JP6554965B2 - 液体吐出装置、および液体吐出装置の制御方法 - Google Patents
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Description
そこで、高品位な印刷を実現するために、圧電素子を駆動させた後に生じる残留振動を検出して、当該残留振動を示す残留振動信号を解析して吐出部によるインクの吐出状態を検査する技術が提案されている(例えば特許文献1参照)。
本発明のいくつかの態様の目的の一つは、残留振動の振幅が変化しても、残留振動信号の解析において悪影響を与えずに、インクの吐出状態の判定精度を高めることが可能な技術を提供することにある。
上記一態様に係る液体吐出装置によれば、装置の使用状況、環境等が変化しても、その変化に対応して残留振動信号の増幅率を変更させることできる。このため、吐出状態の判定精度を高めることができる。
この構成において、前記データ生成部は、一の期間において、前記ゲインデータを、前記ドット形成データまたは前記波形選択データのうち、少なくとも前記波形選択データとシリアライズし、前記一の期間とは別の期間において、前記一の期間における波形選択データの一部を前記ゲインデータに代えてシリアライズしても良い。
また、上記一態様に係る液体吐出装置において、前記データ生成部は、前記吐出部から吐出される前記液体の種類に応じた増幅率のゲインデータを生成しても良い。これにより、液体の種類が変化して、残留振動の振幅が変化しても、適切に増幅率を設定することができる。
この構成において、前記第1抵抗および前記第2抵抗の各々は、複数の抵抗素子を含み、前記設定部は、前記第1抵抗または前記第2抵抗の少なくとも一方に含まれる抵抗素子の数を変化させて前記抵抗比を設定しても良い。複数の抵抗素子の数を変化させるには、例えば複数の抵抗素子を直列に接続するとともに、当該接続点のいずれかをオペアンプに帰還する構成などが考えられる。
また、本発明は、液体吐出装置に限られず、種々の態様で実現することが可能であり、例えば液体吐出装置を構成するヘッドユニットの単体、コントロールユニットの単体、液体吐出装置の制御方法などとしても概念することが可能である。
図1は、印刷装置の概略構成を示す斜視図である。
この印刷装置1は、液体としてのインクを吐出することによって、紙などの媒体Pにインクドット群を形成し、これにより、画像(文字、図形等を含む)を印刷する液体吐出装置の一種である。
移動機構6は、キャリッジ20を移動させるキャリッジモーター61と、両端が固定されたキャリッジガイド軸62と、キャリッジガイド軸62とほぼ平行に延在し、キャリッジモーター61により駆動されるタイミングベルト63と、を有している。
キャリッジ20は、キャリッジガイド軸62に往復動自在に支持されるとともに、タイミングベルト63の一部に固定されている。そのため、キャリッジモーター61によりタイミングベルト63を正逆走行させると、キャリッジ20がキャリッジガイド軸62に案内されて往復動する。
なお、キャリッジ20には、フレキシブルフラットケーブル190を介してコントロールユニット(この図では省略)から駆動信号を含む各種の信号、データが供給される構成となっている。
なお、本実施形態において主走査は、キャリッジ20を移動させることで実行されるが、媒体Pを移動させることで実行しても良く、キャリッジ20と媒体Pとの双方を移動させても良い。要は、媒体Pとキャリッジ20(印刷ヘッド22)とが相対的に移動する構成であれば良い。
この図に示されるように、1個のヘッドユニット3では、複数のノズルNが、2列で配列する。ここで、説明の便宜上、この2列をそれぞれノズル列Na、Nbとする。
このようにノズルNを、ノズル列Na、Nbの2列で、Y方向にピッチP1の半分だけシフトして配置させることにより、Y方向の解像度を、1列の場合と比較して実質的に倍に高めることができる。
説明の便宜上、1個のヘッドユニット3におけるノズルNの個数については、ノズル列Na、Nbの各々について「400」として、2列で計「800」とする。また、便宜的にノズルNを区別するためにノズル番号を付与して説明する場合がある。詳細には、ノズル列Naについては図において上側から順に「1」、「2」、…、「400」とし、ノズル列NBについては上側から順に「401」、「402」、…、「800」とする場合がある。
図4に示されるように、アクチュエーター基板40は、流路基板42のうち、Z方向の負側の面上に圧力室基板44と振動板46とが設けられる一方、Z方向の正側の面上にノズル板41が設置された構造体である。
アクチュエーター基板40の各要素は、概略的にはY方向に長尺な略平板状の部材であり、例えば接着剤を利用して互いに固定される。また、流路基板42および圧力室基板44は、例えばシリコンの単結晶基板で形成される。
振動板46のうち圧力室基板44とは反対側の表面には、ノズルN(キャビティ442)毎に圧電素子Pztが形成される。
また、この例では、圧電体74に対し、共通の駆動電極72を下層とし、個別の駆動電極76を上層としたが、逆に駆動電極72を上層とし、駆動電極76を下層とする構成としても良い。
アクチュエーター基板40については、駆動ICを直接実装しても良い。
ここで、上方向に撓めば、キャビティ442の内部容積が拡大(圧力が減少)するので、インクが液体貯留室Srから引き込まれる一方、下方向に撓めば、キャビティ442の内部容積が縮小(圧力が増加)するので、縮小の程度によっては、インク滴がノズルNから吐出される。このように、圧電素子Pztに適切な駆動信号が印加されると、当該圧電素子Pztの変位によって、インクがノズルNから吐出される。このため、少なくとも圧電素子Pzt、キャビティ442、ノズルNによってインクを吐出する吐出部が構成されることになる。
この図に示されるように、印刷装置1は、コントロールユニット100にヘッドユニット3が接続された構成となっている。ヘッドユニット3は、アクチュエーター基板40と、駆動IC50とに大別される。
コントロールユニット100は、制御部110、駆動信号生成部120および判定部130を含む。このうち、制御部110は、CPUや、RAM、ROMなどを有する一種のマイクロコンピューターであり、媒体Pに形成すべき画像を規定する画像データがホストコンピューター等から供給されたときに、所定のプログラムを実行することによって、各部を制御するための各種の信号やデータ等を出力する。
このうち、ドット形成データSIは、各ノズルNから吐出させるインクの量を例えば2ビットで規定するデータであり、換言すれば、4つの駆動信号(後述する)のうち、いずれかを選択するデータである。上述したように1個のヘッドユニット3におけるノズル数は本例では「800」であるので、1回の印刷周期において必要となるドット形成データSIは、計1600ビットである。
また、波形選択データSPは、選択した駆動信号を、印刷周期における各状態(期間)の各々において圧電素子Pztに印加するか、しないかを規定するデータである。すなわち、波形選択データは、ドット形成データと駆動信号との関係を規定するデータである。
なお、本例において、波形選択データSPは、駆動信号数が「4」であり、状態数を「8」とした場合、32ビットとなる。また、本例において後述する増幅部において増幅率を設定する場合、後述するように32ビットの波形選択データSPの一部が当該増幅率を規定するゲインデータに置き換えられる。
選択制御部510は、第3に、あるノズルについてみたときに、当該ノズルに対応してラッチしたドット形成データSIにしたがって駆動信号W0〜W3のいずれかを選択するとともに、選択した駆動信号を、当該ノズルに対応する圧電素子Pztの一端に、各状態において波形選択データSPにしたがって印加する(または印加しない)。選択制御部510は、第4に、波形選択データSPにゲインデータが含まれている場合には、当該ゲインデータを、制御信号LATを入力したときにラッチする。本例では、増幅部540の増幅率が8段階であると想定したときに、ゲインデータは3ビットとなる。この3ビットを区別するためにGt0、Gt1、Gt2と表記することにする。また、選択制御部510は、第5に、吐出部の状態を検査する場合には、検査対象のノズルに対応した選択部530のオンオフを制御する。
なお、シフトレジスタ、ラッチ回路等については図示を省略している。
この図に示されるように、選択部520は、トランスファーゲート524a、524b、524c、524dを有する。1個の選択部520には、選択制御部510から、選択信号Sa、Sb、Sc、Sdが供給され、このうち、選択信号Saがトランスファーゲート524aの制御端に供給される。同様に、選択信号Sbがトランスファーゲート524bの制御端に、選択信号Scがトランスファーゲート524cの制御端に、選択信号Sdがトランスファーゲート524dの制御端に、それぞれ供給される。
トランスファーゲート524a、524b、524c、524dの出力端同士は、共通接続されるとともに、対応する圧電素子Pztの一端に接続される。
トランスファーゲート524aは、選択信号SaがHレベルであれば、入力端および出力端の間を導通(オン)させ、選択信号SaがLレベルであれば、入力端と出力端との間を非導通(オフ)とさせる。トランスファーゲート524b、524c、524dについても同様に、それぞれ選択信号Sb、Sc、Sdに応じて、入力端および出力端の間をオンオフさせる。
なお、トランスファーゲート524a、524b、524c、524dの出力端同士の接続点、すなわち出力端の電圧をOutと表記している。
なお、複数の選択部530のうち、検査対象に選定された吐出部に対応する選択部のみが、特定の状態(期間)においてオンに制御される。また、選択部530の出力端の信号、すなわち増幅部540に入力される信号を便宜的にAmp-inと表記している。
DAC(Digital to Analog Converter)550は、信号Amp-outをデジタルのデータNsaDに変換して出力する。
なお、制御部110は、ゲインデータGt0〜Gt2を、後述するように波形選択データSPの一部として駆動IC50に供給する。
図7に示されるように、印刷周期Taは、8つの状態(期間)St0〜St7に分けられる。ここで、印刷周期Taとは、印刷動作において1ドットの形成に要する期間である。印刷動作においては、印刷周期Taの開始時に制御信号LATのパルスが入力され、続いて制御信号CHのパルスが順次入力される。制御信号LATの入力によって、印刷周期Ta(状態St0)の開始が規定され、続く制御信号CHの入力によって、状態St1〜St7の開始が規定される。
選択制御部510は、ノズルに対応してラッチされた2ビットのドット形成データと、当該2ビットの組み合わせと、状態St0〜St7とに応じて、当該ノズルに対応する制御信号Sa、Sb、Sc、Sdの各レベルを規定して、選択部520に出力する。
例えば、あるノズルに対応する2ビットのドット形成データSIのうち、上位ビットSI−Hが“1”で、下位ビットSI−Lが“1”の(1、1)の場合、駆動信号W3が選択されるとともに、状態St0〜St7の各々において、それぞれ波形選択データSPのP03、P13、P23、P33、P43、P53、P63、P73に応じて圧電素子Pztに印加されるか否かが規定される。
詳細には、駆動信号W3が選択された場合に、波形選択データSPのP03、P13、P23、P33、P43、P53、P63、P73が順に“11110000”であれば、当該駆動信号W3は、状態St0〜St3において圧電素子Pztの一端に印加され、状態St4〜St7において圧電素子Pztの一端に印加されない。
これを選択信号Sa、Sb、Sc、Sdでいえば、選択制御部510は、選択信号Sdを状態St0〜St3においてHレベルとし、状態St4〜St7においてLレベルとするとともに、他の選択信号Sa、Sb、Scを印刷周期Ta(状態St0〜St7)にわたってLレベルとする。
この図に示されるように、単位波形Dp1、Dp2、Dp3、Dp4の開始タイミングでの電圧と、終了タイミングでの電圧とは、いずれも電圧Vcenで共通である。すなわち、各単位波形は、各状態においてそれぞれ電圧Vcenで開始し、電圧Vcenで終了する波形となっている。
なお、単位波形Dp1は、仮に圧電素子Pztの一端に印加されたとしたならば、当該圧電素子Pztに対応するノズルNから所定量、具体的には中程度の量のインクを吐出させる波形である。
単位波形Dp2は、単位波形Dp1よりも振幅が小さいことから判るように、仮に圧電素子Pztの一端に供給されたとしたならば、当該圧電素子Pztに対応するノズルNから小程度の量のインクを吐出させる波形である。
単位波形Dp4は、電圧変化がないので、圧電素子Pztの一端に供給されても、当該圧電素子Pztに対応するノズルからインクが吐出されない。ただし、ノズルNからインクを吐出させない場合に、単位波形Dp4のみを圧電素子Pztに印加する構成であれば、当該インクの粘度が上昇して、吐出異常の原因となってしまうときがある。
そこで、インクを吐出させずにインクの粘度上昇を抑えるために単位波形Dp3が用意されている。すなわち、単位波形Dp3は、仮に圧電素子Pztの一端に供給されたとしても、当該圧電素子Pztに対応するノズルN付近のインクを微振動させることによって粘度上昇を抑えて、インクを吐出させない波形である。
駆動信号W1は、ドット形成データSIが(0、1)であって、例えば小ドットの形成を規定する場合に選択されるので、印刷周期Taにわたってみたときに、単位波形Dp3(またはDp4)、Dp2を適宜組み合わせた波形となる。
駆動信号W2は、ドット形成データSIが(1、0)であって、例えば中ドットの形成を規定する場合に選択されるので、印刷周期Taにわたってみたときに、単位波形Dp2、Dp1を適宜組み合わせた波形となる。
そして、駆動信号W3は、ドット形成データSIが(1、1)であって、例えば大ドットの形成を規定する場合に選択されるので、印刷周期Taにわたってみたときに、単位波形Dp4を適宜組み合わせた波形となる。
なお、ドット形成データSIに応じて駆動信号が選択されるが、状態St0〜St7において圧電素子Pztの一端に常に印加されるわけではなく、波形選択データSPによって印加されるか否かが規定される点は上述した通りである。
このため、吐出制御データは、図10に示されるように、最初の制御信号LATの前に選択制御部510に供給されて、当該制御信号LATでラッチされ、以後、このラッチされた吐出データが使われ続ける。
上述したように吐出制御データは、2系列にシリアライズされて供給される。図において上段を第1系列とし、下段を第2系列としたとき、第1系列では、第1に、ノズル番号が「1」〜「400」に対応するドット形成データの上位ビットSI−H、第2に、下位ビットSI−L、第3に、波形選択データSPのうち、状態St0〜St3で用いる16ビット、という順に供給される。また、第2系列では、第1に、ノズル番号が「401」〜「800」に対応するドット形成データの上位ビットSI−H、第2に、下位ビットSI−L、第3に、波形選択データSPのうち、状態St4〜St7で用いる16ビット、という順に供給される。
なお、検査時において、印刷動作時における波形選択データSPのうち、P71、P72、P73がゲインデータGt0、Gt1、Gt2に置き換わる点は上述した通りである。
本例において、駆動信号W3を検査時に用いることにすると、当該駆動信号W3は、図に示されるような波形となっている。
すなわち、駆動信号W3は、状態St4の途中において電圧Vcenから下降して、平坦になった後、状態St4の終了点で電圧Vaまで上昇し、状態St5では電圧Vaを維持し、状態St6では電圧Vaから電圧Vcenまで下降して戻る、という波形となっている。
一方、吐出部においてノズルNからインクが吐出された直後では、一部のインクがキャビティ442に戻ろうとする。このとき、キャビティ442において、粘性のあるインクの振動が直ちに収まらず、減衰しながら残留することになる。このような振動を残留振動と称している。
一般に、圧電素子Pztは、電圧が外部から印加された場合には、当該電圧に応じて変位するアクチュエーター(吐出部の一部)として機能するが、外部から変位が加えられた場合には、当該変位に応じた電圧信号、すなわち残留振動信号を出力する残留振動検出部として機能する。
判定部130は、データNsaDを解析して、検査対象となった吐出部の状態を制御部110に通知する。
この図に示されるように増幅部540は、演算増幅器(オペアンプ)542と、設定部544と、スイッチSw0〜Sw7、抵抗素子R0〜R8とを含む。
増幅部540の入力される信号Amp-inは、演算増幅器542の正入力端(+)に供給される一方、演算増幅器542の出力端から信号Amp-outが出力される構成となっている。
ここで、スイッチSw0は、一端と他端との間において設定部544から出力される信号D000がHレベルであればオンし、Lレベルであればオフするスイッチである。同様に、スイッチSw1〜Sw7は、設定部544から出力される信号D001、D010、D011、D100、D101、D110、D111によってそれぞれオンオフが制御される。
この図に示されるように、演算増幅器542の出力端は、抵抗Ra(第1抵抗)および抵抗Rb(第2抵抗)の直列接続を介してグラウンドに接地されるとともに、抵抗Ra、Rbの接続点が演算増幅器542の負入力端(−)に帰還された構成となる。
このため、増幅部540による増幅率G、すなわち、信号Amp-inの電圧に対する信号Amp-outの電圧の比は、次のような式で表すことができる。
G=1+(Ra/Rb)
なお、ゲインデータGt0〜Gd2で規定される8つの状態に対する抵抗Ra、Rbは、図16に示される通りである。上述の例でいえば、ゲインデータが(1、0、0)であれば、信号D100のみをHレベルとなるので、抵抗Raは、R0からR4までの直列抵抗成分となり、抵抗Rbは、R5からR8までの直列抵抗成分となる。
ゲインデータGt0〜Gt2は、制御部110においてインクの温度、粘度を応じて決定されるので、当該インクの温度、粘度に対して適切な増幅率で残留振動信号を増幅することができる。したがって、多様な条件の下、吐出部の状態を精度良く判定することが可能になる。
また、ゲインデータGt0〜Gt2を、コントロールユニット100における制御部110からヘッドユニット3における駆動IC50まで、波形選択データSPの一部として転送される。このため、FFC190において新たに配線経路を追加する必要がなくて済む。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば次に述べるような各種の応用・変形が可能である。なお、次に述べる応用・変形の態様は、任意に選択された一または複数を適宜に組み合わせることもできる。
また、波形選択データSPの一部、および、ドット形成データSIの一部をゲインデータに置き換えても良い。
さらに、ゲインデータについては、吐出制御データが供給される配線とは別個独立した専用配線を介して駆動IC50に供給する構成としても良い。
吐出制御データにおいて、ドット形成データSI、波形選択データSPは、連続してではなく、時間的に離間して供給されても良いし、また、時間的な先後を入れ替えてもよい。
Claims (5)
- コントロールユニットと、
ヘッドユニットと、
を備え、
前記コントロールユニットは、
制御部と、
駆動信号生成部と、
を含み、
前記ヘッドユニットは、
吐出部と、
残留振動検出部と、
増幅部と、
を含み、
前記制御部は、液体の吐出を制御する吐出制御データと、前記増幅部の増幅率を規定するゲインデータと、をシリアライズして出力し、
前記駆動信号生成部は、前記吐出部を駆動させる複数の波形を含む駆動信号を出力し、
前記吐出部は、前記駆動信号に含まれる複数の波形のうち、前記吐出制御データで指定された波形の印加によって液体を吐出し、
前記残留振動検出部は、前記吐出部が前記駆動信号によって駆動された後に、前記吐出部の残留振動を検出して残留振動信号を出力し、
前記増幅部は、前記ゲインデータで規定された増幅率にて前記残留振動信号を増幅して出力し、
前記吐出制御データは、
前記吐出部から吐出される液体の量を規定するドット形成データと、
前記ドット形成データと、前記駆動信号に含まれる複数の波形との関係を規定する波形選択データと、
を含み、
前記ゲインデータは、前記ドット形成データの一部または波形選択データの一部の少なくとも一方に代えてシリアライズされる
ことを特徴とする液体吐出装置。 - 前記増幅部で増幅された残留振動信号に応じて前記吐出部の状態を判定する判定部を、
備えることを特徴とする請求項1に記載の液体吐出装置。 - 前記ヘッドユニットの温度を測定する温度測定部を備え、
前記制御部は、
前記温度測定部で測定された温度に応じたゲインデータを生成する
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の液体吐出装置。 - 前記制御部は、
前記吐出部から吐出される液体の種類に応じたゲインデータを生成する
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の液体吐出装置。 - コントロールユニットと、
ヘッドユニットと、
を備え、
前記コントロールユニットは、
制御部と、
駆動信号生成部と、
を含み、
前記ヘッドユニットは、
吐出部と、
残留振動検出部と、
増幅部と、
を含む液体吐出装置の制御方法であって、
前記制御部が、液体の吐出を制御する吐出制御データと、前記増幅部の増幅率を規定するゲインデータと、をシリアライズして出力し、
前記駆動信号生成部が、前記吐出部を駆動させる複数の波形を含む駆動信号を出力し、
前記吐出部が、前記駆動信号に含まれる複数の波形のうち、前記吐出制御データで指定された波形の印加によって液体を吐出し、
前記残留振動検出部が、前記吐出部が前記駆動信号によって駆動された後に、当該吐出部の残留振動を検出して残留振動信号を出力し、
前記増幅部が、前記ゲインデータで規定された増幅率にて前記残留振動信号を増幅して出力し、
前記吐出制御データは、
前記吐出部から吐出される液体の量を規定するドット形成データと、
前記ドット形成データと、前記駆動信号に含まれる複数の波形との関係を規定する波形選択データと、
を含み、
前記ゲインデータは、前記ドット形成データの一部または波形選択データの一部の少なくとも一方に代えてシリアライズされる
ことを特徴とする液体吐出装置の制御方法。
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