JP3835532B2

JP3835532B2 - Inkjet printer

Info

Publication number: JP3835532B2
Application number: JP2001329322A
Authority: JP
Inventors: 啓司渡辺; 俊孝小川; 悟飛田
Original assignee: リコープリンティングシステムズ株式会社
Priority date: 2001-10-26
Filing date: 2001-10-26
Publication date: 2006-10-18
Anticipated expiration: 2021-10-26
Also published as: JP2003127430A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オンデマンド型インクジェット式印刷装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
オンデマンド型インクジェット式印刷装置では、インクを噴射する方式として、電気ヒータによりインク中に気泡を発生させてインクを噴射するサーマル方式と、圧電素子を用いて圧力室の壁面の一部を変形させてインクを噴射する圧電素子方式とがある。
【０００３】
いずれの場合も、インクジェットヘッドと印刷媒体との相対位置を変更しながら、インクジェットヘッドから微細なインク滴を吐出して印刷媒体上に画像を形成するもので、コンピュータ等からの出力装置として広く使用されている。
【０００４】
上記の印刷装置では、インクジェットヘッドに設けられた複数のノズルから相対的に移動する用紙等の印刷媒体に向ってインク滴を吐出しており、インク滴を吐出できないノズルがあると印刷媒体上でドット抜けとなる。また、例え吐出はしていても、印刷媒体上の所定の位置にドットを形成するためには、吐出されるインク滴の速度を所定の値にする必要がある。また、良好な解像度の印刷品質を得るためには、印刷媒体上でのドットを所定のサイズにする必要がある。
【０００５】
しかし、インク滴速度のばらつきが生じると狙った位置にインク滴が着弾せず、このためドットの形成位置がずれる。またインク滴の体積が所定の値と異なると、体積が大きい場合は印刷媒体上でにじみや画像のつぶれが生じ、逆に体積が小さい場合は画像に隙間を生じてしまい、いずれの場合も印刷品質が悪化する結果となる。このような印刷品質の悪化を回避するために、インクジェットヘッドを構成する部品の精度や組立精度を向上させる方法が採られている。
【０００６】
しかし、このような方法で精度を上げても、様々な要因による印刷品質の悪化を十分に回避できるとは限らない。なぜなら、紙粉や異物のノズルへの付着による不吐出は、印刷用紙の種類や印刷装置の設置環境により発生頻度に差があるにしても、完全に防ぐことは困難だからである。
【０００７】
また、インクジェットヘッドの組立において、接着剤の厚みを完全に制御することは困難であり、そのばらつきがインク滴の速度あるいは体積に影響を与え、近年の高画質化の要求を満足できない場合がある。同様に、周囲温度の変化によるインク粘度の変化によってもインク滴の速度及び体積は変化し、印刷画質に影響を与える。更に、吐出のためのエネルギー発生部材の特性の経時変化、もしくはノズルを構成する部品の組立に用いる接着剤の物性の経時変化により、吐出特性が変化する場合もある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、インク滴の不吐出によるドット抜けを防止し、インク滴の速度あるいは体積が所定の値を得られないことによる印刷画質の悪化を、インク滴の速度及び体積を制御することによって防止することができるインクジェット式印刷装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の請求項１記載の発明は、インク滴を吐出して印刷を行なうインクジェットヘッドを備えたインクジェット式印刷装置であって、平面状で互いに平行な第１の光線と第２の光線を出射する光源と、前記第１の光線と第２の光線を検出する光検出手段を備え、前記インク滴が前記第１の光線を通過してから第２の光線を通過するまでの時間を計測することによりインク滴の速度を測定すると共に、前記第１あるいは第２の光線の少なくとも一方において、所定時間毎にインク滴が光線を遮る量を夫々測定し、これらの測定結果からインク滴の吐出方向における断面形状を求めると共に、インク滴の吐出方向と直角な方向のインク滴の断面を円形と仮定して当該インク滴の体積を算出し、この算出された体積及び前記インク滴の速度に基づいて前記インク滴を吐出するノズルの駆動波形を調整する手段と、不吐出ノズルの吐出回復のためにインクジェットヘッドをクリーニングする手段を備えることを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決する本発明の請求項２記載の発明は、請求項１記載のインクジェット式印刷装置において、前記第１の光線及び前記第２の光線がレーザであることを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決する本発明の請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のインクジェット式印刷装置において、前記第１の光線及び前記第２の光線はスリットを通して取り出し、このスリットから取り出された前記第１の光線及び前記第２の光線が、前記スリットの出口の幅及び高さにより制御された平面状の光であり、かつ第１の光線及び前記第２の光線の面の幅は、インク滴吐出の軌跡に直角な方向のインク滴の径よりも大きいことを特徴とする。
【００１７】
上記課題を解決する本発明の請求項４記載の発明は、インク滴を吐出して印刷を行なうインクジェットヘッドを備えたインクジェット式印刷装置であって、インク滴を光学的に検出して吐出特性データを求める手段を設け、該手段によりインク滴の速度もしくはインク滴の体積の少なくとも一方の吐出特性データを検出し、当該検出結果を前記インクジェット式印刷装置内に内蔵された記憶装置に蓄積し、前記検出された吐出特性データの経時変化及び吐出回数もしくは使用時間から、吐出特性を制御して所定の範囲に入れることができる限界となるインクジェットヘッドの寿命を予測することを特徴とする。
【００１８】
また、前記インクジェットヘッドは、インクを蓄える圧力室と、電気信号の印加により前記圧力室内に圧力変動を発生させる圧電素子と、前記圧力室の壁面の少なくとも一部を形成し、前記圧電素子が連結されている振動板と、前記圧力室にインクを供給するインク供給口と、該インク供給口にインクを供給する共通インク流路と、インク滴を圧力室から噴射するノズルと、前記圧電素子を固定する圧電素子固定板等によって構成されることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を参照して説明する。
【００２０】
図１、２は、それぞれ本発明で用いたインクジェット式印刷装置の斜視図及び上面図である。１はインクジェットヘッド、２はインク滴、３はレーザ光源、４は検出装置、５ａ、５ｂはレーザ光、６はクリーニングユニット、７はゴム製のワイパ、８はノズル吸引用のポンプ、９はクリーニングユニットとポンプをつなぐチューブ、１０は印刷用紙、１１はプラテンである。
【００２１】
図３は、インクジェットヘッド１のノズル１３の配列の一例である。
【００２２】
本発明の例では、ライン方式のインクジェット印刷装置にて説明する。
【００２３】
印刷を行う場合、インクジェットヘッドは図２に示す位置１ａから位置１ｂに移動して固定され、印刷用紙１０が矢印の用紙走行方向に流れる。
【００２４】
吐出特性データを検出する場合には、インクジェットヘッドの所定のノズルが、図１、２に示す光源３と光源からの光を検出する検出装置４とを結ぶレーザ光５ａ、５ｂ上に移動し、インク滴を吐出させる。ここでレーザ光を選択した理由は、レーザ光はレンズを用いて微小なサイズに集光することが可能で、しかも散乱しにくいので、任意の幅のスリットを通すことにより、任意のほぼ均一な幅の光がインク滴と交差する部分を通って、検出部に達することができ、本発明のようなインク滴の吐出特性データを求める手段に用いる光として適しているためである。
【００２５】
また、ノズルのクリーニング動作のひとつであって、不吐出の原因となるノズル内の気泡や増粘インクを排出させるために、ノズルからインクを吸引する吸引パージを行う場合は、インクジェットヘッド１を１ａに移動して固定し、図示しないゴムキャップを持ったクリーニングユニット６を移動させてインクジェットヘッド１に密着させ、チューブ９を介してポンプ８でノズルからインク及び気泡を排出させる。
【００２６】
ノズルクリーニングのもう一つの動作であるワイピングは、インクジェットヘッドが１ａから１ｂあるいはその逆に移動する際に、ワイパ７がインクジェットヘッド１のノズル面１３に接触する位置まで上昇してノズル面に付着した、不吐出の原因となる紙粉等の異物またはインクを拭取る。
【００２７】
その他のクリーニング方法として、気泡や増粘インクを排出させるために図示しないポンプでインク供給側から加圧する加圧パージやノズル内のメニスカス表面に形成された増粘したインクの膜を破壊するために、吐出のためのエネルギー発生部材を繰返し動作させる方法も行なうことができる。
【００２８】
次にインク滴を光学的に検出する手段について説明する。図４、５、６において光源３は波長が６３０ｎｍの連続波を発振するＨｅ−Ｎｅレーザを用い、その出力は３０ｍＷとした。図示しないレンズ、及び図５に示すスリット１４ａ、１４ｂを通して、レーザ光を光源から取り出す。スリットのサイズは、幅ｄ_２を１００μｍ、高さｈを１０μｍとした。レーザ光の幅及び高さもスリットのサイズに準じたものとなる。
【００２９】
レーザ光を側面から見た図４では、光は線状であり、上面から見た図６では平面状になる。後述するインク滴体積を求める方法において、レーザ光の面の幅は、交差するインク滴の軌跡と直角方向の径よりも大きい必要がある。この為、レーザ光の幅ｄ_２'を１００μｍとすれば、一般的に使われている印刷密度３００ｄｐｉ用のインク滴の軌跡と直角方向の径の約５０μｍに対し、十分な大きさを持つ。ただし、インク滴がレーザ光を遮ぎる際の光量の減少量を検出して吐出特性データを求める本装置の都合上、不必要にレーザ光の幅を広げることは、検出精度の面で好ましくない。また、検出装置４に設置され、レーザ光を検出するセンサには、図示しないフォトダイオードを用いた。
【００３０】
続いて、各ノズルのインク滴の吐出特性データを求める方法を説明する。最初に吐出の有無の検出は、図４においてインクジェットヘッド１から矢印の方向にインク滴２を吐出させ、レーザ光５ａまたは５ｂをインク滴が遮るか否か、つまり光量が減少するか否かで判断する。検出装置４で検出する光量が吐出によって減少しない場合、そのノズルは不吐出と判断する。
【００３１】
次に、インク滴２の速度は、インクジェットヘッド１からインク滴２を吐出し、インク滴２がある一定の距離ｄ_１をもつレーザ光５ａと５ｂを遮る時間差から求める。例えば、吐出後、インク滴の先端がレーザ光５ａを遮った時間をＴ、５ｂを遮った時間をＴ'として、レーザ光５ａと５ｂ間の距離をｄとすると、インク滴の速度ｖは、ｖ＝ｄ_１／（Ｔ'−Ｔ）となる。
【００３２】
一方、インク滴体積は図７、８に示す方法で求める。図７は図６のａ−ａ'断面を示し、インク滴吐出後の均等に区切った任意の経過時間ｔ１〜ｔ９のときのインク滴とレーザ光５ａの位置関係を示すものである。
【００３３】
例えば、図７で、時間ｔ２〜ｔ８においてレーザ光５ａを遮るインク滴の幅は、それぞれＡ−Ａ'〜Ｇ−Ｇ'であり、その幅に応じて図４、６に示す検出装置４で検出される光量が減少する。図８は、検出装置４で検出したｔ１〜ｔ９の各時間における光量の減少量及び前述した方法で求めたインク滴の速度から、インク滴の軌跡と平行な方向のインク滴の断面形状を求めたものである。プロットした各点の横方向の座標は、インク滴に遮られたことによる光量の減少量から、インク滴が左右対象と仮定して求めたものである。縦方向の座標は、インク滴の速度から、ｔ１からｔ９の各時間の間にインク滴が移動する距離を計算し求めた。
【００３４】
このようにプロットした点を繋いで、仮想的にインク滴の軌跡と平行な方向のインク滴の断面形状２'を求めた。そして、インク滴の軌跡と直角な方向のインク滴の断面は円形と仮定して、インク滴の体積を求めた。
【００３５】
図９に、吐出検出の動作シーケンスを示す。まず、吐出検出するノズルを選択し、そのノズルを検出可能位置まで移動する（Ｓ１００）。通常は、端のノズルから順次１本ずつ検出する。次に、レーザを発光し、インク滴を検出可能な状態とする（Ｓ１０１）。次に、選択したノズルに標準とする駆動波形を設定して（Ｓ１０２）、１発もしくは所定の回数吐出させる（Ｓ１０３）。１発のみ吐出する場合はその１発の吐出の有無を検出し、所定の回数吐出する場合は、任意のＮ発目の吐出の有無を検出させる（Ｓ１０４）。
【００３６】
吐出しているか否かの判定（Ｓ１０５）の結果、インク滴が吐出していない場合は、インクジェットヘッドのクリーニング動作を行い（Ｓ１０６）、インク滴が吐出するまで、クリーニング（Ｓ１０６）と吐出（Ｓ１０３）と吐出検出（Ｓ１０４）を繰返す。一例として、クリーニング動作は、ワイピングを行なった後、吸引パージを行ない、再度ワイピングを行なう。
【００３７】
判定（Ｓ１０５）の結果、吐出している場合は、インク滴の吐出特性データを解析する（Ｓ１０７）。インク滴速度及び体積が所定の範囲内か範囲外か判定し（Ｓ１０８）、範囲外の場合は、吐出特性データに基いて駆動波形を調整して（Ｓ１０９）、再度吐出させて（Ｓ１１０）、吐出検出（Ｓ１１１）を行ない、再度吐出特性データを解析する（Ｓ１０７）。この吐出特性データが所定の範囲に入るまで、駆動波形調整（Ｓ１０９）と吐出（Ｓ１１０）と吐出検出（Ｓ１１１）を繰返し、所定の範囲に入れば吐出検出を終了（Ｓ１１２）とする。
【００３８】
図１０は、本発明で用いたインクジェットヘッドのノズル部の構成を示す断面図である。このインクジェットヘッドは、入力信号に応じてインクを噴射することにより記録を行うことができる。１３はノズル、１５は圧力室、１６は振動板、１７は圧電素子、１８は圧電素子固定板、１９は共通インク供給路２０と圧力室１５とを連結し、圧力室１５へのインク流入を制御するリストリクタ、２０は共通インク供給路、２１はリストリクタ１９を形成するリストリクタプレート、２２は圧力室１５を形成する圧力室プレート、２３はノズル１３を形成するノズルプレート、２４は共通インク供給路プレート、２５はフィルタである。
【００３９】
リストリクタプレート２１、圧力室プレート２２、共通インク供給路プレート２４は、例えばステンレス材から作られ、ノズルプレート２３はステンレス材または電鋳法で作製可能なニッケル材から作られている。また、圧電素子固定板１８はセラミックス、ポリイミドなどの絶縁物から作られている。
【００４０】
インクは上流から下流へ向かって、図示しないインクタンクから共通インク流路２０、リストリクタ１９、圧力室１５、ノズル１３の順に流れる。
【００４１】
圧電素子１７は電位差が生じると伸長するように取り付けられている。このため、圧電素子１７の収縮時においては、振動板１６は図中下方へ縮み、これによって圧力室１５内にインクが充填され、次いで再び電位差が生じると圧電素子１７は復元し、振動板１６もこれに追従して変形する。そのため、インク滴がノズル１３から噴射される。
【００４２】
次に、インク滴を吐出するためのエネルギー発生部材である圧電定数Ｄ３３型の圧電素子の駆動波形について説明する。図１１に基本的な駆動波形の例を示す。本波形においては、吐出待機時にはＶ_１の電圧を印加しておき、吐出時には電圧をＶ_０に変化させ、所定の時間Ｔ_０〜Ｔ_１の間保持した後、再び電圧をＶ_１に戻すものである。ここでＶ_１とＶ_０の電圧差を駆動電圧と定義する。またＴ_０〜Ｔ_１までの時間を駆動パルス幅と定義する。
【００４３】
続いて、インク滴速度及び体積を駆動波形によって調整する方法の一例を説明する。
【００４４】
図１２は、本発明に用いたインクジェットヘッドの圧電素子に４０Ｖの駆動電圧を印加した場合の駆動パルス幅とインク滴速度の関係を示したもので、同じ駆動電圧でも駆動パルス幅によってインク滴の速度が変わることが分かる。
【００４５】
図１３は、駆動パルス幅８、９、１０μｓにおける駆動電圧とインク滴速度の関係を示したもので、それぞれのパルス幅において駆動電圧とインク滴速度が比例関係にあることが分かる。
【００４６】
図１４は、駆動パルス幅８、９、１０μｓにおける駆動電圧とインク滴体積との関係を示したもので、駆動電圧とインク滴体積がほぼ比例関係にあることが分かる。
【００４７】
図１２、１３、１４から明らかなように、駆動波形でインク滴の速度または体積を変えるには、駆動電圧と駆動パルス幅のいずれかあるいは両方を調整すれば良い。インク滴の速度のみ調整するのであれば、駆動パルス幅は一定として、駆動電圧のみを調整すれば良い。
【００４８】
次に、インク滴の速度を一定にして、インク滴体積を調整する条件の例を説明する。
【００４９】
【表１】

【００５０】
表１は、駆動パルス幅と駆動電圧を調整して、インク滴速度を一定にしたままインク滴を変える条件の一例を示したものである。
【００５１】
表１では、駆動パルス幅と駆動電圧を調整して、インク滴速度を１０ｍ／ｓ一定としたままで、インク滴体積のみを３４〜４８ｐＬまで可変させている。このように駆動パルス幅と駆動電圧を調整して、インク滴速度及び体積を制御することが可能である。
【００５２】
なお、前述した方法で求めた各ノズルの吐出特性データは、本発明で用いたインクジェット式印刷装置に内蔵した図示しない記憶装置に蓄積される。
【００５３】
従って、圧電素子の劣化あるいはインクジェットヘッドの組立てに用いた接着剤の劣化等で、標準とする駆動波形で比較してインク滴速度が遅くなるかあるいはインク滴体積が少なくなる等の経時的な変化が見られる場合、それまでの吐出回数もしくは使用時間から、吐出特性を制御して所定の範囲に入れることができる限界にいつ達するか推測できる。つまり、吐出特性の経時的な劣化が始まった場合、ヘッドの寿命を予測することが可能となる。
【００５４】
【発明の効果】
インク滴を吐出するインクジェットヘッドと、インク滴を光学的に検出し前記インク滴の吐出特性データを求める手段と、前記インク滴を吐出するノズルの駆動波形を調整する手段と、インクジェットヘッドをクリーニングする手段とを備え、インク滴が検出されない場合つまり不吐出の場合は、自動的にヘッドをクリーニングして再度吐出検出を行ない、インク滴が検出されるまで吐出と吐出検出とクリーニングを繰返す。インク滴が検出された場合、吐出特性データであるインク滴の速度または体積を求め、所定のインク滴速度または体積が得られない場合は、その吐出特性データに基き駆動波形を調整し、吐出特性データが所定の範囲に入るまで、吐出と吐出検出と駆動波形調整を繰返す。その結果、印刷において、ドット抜けがなく、しかも最適なインク滴を吐出でき、常に印刷品質の高画質化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で用いたインクジェット式印刷装置の斜視図。
【図２】本発明で用いたインクジェット式印刷装置の上面図。
【図３】本発明で用いたインクジェットヘッドのノズル配列の一例を示す図。
【図４】本発明で用いた吐出特性を求める手段のインク滴の吐出の有無及び速度を求める方法を示す図。
【図５】本発明で用いた吐出特性データを求める手段において、レーザ光を取り出すスリットを示す図。
【図６】本発明で用いた吐出特性を求める手段において、レーザ光を上から見た図。
【図７】本発明で用いた吐出特性データを求める手段において、インク滴の体積を求める方法で、レーザ光を遮るインク滴の幅を示す図。
【図８】本発明で用いた吐出特性データを求める手段のインク滴の体積を求める方法で、図７の結果からインク滴の軌跡方向の断面形状を求めた図。
【図９】本発明の吐出検出方式を示すシーケンス図。
【図１０】本発明で用いたインクジェットヘッドの断面図。
【図１１】インクジェットヘッドのエネルギー発生部材である圧電定数Ｄ３３型の圧電素子に印加する駆動波形の図。
【図１２】本発明で用いたインクジェットヘッドの駆動パルス幅とインク滴速度の関係を示す図。
【図１３】本発明で用いたインクジェットヘッドの駆動電圧及び駆動パルス幅とインク滴速度の関係を示す図。
【図１４】本発明で用いたインクジェットヘッドの駆動電圧及び駆動パルス幅とインク滴体積の関係を示す図。
【符号の説明】
１はインクジェットヘッド、２はインク滴、３はレーザ光源、４は検出装置、５はレーザ光、６はクリーニングユニット、７はワイパ、８は吸引パージ用ポンプ、９はチューブ、１０は印刷用紙、１１はプラテン、１２はインクジェットヘッド移動用ガイド軸、１３はノズル、１５は圧力室、１６は振動板、１７は圧電素子、１８は圧電素子固定板、１９はリストリクタ、２０は共通インク供給路、２１はリストリクタプレート、２２は圧力室プレート、２３はオリフィスプレート、２４は共通インク供給路プレート、２５はフィルタである。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an on-demand type ink jet printing apparatus.
[0002]
[Prior art]
In an on-demand type ink jet printing apparatus, ink is ejected by a thermal method in which bubbles are generated in the ink by an electric heater and the ink is ejected, and a piezoelectric element is used to deform a part of the wall of the pressure chamber. And a piezoelectric element type that ejects ink.
[0003]
In either case, the image is formed on the print medium by ejecting fine ink droplets from the ink-jet head while changing the relative position between the ink-jet head and the print medium, and is widely used as an output device from computers, etc. Has been.
[0004]
In the above-described printing apparatus, ink droplets are ejected toward a print medium such as paper that moves relatively from a plurality of nozzles provided in the inkjet head. If there are nozzles that cannot eject ink droplets, Dot missing. Even if ejection is performed, in order to form dots at predetermined positions on the print medium, it is necessary to set the speed of the ejected ink droplets to a predetermined value. Further, in order to obtain a print quality with a good resolution, it is necessary to make the dots on the print medium have a predetermined size.
[0005]
However, if variation in ink droplet speed occurs, the ink droplet does not land at the target position, and therefore the dot formation position shifts. Also, if the volume of the ink droplet is different from the predetermined value, if the volume is large, bleeding or image collapse will occur on the print medium, and conversely if the volume is small, a gap will occur in the image. As a result, the quality deteriorates. In order to avoid such deterioration of the print quality, a method of improving the accuracy and assembly accuracy of the components constituting the ink jet head has been adopted.
[0006]
However, even if the accuracy is increased by such a method, it is not always possible to sufficiently avoid the deterioration of the print quality due to various factors. This is because non-ejection due to adhesion of paper dust or foreign matter to the nozzles is difficult to completely prevent even if there is a difference in the frequency of occurrence depending on the type of printing paper and the installation environment of the printing apparatus.
[0007]
In addition, in assembling an ink jet head, it is difficult to completely control the thickness of the adhesive, and the variation affects the speed or volume of ink droplets, and may not satisfy the recent demand for higher image quality. . Similarly, a change in ink viscosity due to a change in ambient temperature also changes the speed and volume of the ink droplets, affecting the print image quality. Furthermore, the discharge characteristics may change due to changes over time in the characteristics of the energy generating member for discharge or changes in the physical properties of the adhesive used for assembling the components constituting the nozzle.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of such problems, and the object thereof is to prevent dot dropout due to non-ejection of ink droplets and to obtain a predetermined value for the velocity or volume of the ink droplets. It is an object of the present invention to provide an ink jet printing apparatus that can prevent deterioration in print image quality due to absence of ink by controlling the speed and volume of ink droplets.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 of the present invention for solving the above-mentioned problems is an ink jet printing apparatus provided with an ink jet head for performing printing by discharging ink droplets, wherein the first light beam and the first light beam which are planar and parallel to each other . A light source that emits two light beams, and a light detection unit that detects the first light beam and the second light beam, and the ink droplet passes through the first light beam and then passes through the second light beam. with measuring the velocity of the ink droplet by measuring the time, at least one of said first or second light beam, the amount of ink droplet blocks the light beam to respectively measured every predetermined time, the results of these examinations seeking a cross-sectional shape in the direction of ejection of ink droplets from Rutotomoni, the cross section of the ink droplet discharge direction perpendicular to the direction of ink droplets by assuming a circular to calculate the volume of the ink droplets, the calculated volume and the I Means for adjusting the drive waveform of nozzles for discharging the ink droplets based on the speed of the click droplets, characterized in that it comprises means for cleaning the ink jet head for ejection recovery of the faulty nozzle.
[0013]
According to a second aspect of the present invention for solving the above-mentioned problems, in the ink jet printing apparatus according to the first aspect, the first light beam and the second light beam are lasers.
[0014]
According to a third aspect of the present invention for solving the above-mentioned problems, in the ink jet printing apparatus according to the first or second aspect, the first light beam and the second light beam are extracted through a slit and are extracted from the slit. Further, the first light beam and the second light beam are planar light beams controlled by the width and height of the exit of the slit, and the widths of the surfaces of the first light beam and the second light beam are , and greater than the diameter of the locus in a direction perpendicular to the ink droplets Lee ink droplet ejection.
[0017]
The invention according to claim 4 of the present invention for solving the above-mentioned problems is an ink jet printing apparatus provided with an ink jet head for performing printing by ejecting ink droplets, and ejecting characteristic data by optically detecting ink droplets. Means for detecting at least one of ink droplet speed or ink droplet volume, and storing the detection result in a storage device built in the ink jet printing apparatus, The life of the inkjet head, which is the limit that can be controlled within the predetermined range by controlling the ejection characteristics, is predicted from the change with time of the detected ejection characteristics data and the number of ejection times or the usage time .
[0018]
The ink jet head includes a pressure chamber for storing ink, a piezoelectric element for generating pressure fluctuation in the pressure chamber by application of an electric signal, and at least a part of a wall surface of the pressure chamber, and the piezoelectric element is connected A diaphragm, an ink supply port for supplying ink to the pressure chamber, a common ink channel for supplying ink to the ink supply port, a nozzle for ejecting ink droplets from the pressure chamber, and the piezoelectric element. It is characterized by comprising a piezoelectric element fixing plate or the like to be fixed.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention will be described below with reference to the drawings.
[0020]
1 and 2 are a perspective view and a top view, respectively, of an ink jet printing apparatus used in the present invention. 1 is an ink jet head, 2 is an ink droplet, 3 is a laser light source, 4 is a detection device, 5a and 5b are laser beams, 6 is a cleaning unit, 7 is a rubber wiper, 8 is a nozzle suction pump, and 9 is cleaning. A tube connecting the unit and the pump, 10 is printing paper, and 11 is a platen.
[0021]
FIG. 3 is an example of the arrangement of the nozzles 13 of the inkjet head 1.
[0022]
In the example of the present invention, a line-type inkjet printing apparatus will be described.
[0023]
When printing, the inkjet head is moved and fixed from the position 1a shown in FIG. 2 to the position 1b, and the printing paper 10 flows in the paper running direction indicated by the arrow.
[0024]
When detecting the ejection characteristic data, a predetermined nozzle of the ink jet head moves on the

laser beams

5a and 5b connecting the light source 3 shown in FIGS. 1 and 2 and the detection device 4 for detecting light from the light source, Ink droplets are ejected. The reason for selecting the laser beam here is that the laser beam can be condensed to a very small size using a lens and is difficult to scatter. This is because light of a width can reach the detection unit through a portion intersecting with the ink droplet, and is suitable as light used for the means for obtaining ink droplet ejection characteristic data as in the present invention.
[0025]
Further, in the case of performing a suction purge for sucking ink from a nozzle in order to discharge bubbles and thickened ink in the nozzle that cause non-ejection, which is one of the nozzle cleaning operations, the inkjet head 1 is set to 1a. The cleaning unit 6 having a rubber cap (not shown) is moved and brought into close contact with the inkjet head 1, and ink and bubbles are discharged from the nozzles by the pump 8 through the tube 9.
[0026]
Wiping which is another operation of nozzle cleaning is that when the inkjet head moves from 1a to 1b or vice versa, the wiper 7 rises to a position where it contacts the nozzle surface 13 of the inkjet head 1 and adheres to the nozzle surface. Wipe off foreign matter such as paper dust or ink that causes non-ejection.
[0027]
Other cleaning methods include a pressure purge that pressurizes from the ink supply side with a pump (not shown) to discharge bubbles and thickened ink, and a film of thickened ink formed on the meniscus surface in the nozzle. Also, a method of repeatedly operating the energy generating member for discharging can be performed.
[0028]
Next, means for optically detecting ink droplets will be described. 4, 5, and 6, the light source 3 uses a He—Ne laser that oscillates a continuous wave having a wavelength of 630 nm, and its output is 30 mW. Laser light is extracted from the light source through a lens (not shown) and slits 14a and 14b shown in FIG. The size of the slit was the width _{d 2} 100 [mu] m, a height h and 10 [mu] m. The width and height of the laser light also conform to the size of the slit.
[0029]
In FIG. 4 where the laser beam is viewed from the side, the light is linear, and in FIG. In the method for determining the volume of ink droplets described later, the width of the laser light surface needs to be larger than the diameter perpendicular to the trajectory of the intersecting ink droplets. For this reason, if the width d ₂ ′ of the laser beam is 100 μm, the laser beam has a sufficient size with respect to a diameter of about 50 μm in a direction perpendicular to the trajectory of a commonly used ink density for a printing density of 300 dpi. However, it is not preferable in terms of detection accuracy to unnecessarily widen the width of the laser beam for the convenience of this apparatus that detects the amount of decrease in the amount of light when the ink droplet blocks the laser beam and obtains ejection characteristic data. . Further, a photodiode (not shown) was used as a sensor that is installed in the detection device 4 and detects laser light.
[0030]
Next, a method for obtaining ink droplet ejection characteristic data of each nozzle will be described. First, the presence or absence of ejection is detected by ejecting ink droplets 2 from the inkjet head 1 in the direction of the arrow in FIG. 4 to determine whether the laser droplets block the

laser light

5a or 5b, that is, whether the amount of light decreases. to decide. If the amount of light detected by the detection device 4 does not decrease due to ejection, the nozzle is determined to be non-ejection.
[0031]
Next, the speed of the ink droplet 2 is ejected ink droplet 2 from the ink jet head 1 is obtained from the time difference for blocking a

laser beam

5a and 5b with a predetermined distance d ₁ which is ink droplet 2. For example, assuming that the time when the tip of the ink droplet blocks the laser beam 5a after ejection is T 'and the time when the tip of the ink droplet blocks the laser beam 5a is T', and the distance between the

laser beams

5a and 5b is d, the velocity v of the ink droplet is v = d ₁ / (T′−T).
[0032]
On the other hand, the ink droplet volume is obtained by the method shown in FIGS. FIG. 7 shows a cross section taken along the line aa ′ of FIG. 6 and shows the positional relationship between the ink droplet and the laser beam 5a at arbitrary elapsed times t1 to t9 equally divided after the ink droplet discharge.
[0033]
For example, in FIG. 7, the widths of the ink droplets that block the laser beam 5a at times t2 to t8 are AA ′ to GG ′, respectively, and the detection device 4 shown in FIGS. The amount of light detected is reduced. FIG. 8 shows the cross-sectional shape of the ink droplet in a direction parallel to the trajectory of the ink droplet, based on the amount of decrease in the amount of light at each time t1 to t9 detected by the detection device 4 and the velocity of the ink droplet determined by the method described above. It is a thing. The horizontal coordinates of the plotted points are obtained on the assumption that the ink droplet is the left and right object from the amount of decrease in the amount of light due to being blocked by the ink droplet. The vertical coordinate is obtained by calculating the distance that the ink droplet moves during each time from t1 to t9 from the velocity of the ink droplet.
[0034]
By connecting the plotted points as described above, a sectional shape 2 ′ of the ink droplet in a direction virtually parallel to the locus of the ink droplet was obtained. Then, assuming that the cross section of the ink droplet in a direction perpendicular to the locus of the ink droplet is circular, the volume of the ink droplet was obtained.
[0035]
FIG. 9 shows a discharge detection operation sequence. First, a nozzle for detecting ejection is selected, and the nozzle is moved to a detectable position (S100). Normally, detection is performed one by one from the end nozzles. Next, a laser is emitted to make it possible to detect ink droplets (S101). Next, a standard drive waveform is set for the selected nozzle (S102), and one discharge or a predetermined number of times is discharged (S103). When only one ejection is performed, the presence / absence of the first ejection is detected, and when ejection is performed a predetermined number of times, the presence / absence of an arbitrary Nth ejection is detected (S104).
[0036]
If it is determined whether or not the ink droplet is ejected (S105), if the ink droplet is not ejected, the inkjet head cleaning operation is performed (S106), and the cleaning (S106) and ejection (S103) are performed until the ink droplet is ejected. ) And discharge detection (S104) are repeated. As an example, in the cleaning operation, after wiping, suction purge is performed and wiping is performed again.
[0037]
As a result of the determination (S105), when the ink is ejected, the ink droplet ejection characteristic data is analyzed (S107). It is determined whether the ink droplet velocity and volume are within the predetermined range or not (S108). If the ink droplet speed and volume are out of the range, the drive waveform is adjusted based on the ejection characteristic data (S109) and ejected again (S110). Discharge detection (S111) is performed, and discharge characteristic data is analyzed again (S107). The drive waveform adjustment (S109), the discharge (S110), and the discharge detection (S111) are repeated until the discharge characteristic data falls within a predetermined range. When the discharge characteristic data falls within the predetermined range, the discharge detection ends (S112).
[0038]
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the configuration of the nozzle portion of the inkjet head used in the present invention. This ink jet head can perform recording by ejecting ink in accordance with an input signal. 13 is a nozzle, 15 is a pressure chamber, 16 is a vibration plate, 17 is a piezoelectric element, 18 is a piezoelectric element fixing plate, 19 is a common ink supply path 20 and the pressure chamber 15 are connected, and ink flows into the pressure chamber 15. The restrictor to be controlled, 20 is a common ink supply path, 21 is a restrictor plate that forms the restrictor 19, 22 is a pressure chamber plate that forms the

pressure chamber

15, 23 is a nozzle plate that forms the

nozzle

13, and 24 is common ink. The supply path plate 25 is a filter.
[0039]
The restrictor plate 21, the pressure chamber plate 22, and the common ink supply path plate 24 are made of, for example, a stainless material, and the nozzle plate 23 is made of a stainless material or a nickel material that can be produced by electroforming. The piezoelectric element fixing plate 18 is made of an insulator such as ceramics or polyimide.
[0040]
Ink flows from an ink tank (not shown) in the order of a common ink flow path 20, a restrictor 19, a pressure chamber 15, and a nozzle 13 from upstream to downstream.
[0041]
The piezoelectric element 17 is attached so as to expand when a potential difference occurs. For this reason, when the piezoelectric element 17 contracts, the diaphragm 16 contracts downward in the drawing, whereby the pressure chamber 15 is filled with ink, and then when a potential difference occurs again, the piezoelectric element 17 is restored and the diaphragm 16 is restored. Follows this and deforms. Therefore, ink droplets are ejected from the nozzle 13.
[0042]
Next, a driving waveform of a piezoelectric constant type D33 type piezoelectric element that is an energy generating member for ejecting ink droplets will be described. FIG. 11 shows an example of a basic drive waveform. Those in this waveform, the time of ejection standby advance by applying a voltage of V _1, at the time of ejection by changing the voltage V _0, returning after holding for a predetermined time T ₀ through T _1, again voltage V ₁ It is. Here, a voltage difference between V ₁ and V ₀ is defined as a drive voltage. The time from T _{0 to} T ₁ is defined as the drive pulse width.
[0043]
Next, an example of a method for adjusting the ink droplet velocity and volume by the drive waveform will be described.
[0044]
FIG. 12 shows the relationship between the drive pulse width and the ink droplet velocity when a drive voltage of 40 V is applied to the piezoelectric element of the ink jet head used in the present invention. You can see that the speed changes.
[0045]
FIG. 13 shows the relationship between the drive voltage and the ink droplet velocity at drive pulse widths of 8, 9, and 10 μs. It can be seen that the drive voltage and the ink droplet velocity are in a proportional relationship at each pulse width.
[0046]
FIG. 14 shows the relationship between the drive voltage and the ink droplet volume at a drive pulse width of 8, 9, and 10 μs, and it can be seen that the drive voltage and the ink droplet volume are in a substantially proportional relationship.
[0047]
As is apparent from FIGS. 12, 13, and 14, in order to change the speed or volume of the ink droplet by the drive waveform, either or both of the drive voltage and the drive pulse width may be adjusted. If only the ink droplet speed is to be adjusted, the drive pulse width should be constant and only the drive voltage adjusted.
[0048]
Next, an example of conditions for adjusting the ink droplet volume while keeping the ink droplet velocity constant will be described.
[0049]
[Table 1]

[0050]
Table 1 shows an example of conditions for changing the ink droplets while adjusting the driving pulse width and the driving voltage and keeping the ink droplet velocity constant.
[0051]
In Table 1, the drive pulse width and drive voltage are adjusted, and only the ink drop volume is varied from 34 to 48 pL while keeping the ink drop speed constant at 10 m / s. In this way, it is possible to control the ink droplet speed and volume by adjusting the drive pulse width and the drive voltage.
[0052]
The ejection characteristic data of each nozzle obtained by the above-described method is stored in a storage device (not shown) built in the ink jet printing apparatus used in the present invention.
[0053]
Therefore, due to deterioration of the piezoelectric element or the adhesive used to assemble the ink jet head, changes with time such as the ink drop speed becomes slower or the ink drop volume becomes smaller than the standard drive waveform. Can be estimated from the number of discharges or the use time until that point, when reaching the limit that allows the discharge characteristics to be controlled to fall within a predetermined range. That is, when the discharge characteristics start to deteriorate over time, the life of the head can be predicted.
[0054]
【The invention's effect】
Ink jet head for ejecting ink droplets, means for optically detecting ink droplets to determine ejection characteristic data of the ink droplets, means for adjusting a drive waveform of a nozzle for ejecting the ink droplets, and cleaning the ink jet head When the ink droplet is not detected, that is, when there is no ejection, the head is automatically cleaned and ejection is detected again, and ejection, ejection detection, and cleaning are repeated until an ink droplet is detected. When an ink drop is detected, the speed or volume of the ink drop, which is ejection characteristic data, is obtained. If the predetermined ink drop speed or volume cannot be obtained, the drive waveform is adjusted based on the ejection characteristic data, and the ejection characteristic is obtained. The discharge, discharge detection, and drive waveform adjustment are repeated until the data falls within a predetermined range. As a result, in printing, there is no missing dot, and it is possible to eject optimal ink droplets, and it is possible to always achieve high image quality in print quality.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of an ink jet printing apparatus used in the present invention.
FIG. 2 is a top view of the ink jet printing apparatus used in the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a nozzle arrangement of an inkjet head used in the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating a method for obtaining the presence / absence and speed of ink droplet ejection by a means for obtaining ejection characteristics used in the present invention.
FIG. 5 is a view showing a slit for taking out laser light in the means for obtaining ejection characteristic data used in the present invention.
FIG. 6 is a view of laser light as seen from above in the means for obtaining ejection characteristics used in the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing the width of an ink droplet that blocks laser light by a method for determining the volume of an ink droplet in the means for determining ejection characteristic data used in the present invention.
FIG. 8 is a diagram in which the cross-sectional shape in the ink droplet trajectory direction is obtained from the result of FIG. 7 by the method of obtaining the volume of the ink droplet by the means for obtaining the ejection characteristic data used in the present invention.
FIG. 9 is a sequence diagram illustrating a discharge detection method according to the present invention.
FIG. 10 is a cross-sectional view of an ink jet head used in the present invention.
FIG. 11 is a diagram of a driving waveform applied to a piezoelectric constant type D33 type piezoelectric element that is an energy generating member of an inkjet head.
FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the drive pulse width of the inkjet head used in the present invention and the ink droplet velocity.
FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the drive voltage and drive pulse width of the inkjet head used in the present invention and the ink droplet velocity.
FIG. 14 is a diagram showing the relationship between the drive voltage and drive pulse width of the inkjet head used in the present invention and the ink droplet volume.
[Explanation of symbols]
1 is an ink jet head, 2 is an ink droplet, 3 is a laser light source, 4 is a detector, 5 is a laser beam, 6 is a cleaning unit, 7 is a wiper, 8 is a suction purge pump, 9 is a tube, 10 is printing paper, 11 is a platen, 12 is a guide shaft for moving the inkjet head, 13 is a nozzle, 15 is a pressure chamber, 16 is a diaphragm, 17 is a piezoelectric element, 18 is a piezoelectric element fixing plate, 19 is a restrictor, and 20 is a common ink supply path. , 21 is a restrictor plate, 22 is a pressure chamber plate, 23 is an orifice plate, 24 is a common ink supply path plate, and 25 is a filter.

Claims

An ink jet printing apparatus including an ink jet head that performs printing by discharging ink droplets, a light source that emits a first light beam and a second light beam that are parallel to each other in a planar shape, the first light beam, and the first light beam A light detecting means for detecting two light beams, and measuring the speed of the ink droplet by measuring the time from when the ink droplet passes through the first light beam until it passes through the second light beam, in at least one of said first or second light beam, the amount of ink droplets at predetermined time intervals blocks the light beam to respectively measure, determine the cross-sectional shape in the direction of ejection of ink droplets from these measurements Rutotomoni, ink droplets nozzle that of the cross section of the discharge direction perpendicular to the direction of ink droplets by assuming a circular to calculate the volume of the ink droplets, ejecting the ink droplets based on the speed of the calculated volume and the ink droplet Ink jet printing apparatus characterized in that it comprises means for cleaning the ink jet head for the means for adjusting the drive waveform, ejection recovery of the faulty nozzle.

2. The ink jet printing apparatus according to claim 1, wherein the first light beam and the second light beam are lasers.

The first light beam and the second light beam are extracted through a slit, and the first light beam and the second light beam extracted from the slit are planar shapes controlled by the width and height of the exit of the slit. The width of the surface of the first light beam and the second light beam is larger than the diameter of the ink droplet in a direction perpendicular to the locus of ink droplet ejection. Inkjet printing device.

An ink jet printing apparatus including an ink jet head that performs printing by ejecting ink droplets, and includes means for optically detecting ink droplets to obtain ejection characteristic data, and using the means, the speed of ink droplets or ink droplets is provided. The discharge characteristic data of at least one of the volumes of the ink is detected, the detection result is accumulated in a storage device built in the ink jet printing apparatus, and the change in the detected discharge characteristic data with time and the number of discharges or the usage time are used. An ink jet printing apparatus for predicting the life of an ink jet head that is a limit that can be controlled within a predetermined range by controlling ejection characteristics.

The inkjet head includes a pressure chamber that stores ink, a piezoelectric element that generates a pressure fluctuation in the pressure chamber by application of an electrical signal, and at least a part of a wall surface of the pressure chamber, and the piezoelectric element is connected to the inkjet head. A fixed diaphragm, an ink supply port for supplying ink to the pressure chamber, a common ink channel for supplying ink to the ink supply port, a nozzle for ejecting ink droplets from the pressure chamber, and the piezoelectric element are fixed. The inkjet printing apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the inkjet printing apparatus is configured by a piezoelectric element fixing plate or the like.