JP3620722B2 - Natural period measuring device and measuring method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ノズル開口と、ノズル開口に連通すると共に液体を収容可能な圧力発生室と、圧力発生室に液体を供給する液体供給路と、圧力発生室を変形させてノズル開口から液体滴を吐出させる圧電部材と、を有するヘッド部材に対して設けられる圧力発生室内の液体の固有周期計測装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ノズル開口と、ノズル開口に連通すると共に液体を収容可能な圧力発生室と、圧力発生室に液体を供給する液体供給路と、圧力発生室を変形させてノズル開口から液体滴を吐出させる圧電部材と、を有するヘッド部材が、種々の用途に用いられている。
【0003】
例えば、液体滴としてインク滴を吐出するヘッド部材が、インクジェット式記録装置の記録ヘッドとして、記録紙等への記録のために用いられている。
【0004】
このようなヘッド部材において、圧力発生室内の液体の固有周期を計測することは、より高精度に液体滴の吐出制御を実施するために有効である。
【0005】
しかしながら、十分に高精度に、圧力発生室内の液体の固有周期を計測する装置は、未だ実現されていない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、十分に高精度に、とりわけ極めて高速に、圧力発生室内の液体の固有周期を計測する固有周期計測装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ノズル開口と、ノズル開口に連通すると共に液体を収容可能な圧力発生室と、圧力発生室に液体を供給する液体供給路と、圧力発生室を変形させてノズル開口から液体滴を吐出させる圧電部材と、を有するヘッド部材に対して設けられる圧力発生室内の液体の固有周期計測装置であって、圧電部材に複数種類の駆動信号を供給する駆動手段と、各駆動信号によってノズル開口から吐出される各液体滴の速度に関する情報を計測する速度情報計測手段と、複数種類の駆動信号と速度情報計測手段によって得られた液体滴の速度に関する情報との相互関係に基づいて、圧力発生室内の液体の固有周期を導出する演算部と、演算部によって導出された固有周期と予め予測された設計固有周期との差分が所定範囲内であるか否かを判別する判別部と、判別部によって前記差分が所定範囲を越えていると判別された場合に、駆動手段を制御して当該駆動手段から圧電部材に供給される複数種類の駆動信号を修正する信号修正部と、を備えたことを特徴とする固有周期計測装置である。
【0008】
本発明によれば、演算部が、複数種類の駆動信号と速度情報計測手段によって得られた液体滴の速度に関する情報との相互関係に基づいて圧力発生室内の液体の固有周期を導出するため、十分に高精度に圧力発生室内の液体の固有周期を得ることができる。
【0009】
また、本発明によれば、例えば吐出される液体滴がメイン滴の他にサテライト滴を有していて、当該サテライト滴の影響によって固有周期の測定が正確に実施できなかった場合(この時、導出された固有周期と予め予測された設計固有周期との差分が所定範囲を越える)には、圧電部材に供給される複数種類の駆動信号が修正され、各液体滴の速度に関する情報が再度計測されて圧力発生室内の液体の固有周期が再度導出され得る。従って、サテライト滴の影響を排除して、十分に高精度に圧力発生室内の液体の固有周期を得ることができる。
【0010】
本件発明者は、サテライト滴の影響を効果的に排除するためには、駆動信号の駆動電圧を下げることによって複数種類の駆動信号を修正することが好適であることを知見した。
【0011】
また、好ましくは、速度情報計測手段は、ノズル開口からの液体滴の通過空間と交差するような軌道に光を射出する発光部と、液体滴の通過空間と交差した後の光を受容する受光部と、駆動手段による圧電部材の駆動に関するタイミングと受光部での光の受光状態とに基づいて、ノズル開口から吐出される液体滴の速度に関する情報、具体的には液体滴の速度や液体滴が前記光を遮断するまでの時間等、を導出する速度情報演算部と、を有している。
【0012】
発光部は、例えば、半導体レーザを有している。また、受光部は、例えば、フォトダイオードを有している。
【0013】
以上のように、光軌道を液体滴が通過することを判別して液体滴の速度に関する情報を計測する場合、極めて短時間に正確に液体滴の速度に関する情報を計測することができる。
【0014】
具体的には、例えば、駆動手段が圧電部材に供給する複数種類の駆動信号は、圧力発生室を膨張させて内部を減圧するような電圧勾配を圧電部材に供給する第1傾斜電圧部と、当該減圧状態を維持するような電圧を圧電部材に供給する第1電圧維持部と、圧力発生室を収縮させて内部を加圧するような電圧勾配を圧電部材に供給する第2傾斜電圧部と、を有しており、第1電圧維持部の継続時間において互いに異なっている。
【0015】
あるいは、駆動手段が圧電部材に供給する複数種類の駆動信号は、圧力発生室を膨張させて内部を減圧するような電圧勾配を圧電部材に供給する第1傾斜電圧部と、当該減圧状態を維持するような電圧を圧電部材に供給する第1電圧維持部と、圧力発生室を収縮させて内部を加圧するような電圧勾配を圧電部材に供給する第2傾斜電圧部と、当該加圧状態を維持するような電圧を圧電部材に供給する第2電圧維持部と、圧力発生室を元の状態に戻すような電圧勾配を圧電部材に供給する第3傾斜電圧部と、を有しており、第1電圧維持部の継続時間において互いに異なっている。
【0016】
これらの場合、信号修正部は、第1電圧維持部により供給される電圧値を下げることによって複数種類の駆動信号を修正するようになっていることが好ましい。
【0017】
また、複数の駆動信号の第1電圧維持部の継続時間は、少なくとも、速度情報計測手段によって得られる液体滴の速度に関する情報について当該継続時間に対して2つの極小値が特定できるように選択されることが好ましい。
【0018】
この場合、演算部は、前記2つの極小値に対応する2つの第1電圧維持部の継続時間の差を、圧力発生室内の液体の固有周期として出力するようになっていることが好ましい。
【0019】
液体は、例えば、記録紙に画像を描画するための色材を含むインクである。
【0020】
あるいは、本発明は、ノズル開口と、ノズル開口に連通すると共に液体を収容可能な圧力発生室と、圧力発生室に液体を供給する液体供給路と、圧力発生室を変形させてノズル開口から液体滴を吐出させる圧電部材と、を有するヘッド部材に対して、圧力発生室内の液体の固有周期を計測する方法であって、圧電部材に複数種類の駆動信号を供給する工程と、各駆動信号によってノズル開口から吐出される各液体滴の速度に関する情報を計測する工程と、複数種類の駆動信号と計測された液体滴の速度に関する情報との相互関係に基づいて、圧力発生室内の液体の固有周期を導出する工程と、導出された固有周期と予め予測された設計固有周期との差分が所定範囲内であるか否かを判別する工程と、前記差分が所定範囲を越えていると判別された場合に、前記圧電部材に供給される複数種類の駆動信号を修正する工程と、修正された各駆動信号によってノズル開口から吐出される各液体滴の速度に関する情報を再度計測する工程と、修正された複数種類の駆動信号と再度計測された液体滴の速度に関する情報との相互関係に基づいて、圧力発生室内の液体の固有周期を再度導出する工程と、を備えたことを特徴とする固有周期の計測方法である。
【0021】
好ましくは、複数種類の駆動信号を修正する工程は、駆動信号の駆動電圧を下げることによって複数種類の駆動信号を修正する工程である。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【0023】
図1は、本発明の第1の実施の形態の固有周期計測装置を示す概略ブロック図である。図1に示すように、本実施の形態の固有周期計測装置40は、ヘッド部材50に対して設けられている。
【0024】
ヘッド部材50は、ノズル開口51と、ノズル開口51に連通すると共に液体を収容可能な圧力発生室52と、圧力発生室52に液体を供給する液体供給路54と、圧力発生室52を変形させてノズル開口51から液体滴を吐出させる圧電部材53と、を備えている。液体滴は、例えば、記録紙に画像を描画するための色材を含むインク滴である。
【0025】
一方、固有周期計測装置40は、圧電部材53に複数種類の駆動信号を供給する駆動回路41と、各駆動信号によってノズル開口51から吐出される各液体滴の速度を計測する速度計測装置10と、を備えている。
【0026】
本実施の形態の速度計測装置10は、ノズル開口51からの液体滴の通過空間Sと交差するような軌道Lに光を射出する発光部12と、液体滴の通過空間Sと交差した後の光を受容する受光部13と、駆動回路41による圧電部材53の駆動に関するタイミングと受光部13での光の受光状態とに基づいて、ノズル開口51から吐出される液体滴の速度を導出する速度演算部14と、を有している。
【0027】
具体的には、発光部12は、半導体レーザ12aを有しており、受光部13は、フォトダイオード13aを有している。そして、半導体レーザ12aから出射される光が、液体滴の通過空間Sと交差して、フォトダイオード13aに受光されるようになっている。
【0028】
本実施の形態において、光の軌道L、液体滴の通過空間S及び受光部13の配置関係は、液体滴の通過空間Sを液体滴が通過している間に、受光部13による受光が中断されるように調整されている。
【0029】
そして、受光部13は、フォトダイオード13aによる光電変換処理を介して、受光の中断期間に対応する幅を有するパルス波形P(図3参照)を出力するようになっている。
【0030】
また、本実施の形態では、発光部12と液体滴の通過空間Sとの間、及び、受光部13と液体滴の通過空間Sとの間に、それぞれ1以上のインクミスト遮蔽板20が配置されている。各インクミスト遮蔽板20には、光の軌道Lのための開口が設けられている。
【0031】
また、本実施の形態では、図2に示すように、ヘッド部材50のノズル開口51の位置と発光部12から射出される光の軌道Lとの間の距離を調整するための、高精度の位置調整機構30が設けられている。この場合、ヘッド部材50のノズル開口51側の面が、光の軌道Lと平行に構成されており、位置調整機構30は、当該ノズル開口51側の面を、光の軌道Lに対する垂直方向に相対的に高精度に移動するようになっている。
【0032】
位置調整機構30によるヘッド部材50の相対的移動によって、光の軌道Lが当該ヘッド部材50によって遮断される時(図2の破線状態)、ノズル開口51側の面と光の軌道Lとが一致した状態であると認定することができる。その後、位置調整機構30によって、ノズル開口51側の面と光の軌道Lとが所定の間隔xに高精度に位置決めされ得る。
【0033】
本実施の形態の駆動回路41は、図3に示すように、圧電部材53を駆動するための複数種類の駆動信号DSを使用可能な状態としている。そして、各駆動信号DSを、適宜のラッチ信号LATをトリガとして圧電部材53に送るようになっている。
【0034】
この場合、各駆動信号DSは、圧力発生室52を膨張させて内部を減圧するような電圧勾配を圧電部材53に供給する第1傾斜電圧部s1と、当該減圧状態を維持するような電圧を圧電部材53に供給する第1電圧維持部s2と、圧力発生室52を収縮させて内部を加圧すると共に圧力発生室52を元の状態に戻すような電圧勾配を圧電部材53に供給する第2傾斜電圧部s3と、を有している。
【0035】
あるいは、図4に示すように、各駆動信号DSは、圧力発生室52を膨張させて内部を減圧するような電圧勾配を圧電部材53に供給する第1傾斜電圧部s1と、当該減圧状態を維持するような電圧を圧電部材53に供給する第1電圧維持部s2と、圧力発生室52を収縮させて内部を加圧するような電圧勾配を圧電部材53に供給する第2傾斜電圧部s3と、当該加圧状態を維持するような電圧を圧電部材53に供給する第2電圧維持部s4と、圧力発生室52を元の状態に戻すような電圧勾配を圧電部材53に供給する第3傾斜電圧部s5と、を有している。
【0036】
そして、図3及び図4のいずれの場合も、複数の駆動信号DSは、第1電圧維持部s2の継続時間において、互いに異なっている。具体的には、複数の駆動信号DSの第1電圧維持部s2の継続時間は、後述するように、速度計測装置10によって得られる液体滴の速度について当該継続時間に対して2つの極小値が特定できるように選択(設定)されている。
【0037】
各駆動信号DSによって圧電部材53が駆動されると、ノズル開口51から液体滴が吐出される。より正確には、第2傾斜電圧部s3が終了するタイミング(図4の場合、第2傾斜電圧部s3から第2電圧維持部s4に切り替わるタイミング)の近傍で、液体滴が吐出される。
【0038】
速度演算部14は、駆動回路41による圧電部材53の駆動に関するタイミングと前記パルス波形の立ち上がりタイミングとに基づいて、ノズル開口51から吐出される各液体滴の速度を導出するようになっている。具体的には、第2傾斜電圧部s3が終了するタイミング(図4の場合、第2傾斜電圧部s3から第2電圧維持部s4に切り替わるタイミング)から受光部13のパルス波形Pの立ち上がりタイミングまでの時間tと、ノズル開口51から光の軌道Lまでの距離xと、に基づいて、x/tを液体滴速度として導出するようになっている。
【0039】
また、固有周期計測装置40は、複数種類の駆動信号DSと速度計測手段10によって得られた液体滴の速度との相互関係(図5参照)に基づいて圧力発生室52内の液体の固有周期を導出する演算部44を備えている。
【0040】
具体的には、演算部44は、速度計測装置10によって得られる液体滴の速度について前記継続時間に対して2つの極小値を特定し、当該2つの極小値に対応する2つの第1電圧維持部の継続時間の差を、圧力発生室内の液体の固有周期Tcとして出力するようになっている。
【0041】
演算部44は、予め予測された設計固有周期を利用する判別部45に接続されている。判別部45は、演算部44によって導出された固有周期と予め予測された設計固有周期との差分を求め、当該差分が所定範囲内であるか否かを判別するようになっている。
【0042】
判別部44には、当該判別部44によって前記差分が所定範囲を越えていると判別された場合に、駆動回路41を制御して当該駆動回路41から圧電部材53に供給される複数の駆動信号DSを修正する信号修正部46が接続されている。この場合、信号修正部46は、図3の駆動信号の場合も図4の駆動信号の場合も、第1傾斜電圧部s2の電圧値(駆動電圧値)を、例えば元の電圧値の80%の値に下げるようになっている。
【0043】
次に、本実施の形態の作用について説明する。
【0044】
前述したように、まず、位置調整機構30によってヘッド部材50が相対的に移動され、光の軌道Lが当該ヘッド部材50によって遮断される時の状態(図2の破線状態)をノズル開口51側の面と光の軌道Lとの距離が零であると認定して、零調整が実施される。その後、位置調整機構30によって、ノズル開口51側の面と光の軌道Lとが所定の間隔xに高精度に位置決めされる。
【0045】
次に、発光部12から、液体滴の通過空間Sを通る光が出射される。当該光は、受光部13にて継続的に受光される。
【0046】
この状態で、駆動回路41は、適宜のラッチ信号LATをトリガとして、第1の駆動信号DSを圧電部材53に送る。これにより、圧電部材53が圧力発生室52を変形させて、ノズル開口51から液体滴が吐出される。
【0047】
吐出された液体滴は、液体滴の通過空間Sを通過する際に、前記の光を遮断する。これにより、受光部13による受光が中断され、受光部13は当該中断期間に対応する幅を有するパルス波形Pを出力する。
【0048】
そして、速度演算部14が、第2傾斜電圧部s3が終了するタイミング(図4の場合、第2傾斜電圧部s3から第2電圧維持部s4に切り替わるタイミング)からパルス波形Pの立ち上がりタイミングまでの時間tと、ノズル開口51から光の軌道Lまでの距離xと、に基づいて、x/tを液体滴速度として導出する。
【0049】
続いて、駆動回路41は、適宜のラッチ信号LATをトリガとして、第2の駆動信号DSを圧電部材53に送る。第2の駆動信号DSは、第1の駆動信号DSに対して、第1電圧維持部s2の継続時間が長い信号である。これにより、圧電部材53が圧力発生室52を変形させて、ノズル開口51から液体滴が吐出される。
【0050】
そして、第1の駆動信号DSによって吐出された液体滴の速度計測と同様にして、第2の駆動信号DSによって吐出された液体滴の速度が計測される。
【0051】
続いて、駆動回路41は、適宜のラッチ信号LATをトリガとして、第3の駆動信号DSを圧電部材53に送る。第3の駆動信号DSは、第2の駆動信号DSに対して、第1電圧維持部s2の継続時間が長い信号である。これにより、圧電部材53が圧力発生室52を変形させて、ノズル開口51から液体滴が吐出される。
【0052】
そして、第1及び第2の駆動信号DSによって吐出された液体滴の速度計測と同様にして、第3の駆動信号DSによって吐出された液体滴の速度が計測される。
【0053】
以後、同様に、残りの駆動信号DSの圧電部材53への供給と、各駆動信号DSによって吐出される液体滴の速度計測とが、順次実施される。各駆動信号DSの長さのオーダはμsであるため、以上の工程は極めて短時間に実施され得る。
【0054】
固有周期計測装置40の演算部44は、複数種類の駆動信号DSと速度計測装置10によって得られた液体滴の速度とに基づいて、第1電圧維持部s2の継続時間を横軸とし液体滴の速度を縦軸としたプロットグラフを作成する。このようなグラフの例を、図5に示す。
【0055】
固有周期計測装置40の演算部44は、このようなプロットグラフから、液体滴の速度について前記継続時間に対して2つの極小値を特定し、当該2つの極小値に対応する2つの第1電圧維持部の継続時間の差を、圧力発生室52内の液体の固有周期Tcとして出力する。
【0056】
一般に、図4に示す波形パターンの駆動信号DSを圧電部材53に供給することによってノズル開口51から液体滴を吐出する場合、第2電圧維持部s4の継続時間が圧力発生室52内の液体の固有周期Tcに一致している場合に、極めて良好な制振作用を得ることができる。従って、圧力発生室52内の液体の固有周期Tcを正確に計測することは、ノズル開口51からの液体滴の吐出性能を、顕著に改善することを可能にする。
【0057】
さて、本実施の形態では、比較部45が、演算部44によって得られた固有周期Tcと予め予測された設計固有周期とを比較する。両者の値が近ければ、固有周期Tcの測定は正しくなされたものと判別され得る。しかしながら、両者の値が大きく異なる場合、すなわち、固有周期Tcと予め予測された設計固有周期との差分が所定範囲を越えている場合、固有周期Tcの測定がやり直される。
【0058】
前記差分は、ノズル開口から吐出される液体滴がメイン滴の他にプレサテライト滴を伴う場合等において、所定範囲を超え得る。プレサテライト滴についての速度が速度計測装置10によって測定されると、図5のプロットグラフは図6のようになり、継続時間に対して2つの極小値を特定する工程が所望のように実施されることが困難となるからである。
【0059】
固有周期Tcの測定をやり直す場合には、信号修正部46が駆動回路41を制御して、当該駆動回路41から圧電部材53に供給される複数の駆動信号DSが修正される。この場合、信号修正部46は、図3の駆動信号の場合も図4の駆動信号の場合も、第1傾斜電圧部s2の電圧値(駆動電圧値)をその時の当該電圧部s2の電圧値の80%の値に下げる。
【0060】
このように駆動電圧値を下げることにより、プレサテライト滴の発生を抑制することができる。
【0061】
そして、前述と同様に、修正された駆動信号DSの圧電部材53への供給と各駆動信号DSによって吐出される液体滴の速度計測とが、順次実施される。各駆動信号DSの長さのオーダはμsであるため、以上の工程は極めて短時間に実施され得る。
【0062】
固有周期計測装置40の演算部44は、修正された複数種類の駆動信号DSと速度計測装置10によって得られた液体滴の速度とに基づいて、第1電圧維持部s2の継続時間を横軸とし液体滴の速度を縦軸としたプロットグラフを再作成する。
【0063】
固有周期計測装置40の演算部44は、このようなプロットグラフから、液体滴の速度について前記継続時間に対して2つの極小値を特定し、当該2つの極小値に対応する2つの第1電圧維持部の継続時間の差を、圧力発生室52内の液体の固有周期Tcとして再出力する。
【0064】
そして、比較部45が、演算部44によって得られた固有周期Tcと予め予測された設計固有周期とを再び比較する。
【0065】
両者の値が近くなるまで、すなわち、固有周期Tcと予め予測された設計固有周期との差分が所定範囲内であると判別されるまで、以上の工程が繰り返される。これにより、プレサテライト滴の影響を排除して、十分に高精度に圧力発生室52内の液体の固有周期を得ることができる。
【0066】
以上のように、本実施の形態によれば、演算部44が、複数種類の駆動信号DSと速度計測装置10によって得られた液体滴の速度との相互関係に基づいて圧力発生室52内の液体の固有周期を導出するため、十分に高精度に圧力発生室52内の液体の固有周期を得ることができる。
【0067】
特に、本実施の形態では、吐出される液体滴がメイン滴の他にプレサテライト滴を有していて、当該プレサテライト滴の影響によって固有周期Tcの測定が正確に実施できなかった場合(この時、導出された固有周期Tcと予め予測された設計固有周期との差分が所定範囲を越える)には、圧電部材53に供給される複数の駆動信号DSが修正されて各液体滴の速度が再度計測され、圧力発生室52内の液体の固有周期Tcが再度導出される。従って、プレサテライト滴の影響を排除して、十分に高精度に圧力発生室内の液体の固有周期を得ることができる。
【0068】
また、本実施の形態では、光軌道Lを液体滴が通過することを判別して液体滴の速度を計測しているので、極めて短時間に正確に液体滴の速度を計測することができ、結果として、極めて短時間に正確に圧力発生室52内の液体の固有周期を計測することができる。
【0069】
また、本実施の形態では、液体滴の通過空間Sを液体滴が通過している間、受光部13での受光が中断されるようになっているため、液体滴の光軌道Lの通過状態であるか否かが容易に判別される。
【0070】
また、発光部13と液体滴の通過空間Sとの間、及び、受光部14と液体滴の通過空間Sとの間に、インクミスト遮蔽板20が配置されているため、発光部13及び受光部14にインクミストが付着すること等を回避することができる。
【0071】
なお、以上の実施の形態では、速度演算部14は、第2傾斜電圧部s3が終了するタイミング(図4の場合、第2傾斜電圧部s3から第2電圧維持部s4に切り替わるタイミング)から受光部13のパルス波形Pの立ち上がりタイミングまでの時間tを用いて液体滴の速度を導出している。しかしながら、光の軌道Lの中心軸について高精度な位置決めが可能である場合には、第2傾斜電圧部s3が終了するタイミング(第2傾斜電圧部s3から第2電圧維持部s4に切り替わるタイミング)から受光部13のパルス波形Pの中心のタイミングまでの時間t’(図3参照)を用いて液体滴の速度を導出する方が好ましい。
【0072】
さて、以上の実施の形態では、ノズル開口51から吐出される液体滴の速度を算出してから、圧力発生室52内の液体の固有周期Tcを求めている。しかしながら、液体滴の速度を(速度のディメンジョンとしては)算出しないで、例えば第2傾斜電圧部s3が終了するタイミング(図4の場合、第2傾斜電圧部s3から第2電圧維持部s4に切り替わるタイミング)からパルス波形Pの立ち上がりタイミングまでの時間tから直接的に固有周期を求めることもできる。
【0073】
このように構成された本発明の第2の実施の形態について、図7を用いて説明する。図7に示すように、本実施の形態の固有周期計測装置40は、速度演算部14の代わりに、パルス出現時間(ラッチパルス時間)取得部114が設けられている。
【0074】
速度演算部14は、前記時間tとノズル開口51から光の駆動Lまでの距離xとに基づいて、x/tを液体滴速度として導出するが、パルス出現時間取得部140は、前記時間tを取得するに留まる。
【0075】
その他の構成は、図1乃至図4に示す第1の実施の形態と略同様であり、同様の部分には同じ符号を付して説明を省略する。
そもそも、前記時間tと液体滴速度とは、前記関係式から明らかなように、反比例関係にある。従って、本実施の形態の場合、液体滴速度が前記時間tに置換されるだけで、前記第1の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。例えば、固有周期Tcを求めるために作成され得るプロットグラフは、図8に示すようになる。
【0076】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、演算部が、複数種類の駆動信号と速度計測手段によって得られた液体滴の速度との相互関係に基づいて圧力発生室内の液体の固有周期を導出するため、十分に高精度に圧力発生室内の液体の固有周期を得ることができる。
【0077】
特に、本発明によれば、例えば吐出される液体滴がメイン滴の他にサテライト滴を有していて、当該サテライト滴の影響によって固有周期の測定が正確に実施できなかった場合(この時、導出された固有周期と予め予測された設計固有周期との差分が所定範囲を越える)には、圧電部材に供給される複数種類の駆動信号が修正され、各液体滴の速度に関する情報が再度計測されて圧力発生室内の液体の固有周期が再度導出される。従って、サテライト滴の影響を排除して、十分に高精度に圧力発生室内の液体の固有周期を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態による固有周期計測装置の概略ブロック図である。
【図2】ヘッド部材と光の軌道との間の距離を調整する位置調整機構について示す図である。
【図3】ラッチ信号、駆動信号及び出力パルス波形の具体例を示す図である。
【図4】ラッチ信号、駆動信号及び出力パルス波形の他の具体例を示す図である。
【図5】第1電圧維持部の継続時間を横軸とし液体滴の速度を縦軸としたプロットグラフの一例を示す図である。
【図6】プレサテライト滴が存在する場合の、図5と同様のプロットグラフの一例を示す図である。
【図7】本発明の第2の実施の形態による固有周期計測装置の概略ブロック図である。
【図8】第1電圧維持部の継続時間を横軸としパルス出現時間を縦軸としたプロットグラフの一例を示す図である。
【符号の説明】
10 速度計測装置
12 発光部
12a 半導体レーザ
12’ 第2発光部
12a’ 半導体レーザ
13 受光部
13a フォトダイオード
13’ 第2受光部
13a’ フォトダイオード
14 速度演算部
20、20’ インクミスト遮蔽板
30 位置調整機構
40 固有周期計測装置
41 駆動回路
44 演算部
45 比較部
46 信号修正部
50 ヘッド部材
51 ノズル開口
52 圧力発生室
53 圧力発生手段
54 液体供給路
114 パルス出現時間取得部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a nozzle opening, a pressure generation chamber that communicates with the nozzle opening and can store a liquid, a liquid supply passage that supplies the liquid to the pressure generation chamber, a liquid drop from the nozzle opening by deforming the pressure generation chamber. The present invention relates to a natural period measuring device for a liquid in a pressure generating chamber provided for a head member having a piezoelectric member to be discharged.
[0002]
[Prior art]
Nozzle opening, pressure generating chamber communicating with nozzle opening and accommodating liquid, liquid supply path for supplying liquid to pressure generating chamber, piezoelectric member for deforming pressure generating chamber and discharging liquid droplets from nozzle opening Are used for various applications.
[0003]
For example, a head member that ejects ink droplets as liquid droplets is used for recording on recording paper or the like as a recording head of an ink jet recording apparatus.
[0004]
In such a head member, measuring the natural period of the liquid in the pressure generating chamber is effective for performing liquid droplet ejection control with higher accuracy.
[0005]
However, an apparatus for measuring the natural period of the liquid in the pressure generation chamber with sufficiently high accuracy has not yet been realized.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in consideration of such points, and an object of the present invention is to provide a natural period measurement device that measures the natural period of a liquid in a pressure generating chamber with sufficiently high accuracy, particularly at extremely high speed. And
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a nozzle opening, a pressure generation chamber that communicates with the nozzle opening and can store a liquid, a liquid supply passage that supplies the liquid to the pressure generation chamber, a liquid drop from the nozzle opening by deforming the pressure generation chamber. An apparatus for measuring a natural period of a liquid in a pressure generating chamber provided for a head member having a piezoelectric member to be ejected, a driving means for supplying a plurality of types of driving signals to the piezoelectric member, and a nozzle opening by each driving signal Pressure information measurement means for measuring information on the speed of each liquid droplet ejected from the liquid, and pressure generation based on the mutual relationship between the information on the speed of the liquid droplets obtained by a plurality of types of drive signals and the speed information measurement means Determining whether or not the difference between the natural period derived by the arithmetic unit for deriving the natural period of the indoor liquid and the design natural period predicted in advance is within a predetermined range A signal correcting unit that controls the driving unit to correct a plurality of types of driving signals supplied from the driving unit to the piezoelectric member when the difference is determined by the separate unit and the determining unit to exceed the predetermined range. And a natural period measuring device.
[0008]
According to the present invention, the calculation unit derives the natural period of the liquid in the pressure generating chamber based on the correlation between the plurality of types of drive signals and information on the speed of the liquid droplets obtained by the speed information measuring unit. The natural period of the liquid in the pressure generating chamber can be obtained with sufficiently high accuracy.
[0009]
Further, according to the present invention, for example, when the ejected liquid droplet has a satellite droplet in addition to the main droplet, and the natural period cannot be accurately measured due to the influence of the satellite droplet (at this time, The difference between the derived natural period and the design natural period predicted in advance exceeds a predetermined range), multiple types of drive signals supplied to the piezoelectric member are corrected, and information on the velocity of each liquid droplet is measured again Thus, the natural period of the liquid in the pressure generating chamber can be derived again. Therefore, the natural period of the liquid in the pressure generating chamber can be obtained with sufficiently high accuracy by eliminating the influence of satellite droplets.
[0010]
The present inventor has found that in order to effectively eliminate the influence of satellite droplets, it is preferable to modify a plurality of types of drive signals by lowering the drive voltage of the drive signals.
[0011]
Preferably, the speed information measuring means receives the light after crossing the liquid drop passage space, and a light emitting unit that emits light in a trajectory that crosses the liquid drop passage space from the nozzle opening. Information on the velocity of the liquid droplets ejected from the nozzle openings, specifically the velocity of the liquid droplets and the liquid droplets based on the timing of driving the piezoelectric member by the driving unit and the light receiving state of the light receiving portion And a speed information calculation unit for deriving the time until the light is blocked.
[0012]
The light emitting unit has, for example, a semiconductor laser. In addition, the light receiving unit includes, for example, a photodiode.
[0013]
As described above, when it is determined that the liquid droplet passes through the optical trajectory and the information regarding the velocity of the liquid droplet is measured, the information regarding the velocity of the liquid droplet can be accurately measured in a very short time.
[0014]
Specifically, for example, the plurality of types of drive signals supplied to the piezoelectric member by the drive means include a first ramp voltage unit that supplies the piezoelectric member with a voltage gradient that expands the pressure generation chamber and depressurizes the inside. A first voltage maintaining unit that supplies a voltage that maintains the reduced pressure state to the piezoelectric member; a second ramp voltage unit that supplies the piezoelectric member with a voltage gradient that contracts the pressure generation chamber and pressurizes the interior; And differ from each other in the duration of the first voltage maintaining unit.
[0015]
Alternatively, the plurality of types of drive signals supplied to the piezoelectric member by the drive means maintain the reduced pressure state with the first ramp voltage unit that supplies the piezoelectric member with a voltage gradient that expands the pressure generation chamber and depressurizes the inside. A first voltage maintaining unit that supplies such a voltage to the piezoelectric member, a second gradient voltage unit that supplies a voltage gradient to the piezoelectric member so as to pressurize the interior by contracting the pressure generation chamber, A second voltage maintaining unit that supplies the piezoelectric member with a voltage that maintains the voltage, and a third ramp voltage unit that supplies the piezoelectric member with a voltage gradient that returns the pressure generating chamber to the original state; The durations of the first voltage maintaining units are different from each other.
[0016]
In these cases, it is preferable that the signal correction unit corrects a plurality of types of drive signals by lowering the voltage value supplied by the first voltage maintaining unit.
[0017]
In addition, the durations of the first voltage maintaining units of the plurality of drive signals are selected so that at least two minimum values can be specified for the duration of the information related to the velocity of the liquid droplets obtained by the velocity information measuring unit. It is preferable.
[0018]
In this case, it is preferable that the calculation unit outputs a difference in duration between the two first voltage maintaining units corresponding to the two minimum values as a natural period of the liquid in the pressure generating chamber.
[0019]
The liquid is, for example, ink containing a color material for drawing an image on recording paper.
[0020]
Alternatively, the present invention provides a nozzle opening, a pressure generation chamber that communicates with the nozzle opening and can store a liquid, a liquid supply passage that supplies the liquid to the pressure generation chamber, and the pressure generation chamber by deforming the liquid from the nozzle opening. A method of measuring a natural period of a liquid in a pressure generating chamber with respect to a head member having a piezoelectric member that discharges droplets, the step of supplying a plurality of types of drive signals to the piezoelectric member, and each drive signal Based on the correlation between the step of measuring information about the velocity of each liquid droplet ejected from the nozzle opening and the information on the velocity of the liquid droplets measured with multiple types of drive signals, the natural period of the liquid in the pressure generation chamber Determining the difference between the derived natural period and the design natural period predicted in advance within a predetermined range, and determining that the difference exceeds the predetermined range. A step of correcting a plurality of types of drive signals supplied to the piezoelectric member, a step of measuring again information relating to the velocity of each liquid droplet ejected from the nozzle opening by the corrected drive signals, and a correction A step of deriving the natural period of the liquid in the pressure generation chamber again based on the correlation between the plurality of types of drive signals and the information on the velocity of the liquid droplet measured again. This is a method of measuring the period.
[0021]
Preferably, the step of correcting the plurality of types of drive signals is a step of correcting the plurality of types of drive signals by lowering the drive voltage of the drive signal.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0023]
FIG. 1 is a schematic block diagram showing a natural period measuring device according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the natural
[0024]
The
[0025]
On the other hand, the natural
[0026]
The
[0027]
Specifically, the
[0028]
In the present embodiment, the arrangement of the light path L, the liquid drop passage space S, and the
[0029]
The
[0030]
In the present embodiment, one or more ink
[0031]
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, a high-precision for adjusting the distance between the position of the
[0032]
When the light trajectory L is blocked by the
[0033]
As shown in FIG. 3, the
[0034]
In this case, each drive signal DS has a first ramp voltage unit s1 that supplies a voltage gradient that expands the
[0035]
Alternatively, as shown in FIG. 4, each drive signal DS includes a first ramp voltage unit s <b> 1 that supplies the
[0036]
3 and 4, the plurality of drive signals DS are different from each other in the duration of the first voltage maintaining unit s2. Specifically, as will be described later, the duration of the first voltage maintaining unit s2 of the plurality of drive signals DS has two local minimum values with respect to the duration of the liquid droplet obtained by the
[0037]
When the
[0038]
The
[0039]
In addition, the natural
[0040]
Specifically, the
[0041]
The
[0042]
The
[0043]
Next, the operation of the present embodiment will be described.
[0044]
As described above, first, the state when the
[0045]
Next, light passing through the liquid drop passage space S is emitted from the
[0046]
In this state, the
[0047]
The ejected liquid droplets block the light when passing through the liquid droplet passage space S. Thereby, the light reception by the
[0048]
Then, the
[0049]
Subsequently, the
[0050]
Then, the velocity of the liquid droplet ejected by the second drive signal DS is measured in the same manner as the velocity measurement of the liquid droplet ejected by the first drive signal DS.
[0051]
Subsequently, the
[0052]
Then, the velocity of the liquid droplet ejected by the third drive signal DS is measured in the same manner as the velocity measurement of the liquid droplet ejected by the first and second drive signals DS.
[0053]
Thereafter, similarly, supply of the remaining drive signal DS to the
[0054]
The
[0055]
The
[0056]
In general, when a liquid droplet is ejected from the
[0057]
In the present embodiment, the
[0058]
The difference may exceed a predetermined range when the liquid droplet ejected from the nozzle opening is accompanied by a presatellite droplet in addition to the main droplet. When the velocity for the presatellite droplet is measured by the
[0059]
When redoing the measurement of the natural period Tc, the
[0060]
By reducing the drive voltage value in this way, it is possible to suppress the generation of presatellite droplets.
[0061]
In the same manner as described above, the supply of the corrected drive signal DS to the
[0062]
The
[0063]
The
[0064]
Then, the
[0065]
The above steps are repeated until both values are close, that is, until it is determined that the difference between the natural period Tc and the design natural period predicted in advance is within a predetermined range. As a result, the natural period of the liquid in the
[0066]
As described above, according to the present embodiment, the
[0067]
In particular, in the present embodiment, the ejected liquid droplet has a presatellite droplet in addition to the main droplet, and the natural period Tc cannot be accurately measured due to the influence of the presatellite droplet (this When the difference between the derived natural period Tc and the design natural period predicted in advance exceeds a predetermined range), the plurality of drive signals DS supplied to the
[0068]
Further, in the present embodiment, since the speed of the liquid drop is measured by determining that the liquid drop passes through the optical trajectory L, the speed of the liquid drop can be accurately measured in a very short time, As a result, the natural period of the liquid in the
[0069]
Further, in the present embodiment, since the light reception by the
[0070]
In addition, since the ink
[0071]
In the above embodiment, the
[0072]
In the embodiment described above, the natural period Tc of the liquid in the
[0073]
A second embodiment of the present invention configured as described above will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 7, the natural
[0074]
The
[0075]
Other configurations are substantially the same as those of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 4, and the same parts are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
In the first place, the time t and the liquid droplet velocity are in an inversely proportional relationship, as is apparent from the relational expression. Therefore, in the case of the present embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained only by replacing the liquid droplet velocity with the time t. For example, a plot graph that can be created to determine the natural period Tc is as shown in FIG.
[0076]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the calculation unit derives the natural period of the liquid in the pressure generation chamber based on the mutual relationship between the plurality of types of drive signals and the velocity of the liquid droplets obtained by the velocity measuring means. Therefore, the natural period of the liquid in the pressure generating chamber can be obtained with sufficiently high accuracy.
[0077]
In particular, according to the present invention, for example, when the ejected liquid droplet has a satellite droplet in addition to the main droplet, and the natural period cannot be accurately measured due to the influence of the satellite droplet (at this time, The difference between the derived natural period and the design natural period predicted in advance exceeds a predetermined range), multiple types of drive signals supplied to the piezoelectric member are corrected, and information on the velocity of each liquid droplet is measured again Thus, the natural period of the liquid in the pressure generating chamber is derived again. Therefore, the natural period of the liquid in the pressure generating chamber can be obtained with sufficiently high accuracy by eliminating the influence of satellite droplets.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic block diagram of a natural period measuring device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing a position adjusting mechanism for adjusting a distance between a head member and a light path.
FIG. 3 is a diagram illustrating a specific example of a latch signal, a drive signal, and an output pulse waveform.
FIG. 4 is a diagram illustrating another specific example of a latch signal, a drive signal, and an output pulse waveform.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a plot graph in which the duration of the first voltage maintaining unit is the horizontal axis and the velocity of the liquid droplet is the vertical axis.
6 is a diagram illustrating an example of a plot graph similar to that in FIG. 5 when presatellite droplets are present. FIG.
FIG. 7 is a schematic block diagram of a natural period measuring device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a plot graph in which the duration of the first voltage maintaining unit is the horizontal axis and the pulse appearance time is the vertical axis.
[Explanation of symbols]
10 Speed measuring device
12 Light emitting part
12a Semiconductor laser
12 '2nd light emission part
12a 'semiconductor laser
13 Light receiver
13a photodiode
13 'second light receiving part
13a 'photodiode
14 Speed calculator
20, 20 'ink mist shielding plate
30 Position adjustment mechanism
40 natural period measuring device
41 Drive circuit
44 Calculation unit
45 Comparison part
46 Signal correction section
50 Head member
51 Nozzle opening
52 Pressure generation chamber
53 Pressure generating means
54 Liquid supply path
114 Pulse appearance time acquisition unit
Claims (12)
圧電部材に複数種類の駆動信号を供給する駆動手段と、
各駆動信号によってノズル開口から吐出される各液体滴の速度に関する情報を計測する速度情報計測手段と、
複数種類の駆動信号と速度情報計測手段によって得られた液体滴の速度に関する情報との相互関係に基づいて、圧力発生室内の液体の固有周期を導出する演算部と、
演算部によって導出された固有周期と予め予測された設計固有周期との差分が所定範囲内であるか否かを判別する判別部と、
判別部によって前記差分が所定範囲を越えていると判別された場合に、駆動手段を制御して当該駆動手段から圧電部材に供給される複数種類の駆動信号を修正する信号修正部と、
を備えたことを特徴とする固有周期計測装置。Nozzle opening, pressure generating chamber communicating with nozzle opening and accommodating liquid, liquid supply path for supplying liquid to pressure generating chamber, piezoelectric member for deforming pressure generating chamber and discharging liquid droplets from nozzle opening A natural period measuring device for the liquid in the pressure generating chamber provided for the head member,
Drive means for supplying a plurality of types of drive signals to the piezoelectric member;
Speed information measuring means for measuring information about the speed of each liquid droplet ejected from the nozzle opening by each drive signal;
A calculation unit for deriving the natural period of the liquid in the pressure generation chamber based on the correlation between the plurality of types of drive signals and information on the velocity of the liquid droplets obtained by the velocity information measurement unit;
A discriminator for discriminating whether or not the difference between the natural period derived by the arithmetic unit and the design natural period predicted in advance is within a predetermined range;
A signal correction unit that controls the driving unit to correct a plurality of types of driving signals supplied from the driving unit to the piezoelectric member when the determination unit determines that the difference exceeds a predetermined range;
A natural period measuring device comprising:
ノズル開口からの液体滴の通過空間と交差するような軌道に光を射出する発光部と、
液体滴の通過空間と交差した後の光を受容する受光部と、
駆動手段による圧電部材の駆動に関するタイミングと受光部での光の受光状態とに基づいて、ノズル開口から吐出される液体滴の速度に関する情報を導出する速度情報演算部と、
を有している
ことを特徴とする請求項1に記載の固有周期計測装置。Speed information measuring means
A light emitting unit that emits light in a trajectory that intersects the passage space of the liquid droplet from the nozzle opening;
A light receiving portion for receiving light after intersecting the passage space of the liquid drop;
A speed information calculation unit for deriving information on the speed of the liquid droplet ejected from the nozzle opening based on the timing related to the driving of the piezoelectric member by the driving unit and the light receiving state of the light in the light receiving unit;
The natural period measuring device according to claim 1, wherein
ことを特徴とする請求項2に記載の固有周期計測装置。The natural period measuring apparatus according to claim 2, wherein the light emitting unit includes a semiconductor laser.
ことを特徴とする請求項2または3に記載の固有周期計測装置。4. The natural period measuring device according to claim 2, wherein the light receiving unit includes a photodiode.
圧力発生室を膨張させて内部を減圧するような電圧勾配を圧電部材に供給する第1傾斜電圧部と、
当該減圧状態を維持するような電圧を圧電部材に供給する第1電圧維持部と、
圧力発生室を収縮させて内部を加圧するような電圧勾配を圧電部材に供給する第2傾斜電圧部と、
を有しており、
第1電圧維持部の継続時間において互いに異なっている
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の固有周期計測装置。The plurality of types of drive signals supplied to the piezoelectric member by the drive means are:
A first ramp voltage unit for supplying a voltage gradient to the piezoelectric member so as to expand the pressure generating chamber and depressurize the inside;
A first voltage maintaining unit that supplies the piezoelectric member with a voltage that maintains the reduced pressure state;
A second ramp voltage unit that supplies a voltage gradient to the piezoelectric member so as to pressurize the inside by contracting the pressure generating chamber;
Have
6. The natural period measuring device according to claim 1, wherein the durations of the first voltage maintaining units are different from each other.
圧力発生室を膨張させて内部を減圧するような電圧勾配を圧電部材に供給する第1傾斜電圧部と、
当該減圧状態を維持するような電圧を圧電部材に供給する第1電圧維持部と、
圧力発生室を収縮させて内部を加圧するような電圧勾配を圧電部材に供給する第2傾斜電圧部と、
当該加圧状態を維持するような電圧を圧電部材に供給する第2電圧維持部と、
圧力発生室を元の状態に戻すような電圧勾配を圧電部材に供給する第3傾斜電圧部と、
を有しており、
第1電圧維持部の継続時間において互いに異なっている
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の固有周期計測装置。The plurality of types of drive signals supplied to the piezoelectric member by the drive means are:
A first ramp voltage unit for supplying a voltage gradient to the piezoelectric member so as to expand the pressure generating chamber and depressurize the inside;
A first voltage maintaining unit that supplies the piezoelectric member with a voltage that maintains the reduced pressure state;
A second ramp voltage unit that supplies a voltage gradient to the piezoelectric member so as to pressurize the inside by contracting the pressure generating chamber;
A second voltage maintaining unit that supplies the piezoelectric member with a voltage that maintains the pressurized state;
A third ramp voltage unit for supplying a voltage gradient to the piezoelectric member so as to return the pressure generating chamber to the original state;
Have
6. The natural period measuring device according to claim 1, wherein the durations of the first voltage maintaining units are different from each other.
ことを特徴とする請求項5または6に記載の固有周期計測装置。The natural period measurement according to claim 5 or 6, wherein the signal correction unit corrects a plurality of types of drive signals by lowering a voltage value supplied by the first voltage maintaining unit. apparatus.
ことを特徴とする請求項5乃至7のいずれかに記載の固有周期計測装置。The durations of the first voltage maintaining units of the plurality of drive signals are selected so that two minimum values can be specified for the duration of the information related to the velocity of the liquid droplets obtained by the velocity information measuring means. 8. The natural period measuring device according to claim 5, wherein
ことを特徴とする請求項8に記載の固有周期計測装置。9. The calculation unit is configured to output a difference in duration between the two first voltage maintaining units corresponding to the two minimum values as a natural period of the liquid in the pressure generation chamber. The natural period measuring device described in 1.
ことを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の固有周期計測装置。The natural period measuring device according to claim 1, wherein the liquid is ink containing a color material for drawing an image on recording paper.
圧電部材に複数種類の駆動信号を供給する工程と、
各駆動信号によってノズル開口から吐出される各液体滴の速度に関する情報を計測する工程と、
複数種類の駆動信号と計測された液体滴の速度に関する情報との相互関係に基づいて、圧力発生室内の液体の固有周期を導出する工程と、
導出された固有周期と予め予測された設計固有周期との差分が所定範囲内であるか否かを判別する工程と、
前記差分が所定範囲を越えていると判別された場合に、前記圧電部材に供給される複数種類の駆動信号を修正する工程と、
修正された各駆動信号によってノズル開口から吐出される各液体滴の速度に関する情報を再度計測する工程と、
修正された複数種類の駆動信号と再度計測された液体滴の速度に関する情報との相互関係に基づいて、圧力発生室内の液体の固有周期を再度導出する工程と、を備えたことを特徴とする固有周期の計測方法。Nozzle opening, pressure generating chamber communicating with nozzle opening and accommodating liquid, liquid supply path for supplying liquid to pressure generating chamber, piezoelectric member for deforming pressure generating chamber and discharging liquid droplets from nozzle opening And measuring the natural period of the liquid in the pressure generating chamber with respect to the head member having:
Supplying a plurality of types of drive signals to the piezoelectric member;
Measuring information about the speed of each liquid droplet ejected from the nozzle opening by each drive signal;
Deriving the natural period of the liquid in the pressure generating chamber based on the correlation between the plurality of types of driving signals and the information on the measured liquid droplet velocity;
Determining whether or not the difference between the derived natural period and the design natural period predicted in advance is within a predetermined range;
A step of correcting a plurality of types of drive signals supplied to the piezoelectric member when it is determined that the difference exceeds a predetermined range;
Measuring again the information about the speed of each liquid droplet ejected from the nozzle opening by each corrected drive signal;
A step of deriving the natural period of the liquid in the pressure generating chamber again based on the correlation between the corrected plural types of driving signals and the information on the velocity of the liquid droplet measured again. The natural period measurement method.
ことを特徴とする請求項11に記載の固有周期の計測方法。12. The natural period measuring method according to claim 11, wherein the step of correcting the plurality of types of drive signals is a step of correcting the plurality of types of drive signals by lowering a drive voltage of the drive signal.
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