生期間taにおける第1圧電素子325aおよび第2圧電素子325bの各変形に伴って流路部33には残留振動が生じる。解析期間tsでは、検出回路302が、流路部33の残留振動により第1圧電素子325aで発生する検出電位信号Voutを検出する。また、検出回路302は、検出電位信号Voutに基づく残留振動信号Vdを検査部16に出力する。そして、検査部16は、残留振動信号Vdを基にして吐出検査を行う。
以上説明したプリンター1は、前述のように、ノズル320と、流路部33と、第1圧電素子325aと、第2圧電素子325bと、第1信号生成部151と、第2信号生成部152と、検査部16と、を有する。ノズル320は、インク等の液体を吐出する。流路部33は、第1圧力室331、ノズル320と第1圧力室331とを連通させる連通路333、および連通路333を介して第1圧力室331に連通する第2圧力室332を有する。第1圧電素子325aは、第1圧力室331の圧力を変化させる。第2圧電素子325bは、第2圧力室332の圧力を変化させる。第1信号生成部151は、第1圧電素子325aを駆動させる第1駆動信号ComAを生成する。第2信号生成部152は、第2圧電素子325bを駆動させる第2駆動信号ComBを生成する。検査部16は、第1圧電素子325aの駆動に伴って流路部33で発生する残留振動により第1圧電素子325aから発生する「起電力」としての検出電位信号Voutを基にして、ノズル320の吐出検査を行う。また、第1駆動信号ComAは、第1検査用波形P12を含む。また、第2駆動信号ComBは、第1検査用波形P12の第1発生期間taと重複する期間である第2発生期間tbにおいて第1検査用波形P12とは逆極性で発生する第2検査用波形P22を含む。第1検査用波形P12および第2検査用波形P22は、それぞれ吐出検査を行うために用いられる波形である。
第1検査用波形P12と第2検査用波形P22とが逆極性であるので、第1発生期間taにおいて、第1圧電素子325aと第2圧電素子325bとを逆方向に変形させることができる。そのため、図7に示すように、第1圧力室331ではノズル320に向かう矢印A31に示すインクの流れが形成されても、第2圧力室332ではノズル320に向かう方向とは反対の矢印A32に示すインクの流れが形成される。それゆえ、連通路333において、矢印A30に示すように、ノズル320から吐出され難いインクの流れが形成される。よって、吐出検査時にインク吐出時と同じ高位側電位VHを第1圧電素子325aに印加しても、インクを吐出させることなく、第1圧電素子325aから発生する検出電位信号Voutを基にして吐出検査を行うことができる。そのため、循環流路を有するプリンター1において、高精度なインクの吐出検査を行うことができる。
なお、第1発生期間taと第2発生期間tbとは、完全に一致していなくてもよく、重複していればよい。つまり、第1発生期間taと第2発生期間tbとは、互いに重なる部分を有すればよい。第1検査用波形P12および第2検査用波形P22の各立ち上がりタイミングは、互いに異なっていてもよい。同様に、第1検査用波形P12および第2検査用波形P22の各立ち下がりタイミングは、互いに異なっていてもよい。「逆極性」とは、基準電位VMに対して、一方が高い電位にあり、他方が低い電位にあることをいう。
2.第2実施形態
図8は、第2実施形態における第1駆動信号ComA1および第2駆動信号ComB1の各駆動波形を示す図である。図9は、第2実施形態における第2圧電素子325bの固有周期Tcを示す図である。本実施形態は、第1駆動信号ComA1および第2駆動信号ComB1の各駆動波形が第1実施形態と異なる。なお、第2実施形態において第1実施形態と同様の事項については、第1実施形態の説明で使用した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜省略する。
図8に示すように、第2駆動信号ComB1は、第2検査用波形P23を含む。第2検査用波形P23は、基準電位VMよりも電位の高い正の波形である。第2検査用波形P23は、基準電位VMから高位側電位VHに遷移するよう立ち上がり、高位側電位VHで所定期間保たれ、高位側電位VHから基準電位VMに遷移するよう立ち下がる。第2検査用波形P23は、第1検査用波形P13に対して同極性である。「同極性」とは、基準電位VMに対して、ともに高いかまたは低い電位にあることをいう。
第1駆動信号ComA1の駆動波形は、第1吐出用波形P11と、第1検査用波形P13とを含む。第1検査用波形P13は、固有期間t0内に発生する。固有期間t0は、第2検査用波形P23の第2発生期間tbの終了E1から、第2圧電素子325bの固有周期Tcの1/2の期間である。当該固有周期Tcを図9に示す。図9中の横軸は時間Tを示し、縦軸は振幅Aを示す。なお、本実施形態では、第1圧電素子325aおよび第2圧電素子325bは同一構成であるため、当該固有周期Tcは、第1圧電素子325aの固有周期Tcであるとも言える。
ここで、第2発生期間tbでは、第2圧電素子325bは、連通路333側に向かって撓んだ状態なる。また、第2発生期間tb後には、第2圧電素子325bは、連通路333側に向かって撓んだ状態から、復元力によって振動する。つまり、第2発生期間tbの終了E1後には、第2圧電素子325bは、連通路333側に向かって撓んだ状態から、連通路333とは反対側に向かって撓んだ状態になった後、再び連通路333側に向かって撓んだ状態に戻ることを初期状態に減衰するまで繰り返す。
前述の第2発生期間tbの終了E1後の固有期間t0では、第2圧電素子325bは、連通路333側に向かって撓んだ状態から連通路333とは反対側に向かって撓んだ状態になるよう変形する。そのため、固有期間t0では、連通路333から第2圧力室332に向かう方向にインクの流れが形成される。
前述のように、第1駆動信号ComA1は、固有期間t0内に第2検査用波形P23と同極性で発生する第1検査用波形P13を含む。前述のように、固有期間t0において、第2圧電素子325bは、連通路333とは反対側に向かって撓んだ状態となるよう変形する。これに対し、固有期間t0において、第1検査用波形P13による信号を第1圧電素子325aに印加すると、第1圧電素子325aは、連通路333側に向かって撓んだ状態になる。したがって、固有期間t0において、第2圧電素子325bと第1圧電素子325aとは、逆方向に変形する。そのため、固有期間t0では、前述の第1実施形態と同様、図7に示すように、第1圧力室331では矢印A31に示すインクの流れが形成されるとともに、第2圧力室332では矢印A31とは反対の矢印A32に示すインクの流れが形成される。よって、本実施形態においても、インクを吐出させることなく、高精度なインクの吐出検査を行うことができる。
なお、第2発生期間tbの終了E1は、ノズル320のメニスカスが連通路333側の後退し始める時であるとも言える。また、ノズル320のメニスカスの変位は、第2圧電素子325bに追随する。そのため、固有期間t0では、ノズル320のメニスカスは、−z軸側に突出する状態から−z軸側に後退する状態となるよう変位する。よって、第2発生期間tbの終了E1は、ノズル320のメニスカスが連通路333側に後退し始める時であるとも言える。
3.第3実施形態
図10は、第3実施形態における第1駆動信号ComA2および第2駆動信号ComB2の各駆動波形を示す図である。本実施形態は、第1駆動信号ComA2および第2駆動信号ComB2の各駆動波形が第2実施形態と異なる。なお、第3実施形態において第2実施形態と同様の事項については、第2実施形態の説明で使用した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜省略する。
図10に示すように、第2駆動信号ComB2の駆動波形は、第2吐出用波形P21を含み、第2実施形態における第2検査用波形P23が省略されている。
第1駆動信号ComA2の駆動波形は、第1吐出用波形P11と、第1検査用波形P14とを含む。第1検査用波形P14は、固有期間t0内に発生する。固有期間t0は、第2吐出用波形P21の第2発生期間tbの終了E2から、第2圧電素子325bの固有周期Tcの1/2の期間である。
本実施形態では、第2吐出用波形P21は、「第2検査用波形」としての機能を有する。言い換えると、「第2検査用波形」は、ノズル320からインク等の液体を吐出させるための「吐出用波形」としての第2吐出用波形P21である。本実施形態においても、第2実施形態と同様に、固有期間t0において、第1検査用波形P14による信号を印加することで、第2圧電素子325bと第1圧電素子325aとを逆方向に変形させることができる。よって、本実施形態においても第2実施形態と同様に、固有期間t0では、図7に示すように、第1圧力室331では矢印A31に示すインクの流れが形成されるとともに、第2圧力室332では矢印A31とは反対の矢印A32に示すインクの流れが形成される。それゆえ、インクを吐出させることなく、高精度なインクの吐出検査を行うことができる。
4.変形例
以上に例示した各形態は多様に変形され得る。前述の各形態に適用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で適宜に併合され得る。
4−1.第1変形例
第2実施形態における第1検査用波形P13および第2検査用波形P23は、同じ形状の波形であるが、これらの波形は、振幅または周波数等が異なる形状であってもよい。
図11は、第1変形例における第1駆動信号ComA1および第2駆動信号ComB3の各駆動波形を示す図である。図11に示すように、第2駆動信号ComB3は、第2検査用波形P24を含む。第2検査用波形P24は、正の波形である。第2検査用波形P24の立ち上がり速度は、第2検査用波形P24の立ち下がり速度よりも遅い。そのため、第2実施形態における第2検査用波形P22に比べて、第2期間t2におけるインクの吐出をより効果的に防ぐことができる。また、第2検査用波形P24の立ち下がり速度は、その立ち上がり速度よりも速い。そのため、第2検査用波形P24の立ち下がり速度が、その立ち上がり速度よりも遅い場合に比べて、固有期間t0における第2圧電素子325bの変形量を大きくすることができる。そのため、例えば、第1圧電素子325aに高位側電位VHよりもさらに高い電位を印加しても、第2期間t2におけるインクの吐出をより効果的に防ぐことができる。
4−2.第2変形例
図12は、第2変形例における第1駆動信号ComA3および第2駆動信号ComB1の各駆動波形を示す図である。図12に示すように、第1駆動信号ComA3の第1検査用波形P15は、高位側電位VHよりも高い電位である第2高位側電位VH2を含む。そのため、第1検査用波形P15の振幅は、第2検査用波形P23の振幅よりも大きい。前述のように、第2検査用波形P23によって、固有期間t0では、第2圧力室332側に向かう流れが形成される。よって、第1検査用波形P15の振幅が第2検査用波形P23の振幅よりも大きくても、固有期間t0において、インクが吐出するおそれを低減できる。よって、第1吐出用波形P11の振幅よりも大きいな振幅を有する第1検査用波形P15によって発生する検出電位信号Voutを基にして吐出検査を行うことができる。それゆえ、より高精度なインクの吐出検査を行うことができる。また、第2検査用波形P23の振幅の方が第1検査用波形P25の振幅よりも小さいことで、第2検査用波形P23に伴う第2圧電素子325bの駆動により、インクが吐出することを抑制できる。特に、ノズル320が+z方向からみて第2圧力室332と重なる位置に形成されても、インクが吐出することを抑制できる。
4−3.第3変形例
図13は、第3変形例におけるヘッドユニット30Aの構成を示す断面図である。図13に示すように、ヘッドユニット30Aが有するノズルプレート321Aに形成されたノズル320Aは、第1圧電素子325aと第1圧力室331との並ぶ方向である+z方向からみて、第1圧力室331と重なる。そのため、+z方向からみてノズル320が第2圧力室332と重なる場合に比べ、ノズル320と第1圧力室331との距離を近くすることができる。それゆえ、ノズル320におけるインクの吐出検査をより高精度に行うことができる。
4−4.第4変形例
図14は、第4変形例におけるヘッドユニット30Bの構成を示す断面図である。図14に示すように、ヘッドユニット30Bが有するノズルプレート321Bに形成されたノズル320Bは、第2圧電素子325bと第2圧力室332との並ぶ方向である+z方向からみて、第2圧力室332と重なる。そのため、+z方向からみてノズル320が第1圧力室331と重なる場合に比べ、第1圧電素子325aの駆動により吐出検査時にインクが吐出することを抑制できる。それゆえ、第1圧電素子325aに高位側電位VHよりもさらに高い電位を印加しても、第2期間t2におけるインクの吐出を効果的に防ぐことができる。また、第4変形例において、流路部33における残留振動により第2圧電素子325bで発生する検出電位信号Voutを検出することが好ましい。これにより、ノズル320におけるインクの吐出検査をより高精度に行うことができる。
また、第1圧電素子325aで発生する検出電位信号Voutおよび第2圧電素子325bで発生する検出電位信号Voutの双方を基にして吐出検査を行ってもよい。
4−5.第5変形例
第1実施形態における第1検査用波形P12および第2検査用波形P22は、互いに極性が異なるものの、波形の振幅等は同一であるが、第1検査用波形P12および第2検査用波形P22の各波形等は互いに異なっていてもよい。
4−6.第6変形例
各実施形態では、第1吐出用波形P11および第2吐出用波形P21は、同じ形状の波形であるが、これらの波形は、振幅または周波数等が異なる形状であってもよい。また、第1吐出用波形P11および第2吐出用波形P21は、立ち上がりの速度、立ち下がりの速度、電位の最大値、電位の最小値、波形の振幅、波形の周波数の少なくとも1つ以上を変えることによって、ノズル320から吐出されるインクの吐出量を変えることができる。また、1周期tに含まれる第1吐出用波形P11または第2吐出用波形P21の数を変えることによって、媒体Mに形成されるインクのドットサイズを変えることができる。
4−7.第7変形例
各実施形態では、第1圧電素子325aおよび第2圧電素子325bの双方を駆動させることで、インクを吐出可能であるが、プリンター1は、いずれか一方のみを駆動させることで、インクを吐出可能に構成してもよい。また、第7変形例において、駆動させない圧電素子により検出電位信号Voutを検出しても構わない。これにより、高速印刷を行う場合など吐出信号間の時間間隔が短く1つの圧電素子では残留振動を検出できない場合にも流路部33における残留振動による検出電位信号Voutを検出することができる。
4−8.第8変形例
駆動信号生成部15は、第1駆動信号ComAおよび第2駆動信号ComB以外の駆動信号を生成してもよい。また、第1駆動信号ComAは、少なくとも「第1検査用波形」を含み、第2駆動信号ComBは、少なくとも「第2検査用波形」を含んでいればよい。それゆえ、駆動信号生成部15は、インクの吐出用の波形を含む駆動信号を、第1駆動信号ComAおよび第2駆動信号ComBとは別に生成してもよい。また、第1駆動信号ComAおよび第2駆動信号ComBは、循環用の波形等の他の波形をさらに含んでいてもよい。なお、第1駆動信号ComA1、ComA2およびComA3と、第2駆動信号ComB1、ComB2およびComB3についても同様である。
4−9.第9変形例
ヘッドユニット30は、インクを循環可能であるが、インクを循環可能でなくてもよい。第1圧電素子325aおよび第2圧電素子325bは、高精度なインクの吐出検査を著しく阻害しない程度であれば、互いに異なる構成でもよい。第1圧力室331および第2圧力室332についても同様である。
以上、本発明について図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。また、本発明の各部の構成は、前述した実施形態の同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。また、本発明は、前述した各実施形態の任意の構成同士を組み合わせるようにしてもよい。
1…プリンター、3…印刷ヘッド、10…制御ユニット、11…制御部、12…記憶部、13…キャリッジモータードライバー、14…搬送用モータードライバー、15…駆動信号生成部、16…検査部、22…移動機構、24…搬送機構、30…ヘッドユニット、30A…ヘッドユニット、30B…ヘッドユニット、33…流路部、81…供給管、82…流出管、151…第1信号生成部、152…第2信号生成部、221…ガイド軸、222…第1プーリー、223…第2プーリー、224…タイミングベルト、225…キャリッジモーター、241…搬送ローラー、242…搬送用モーター、300…吐出部、301…スイッチ回路、302…検出回路、320…ノズル、321…ノズルプレート、322…連通板、323…流路基板、324…振動板、325a…第1圧電素子、325b…第2圧電素子、326…保護基板、327…コンプライアンス基板、328…ケース、329…配線基板、330…流路部、331…第1圧力室、332…第2圧力室、333…連通路、334…供給路、335…流出路、336…第1マニホールド、337…第2マニホールド、900…外部装置、3011…指定回路、3251…第1電極、3252…第2電極、3253…圧電体層、Ci…比較信号、ComA…第1駆動信号、ComB…第2駆動信号、Cr1…キャリッジ制御信号、Cr2…搬送用制御信号、Img…印刷データ、La…配線、Lb…配線、Ld…給電線、Ls…配線、M…媒体、P11…第1吐出用波形、P12…第1検査用波形、P21…第2吐出用波形、P22…第2検査用波形、Ra…スイッチ、Rb…スイッチ、Rs…スイッチ、SI…印刷信号、Tc…固有周期、VBS…バイアス電位、VH…高位側電位、VL…低位側電位、VM…基準電位、Vd…残留振動信号、Vout…検出電位信号、dCom…波形指定信号、t…周期、t0…固有期間、t1…第1期間、t2…第2期間、ta…第1発生期間、tb…第2発生期間、ts…解析期間。

Claims (7)

  1. 液体を吐出するノズルと、
    第1圧力室、前記ノズルと前記第1圧力室とを連通させる連通路、および前記連通路を介して前記第1圧力室に連通する第2圧力室を有する流路部と、
    前記第1圧力室の圧力を変化させる第1圧電素子と、
    前記第2圧力室の圧力を変化させる第2圧電素子と、
    前記第1圧電素子を駆動させる第1駆動信号を生成する第1信号生成部と、
    前記第2圧電素子を駆動させる第2駆動信号を生成する第2信号生成部と、
    前記第1圧電素子の駆動に伴って前記流路部で発生する残留振動により前記第1圧電素子または前記第2圧電素子で発生する起電力に基づいて、前記ノズルの吐出検査を行う検査部と、を備え、
    前記第1駆動信号は、第1検査用波形を含み、
    前記第2駆動信号は、前記第1検査用波形の第1発生期間と重複する期間において前記第1検査用波形とは逆極性で発生する第2検査用波形を含むことを特徴とする液滴吐出装置。
  2. 液体を吐出するノズルと、
    第1圧力室、前記ノズルと前記第1圧力室とを連通させる連通路、および前記連通路を介して前記第1圧力室に連通する第2圧力室を有する流路部と、
    前記第1圧力室の圧力を変化させる第1圧電素子と、
    前記第2圧力室の圧力を変化させる第2圧電素子と、
    前記第1圧電素子を駆動させる第1駆動信号を生成する第1信号生成部と、
    前記第2圧電素子を駆動させる第2駆動信号を生成する第2信号生成部と、
    前記第1圧電素子の駆動に伴って前記流路部で発生する残留振動により前記第1圧電素子または前記第2圧電素子で発生する起電力に基づいて、前記ノズルの吐出検査を行う検査部と、を備え、
    前記第2駆動信号は、第2検査用波形を含み、
    前記第1駆動信号は、前記第2検査用波形の第2発生期間の終了から前記第2圧電素子の固有周期Tcの1/2の期間内に前記第2検査用波形と同極性で発生する第1検査用波形を含むことを特徴とする液滴吐出装置。
  3. 前記第2検査用波形は、前記ノズルから前記液体を吐出させるための吐出用波形である請求項2に記載の液滴吐出装置。
  4. 前記第2検査用波形の立ち上がり速度は、前記第2検査用波形の立ち下がり速度よりも遅い請求項2または3に記載の液滴吐出装置。
  5. 前記第1検査用波形の振幅は、前記第2検査用波形の振幅よりも大きい請求項1ないし4のいずれか1項に記載の液滴吐出装置。
  6. 前記ノズルは、前記第1圧電素子と前記第1圧力室との並ぶ方向からみて、前記第1圧力室と重なる請求項1ないし5のいずれか1項に記載の液滴吐出装置。
  7. 前記ノズルは、前記第2圧電素子と前記第2圧力室との並ぶ方向からみて、前記第2圧力室と重なる請求項1ないし6のいずれか1項に記載の液滴吐出装置。
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