JP6561645B2 - Droplet ejection apparatus, image forming apparatus, droplet ejection apparatus control method, and program - Google Patents
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Description
本発明は、液滴吐出装置、画像形成装置、液滴吐出装置の制御方法、及びプログラムに関する。 The present invention relates to a droplet discharge device, an image forming apparatus, a method for controlling a droplet discharge device, and a program.
プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像記録装置或いは画像形成装置として、例えば、インクジェット記録装置が知られている。インクジェット記録装置は、インク液滴を吐出するノズルと、ノズルに連通する圧力室と、圧力室内のインクを加圧する圧電素子、等を有するインクジェット記録ヘッドにより、記録媒体(紙、金属、木材、セラミックス、等)に、所望の文字、図形、等を形成する。 For example, an ink jet recording apparatus is known as an image recording apparatus or an image forming apparatus such as a printer, a facsimile machine, and a copying apparatus. An ink jet recording apparatus includes a recording medium (paper, metal, wood, ceramics) using an ink jet recording head including a nozzle that ejects ink droplets, a pressure chamber that communicates with the nozzle, and a piezoelectric element that pressurizes ink in the pressure chamber. , Etc.) to form desired characters, figures, etc.
アクチュエータである圧電素子を電気信号で駆動してインク室からインク滴を噴射させる装置において、圧電素子を駆動した後に圧電素子に発生する起電圧より残留振動の周期や振幅を検出し、インク室内の気泡の有無、インク未充填を判断し、ノズル不具合によるプリントミスなどの誤動作を防止できることが既に知られている(特許文献1)。 In a device that ejects ink droplets from an ink chamber by driving a piezoelectric element that is an actuator with an electrical signal, the period and amplitude of residual vibration are detected from an electromotive voltage generated in the piezoelectric element after the piezoelectric element is driven. It is already known that it is possible to determine the presence or absence of bubbles and ink not filled, and to prevent malfunctions such as printing mistakes due to nozzle failures (Patent Document 1).
あるいは、特許文献2には、状態変化による残留振動を検出することが目的で、台形状のパルス駆動信号で圧電式アクチュエータを駆動し、発生する残留振動を検出して、その振動の状態からノズル状態を検出する場合、インク温度に応じて残留振動を検出するための検出用波形を設定することで、残留振動の振幅が一定となることが開示されている。
Alternatively, in
しかし、ノズル径やピエゾの静電容量などノズル毎のばらつきがあるため、それぞれの固有振動数にばらつきが生じている。これにより、同じ検出用波形では、ノズル毎の状態を正確に検出できないおそれがあった。 However, since there are variations for each nozzle such as the nozzle diameter and the capacitance of the piezo, the natural frequencies vary. Accordingly, there is a possibility that the state for each nozzle cannot be accurately detected with the same detection waveform.
そこで、上記事情に鑑み、本発明の一態様では、異常状態を高精度で検出することができる液滴吐出装置を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, an object of one embodiment of the present invention is to provide a droplet discharge device that can detect an abnormal state with high accuracy.
本発明の一態様の液滴吐出装置は、複数のノズルと、前記複数のノズルに夫々連通し、液体を収容する複数の圧力室と、前記複数のノズルに夫々対応して設けられ、振動板を介して複数の圧力室とそれぞれ対向するよう配置される複数の圧電素子と、前記圧力室内に残留振動を生じさせて前記ノズル又は前記圧力室内の前記液体の状態を検出するために、状態検出用波形を前記圧電素子へ印加する波形生成部と、ノズル毎の固有値としてノズル毎のノズル径を記憶する記憶手段と、前記ノズル毎のノズル径に応じて、検出用基準波形を補正して、前記波形生成部で用いられる前記状態検出用波形を生成する、制御部と、を備えることを要件とする。 According to one aspect of the present invention, a droplet discharge device includes a plurality of nozzles, a plurality of pressure chambers that communicate with the plurality of nozzles and store liquid, respectively, and are provided corresponding to the plurality of nozzles. A plurality of piezoelectric elements arranged to face the plurality of pressure chambers via the pressure chamber, and a state detection for detecting residual liquid in the pressure chamber to detect the state of the nozzle or the liquid in the pressure chamber A waveform generating unit that applies a waveform to the piezoelectric element, a storage unit that stores a nozzle diameter for each nozzle as a unique value for each nozzle, and a reference waveform for detection is corrected according to the nozzle diameter for each nozzle , And a control unit that generates the state detection waveform used in the waveform generation unit.
本実施の形態によれば、液滴吐出装置において、異常状態を高精度で検出することができる。 According to the present embodiment, an abnormal state can be detected with high accuracy in the droplet discharge device.
以下、図面及び表を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings and tables. In the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted.
本明細書において、「正常状態」とは、ノズルからインク液滴が正常に吐出している状態を指し、「異常状態」とは、ノズル又は圧力室内の液体に異常があることを示す。例えば、即ち、ノズルからインク液滴が吐出していない(不吐出)状態、ノズルから適正量のインク液滴が吐出していない状態、インク液滴が適正な位置に着弾していない状態、ノズルに何か付着している状態等を指すものとする。 In this specification, “normal state” refers to a state in which ink droplets are normally ejected from the nozzle, and “abnormal state” refers to an abnormality in the liquid in the nozzle or the pressure chamber. For example, a state where ink droplets are not ejected from the nozzle (non-ejection), a state where an appropriate amount of ink droplets are not ejected from the nozzle, a state where ink droplets are not landed at an appropriate position, a nozzle It shall refer to the state where something is attached to.
本明細書において、圧力室内のインクを加圧する圧力発生素子として、圧電素子を用いる場合について説明する。 In this specification, a case where a piezoelectric element is used as a pressure generating element that pressurizes ink in a pressure chamber will be described.
<インクジェット記録装置>
図1は、本実施の形態に係るオンデマンド方式におけるライン走査型のインクジェット記録装置の一例を示す概略構成図である。
<Inkjet recording apparatus>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a line scanning ink jet recording apparatus in an on-demand system according to the present embodiment.
図1に示すように、インクジェット記録装置100は、記録媒体供給部111と記録媒体回収部112との間に配置され、記録手段101、記録手段101に対向して設けられるプラテン102、乾燥手段103、維持・回復手段114、記録媒体搬送装置、等を含む。
As shown in FIG. 1, an
記録媒体搬送装置は、規制ガイド104、インフィード部105、ダンサローラ106、EPC(Edge Position Control)107、蛇行量検出器108、アウトフィード部109、プラー110、等を含む。
The recording medium conveyance device includes a
連続する記録媒体(ロール紙、連続紙、等とも称される)113は、記録媒体供給部111から高速で繰り出され、記録媒体回収部112により巻き取り回収される。
A continuous recording medium (also called roll paper, continuous paper, etc.) 113 is fed out from the recording
<インクジェット記録ヘッドモジュール>
図2は、インクジェット記録装置100に搭載されるインクジェット記録ヘッドモジュールの一例を示す概略側面図である。図2は、ラインヘッド構成のインクキャリッジ部であって、図2(A)は、側面図であり、図2(B)は、斜視図である。
<Inkjet recording head module>
FIG. 2 is a schematic side view showing an example of an ink jet recording head module mounted on the ink
図2に示すように、インクジェット記録ヘッドモジュール(液滴吐出装置)200は、駆動制御基板210、インクジェット記録ヘッド220、ケーブル230、アジャストプレート270、等を含む。
As shown in FIG. 2, the ink jet recording head module (droplet discharge device) 200 includes a
駆動制御基板210は、インク粘度を取得する取得部(制御部)211、圧電素子に印加する駆動波形を生成する駆動波形生成部212、記憶手段213,214、インク粘度に基づいて、画像データを補正する画像処理部、等が搭載されるリジッド基板である。
The
インクジェット記録ヘッド220は、ヘッド基板221、残留振動検知基板222、ヘッド駆動IC基板223、インクタンク224、剛性プレート225、等を含む。インクジェット記録ヘッド220は、駆動波形生成部212により生成される駆動波形に基づいて、圧電素子を駆動させ、複数のノズルからインク滴を吐出させる。
The ink
ケーブル230は、駆動制御基板側コネクタ231及びヘッド側コネクタ232と電気的に接続され、駆動制御基板210とヘッド基板221との間のアナログ信号通信、デジタル信号通信を担う。
The
ライン走査型のインクジェット記録装置において、1又は複数のインクジェット記録ヘッド220は、記録媒体113の搬送方向に対して垂直な方向に並べて配置され、印字ノズルは、印刷幅全域に配置される(図2(B)参照)。アジャストプレート270により固定されるインクジェット記録ヘッド220から、インク滴を吐出させることで、記録媒体113への高速な画像形成が可能となる。ライン走査型のインクジェット記録装置に、本実施の形態に係る液滴吐出装置を適用する場合、後述する往路復路データ並び替え部を搭載する必要が無いため、回路規模を低減することができる。
In the line scanning ink jet recording apparatus, one or a plurality of ink
なお、1又は複数のインクジェット記録ヘッドを、記録媒体113の搬送方向に対して垂直な方向へ移動させて画像を形成するシリアル走査型のインクジェット記録装置に、本実施の形態に係る液滴吐出装置を適用することも可能である。シリアル走査型のインクジェット記録装置に、本実施の形態に係る液滴吐出装置を適用する場合、2つ以上のインクジェット記録ヘッドを使用しなくて済む。
Note that the liquid droplet ejection apparatus according to this embodiment is applied to a serial scanning type inkjet recording apparatus that forms an image by moving one or a plurality of inkjet recording heads in a direction perpendicular to the conveyance direction of the
図3は、シリアルヘッド構成のインクキャリッジ部の概略図(上面図)である。図3では、シリアル走査型のインクジェット記録装置における内部の機械的構成を示す。 FIG. 3 is a schematic view (top view) of an ink carriage portion having a serial head configuration. FIG. 3 shows an internal mechanical configuration of the serial scanning type ink jet recording apparatus.
インクキャリッジ部301は、主走査方向(図中矢印A方向)に往復移動し、副走査方向(図中矢印B方向)に間欠的に搬送される記録媒体309に対して、画像を形成する。インクキャリッジ部301は、主走査方向に沿って延設される主ガイドロッドにより支持される。又、インクキャリッジ部301には、連結片が設けられており、連結片は、主ガイドロッドと平行に設けられる副ガイド部材に係合して、インクキャリッジ部301の姿勢を安定化させる。
The
インクキャリッジ部301は、ギア304と加圧コロ305との間に張架されるタイミングベルト306に連結される。インクキャリッジ部301は、主走査モータ303の駆動力が、ギア304、加圧コロ305、タイミングベルト306、等を介して伝わることで、主走査方向に往復移動する。インクキャリッジ部301が、往復移動を開始すると、記録媒体309への記録が開始され、記録媒体309は、給紙部、搬送部、等を介して、プラテン310へと搬送される。加圧コロ305は、ギア304との間の距離を調整し、タイミングベルト306に対して所定のテンションを与える。
The
インクキャリッジ部301における主走査方向の移動は、主走査方向に沿ってインクキャリッジ部301に設けられるエンコーダセンサ307が、エンコーダシート308のマークを検知して得られるエンコーダ値に基づいて制御される。エンコーダセンサ307は、主走査方向に沿って備えられるエンコーダシート308を読み取ることで、インクキャリッジ部301の位置を検知する。
The movement of the
インクキャリッジ部301には、イエロー(Y)インクを吐出するインクジェット記録ヘッド302y、マゼンタ(M)インクを吐出するインクジェット記録ヘッド302m、シアン(C)インクを吐出するインクジェット記録ヘッド302c、クロ(K)インクを吐出するインクジェット記録ヘッド302kが搭載される。記録手段302(302y,302m,302c,302k)は、吐出面が、記録媒体309側へ向くように設置される。各インクジェット記録ヘッドは、複数のノズルを備えており、搬送される記録媒体309にノズル列からインク滴を吐出させることで、記録媒体309に対して、画像を形成する。
The
記録手段302にインクを供給するインク供給体であるカートリッジは、インクジェット記録装置内の所定位置に配置される。記録手段302とカートリッジとは、パイプで連結され、パイプを介して、カートリッジから記録手段302へとインクが供給される。 A cartridge that is an ink supply body that supplies ink to the recording unit 302 is disposed at a predetermined position in the ink jet recording apparatus. The recording unit 302 and the cartridge are connected by a pipe, and ink is supplied from the cartridge to the recording unit 302 via the pipe.
インクジェット記録ヘッドの吐出面と対向する位置には、プラテン310が設けられる。プラテン310は、記録手段302から記録媒体309へとインクを吐出する際に、記録媒体309を支持する。図3に示すインクジェット記録装置は、インクキャリッジ部301における主走査方向の移動距離が長い広幅機であり、プラテン310は、複数の板状部材が、主走査方向に繋がって構成される。
A
記録媒体309は、搬送ローラにより挟持され、副走査方向に搬送される。又、記録媒体309は、副走査方向への搬送が停止されている間は、プラテン310の裏面(記録媒体が載置される面とは逆の面)側に設けられる吸引ファンにより吸引され、プラテン310の表面に保持される。記録媒体309として、はがき等の厚手の用紙、コート紙等のカールの強い用紙、マットフィルムのような表面にざらつきのある用紙、等を用いる場合は、記録媒体309とインクキャリッジ部301との間の距離を大きくすることが好ましい。
The
なお、シリアル走査型のインクジェット記録装置は、インクジェット記録ヘッドの信頼性を維持するための維持機構を備えていても良い。維持機構は、例えば、インクジェット記録ヘッドにおける吐出面の清掃やキャッピング、インクジェット記録ヘッドからの不要なインクの排出、等を行うことができる。又、駆動制御基板としては、ライン走査型のインクジェット記録装置に搭載される基板と、同様の構成・機能を有する基板を適用できる。 Note that the serial scanning ink jet recording apparatus may include a maintenance mechanism for maintaining the reliability of the ink jet recording head. The maintenance mechanism can perform, for example, cleaning and capping of the ejection surface of the ink jet recording head, discharging unnecessary ink from the ink jet recording head, and the like. As the drive control board, a board having the same configuration and function as a board mounted on a line scanning type ink jet recording apparatus can be applied.
詳細は後述するが、本実施の形態に係る液滴吐出装置は、ノズル又は前記圧力室内の液体に異常があるかを発見するために、残留振動を発生させる際に、印加する残留振動を検知するための波形(検出用基準波形)をノズルの固有値に応じて補正して、状態検出用波形を生成する。このため、液滴吐出装置において、ノズル毎のインクの状態(異常状態)をより正確に検出することができる。 Although details will be described later, the droplet discharge device according to the present embodiment detects the residual vibration to be applied when generating the residual vibration in order to find out whether there is an abnormality in the liquid in the nozzle or the pressure chamber. The waveform for detection (reference waveform for detection) is corrected according to the eigenvalue of the nozzle, and a waveform for detecting the state is generated. For this reason, in the droplet discharge device, the ink state (abnormal state) for each nozzle can be detected more accurately.
<インクジェット記録ヘッド>
図5は、インクジェット記録装置100に搭載されるインクジェット記録ヘッド220の一例を示す斜視図である。
<Inkjet recording head>
FIG. 5 is a perspective view showing an example of an ink
図5に示すように、インクジェット記録ヘッド220は、ノズルプレート21、圧力室プレート22、リストリクタプレート23、ダイアフラムプレート24、剛性プレート225、圧電素子群26、等を含む。圧電素子群26は、支持部材34、複数の圧電素子35、圧電素子接続基板36、圧電素子駆動IC37、電極パッド38等を含む。
As shown in FIG. 5, the
ノズルプレート21には、複数のノズル20が形成され、圧力室プレート22には、各ノズル20に対応する圧力室27が形成される。リストリクタプレート23には、圧力室27と共通インク流路28とを連通し、圧力室27へのインク流量を制御するリストリクタ29が形成され、ダイアフラムプレート24には、振動板(弾性壁)30及びフィルタ31が形成される。これらのプレートが、順次重ねられ、位置決めされて接合されることにより流路板が形成される。流路板は、剛性プレート225と接合され、フィルタ31と共通インク流路28の開口部32とが対向し、圧電素子群26は、開口部32に挿入される。インク導入パイプ33の上側開口端は、共通インク流路28に接続され、インク導入パイプ33の下側開口端は、インクを充填したヘッドタンクに接続される。
A plurality of
ここで、一例として、ノズルプレート21においてヘッドのインク吐出部であるノズル面には、吐出安定性、ワイピング性向上のため、Ni/PTFE共析、シリコーン樹脂、フッ素系撥水付与剤により形成された層が設けられている。ノズル面の表面エネルギーもノズル孔内壁のそれと合わせるとより効果的となる。従って、ノズル孔内壁も必要に応じてノズル表面と同様な処理が行なわれることがある。シリコーン層を形成する際、電着法以外ではノズル板裏面などシリコーン層を形成しない部分はフォトレジスト、水溶性樹脂等でマスキングし、シリコーン層形成後、レジストを剥離除去することによる。
Here, as an example, the nozzle surface that is the ink discharge portion of the head in the
このようにノズル孔の内壁に塗布処理がされるため、ノズル20のノズル径は、塗布の状態により若干ばらつくことがあった。
Since the coating treatment is performed on the inner wall of the nozzle hole in this manner, the nozzle diameter of the
支持部材34の表面には、複数の圧電素子35が形成され、圧電素子35の自由端は、振動板30に接着固定される。ここで、本発明の実施形態で利用される圧電素子はピエゾ型の電気−機械変換素子であり、圧電素子35は、下部電極(第1の電極)と、電気機械変換層と、上部電極(第2の電極)とが積層した構成からなる。各インク吐出の圧力を発生させるために、ノズル20に対応する各圧力室27に対して個別の圧電素子35が配置されることになる。
A plurality of
電気機械変換層は一例として、ジルコン酸チタン酸鉛(PZT)セラミックスなどが用いられ、これらは複数の金属酸化物を主成分として、積層して製造される金属複合酸化物として形成される。 As an example of the electromechanical conversion layer, lead zirconate titanate (PZT) ceramics or the like is used, and these are formed as a metal composite oxide produced by laminating a plurality of metal oxides as a main component.
電気機械変換層は積層後に切断されて形成されるため、製造工程において、僅かに膜厚にばらつきが生じることがあった。電気機械変換層の膜厚が薄くなると、静電容量が増加し、膜厚が厚くなると、静電容量が低下するというばらつきが生じる。 Since the electromechanical conversion layer is formed by being cut after lamination, the film thickness may slightly vary in the manufacturing process. When the film thickness of the electromechanical conversion layer is reduced, the capacitance increases, and when the film thickness is increased, the capacitance decreases.
圧電素子接続基板36の表面には、圧電素子駆動IC37が形成され、圧電素子35と圧電素子接続基板36とは電気的に接続される。圧電素子35は、駆動波形生成部により生成される駆動波形(例えば、駆動電圧波形、状態検出用波形、標準波形)に基づいて、圧電素子駆動IC37により制御される。圧電素子駆動IC37は、上位コントローラから伝送される画像データ、制御部211から出力されるタイミング信号、等に基づいて、制御される。
A piezoelectric
なお、図5では、図面の簡略化のため、ノズル20、圧力室27、リストリクタ29、圧電素子35、等を実際より少ない個数で図示している。
In FIG. 5, the
図6は、ヘッド部におけるインクジェット記録ヘッド220の拡大底面図である。
FIG. 6 is an enlarged bottom view of the
インクジェット記録ヘッド220は、複数のノズル20を含み、複数のノズル20は、記録媒体113の搬送方向に対して垂直な方向に、千鳥状に配置される。複数のノズルを千鳥状に配置することにより、印刷領域を高解像度化できる。
The
なお、図6で示すように、インクジェット記録ヘッド220のヘッド部に配置されるノズル(穴)20の直径がノズル径Dであり、ノズル20の数が図20のフローで用いるN個に対応する。
As shown in FIG. 6, the diameter of the nozzle (hole) 20 arranged in the head portion of the ink
なお、本実施の形態では、1列につき4個配置し、ノズル20を、1列につき32個、且つ2列の千鳥状に配置する構成を一例として示すが、列の数、各列に配置される個数は、特に限定されるものではない。
In the present embodiment, a configuration in which four nozzles are arranged per row and
<残留振動の検知>
図7乃至図14を用いて、本実施の形態に係る液滴吐出装置における残留振動検知の一例について説明する。
<Detection of residual vibration>
An example of residual vibration detection in the droplet discharge device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
図7は、インクジェット記録ヘッド220における圧力室内のインクに発生する残留振動を示す動作概念図である。図7(A)はインク液滴吐出中、図7(B)はインク液滴吐出後であり、両図により圧力室内に発生する圧力変化が模式的に示されている。
FIG. 7 is an operation concept diagram showing residual vibration generated in the ink in the pressure chamber in the
図8は、駆動波形印加期間及び残留振動波形発生期間の一例を示す概略図である。横軸は時間[s]、縦軸は電圧[V]を示す。駆動波形印加期間は、図7(A)に対応し、残留振動波形発生期間は、図7(B)に対応する。 FIG. 8 is a schematic diagram illustrating an example of a drive waveform application period and a residual vibration waveform generation period. The horizontal axis represents time [s], and the vertical axis represents voltage [V]. The drive waveform application period corresponds to FIG. 7A, and the residual vibration waveform generation period corresponds to FIG.
図7(A)に示すように、圧電素子35(具体的には、圧電素子接続基板36の電極パッド38)に、駆動波形生成部212より生成される駆動波形が印加されると、圧電素子35は、伸縮する。圧電素子35から、振動板30を介して、圧力室27内のインクへと伸縮力が働き、圧力室27内に圧力変化が生じることで、ノズル20からインク液滴が吐出する。例えば、駆動波形の立ち下げ動作により、圧力室27内の圧力は低くなり、駆動波形の立ち上げ動作により、圧力室27内の圧力は高くなる(図8に示す駆動波形印加期間参照)。
As shown in FIG. 7A, when the drive waveform generated by the
図7(B)に示すように、圧電素子35に、駆動波形が印加された後(インク液滴吐出後)、圧力室27内のインクには、残留圧力振動が発生し、圧力室27内のインクから、振動板30を介して、圧電素子35へと残留圧力波が伝播する。残留圧力波の残留振動波形は、減衰振動波形となる(図7に示す残留振動波形発生期間参照)。この結果、圧電素子35(具体的には、圧電素子接続基板36の電極パッド38)に、残留振動電圧が誘起される。残留振動検知部は、残留振動電圧を検知し、検知結果を残留振動検知部の出力として、制御部211へと出力する。
As shown in FIG. 7B, after a drive waveform is applied to the piezoelectric element 35 (after ink droplet ejection), residual pressure vibration occurs in the ink in the
このように、本実施の形態に係る液滴吐出装置において、残留振動検知部は、誘起された残留振動電圧を検知し、制御部は、残留振動検知部の出力に基づいて残留振動の減衰比又は周波数を算出し、吐出異常を判定することができる。 As described above, in the droplet discharge device according to the present embodiment, the residual vibration detection unit detects the induced residual vibration voltage, and the control unit determines the residual vibration attenuation ratio based on the output of the residual vibration detection unit. Alternatively, it is possible to determine a discharge abnormality by calculating a frequency.
なお、図7では、駆動波形が印加され、インク液滴が吐出された際の残留振動電圧について説明したが、残留振動は、駆動波形よりも小さい微駆動波形を印加し、インクが吐出しない程度にインクの表面(メニスカス)を振動させた場合でも発生する。後述する異常状態を検知するために、残留振動を発生させる波形(状態検出用波形、及び所定の標準波形)は、ランニングコストを考慮する場合、液滴を吐出しない、微駆動波形であると好ましい。 In FIG. 7, the residual vibration voltage when the drive waveform is applied and the ink droplet is ejected is described. However, the residual vibration is such that a fine drive waveform smaller than the drive waveform is applied and ink is not ejected. Even when the ink surface (meniscus) is vibrated. In order to detect an abnormal state, which will be described later, a waveform (state detection waveform and a predetermined standard waveform) that generates residual vibration is preferably a fine driving waveform that does not eject droplets when running costs are considered. .
なお、状態検出用波形のピーク幅tpを長くし過ぎると、インクの振動速度が液吐出速度に到達し、液滴が吐出してしまう。そのため、例えば、ノズル20に連通する圧力室27の固有振動周期数をfcとし、(1/fc)で求められる固有振動周期をTcとすると、状態検出信用波形のTpを(1/3)Tc以下に設定すると好ましい。
If the peak width tp of the state detection waveform is too long, the ink vibration speed reaches the liquid discharge speed, and the liquid droplets are discharged. Therefore, for example, if the natural vibration period of the
次に、図9を用いて、残留振動波形の振幅値から減衰振動の減衰比を算出する過程と、吐出異常の有無を判定するための残留振動波形の振幅値について、説明する。 Next, the process of calculating the damping ratio of the damped vibration from the amplitude value of the residual vibration waveform and the amplitude value of the residual vibration waveform for determining the presence or absence of ejection abnormality will be described using FIG.
減衰振動の理論式は、xを時刻に対する減衰振動変位、x0を初期変位、ζを減衰比、ω0を固有振動周波数、ωdを減衰系の固有振動周波数、v0を初期変化量、tを時刻として、数1で表せる。 The theoretical expression of the damped vibration is as follows: x is the damped vibration displacement with respect to time, x 0 is the initial displacement, ζ is the damping ratio, ω 0 is the natural vibration frequency, ω d is the natural vibration frequency of the damping system, and v 0 is the initial change amount, t can be expressed by the following equation (1).
対数減衰率δは、振幅変化の割合を対数化し、mで除することにより、1周期分あたりで平均化した値であるため、減衰比ζは、対数減衰率δを用いて、数4で表せる。
Since the logarithmic attenuation rate δ is a value averaged per one period by logarithmizing the rate of amplitude change and dividing by m, the attenuation ratio ζ is expressed by
従って、数1〜数4より、減衰振動の減衰比ζを算出する為には、対数減衰率δを求めれば良く、対数減衰率δを求める為には、少なくとも2箇所の残留振動波形の振幅値を認識すれば足りることがわかる。
Therefore, in order to calculate the damping ratio ζ of the damped vibration from the
図10に、残留振動実測波形とインク粘度との関係を示す。縦軸は電圧[V]、横軸は時間[s]、時間軸の0点は駆動波形印加期間から残留振動波形発生期間への切替タイミングを示す。各インク粘度の大小関係は、粘度A=1とした場合、粘度B=1.7、粘度C=3と表せる。 FIG. 10 shows the relationship between the residual vibration measured waveform and the ink viscosity. The vertical axis represents voltage [V], the horizontal axis represents time [s], and the zero point on the time axis represents the switching timing from the drive waveform application period to the residual vibration waveform generation period. The relationship of the viscosity of each ink can be expressed as viscosity B = 1.7 and viscosity C = 3 when the viscosity A = 1.
図10より、粘度A=1の残留振動実測波形における振幅値が最も大きく、粘度C=3の残留振動実測波形における振幅値が最も小さいことがわかる。即ち、インク粘度が低い程、減衰振動の振幅は大きく、又、減衰振動の減衰比は小さくなることがわかる。 FIG. 10 shows that the amplitude value in the residual vibration actual measurement waveform with viscosity A = 1 is the largest, and the amplitude value in the residual vibration actual measurement waveform with viscosity C = 3 is the smallest. That is, it can be seen that the lower the ink viscosity, the larger the amplitude of the damped vibration and the smaller the damping ratio of the damped vibration.
また、実測波形にはノイズが重畳されていること、第一半波のバラツキが大きく、各インク粘度の大小関係に対する振幅値の相関関係が見られないことが図10からわかる。例えば、第一半波の振幅値の大小を用いてインク粘度変化を検出しようとすると、図10の粘度Bと粘度Cを切り分けられない。 Further, it can be seen from FIG. 10 that noise is superimposed on the actually measured waveform, the variation of the first half-wave is large, and the correlation of the amplitude value with respect to the magnitude relationship of each ink viscosity cannot be seen. For example, if an ink viscosity change is detected using the magnitude of the amplitude value of the first half-wave, the viscosity B and the viscosity C in FIG. 10 cannot be separated.
そこで本発明の実施形態では、高周波/低周波ノイズ成分をカットするバンドバスフィルタで構成されるとともに、第一半波のバラツキを抑制できる減衰比を用いたインク粘度検出方法を適用しているため、粘度を適切に検出することができる。 Therefore, in the embodiment of the present invention, an ink viscosity detection method using an attenuation ratio that can suppress variation in the first half-wave is applied while being configured with a band-pass filter that cuts high-frequency / low-frequency noise components. The viscosity can be detected appropriately.
なお減衰比を使わなくても、インク粘度は求められるが、減衰比を使えば、より精度良く検知が可能となる。 The ink viscosity can be obtained without using the attenuation ratio, but the detection can be performed with higher accuracy by using the attenuation ratio.
図11に、残留振動実測波形に基づいて算出される減衰比とインク粘度との関係を示す。図11より、インク粘度μが、μA、μB、μC、と大きくなる程、減衰比ζも、μA、μB、μC、と大きくなることがわかる。 FIG. 11 shows the relationship between the damping ratio calculated based on the residual vibration actual measurement waveform and the ink viscosity. From FIG. 11, it can be seen that as the ink viscosity μ increases as μA, μB, and μC, the damping ratio ζ increases as μA, μB, and μC.
液滴吐出装置200は、図11に示すように、各インク粘度に対応する駆動波形(例えば、μA用駆動波形、μB用駆動波形、μC用駆動波形)を生成し、各圧電素子に印加する。又、液滴吐出装置200は、実際のインクの状態(例えば、気泡混入、インク増粘)を考慮して画像データを補正する。
As shown in FIG. 11, the
これにより、液滴吐出装置200は、吐出速度及び吐出量の変動を抑制し、各ノズルからインク滴を安定して吐出させることができる。更に、液滴吐出装置200は、ノズル詰まりを予防し、不吐出ノズルに対する補間を適宜行うこともできる。
Thereby, the
なお、臨界減衰(減衰比ζ=1)の場合、液滴吐出装置200は、ノズルが完全に詰まっていると判断する。しかし、臨界減衰でない場合(減衰比ζ<1)であっても、ノズル径、ノズル形状、インクの構成成分、等に依存して、インク粘度が極端に大きくなることで、ノズル詰まりが発生することがある。この場合、液滴吐出装置200は、減衰比ζが1に近い程、ノズル詰まり等の異常状態が発生し、インクが不吐出になっている確率が高いと判断する。
In the case of critical damping (damping ratio ζ = 1), the
<液滴吐出装置の駆動>
図12は、本実施の形態に係るインクジェット記録装置に搭載されるインクジェット記録ヘッドモジュールの一例を示すブロック図である。
<Driving of droplet discharge device>
FIG. 12 is a block diagram showing an example of an ink jet recording head module mounted on the ink jet recording apparatus according to the present embodiment.
インクジェット記録ヘッドモジュール200は、駆動制御基板210、インクジェット記録ヘッド220、等を含む。駆動制御基板210には、制御部211、駆動波形生成部212、ノズル毎固有値記憶手段213、減衰比データ記憶手段214等が搭載される。
The ink jet
インクジェット記録ヘッド220は、制御部226が搭載されるヘッド基板221、残留振動検知部240が搭載される残留振動検知基板222、圧電素子駆動IC37が搭載される圧電素子接続基板36、圧電素子35(圧電素子35a〜35x)、等を含む。
The ink
残留振動検知基板222には、波形処理回路250、切替手段241、A/D変換器242、比較器243等が搭載される。波形処理回路250は、フィルタ回路251、増幅回路252、ピークホールド回路253、等を含む。
A
なお、駆動制御基板210に搭載される制御部211とヘッド基板221に搭載される制御部226とは、一部の機能、若しくは全ての機能を、いずれか一方に統一しても良い。また、残留振動検知基板222に搭載される一部の機能、若しくは全ての機能を、駆動制御基板210、又は、ヘッド基板221に統一しても良い。
The
制御部211は、駆動制御部215、検出用波形制御部216、演算部217、判定部218を含んで構成される。これらの機能に対応する個々の制御部を制御部211の中に設けた例を図12では示しているが、すべての機能を一つの回路で構成してもよい。
The
制御部211の駆動制御部215は、上位コントローラ120(=インクジェット記録装置100の制御部)から受信した画像データに基づいて、駆動波形データを生成し、駆動波形生成部212へと出力する。駆動制御部215は、シリアル通信により、タイミング制御信号(デジタル信号)を圧電素子駆動IC37及び切替手段241へと送信し、タイミング制御信号と同期させた切替信号を切替手段241へと送信する。駆動制御部215は、タイミング制御信号と切替信号とを同期させることで、圧電素子接続基板36の電極に誘起される残留振動電圧を、残留振動検知基板222へ取り込むタイミングを、制御することができる。
The
制御部211の検出用波形制御部(波形制御部)216は、ノズル毎固有値記憶手段213に記憶された、ノズル毎の固有値に応じて、検出用基準波形データを補正して、前記波形生成部で用いられる前記状態検出用波形データを生成する。補正の詳細については、図17〜図22を用いて後述する。
The detection waveform control unit (waveform control unit) 216 of the
制御部211の演算部217は、残留振動検知部240の出力(例えば、ピーク値で固定された残留振動波形の振幅値をAD変換したデジタル信号)から、少なくとも2つ以上のデジタル信号を選択し、式1〜式4を用いて減衰振動の減衰比を算出する。選択される振幅値の数が多い程、減衰比の算出精度は高まる。
The
制御部211の判定部218は、算出した減衰比と減衰比データ記憶手段214に記憶される減衰比データとを比較することで、インクジェット記録ヘッド220に吐出異常が発生しているか否か(吐出異常の有無)を正確に判定する。そして制御部211は、判定結果に基づき、維持・回復手段114を用いて、インクジェット記録ヘッドモジュール200に、適切な維持・回復動作(吸引動作、ワイピング動作、フラッシング動作等)を実施するように指示してもよい。
The
駆動波形生成部212は、駆動波形データをD/A変換し、電圧増幅、電流増幅を行って、駆動波形を生成し、圧電素子駆動IC37へと出力する。
The drive
ノズル毎固有値記憶手段213は、基準となる減衰比データとノズル毎のばらつきの相関について記憶する。
The specific
例えば、ノズル毎固有値記憶手段213は、第1の実施形態では、図19に示すようなノズル毎の固有値と状態検出用波形との相関テーブルを記憶する。この場合、波形制御部216は、ノズル毎固有値記憶手段213に記憶された相関テーブルに応じて、検出用基準波形データを補正して状態検出用波形データに変換する。
For example, the unique
ここで、ノズル毎の固有値は、製造時に発生したノズル毎のノズル径D(μm)及び/又はノズル毎の(ノズルに対向する)圧電素子35a〜35xの静電容量C(pF)である。これらのノズル径D及び/又ノズル毎の圧電素子35a〜35xの静電容量Cのばらつきは製造時に発生するため、予めノズル毎固有値記憶手段213に保存させておく。
Here, the eigenvalue for each nozzle is the nozzle diameter D (μm) for each nozzle generated at the time of manufacture and / or the electrostatic capacitance C (pF) of the
あるいは、後述する第2の実施形態では、波形生成部212は、ノズル正常状態において、所定の標準波形を圧電素子35へ印加し、残留振動検知部240は、標準波形を前記圧電素子へ印加した後に圧力室27内の液体に発生する残留振動を検知する。そして、演算部37は、前記標準波形の印加後に発生した前記残留振動を基に、ノズル毎の固有値を算出する。
Alternatively, in a second embodiment to be described later, the
この場合、波形制御部216は、算出されたノズル毎の固有値に応じて、検出用基準波形データを補正して状態検出用波形データに変換する。算出されたノズル毎の固有値は、標準波形の印加後に発生した残留振動の減衰比および/または該残留振動の周波数である。
In this case, the
減衰比データ記憶手段214は、減衰比と粘度との相関関係を示すルックアップテーブルLT等の減衰比データを予め記憶する。減衰比データは、制御部211の判定部218で、状態を判定する際に利用される。
The attenuation ratio
制御部226は、タイミング制御信号をデシリアライズし、圧電素子駆動IC37へと送信する。
The
圧電素子駆動IC37は、タイミング制御信号に基づいて、ON/OFF制御され、例えば、ON(OFF)の場合、駆動波形生成部212により生成される駆動波形を圧電素子35へ印加(非印加)する(図8に示す駆動波形印加期間参照)。駆動波形の立ち下げ動作、立ち上げ動作に基づいて、圧電素子35は伸縮し、圧電素子35の駆動に応じて各ノズルからインク液滴が吐出する。
The piezoelectric
波形処理回路250は、フィルタ回路251及び増幅回路252により、残留振動波形にフィルタ処理を施して増幅し、ピークホールド回路253により、残留振動波形の振幅値のピーク値(例えば、最大値)を認識・抽出してピーク値で固定する。
The
切替手段241は、圧電素子35と波形処理回路250との接続/非接続を切り替える。例えば、圧電素子35と波形処理回路250とが、切替手段241により接続されると、圧電素子接続基板36の電極に誘起される残留振動電圧は、波形処理回路250に取り込まれる。
The
A/D変換器242は、波形処理回路250により固定された振幅値(アナログ信号)を、デジタル信号に変換し、制御部211へと出力する(フィードバック)。制御部211(又は、制御部226でも良い)は、フィードバックされた残留振動検知部240の出力に基づいて、減衰振動の減衰比を算出することができる。
The A /
比較器243は、また、増幅回路252の出力が比較器243に入力され、比較器243から出力された波形を制御部211にフィードバックする。制御部211(又は、制御部226でも良い)は、フィードバックされた残留振動検知部240の出力に基づいて、減衰振動の周波数を算出することができる。
The
なお、図12では、圧電素子35a〜35xの残留振動電圧を、1組の残留振動検知部(切替手段241、波形処理回路250、A/D変換器242、比較器243)を用いて順次切り替えて検知する構成としているが、残留振動検知部の構成は、特に限定されるものではない。例えば、全ての圧電素子に対応して、それぞれ、残留振動検知部を形成し、減衰振動の減衰比を、同時に検知する構成としても良い。又、例えば、圧電素子を、いくつかのグループに分け、グループ毎に残留振動検知部を形成し、グループ毎に順次切り替えて、減衰振動の減衰比を、検知する構成としても良い。グループ化することにより、回路規模の増大を抑えつつ、同時に検知できるノズルの個数を増やすことができる。
In FIG. 12, the residual vibration voltages of the
図13は、本実施の形態に係る残留振動検知部の一例を示す回路図である。 FIG. 13 is a circuit diagram illustrating an example of a residual vibration detection unit according to the present embodiment.
圧電素子駆動IC37は、複数のスイッチング素子を含み、圧電素子駆動IC37のON/OFFは、各圧電素子に対応して形成されるスイッチング素子のON/OFFにより制御される。インク液滴吐出後(圧電素子駆動IC37がOFF)、切替手段241を介して、圧電素子35と波形処理回路250とが接続されることで、残留振動検知部240は、圧電素子35に誘起される残留振動電圧を検知し、残留振動波形の振幅値を認識できる。
The piezoelectric
波形処理回路250は、微小な残留振動波形を、高インピーダンスのバッファ部で受けることにより、検知回路が残留振動波形に及ぼす悪影響を抑制する。波形処理回路250に搭載される抵抗R1〜R5、コンデンサC1〜C3、等の受動素子定数は、インクジェット記録ヘッド220の特性に起因する固有振動周波数の違いに応じて、制御部211により可変制御されることが好ましい。これにより、選択的な状態検知が可能になる。又、波形処理回路250は、汎用オペアンプ、受動素子、及びスイッチという簡易な回路構成で、残留振動を検知できる。これにより、液滴吐出装置における回路規模の増大を抑制し、コストを抑えることができる。
The
フィルタ回路251は、残留振動波形にフィルタ処理を施す。フィルタ回路251は、固有振動周波数を中心周波数として、所定の通過帯域幅を有し、例えば、通過帯域幅の両端から、それぞれ−3dBとなる帯域幅が、通過帯域幅の3倍程度に設定されることが好ましい。
The
これにより、インクジェット記録ヘッド220の製造バラツキが原因で生じる固有振動周波数のバラツキをある程度吸収できると共に、高周波ノイズと低周波のノイズとを、効率良く除去することが可能になる。
As a result, variations in the natural vibration frequency caused by manufacturing variations in the ink
増幅回路252は、フィルタ処理が施された残留振動波形を増幅する(図14に示す点線参照)。増幅回路252において、増幅率は、A/D変換器242の入力可能範囲内で波形が増幅されるように、設定されることが好ましい。
The
なお、フィルタ回路251及び増幅回路252は、バンドパスフィルタ増幅型(サレンキ型)で構成されることにより、効率的なノイズ成分の除去及び信号成分の抽出が可能になるが、該構成は、特に限定されるものではない。少なくとも、ハイパス特性及びローパス特性を有するフィルタと、非反転増幅部又は反転増幅部とを組み合わせた回路で構成されていれば良い。
Note that the
ピークホールド回路253は、残留振動波形の振幅値のピーク値を認識・抽出し、該ピーク値で固定する(図14に示す実線参照)。ピークホールド回路253において、抵抗R6及びコンデンサC3の放電時間は、残留振動周期の1/2以下となるように、設定されることが好ましい。
The
比較器243は入力される減衰振動波形が基準電圧Vref以上となるとHigh出力となる。比較器243の出力が制御部211(演算部217)に入力される。制御部211で立ち上がり周期または立下り周期(周期Td)から周波数を検出する(図23、(b)参照)。
The
ピークホールド回路253のリセットは、比較器243が検出した減衰振動波形の立ち上がりが基準電圧Vrefとクロスするタイミングで、制御部211がリセット信号を、スイッチング素子SW1へと出力することにより行われる。
The reset of the
リセットタイミングは、ピークホールド回路253が、減衰振動波形の振幅値を認識できるタイミングであれば、上述の限りではない。なお、ピークホールド回路253の構成は、図13に示す構成に限定されるものではなく、少なくとも、残留振動波形の振幅値のピーク値を固定可能な回路で構成されていれば良い。
The reset timing is not limited to the above as long as the
図14に、図13に示す回路を用いて、フィルタ処理が施され、増幅された波形(点線で示す)と、振幅値のピーク値で固定された波形(実線で示す)の一例を示す。 FIG. 14 shows an example of a waveform (shown by a dotted line) that has been filtered and amplified using the circuit shown in FIG. 13 and a waveform (shown by a solid line) that is fixed at the peak value of the amplitude value.
振幅値は、5箇所のピーク値で固定され、それぞれ、第1半波の振幅値を振幅値1、第2半波の振幅値を振幅値2、第3半波の振幅値を振幅値3、第4半波の振幅値を振幅値4、第5半波の振幅値を振幅値5とする。基準電圧Vrefより下側に見られる急峻な波形は、コンデンサC3を瞬時に放電したことによるアンダーシュートである。
The amplitude values are fixed at five peak values. The amplitude value of the first half wave is
減衰比ζは、振幅値1〜5の中で、少なくとも2つ、好ましくは3つ以上の振幅値、を制御部211により選択し、数3及び数4を用いて、算出することができる。図15では、上下振幅の上側の振幅値1から振幅値5までを検知した場合の波形を示しているため、4周期分を平均化した減衰比ζを算出することができるが、上下振幅の下側の振幅値を検知して、減衰比ζを算出することも可能である。
The attenuation ratio ζ can be calculated by using the
ここで、図15及び図16を用いて、正常吐出状態における減衰振動の残留振動波形と、異常吐出状態における減衰振動の残留振動波形について説明する。 Here, the residual vibration waveform of the damped vibration in the normal discharge state and the residual vibration waveform of the damped vibration in the abnormal discharge state will be described with reference to FIGS. 15 and 16.
液滴吐出装置において、吐出動作を行ってもノズル20からインクが正常に吐出されない現象、すなわちインク滴の吐出異常が発生する場合がある。吐出異常の原因としては、長時間吐出が少ないノズルの表面が乾燥することによるインク粘度の増粘、圧力室27内への気泡の混入、ノズル20付近での液溜りや紙粉付着などがある。この吐出異常が発生すると、ノズル20からインクが吐出されなかったり(不吐出)、インクが適正な適量を吐出できなかったり、インクが適正な位置に着弾しなかったりする。
In a droplet discharge device, even if a discharge operation is performed, a phenomenon that ink is not normally discharged from the
図15は、圧力室27内のインクが正常な場合、図16は、長時間吐出の少ないノズル20が乾燥することにより圧力室27内のインクの粘度が増大した場合を示す。
FIG. 15 shows a case where the ink in the
図15(A)及び図16(A)は、圧力室27内のインクの様子を示す模式図である。図15(B)乃至図16(B)は、駆動波形印加期間及び残留振動波形発生期間の一例を示す概略図である。横軸は時間[s]、縦軸は電圧[V]を示す。図16(B)及び図16(B)において、駆動波形印加期間は、図7(A)に対応し、残留振動波形発生期間は、図7(B)に対応する。
FIGS. 15A and 16A are schematic views showing the state of ink in the
図15(A)の場合、圧力室27内は正常であり、図16(B)で残留振動波形も正常であるため、制御部211は、残留振動波形の減衰比は所定範囲を満たしており、「異常(インクだけで満たされ、ノズルに何も付着していない状態である)が発生していない」と判定する。
In the case of FIG. 15A, the inside of the
図15(A)の場合、圧力室27内のインクの粘度が増大し、図16(B)で第1半波の振幅値は、正常吐出状態の場合と略変わらないが、第2半波以降の振幅値(第2半波の振幅値、第3半波の振幅値)は、正常吐出状態の場合と比較して小さくなる。即ち、図16(B)の場合における残留振動の減衰比は、図15(B)の場合における残留振動の減衰比と比較して、大きくなる波形形状となる。
In the case of FIG. 15A, the viscosity of the ink in the
従って、図16(B)の場合、制御部211は、残留振動波形の減衰比は所定範囲を満たしておらず、異常吐出状態である(吐出異常が有る)と判定する。
Therefore, in the case of FIG. 16B, the
また、液室内の気泡混入、ノズル面付近での液溜りや紙粉付着においても、正常状態と比較し残留振動の減衰比が大きくなる。よって。残留振動の減衰比が所定値より大きくなった場合、ノズルが異常状態であると判断できる。 In addition, even when bubbles are mixed in the liquid chamber, liquid pools near the nozzle surface, and paper dust adherence, the damping ratio of the residual vibration is increased as compared with the normal state. Therefore. When the residual vibration damping ratio is greater than a predetermined value, it can be determined that the nozzle is in an abnormal state.
しかし、この残留振動はノズル径やピエゾの静電容量により変化するため、ノズル毎のばらつきにより同じ残留振動波形では正確に検知することができない。 However, since this residual vibration varies depending on the nozzle diameter and the capacitance of the piezo, it cannot be accurately detected with the same residual vibration waveform due to variations among nozzles.
<異常検出動作>
本発明の実施形態では、ノズル内のインクの不具合(異常状態)を発見するために、印刷時以外のときに、残留振動を発生させる。このとき、残留振動した状態を検知するための駆動信号(状態検出信号)をノズルの固有値に応じて補正するように制御することを下記説明する。
<Abnormality detection operation>
In the embodiment of the present invention, residual vibration is generated at times other than printing in order to find a defect (abnormal state) of ink in the nozzle. At this time, the control for correcting the drive signal (state detection signal) for detecting the residual vibration state according to the specific value of the nozzle will be described below.
<<第1の実施形態>>
((ノズル径による補正))
下記、図17A〜19を用いて、本発明の第1の実施形態おける、残留振動のばらつきとばらつきへの対策について説明する。
<< First Embodiment >>
((Correction by nozzle diameter))
With reference to FIGS. 17A to 19 below, the variation of the residual vibration and the countermeasure against the variation in the first embodiment of the present invention will be described.
図17(A)、(B)は、ノズル条件(温度、インク粘度等)が一定の場合の、ノズル径がばらついたときの状態検出用波形の波形制御を例示する図である。
図17において、(A)は正常吐出状態において、ノズル径がばらついたときの残留振動波形を示し、(B)ははノズル径に応じて補正した状態検出用波形を印加したときの残留振動波形を示す。
FIGS. 17A and 17B are diagrams exemplifying waveform control of a state detection waveform when the nozzle diameter varies when the nozzle conditions (temperature, ink viscosity, etc.) are constant.
17A shows the residual vibration waveform when the nozzle diameter varies in the normal ejection state, and FIG. 17B shows the residual vibration waveform when the state detection waveform corrected according to the nozzle diameter is applied. Indicates.
図17(A)において、波形b2をノズル径Dが所定値(標準値)であるときの残留振動波形とする。この場合、波形b1はノズル径Dが標準値より小さい場合の残留振動波形を示し、波形b3はノズル径Dが所定値より大きい場合での残留振動波形を示す。 In FIG. 17A, a waveform b2 is a residual vibration waveform when the nozzle diameter D is a predetermined value (standard value). In this case, the waveform b1 shows the residual vibration waveform when the nozzle diameter D is smaller than the standard value, and the waveform b3 shows the residual vibration waveform when the nozzle diameter D is larger than the predetermined value.
図17Aに示すように、ノズル径にばらつきが発生すると、残留振動における周波数が変動する。詳しくは、発生する残留振動の周波数は、各ノズル20に連通する圧力室27の容積によって決まるため、圧力室27の固有振動周波数fcと略等しい。よって発生する残留振動の振動周期は、(1/fc)で求められる固有振動周期をTcとすると、発生する残留振動の振動周期もTcと略等しくなる。さらに、同じ検出用波形を印加した場合、周波数が高くなると振幅Amも大きくなる。例えば、図17(a)において、第一半波の振幅は、(Am1−1)>(Am1−2)>(Am1−3)となっている。
As shown in FIG. 17A, when the nozzle diameter varies, the frequency in the residual vibration varies. Specifically, since the frequency of the residual vibration that is generated is determined by the volume of the
よって、連通する圧力室27の容積を決めるノズル径が異なると、同じ駆動波形(検出用駆動波形)を印加したとしても、ノズル毎に固有値(ノズル径D)のばらつきによって残留振動が変動し、残留振動から検知する減衰比に差が生じてしまう。
Therefore, if the nozzle diameter that determines the volume of the communicating
図17(A)からわかるように、波形b3のようにノズル径が大きくなるほど周波数が低くなり振幅が小さくなり(Am1−3)、波形b1のようにノズル径が小さくなるほど周波数が高くなり振幅が大きくなる(Am1−1)。 As can be seen from FIG. 17A, the frequency decreases and the amplitude decreases as the nozzle diameter increases as in the waveform b3 (Am1-3), and the frequency increases and the amplitude decreases as the nozzle diameter decreases as in the waveform b1. Increases (Am1-1).
そこで、本発明の実施形態では、ノズル内のインクの不具合を発見するために残留振動を発生させる際に、印加する状態検出用波形をノズルのノズル径に応じて補正することで、より正確にノズル毎のインクの状態を検知する。 Therefore, in the embodiment of the present invention, when residual vibration is generated in order to find a defect in the ink in the nozzle, the state detection waveform to be applied is corrected according to the nozzle diameter of the nozzle, thereby more accurately. The ink state for each nozzle is detected.
ここで、異常状態の検出するための状態検出用波形の形状と発生する残留振動との関係について説明する。一例として、状態検出用波形に台形状波形を用いた場合の補正方法を以下に説明する。台形状波形の周波数(ピーク幅(パルス幅)tp)、残留振動の速度と比例関係にあることが分かっている。 Here, the relationship between the shape of the state detection waveform for detecting an abnormal state and the generated residual vibration will be described. As an example, a correction method when a trapezoidal waveform is used as the state detection waveform will be described below. It is known that there is a proportional relationship with the trapezoidal waveform frequency (peak width (pulse width) tp) and the residual vibration speed.
図17において(B)は、ノズル径に応じて補正した状態検出用波形を印加したときの残留振動波形を示す。 FIG. 17B shows the residual vibration waveform when the state detection waveform corrected according to the nozzle diameter is applied.
台形波において、立ち下がり波形により、圧電素子が収縮することで、メニスカスを内側へ引き込む。その後、立ち上がり波形により、圧電素子が膨張することで、液滴が吐出する、あるいは、メニスカスを外方向へ押し出す。 In the trapezoidal wave, the meniscus is pulled inward by the piezoelectric element contracting due to the falling waveform. Thereafter, due to the rising waveform, the piezoelectric element expands, whereby a droplet is ejected or the meniscus is pushed outward.
上述のように、ノズル径で決まる、圧力室27の固有振動周期を夫々、Tc1、Tc2、Tc3とすると、発生する残留振動の振幅を等しくするには、周期Tcに対するパルス幅tpの割合が夫々等しくなるように、
tp1/Tc1=tp2/Tc2=tp3/Tc3 ・・・(5)
が成立するように設定すればよい。
As described above, when the natural vibration periods of the
tp1 / Tc1 = tp2 / Tc2 = tp3 / Tc3 (5)
It may be set so as to hold.
よって、立ち上がり波形のタイミングが同じであるとすると、より早いタイミングで立ち下がるほど、ピーク幅tpが長くなる(tp1<tp2<tp3)ため、ピーク幅tpを長くするためには、周波数を遅くする。 Therefore, if the timing of the rising waveform is the same, the peak width tp becomes longer as it falls earlier (tp1 <tp2 <tp3). Therefore, in order to increase the peak width tp, the frequency is slowed down. .
具体的には、図17の(A)の波形b1のように周波数が高く周期が短くなるノズル径Dが小さいノズルに対して、(B)のピーク幅tp1が短くなるように、周期が短く周波数が高い、状態検出用波形d1を印加する。 Specifically, for a nozzle having a small nozzle diameter D where the frequency is high and the cycle is short as in the waveform b1 of FIG. 17A, the cycle is short so that the peak width tp1 of (B) is short. A state detection waveform d1 having a high frequency is applied.
反対に、図17の(A)の波形b3のように周波数が低く周期が長くなるノズル径Dが大きいノズルに対して、ピーク幅tp3が長くなるように、周期が長く周波数が低い、状態検出用波形d3を印加する。 On the other hand, for a nozzle having a large nozzle diameter D having a low frequency and a long cycle as shown by a waveform b3 in FIG. 17A, a state detection in which the cycle is long and the frequency is low so that the peak width tp3 is long. Application waveform d3 is applied.
このように、図17の(A)のようにノズル径のばらつきに応じて残留振動もばらつくと想定される場合は、ノズル径(圧力室の固有振動周波数)によるばらつきを予め把握して、(B)に示すように周波数を調整することで台形波のピーク幅tpを調整すればよい。 As described above, when it is assumed that the residual vibration varies according to the variation in the nozzle diameter as shown in FIG. 17A, the variation due to the nozzle diameter (the natural vibration frequency of the pressure chamber) is grasped in advance. The peak width tp of the trapezoidal wave may be adjusted by adjusting the frequency as shown in B).
予めノズル毎のノズル径をノズル固有値記憶手段213へ記憶させ、制御部211の波形制御部216により検出用波形(検出用基準波形(データ))を補正して、波形生成部212で作成させて圧電素子35へ印加させる状態検出用波形を作成する。
The nozzle diameter for each nozzle is stored in advance in the nozzle eigenvalue storage means 213, the
あるいは、ピーク幅tpの異なる状態検出用波形を予め用意し、対応するノズル径毎に状態検出用波形を選択して状態検出用波形を調整してもよい。 Alternatively, a state detection waveform having a different peak width tp may be prepared in advance, and the state detection waveform may be adjusted by selecting a state detection waveform for each corresponding nozzle diameter.
図17のように(B)に示すように、ノズル径に応じて、ピーク幅を補正した状態検出用波形を印加すると、残留振動の第1半波、第2半波、第3半波の各振幅値(Am1',Am2',Am3')はノズル径が異なる波形間でばらつかなくなる。 As shown in FIG. 17B, when a state detection waveform with a corrected peak width is applied according to the nozzle diameter, the first half wave, the second half wave, and the third half wave of the residual vibration are applied. Each amplitude value (Am1 ′, Am2 ′, Am3 ′) does not vary between waveforms having different nozzle diameters.
なお、残留振動の周波数は上述のようにノズル径で決まる圧力室27の固有振動周波数Tcであるため、周波数は異なったままでよい。周波数が異なっても、振幅が揃うと減衰比を算出することができる。よって、上述のノズル径に応じて、周波数を変更することで、印加する波形(検出用基準波形)のピーク幅tpを調整(補正)することにより、ノズル状態を正確に検出することが可能である。
Since the frequency of residual vibration is the natural vibration frequency Tc of the
((静電容量による補正))
図18は、ノズル条件(温度、インク粘度等)が一定の場合の、圧電素子の静電容量がばらついたときの状態検出用波形の波形制御を例示する図である。
((Correction by capacitance))
FIG. 18 is a diagram illustrating waveform control of a state detection waveform when the capacitance of the piezoelectric element varies when the nozzle conditions (temperature, ink viscosity, etc.) are constant.
図18の(A)は圧電素子の静電容量がばらついたときの残留振動波形を示し、(B)は圧電素子の静電容量に応じて補正した状態検出用波形を印加したときの残留振動波形を示す。 FIG. 18A shows the residual vibration waveform when the capacitance of the piezoelectric element varies, and FIG. 18B shows the residual vibration when the state detection waveform corrected according to the capacitance of the piezoelectric element is applied. Waveform is shown.
図18の(A)において、波形a2を圧電素子の静電容量Cが所定値(標準値)であるときの残留振動波形とする。この場合、波形a1は圧電素子の静電容量Cが所定値より小さい場合の残留振動波形を示し、波形a3は圧電素子の静電容量Cが所定値より大きい場合での残留振動波形を示す。 In FIG. 18A, a waveform a2 is a residual vibration waveform when the capacitance C of the piezoelectric element is a predetermined value (standard value). In this case, the waveform a1 shows the residual vibration waveform when the electrostatic capacitance C of the piezoelectric element is smaller than a predetermined value, and the waveform a3 shows the residual vibration waveform when the electrostatic capacitance C of the piezoelectric element is larger than the predetermined value.
(A)に示すように、圧電素子の静電容量Cにばらつきが発生すると、残留振動における振幅値が変動する。詳しくは、圧電素子は、静電容量を備えるコンデンサとしての機能を備えるため、静電容量をC、電圧(振幅Vpp)が等しい駆動波形を印加した場合、角速度をωとして、圧電素子35で発生する残留振動の振幅Ampは、
Amp=ωCVpp ・・・(6)
で設定されうる。
As shown in (A), when the capacitance C of the piezoelectric element varies, the amplitude value in the residual vibration varies. Specifically, since the piezoelectric element has a function as a capacitor having electrostatic capacity, when a driving waveform having the same capacitance (C) and voltage (amplitude Vpp) is applied, the
Amp = ωCVpp (6)
Can be set.
よって上記式(6)と図18(A)からわかるように、圧電素子の静電容量Cが大きくなるほど、発生する残留振動の振幅値が大きくなり(波形a3)、静電容量Cが小さくなるほど、残留振動の振幅が小さくなる(波形a1)。 Therefore, as can be seen from the above equation (6) and FIG. 18A, the larger the electrostatic capacitance C of the piezoelectric element, the larger the amplitude value of the generated residual vibration (waveform a3), and the smaller the electrostatic capacitance C becomes. The amplitude of the residual vibration becomes small (waveform a1).
そこで、本発明の実施形態では、ノズル内のインクの不具合を発見するために残留振動を発生させる際に、印加する状態検出用波形をノズル毎に、ノズルに対向して配置される圧電素子35a〜35xの静電容量に応じて、検出用基準波形から補正することで、より正確にノズル毎のインクの状態を検知する。 Therefore, in the embodiment of the present invention, when residual vibration is generated in order to find a defect in the ink in the nozzle, the state detection waveform to be applied is arranged for each nozzle so as to face the nozzle. By correcting from the reference waveform for detection according to the capacitance of ˜35x, the ink state for each nozzle is detected more accurately.
ここで、残留振動の検出に用いる状態検出用波形の形状と発生する残留振動との関係について説明する。一例として、状態検出用波形に台形状波形を用いた場合の補正方法を以下に説明する。台形状波形の振幅Vppは、残留振動の強度と比例関係にあることが分かっている。 Here, the relationship between the shape of the state detection waveform used for detecting the residual vibration and the generated residual vibration will be described. As an example, a correction method when a trapezoidal waveform is used as the state detection waveform will be described below. It has been found that the amplitude Vpp of the trapezoidal waveform is proportional to the intensity of residual vibration.
図18(B)は、補正した波形を適切な圧電素子の静電容量を備えるノズルへ適用した制御例に示す。 FIG. 18B shows a control example in which the corrected waveform is applied to a nozzle having an appropriate capacitance of a piezoelectric element.
印加する状態検出用波形の台形状波形の電圧振幅Vppが大きい(Vpp1<Vpp2<Vpp3)ほど、圧電素子の収縮・膨張動作が大きくなるため、発生する残留振動の振幅も大きくなる。 The larger the voltage amplitude Vpp of the trapezoidal waveform of the state detection waveform to be applied (Vpp1 <Vpp2 <Vpp3), the larger the contraction / expansion operation of the piezoelectric element, the larger the amplitude of the residual vibration that occurs.
従って、発生する残留振動の振幅を等しくするには、同じ電圧をかけた際に、静電容量Cの大小と比例する残留振動の振幅(Amp)の大小と状態検出用波形の台形状波形における振幅Vppの大小を反対にするように設定すればよい。 Therefore, in order to equalize the amplitude of the generated residual vibration, when the same voltage is applied, the amplitude of the residual vibration (Amp) proportional to the size of the capacitance C and the trapezoidal waveform of the state detection waveform What is necessary is just to set so that the magnitude of amplitude Vpp may be reversed.
具体的には、図18の(A)で示す波形a1のように圧電素子の静電容量Cが小さく振幅(Amp−1)が小さいノズルに対して、(B)の台形状波形の振幅Vpp1が大きい状態検出用波形c1を印加する。 Specifically, the amplitude Vpp1 of the trapezoidal waveform of (B) with respect to a nozzle having a small electrostatic capacitance C of the piezoelectric element and a small amplitude (Amp-1) as in the waveform a1 shown in FIG. Is applied to the state detection waveform c1.
反対に、図18の(A)で示す波形a3のように圧電素子の静電容量Cが大きく振幅(Amp−3)が大きいノズルに対して、(B)の台形状波形の振幅Vpp3が小さい状態検出用波形c3を印加する。 On the contrary, the amplitude Vpp3 of the trapezoidal waveform of (B) is small for a nozzle having a large capacitance C of the piezoelectric element and a large amplitude (Amp-3) as shown by a waveform a3 shown in FIG. A state detection waveform c3 is applied.
図18の(A)のように圧電素子の静電容量のばらつきに応じて残留振動もばらつくと想定される場合は、圧電素子の静電容量Cのばらつきを予め把握して(B)に示すように台形波の振幅Vppを調整すればよい。予めノズル毎の圧電素子の静電容量をノズル固有値記憶手段213へ記憶させ、制御部211の波形制御部216により波形(検出用基準波形)を補正する。
As shown in FIG. 18A, when it is assumed that the residual vibration varies depending on the variation in the capacitance of the piezoelectric element, the variation in the capacitance C of the piezoelectric element is grasped in advance and shown in FIG. Thus, the trapezoidal wave amplitude Vpp may be adjusted. The capacitance of the piezoelectric element for each nozzle is stored in advance in the nozzle
このように、圧電素子の静電容量に応じて、印加する状態検出用波形を印加すると、発生する残留振動波形はばらつかなくなる。これにより、ノズル状態を正確に検出することが可能である。 As described above, when the state detection waveform to be applied is applied according to the capacitance of the piezoelectric element, the generated residual vibration waveform does not vary. Thereby, it is possible to detect a nozzle state correctly.
なお、あるいは、図18(B)で示すように、振幅Vppの異なる検出用波形を用意し、対応するノズル径毎に検出波形を選択して検出用波形を調整してもよい。 Alternatively, as shown in FIG. 18B, detection waveforms having different amplitudes Vpp may be prepared, and the detection waveform may be adjusted by selecting the detection waveform for each corresponding nozzle diameter.
図17、及び図18の例では、ノズル径又は圧電素子の静電容量のどちらか一方がばらつく例を説明したが、実際は、ノズル径及び圧電素子の静電容量の両方がばらつくことがあり得る。よって、状態検出用波形となる台形状波形の周波数(ピーク幅)及び振幅Vppの両方を調整することが好適となる。 In the examples of FIGS. 17 and 18, the example in which either the nozzle diameter or the capacitance of the piezoelectric element varies has been described, but in actuality, both the nozzle diameter and the capacitance of the piezoelectric element may vary. . Therefore, it is preferable to adjust both the frequency (peak width) and the amplitude Vpp of the trapezoidal waveform that becomes the state detection waveform.
ここで、補正の一例として、ノズル径とピエゾの静電容量から状態検出用波形を記憶した、テーブルを基に算出する方法を説明する。 Here, as an example of correction, a method of calculating based on a table storing a state detection waveform from the nozzle diameter and the piezoelectric capacitance will be described.
図19は、ノズル径及び圧電素子の静電容量に応じた状態検出用波形の振幅と周波数の補正率を例示するテーブルである。テーブルの縦が圧電素子の静電容量Cで、横がノズル径Dとなっている。 FIG. 19 is a table illustrating the amplitude and frequency correction rate of the state detection waveform according to the nozzle diameter and the capacitance of the piezoelectric element. The vertical length of the table is the capacitance C of the piezoelectric element, and the horizontal length is the nozzle diameter D.
これらの固有値により導き出された結果において、上のマスは状態検出用波形での振幅Vppに対して、下のマスは周波数fに対する補正率を示す。この表より残留振動を検出する状態検出用波形における周波数と振幅の補正率を導きだすことができる。 In the results derived from these eigenvalues, the upper cell indicates the amplitude Vpp in the state detection waveform, and the lower cell indicates the correction factor for the frequency f. From this table, the frequency and amplitude correction factors in the state detection waveform for detecting residual vibration can be derived.
検出用基準波形データを構成する平均値は表におけるノズル径がD4、静電容量がC4とする。このとき補正率は1である。この表を使用した補正率導出の例として、ノズル径がD5、静電容量がC2である場合、状態検出用波形データでの周波数の補正率は0.9、振幅の補正率は1.45となる。同様に、ノズル径がD2、静電容量がC5である場合、状態検出用波形での周波数の補正率は1.2、振幅の補正率は0.75となる。 The average value constituting the reference waveform data for detection is a nozzle diameter of D4 and a capacitance of C4 in the table. At this time, the correction factor is 1. As an example of the correction rate derivation using this table, when the nozzle diameter is D5 and the capacitance is C2, the frequency correction rate in the state detection waveform data is 0.9, and the amplitude correction rate is 1.45. It becomes. Similarly, when the nozzle diameter is D2 and the capacitance is C5, the frequency correction rate in the state detection waveform is 1.2, and the amplitude correction rate is 0.75.
このようにテーブルを用いて制御することで、ノズル径や静電容量などから振動周波数や振幅を把握し、この振動周波数より求めたノズル毎の状態検出用波形を用いることで、残留振動によりノズル毎の異常状態を高精度で検出することが可能となる。 By controlling using the table in this way, the vibration frequency and amplitude are grasped from the nozzle diameter, capacitance, etc., and the state detection waveform for each nozzle obtained from this vibration frequency is used. Each abnormal state can be detected with high accuracy.
図20は、図19に示すテーブルに基づいて補正した、状態検出用波形を印加したときの残留振動波形の例である。 FIG. 20 is an example of a residual vibration waveform when a state detection waveform is applied, corrected based on the table shown in FIG.
例えば、図19において、ほほ中央部に示すようにノズル径=D4、静電容量=C4であるとき、{周波数1f,台形状波形の振幅1Vpp}である検出用基準波形を印加する。
For example, in FIG. 19, when the nozzle diameter is D4 and the capacitance is C4 as shown at the center, a detection reference waveform having {
図19の左上に示すようにノズル径=D2、静電容量=C2であるときノズル径が小さいため周波数が高く、静電容量が小さいため振幅が小さくなる。よって、図20に示すように、検出用基準波形を補正した{周波数1.2f,台形状波形の振幅1.45Vpp}の状態検出用波形を印加する。 As shown in the upper left of FIG. 19, when nozzle diameter = D2 and capacitance = C2, the nozzle diameter is small, so the frequency is high, and the capacitance is small, so the amplitude is small. Therefore, as shown in FIG. 20, a state detection waveform of {frequency 1.2f, trapezoidal waveform amplitude 1.45Vpp} obtained by correcting the detection reference waveform is applied.
例えば、図19において、右下に示すようにノズル径=D5、静電容量=C5であるときノズル径が大きいため周波数が低く、静電容量が大きいため振幅が大きくなる。よって、図20に示すように、検出用基準波形を補正した{周波数1.2f,台形状波形の振幅1.45Vpp}の状態検出用波形を印加する。 For example, in FIG. 19, when the nozzle diameter is D5 and the capacitance is C5, the frequency is low because the nozzle diameter is large and the amplitude is large because the capacitance is large. Therefore, as shown in FIG. 20, a state detection waveform of {frequency 1.2f, trapezoidal waveform amplitude 1.45Vpp} obtained by correcting the detection reference waveform is applied.
<第2の実施形態>
本実施形態では、第1の実施形態とは異なり、ノズル固有値記憶手段213(図12参照)は、予めではなく、標準波形(固有値検出用波形)印加後に検知された残留振動波形を基に算出されたノズル固有値を記憶している。
<Second Embodiment>
In this embodiment, unlike the first embodiment, the nozzle eigenvalue storage means 213 (see FIG. 12) is calculated based on the residual vibration waveform detected after applying the standard waveform (eigenvalue detection waveform), not in advance. The nozzle unique value is stored.
詳しくは、波形生成部212は、状態に異常が起こる前に、ノズル正常状態において、所定の標準波形を圧電素子35へ印加し、残留振動検知部240は、標準波形を前記圧電素子へ印加した後に圧力室27内の液体に発生する残留振動を検知する。そして、演算部37は、前記標準波形の印加後に発生した前記残留振動を基に、ノズル毎の固有値を算出する。
Specifically, the
この場合、算出されたノズル毎の固有値は、標準波形の印加後に発生した残留振動の減衰比および/または該残留振動の周波数である。 In this case, the calculated eigenvalue for each nozzle is a damping ratio of residual vibration generated after application of the standard waveform and / or a frequency of the residual vibration.
例えば、上述のように、第1の実施形態のように、製造時のノズルの固有値を予め記憶する場合は、例えば標準温度で測定したものを記憶している。しかし、外気の変化により、インクの温度が変化すると、同じインクでも残留振動の挙動が異なる。このような場合、状態検出振動を印加することにより、残留振動波形の検知を行う前に、標準波形を印加して残留振動を検出し、ノズル毎の固有値を再設定するとさらに好ましい。 For example, as described above, when the unique value of the nozzle at the time of manufacture is stored in advance as in the first embodiment, for example, the value measured at the standard temperature is stored. However, if the temperature of the ink changes due to a change in the outside air, the behavior of residual vibration differs even with the same ink. In such a case, it is more preferable to apply a state detection vibration to detect the residual vibration by applying a standard waveform and reset the eigenvalue for each nozzle before detecting the residual vibration waveform.
そして、波形制御部216は、算出されたノズル毎の固有値に応じて、検出用基準波形データを補正して状態検出用波形データを生成する。そして波形生成部212が、状態検出用波形データを基に、状態検出用波形が生成して圧電素子35へ印加する。
Then, the
図21は、本発明の第2の実施形態におけるノズル毎の固有値を取得するフローを説明するフローチャートである。 FIG. 21 is a flowchart for explaining a flow for acquiring eigenvalues for each nozzle in the second embodiment of the present invention.
まず、制御部211(駆動制御部215)1つ目のノズルを指定する(S1)。 First, the control unit 211 (drive control unit 215) designates the first nozzle (S1).
指定されたノズル(に対応する圧電素子35x)に、波形生成部212は所定の標準波形を印加して、残留振動検知部240が残留振動を検出する(S2)。
The
次に、制御部211の演算部217が該標準波形印加後に発生した残留振動波形の減衰比と周波数を算出して求め、固有値としてノズル固有値記憶部213へ記憶する(S3)。
Next, the
そして、すべてのノズル(α個分)におけるノズル毎の固有値を取得するまでこれを繰り返す(S4、S5)。 This is repeated until eigenvalues for each nozzle are obtained for all nozzles (for α) (S4, S5).
このようにノズル毎の固有値を算出して求めることで、製造後に発生したインクジェット記録ヘッドのノズルの形状や圧電素子の静電容量の経年変化(劣化)や温度の変化も考慮して。状態異常の判定ができる。そのため、より高精度な異常の判定が可能となる。 In this way, by calculating and obtaining the unique value for each nozzle, the shape of the nozzle of the ink jet recording head generated after manufacture, the secular change (deterioration) of the capacitance of the piezoelectric element, and the temperature change are also taken into consideration. It is possible to determine the status abnormality. Therefore, it is possible to determine the abnormality with higher accuracy.
ここで、一例として、予め検出した残留振動の周波数と振幅から状態検出用波形を補正する方法を、テーブルを用いて示す。図22は、固有値検出用波形の残留振動波形の周波数及び減衰比に応じた状態検出用波形の補正率を例示するテーブルである。 Here, as an example, a method for correcting the state detection waveform from the frequency and amplitude of the residual vibration detected in advance is shown using a table. FIG. 22 is a table illustrating the correction factor of the state detection waveform according to the frequency and damping ratio of the residual vibration waveform of the eigenvalue detection waveform.
図22において、テーブルの縦が検出した残留振動の減衰比で、横が検出した残留振動の周波数となっている。これらの固有値により導き出された結果において、上のマスは状態検出用波形での振幅に対して、下のマスは周波数に対する補正率である。この表より印加する状態検出用波形における周波数と振幅の補正率を導きだすことができる。 In FIG. 22, the vertical length of the table is the residual vibration attenuation ratio detected, and the horizontal frequency is the detected residual vibration frequency. In the results derived from these eigenvalues, the upper cell is the amplitude in the state detection waveform, and the lower cell is the correction factor for the frequency. From this table, the frequency and amplitude correction factors in the applied state detection waveform can be derived.
上記平均値は表における、検出した残留振動における周期T4、残留振動における減衰比ζ4とする。このとき補正率は1である。 The average value is the period T4 in the detected residual vibration and the damping ratio ζ4 in the residual vibration in the table. At this time, the correction factor is 1.
この表を使用した補正率導出の例として、固有値検出用波形(標準波形)の残留振動波形の検出した周期TdがT2、減衰比がζ5であった場合、状態検出用波形での周波数fの補正率は1.2、振幅の補正率は0.75となる。 As an example of deriving the correction factor using this table, when the detected period Td of the residual vibration waveform of the eigenvalue detection waveform (standard waveform) is T2 and the damping ratio is ζ5, the frequency f in the state detection waveform is The correction rate is 1.2, and the amplitude correction rate is 0.75.
同様に、固有値検出用波形の残留振動波形の周期TdがT5、減衰比がζ2であった場合、状態検出用波形での周波数fの補正率は0.9、振幅Vppの補正率は0.75となる。 Similarly, when the period Td of the residual vibration waveform of the eigenvalue detection waveform is T5 and the damping ratio is ζ2, the correction rate of the frequency f in the state detection waveform is 0.9, and the correction rate of the amplitude Vpp is 0. 75.
図23は、固有値検出用波形の残留振動波形に応じた状態検出用波形の波形制御を例示する図である。(A)は同じ状態検出用波形(標準波形)を複数のノズルに印加したときの残留振動波形を示す。(B)は(A)の波形を取得時の比較器からの出力波形(二山目の立ち上がりから三山目の立ち上がりまで)、(C)は(A)での残留振動で検出した波形より補正した状態検出用波形を印加したときの残留振動波形である。 FIG. 23 is a diagram illustrating waveform control of the state detection waveform according to the residual vibration waveform of the eigenvalue detection waveform. (A) shows a residual vibration waveform when the same state detection waveform (standard waveform) is applied to a plurality of nozzles. (B) is the output waveform from the comparator at the time of acquiring the waveform of (A) (from the rise of the second mountain to the rise of the third mountain), (C) is corrected from the waveform detected by the residual vibration in (A) 6 is a residual vibration waveform when the state detection waveform is applied.
図23の(A)での波形e2は目標値としたノズルでの残留振動波形、波形e1と波形e3はばらつきが大きいノズルでの残留振動波形である。図23(A)では残留振動波形の振幅がばらついていることがわかる。図23(A)の波形の振幅から算出する減衰比は、e1の減衰率が大きく、e3の減衰比率が小さい。例えば、図23(A)の波形について、図22の相関テーブルを参照すると、波形e1は、減衰率ζ5(大)であり、波形e2は、減衰率ζ4(標準)であり、波形e3は、減衰率ζ2(小)である。 In FIG. 23A, a waveform e2 is a residual vibration waveform at the nozzle set as a target value, and waveforms e1 and e3 are residual vibration waveforms at nozzles with large variations. FIG. 23A shows that the amplitude of the residual vibration waveform varies. The attenuation ratio calculated from the amplitude of the waveform in FIG. 23A has a large e1 attenuation ratio and a small e3 attenuation ratio. For example, referring to the correlation table in FIG. 22 for the waveform in FIG. 23A, the waveform e1 has an attenuation rate ζ5 (large), the waveform e2 has an attenuation rate ζ4 (standard), and the waveform e3 has The attenuation rate is ζ2 (small).
さらに、図22(B)では比較器243(図12、図13参照)により、周期Td1、Td2、Td3を検出した結果を示している。検出した周期はTd1(波形e1)<Td2(波形e2)<Td3(波形e3)であるため、残留振動波形の周波数はf(波形e1)>f2(波形e2)>f1(波形e3)であることがわかる。例えば、図23(B)の波形について、図22の相関テーブルを参照すると、波形e1は、周期Td1=T2(短)であり、波形e2は、周期Td2=T4(標準)であり、波形e3は、周期Td3=T5(長)である。 Further, FIG. 22B shows a result of detecting periods Td1, Td2, and Td3 by the comparator 243 (see FIGS. 12 and 13). Since the detected period is Td1 (waveform e1) <Td2 (waveform e2) <Td3 (waveform e3), the frequency of the residual vibration waveform is f (waveform e1)> f2 (waveform e2)> f1 (waveform e3). I understand that. For example, referring to the correlation table of FIG. 22 for the waveform of FIG. 23B, the waveform e1 has a cycle Td1 = T2 (short), the waveform e2 has a cycle Td2 = T4 (standard), and the waveform e3. Is the cycle Td3 = T5 (long).
この波形e1と波形e3を検出したノズルにおいて、検出波形を波形e2と等しくするために、残留振動で検出した波形をノズル毎固有値記憶手段213に記録し、駆動波形生成部212にて補正した状態検出用波形である波形e'1と波形e'3を印加することでノズル状態を正確に検出することが可能である。
In the nozzle that has detected the waveforms e1 and e3, in order to make the detected waveform equal to the waveform e2, the waveform detected by the residual vibration is recorded in the nozzle-specific
図23(C)は、図23(A)の波形を、図22に示すテーブルに基づいて補正した、状態検出用波形を印加したときの残留振動波形の例である。 FIG. 23C is an example of a residual vibration waveform when a waveform for state detection is applied by correcting the waveform of FIG. 23A based on the table shown in FIG.
例えば、図22(A)に示す波形e2は、図22において、ほほ中央部に示すように検出した残留振動の周期=T4、減衰比=ζ4であるため、{周波数1f,台形状波形の振幅1Vpp}である検出用基準波形(e2')を状態検出用波形として印加する。
For example, the waveform e2 shown in FIG. 22 (A) has a frequency of residual vibration detected as shown in the center of FIG. 22 = T4 and a damping ratio = ζ4, so {
図23(A)の波形e1の波形は、残留振動の周期は短くT2、減衰比が大きくζ5である。よって、図23(C)に示すように、検出用基準波形を補正した{周波数1.2f,台形状波形の振幅0.75Vpp}の状態検出用波形(e1')を印加する。 The waveform e1 in FIG. 23A has a short residual vibration period T2 and a large damping ratio ζ5. Therefore, as shown in FIG. 23C, a state detection waveform (e1 ′) of {frequency 1.2f, trapezoidal waveform amplitude 0.75 Vpp} obtained by correcting the detection reference waveform is applied.
また、図23(A)の波形e1の波形は、残留振動の周期は長く短くT5、減衰比が大小さくζ2である。よって、図23(C)に示すように、検出用基準波形を補正した{周波数0.9f,台形状波形の振幅1.45Vpp}の状態検出用波形(e3')を印加する。 Further, in the waveform e1 in FIG. 23A, the period of the residual vibration is long and short T5, and the damping ratio is large and ζ2. Therefore, as shown in FIG. 23C, a state detection waveform (e3 ′) of {frequency 0.9f, trapezoidal waveform amplitude 1.45 Vpp} obtained by correcting the detection reference waveform is applied.
このようにノズル毎の固有値を状態検出波形とは別に残留振動を発生させて算出値を、テーブルを用いて求めることで、製造後に発生したインクジェット記録ヘッドのノズルの形状や圧電素子の静電容量の経年変化(劣化)や温度も考慮して、状態異常の判定ができる。そのため、より高精度な異常の判定が可能となる。 In this way, the characteristic value for each nozzle is generated separately from the state detection waveform to generate residual vibration and the calculated value is obtained using a table, so that the shape of the nozzle of the inkjet recording head generated after manufacture and the capacitance of the piezoelectric element An abnormal state can be determined in consideration of the secular change (deterioration) and temperature. Therefore, it is possible to determine the abnormality with higher accuracy.
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の実施形態の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。 The preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, but the present invention is not limited to the specific embodiment, and within the scope of the gist of the embodiment of the present invention described in the claims, Various modifications and changes are possible.
20 ノズル
27 圧力室
30 振動板(振動板)
35 圧電素子
200 インクジェット記録ヘッドモジュール(液滴吐出装置)
211 制御部
212 駆動波形生成部(波形生成部)
213 ノズル毎固有値記憶手段(記憶手段)
214 減衰比データ記憶手段
215 駆動制御部
216 波形制御部(検出用波形制御部)
217 演算部
218 判定部
240 残留振動検知部
20
35
213 Eigenvalue storage means (storage means) for each nozzle
214 Attenuation ratio data storage means 215
217
Claims (13)
前記複数のノズルに夫々連通し、液体を収容する複数の圧力室と、
前記複数のノズルに夫々対応して設けられ、振動板を介して複数の圧力室とそれぞれ対向するよう配置される複数の圧電素子と、
前記圧力室内に残留振動を生じさせて前記ノズル又は前記圧力室内の前記液体の状態を検出するために、状態検出用波形データを基に状態検出用波形を生成し前記圧電素子へ印加する波形生成部と、
ノズル毎の固有値としてノズル毎のノズル径を記憶する記憶手段と、
前記ノズル毎のノズル径に応じて、検出用基準波形データを補正して、前記波形生成部で用いられる前記状態検出用波形データを生成する、制御部と、を備える、
液滴吐出装置。 Multiple nozzles,
A plurality of pressure chambers respectively communicating with the plurality of nozzles and containing a liquid;
A plurality of piezoelectric elements provided corresponding to the plurality of nozzles, respectively, and arranged to face the plurality of pressure chambers via the diaphragm,
Waveform generation that generates a state detection waveform based on the state detection waveform data and applies it to the piezoelectric element in order to generate residual vibration in the pressure chamber and detect the state of the liquid in the nozzle or the pressure chamber And
Storage means for storing the nozzle diameter for each nozzle as a unique value for each nozzle ;
A controller that corrects reference waveform data for detection according to the nozzle diameter of each nozzle and generates the waveform data for state detection used in the waveform generator;
Droplet discharge device.
前記複数のノズルに夫々連通し、液体を収容する複数の圧力室と、
前記複数のノズルに夫々対応して設けられ、振動板を介して複数の圧力室とそれぞれ対向するよう配置される複数の圧電素子と、
前記圧力室内に残留振動を生じさせて前記ノズル又は前記圧力室内の前記液体の状態を検出するために、状態検出用波形データを基に状態検出用波形を生成し前記圧電素子へ印加する波形生成部と、
ノズル毎の固有値として圧電素子毎の静電容量を記憶する記憶手段と、
それぞれのノズルに対応する前記圧電素子毎の静電容量に応じて、検出用基準波形データを補正して、前記波形生成部で用いられる前記状態検出用波形データを生成する、制御部と、を備える、
液滴吐出装置。 Multiple nozzles,
A plurality of pressure chambers respectively communicating with the plurality of nozzles and containing a liquid;
A plurality of piezoelectric elements provided corresponding to the plurality of nozzles, respectively, and arranged to face the plurality of pressure chambers via the diaphragm,
Waveform generation that generates a state detection waveform based on the state detection waveform data and applies it to the piezoelectric element in order to generate residual vibration in the pressure chamber and detect the state of the liquid in the nozzle or the pressure chamber And
Storage means for storing the capacitance of each piezoelectric element as a specific value for each nozzle;
A control unit that corrects the reference waveform data for detection according to the capacitance of each piezoelectric element corresponding to each nozzle and generates the waveform data for state detection used in the waveform generation unit; Prepare
Droplet discharge device.
前記複数のノズルに夫々連通し、液体を収容する複数の圧力室と、
前記複数のノズルに夫々対応して設けられ、振動板を介して複数の圧力室とそれぞれ対向するよう配置される複数の圧電素子と、
前記圧力室内に残留振動を生じさせて前記ノズル又は前記圧力室内の前記液体の状態を検出するために、状態検出用波形データを基に状態検出用波形を生成し前記圧電素子へ印加する波形生成部と、
ノズル毎の固有値として、ノズル径及び圧電素子の静電容量を記憶する記憶手段と、
前記ノズル毎のノズル径、及びそれぞれのノズルに対応する前記圧電素子毎の静電容量に応じて、検出用基準波形データを補正して、前記波形生成部で用いられる前記状態検出用波形データを生成する、制御部と、を備える、
液滴吐出装置。 Multiple nozzles,
A plurality of pressure chambers respectively communicating with the plurality of nozzles and containing a liquid;
A plurality of piezoelectric elements provided corresponding to the plurality of nozzles, respectively, and arranged to face the plurality of pressure chambers via the diaphragm,
Waveform generation that generates a state detection waveform based on the state detection waveform data and applies it to the piezoelectric element in order to generate residual vibration in the pressure chamber and detect the state of the liquid in the nozzle or the pressure chamber And
Storage means for storing the nozzle diameter and the capacitance of the piezoelectric element as the eigenvalue for each nozzle;
According to the nozzle diameter for each nozzle and the electrostatic capacity for each piezoelectric element corresponding to each nozzle, the reference waveform data for detection is corrected, and the waveform data for state detection used in the waveform generation unit is corrected. Generating a control unit,
Droplet discharge device.
前記複数のノズルに夫々連通し、液体を収容する複数の圧力室と、
前記複数のノズルに夫々対応して設けられ、振動板を介して複数の圧力室とそれぞれ対向するよう配置される複数の圧電素子と、
前記圧力室内に残留振動を生じさせて前記ノズル又は前記圧力室内の前記液体の状態を検出するために、状態検出用波形データを基に状態検出用波形を生成し前記圧電素子へ印加する波形生成部と、
ノズル毎の固有値を記憶する記憶手段と、
前記ノズル毎の固有値に応じて、検出用基準波形データを補正して、前記波形生成部で用いられる前記状態検出用波形データを生成する、制御部と、
残留振動検知部と、
演算部と、を備え、
前記波形生成部は、ノズル正常状態において、所定の標準波形を前記圧電素子へ印加し、
前記残留振動検知部は、前記標準波形を前記圧電素子へ印加した後に前記圧力室内の液体に発生する前記残留振動を検知し、
前記演算部は、前記標準波形の印加後に発生した前記残留振動を基に、ノズル毎の固有値を算出し、
前記制御部は、算出された前記ノズル毎の固有値に応じて、前記検出用基準波形データを補正して前記状態検出用波形データを生成する、
液滴吐出装置。 Multiple nozzles,
A plurality of pressure chambers respectively communicating with the plurality of nozzles and containing a liquid;
A plurality of piezoelectric elements provided corresponding to the plurality of nozzles, respectively, and arranged to face the plurality of pressure chambers via the diaphragm,
Waveform generation that generates a state detection waveform based on the state detection waveform data and applies it to the piezoelectric element in order to generate residual vibration in the pressure chamber and detect the state of the liquid in the nozzle or the pressure chamber And
Storage means for storing eigenvalues for each nozzle;
A control unit that corrects reference waveform data for detection according to the eigenvalue for each nozzle and generates the waveform data for state detection used in the waveform generation unit;
A residual vibration detector,
An arithmetic unit,
The waveform generator applies a predetermined standard waveform to the piezoelectric element in a normal nozzle state,
The residual vibration detection unit detects the residual vibration generated in the liquid in the pressure chamber after applying the standard waveform to the piezoelectric element,
The calculation unit calculates a specific value for each nozzle based on the residual vibration generated after application of the standard waveform,
The control unit generates the state detection waveform data by correcting the reference waveform data for detection according to the calculated eigenvalue for each nozzle.
Droplet discharge device.
請求項4に記載の液滴吐出装置。 The calculated eigenvalue for each nozzle is a damping ratio of the residual vibration generated after application of the standard waveform.
The droplet discharge device according to claim 4 .
請求項4に記載の液滴吐出装置。 The calculated characteristic value for each nozzle is a frequency of the residual vibration generated after application of the standard waveform.
The droplet discharge device according to claim 4 .
前記検知した残留振動に基づいて、検出値を算出する演算部と、
前記状態検出用波形を前記圧電素子へ印加した後に発生する前記圧力室内の前記残留振動に基づいて算出した前記検出値に基づいて、前記ノズル又は前記圧力室内の液体に異常があるかどうか判断する判断部と、をさらに備える
請求項1乃至6の何れか一項に記載の液滴吐出装置。 A residual vibration detector for detecting the residual vibration generated in the liquid in the pressure chamber;
An arithmetic unit that calculates a detection value based on the detected residual vibration,
Based on the detection value calculated based on the residual vibration in the pressure chamber generated after applying the state detection waveform to the piezoelectric element, it is determined whether there is an abnormality in the nozzle or the liquid in the pressure chamber. the apparatus according to any one of claims 1 to 6 further comprising a determination unit, a.
請求項7に記載の液滴吐出装置。 The detection value used for determination in the determination unit is an attenuation ratio calculated by the calculation unit based on the residual vibration generated after application of the state detection waveform.
The liquid droplet ejection apparatus according to claim 7 .
請求項7に記載の液滴吐出装置。 The detection value used for determination in the determination unit is a frequency calculated by the calculation unit based on the residual vibration generated after application of the state detection waveform.
The liquid droplet ejection apparatus according to claim 7 .
前記制御部は、前記相関テーブルに応じて、前記検出用基準波形データを補正して前記状態検出用波形データにする、
請求項1乃至9の何れか一項に記載の液滴吐出装置。 The storage means stores a correlation table between the eigenvalue for each nozzle and the waveform for state detection,
The control unit corrects the detection reference waveform data according to the correlation table to obtain the state detection waveform data.
What Re or liquid ejecting device according to one of claims 1 to 9.
画像形成装置。 A droplet discharge device according to any one of claims 1 to 10 , comprising:
Image forming apparatus.
検出用基準波形データを生成するステップと、
ノズル毎の固有値としてのノズル毎のノズル径に応じて、検出用基準波形データを補正して状態検出用波形データを生成するステップと、
前記状態検出用波形データを基に状態検出用波形を生成し前記圧電素子へ印加するステップと、
前記状態検出用波形によって、前記圧力室内の液体の残留振動を生じさせて状態を検出するステップと、備える、
液滴吐出装置の制御方法。 A method for controlling a droplet discharge device according to any one of claims 1 to 10 ,
Generating reference waveform data for detection;
According to the nozzle diameter for each nozzle as the eigenvalue for each nozzle , correcting the reference waveform data for detection and generating waveform data for state detection;
Generating a state detection waveform based on the state detection waveform data and applying the waveform to the piezoelectric element;
Detecting a state by causing residual vibration of the liquid in the pressure chamber by the state detection waveform; and
A method for controlling a droplet discharge device.
検出用基準波形データを生成する処理と、
ノズル毎の固有値としてのノズル毎のノズル径に応じて、検出用基準波形データを補正して状態検出用波形データを生成する処理と、
前記状態検出用波形データを基に状態検出用波形を生成し前記圧電素子へ印加する処理と、
前記状態検出用波形によって、前記圧力室内の液体の残留振動を生じさせて状態を検出する処理と、有する、プログラム。 A program to be executed by the droplet discharge device according to any one of claims 1 to 10 ,
Processing for generating reference waveform data for detection;
According to the nozzle diameter for each nozzle as the eigenvalue for each nozzle , processing for correcting the reference waveform data for detection and generating waveform data for state detection;
Processing for generating a state detection waveform based on the state detection waveform data and applying the waveform to the piezoelectric element;
And a process for detecting a state by causing residual vibration of the liquid in the pressure chamber by the state detection waveform.
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