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JP4039261B2 - Natural vibration period measuring device - Google Patents
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JP4039261B2 - Natural vibration period measuring device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体噴射ヘッドから吐出される液滴の飛行速度を測定し、得られた飛行速度を用いて圧力発生室内の液体の固有振動周期を算出する固有振動周期測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
圧力発生室内の液体をノズル開口から液滴として吐出させる液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられるインクジェット式記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機EL(Electro Luminescence)ディスプレー、FED(面発光ディスプレー)等の電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、バイオチップ(生物化学素子)の製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等がある。
【0003】
このような液体噴射ヘッドでは、圧力発生室内の液体に圧力を与える圧力発生手段として圧電振動子を用いたものや発熱素子を用いたものがある。
例えば、圧電振動子を用いた液体噴射ヘッドでは、圧力発生室を部分的に区画する弾性板を圧電振動子等の圧力発生手段を駆動させることで圧力発生室内の液体圧力を変動させ、この液体圧力の変動によってノズル開口から液滴を吐出させる。
また、発熱素子を用いた液体噴射ヘッドでは、発熱素子を圧力発生室に配設し、この発熱素子を急激に加熱することで液体を沸騰させて圧力発生室内に気泡を発生させる。そして、この気泡によって圧力発生室内の液体を加圧し、ノズル開口から液滴を吐出させている。
即ち、これらの液体噴射ヘッドでは、何れも圧力発生室内の液体圧力を変動させることによって液滴を吐出している。
【0004】
この種の液体噴射ヘッドにおいて、圧力発生室内の液体には、圧力発生手段による液体の圧力の変動に伴って、例えば圧力発生室の形状やインクの圧縮性等によって定まる固有振動周期の圧力振動が励起される。そして、この種の液体噴射ヘッドにおいて、液滴の吐出タイミングは、圧力発生室内の液体の固有振動周期に基づいて設定され、液滴の吐出を効率よく行えるように構成されている。
【0005】
ところで、この種の液体噴射ヘッドは、極めて微細な加工や組み立てによって構成されている。このため、圧力発生室の形状やノズル開口の大きさ等の液体の固有振動周期に影響する要素が液体噴射ヘッド毎にばらつき易く、これに伴い圧力発生室内の液体の固有振動周期にもばらつきが生じてしまう。従って全ての液体噴射ヘッドを同じ波形形状の駆動信号で駆動すると、固有振動周期のばらつきに応じて液滴の吐出特性も液体噴射ヘッド毎でばらついてしまう。
そのため、液体噴射ヘッド毎に圧力発生室内の液体に励起される固有振動周期を測定し、測定された固有振動周期に基づいて駆動信号を設定するのが望ましい。
【0006】
固有振動周期を測定する方法としては、例えば、ノズル開口から液滴を吐出させ、吐出された液滴の飛行速度を測定し、得られた飛行速度と駆動信号との相関関係から固有振動周期を算出する方法がある。
【0007】
このような固有振動周期の測定に使用される液滴の飛行速度を測定する装置としては様々なものが挙げられるが、例えば、特許文献1に開示されているような方式のものがある。
この特許文献1に開示されているものは、発光部と受光部の組からなる2組の検出手段(第1及び第2の検出手段)を設け、各検出手段の発光部から発せられる光を、液体噴射ヘッド(記録ヘッド)から吐出された液滴が順次遮ることにより各検出手段の受光部から液滴の通過を検出するように構成されている。そして、第1の検出手段の通過から第2の検出手段の通過までの時間と各検出手段間の距離に基づいて液滴の速度を導出するようになっている。
【0008】
また、上記検出手段を1組だけ設け、液体噴射ヘッドと検出手段間の距離を高精度に制御可能に構成したものもある。この構成の場合、液体噴射ヘッドと検出手段間の距離を互いに異なる第1の距離と第2の距離とに設定し、それぞれ設定した距離において吐出した液滴の通過を検出手段によって検出し、検出時刻の差と、第1の距離及び第2の距離の間の差とに基づいて液滴の速度を導出するようになっている。
【0009】
【特許文献1】
特開平3−71265号公報(第3頁,第2図)
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者の場合、検出手段を2組用意する必要があるため、その分コストを必要とする問題があった。
また、後者の場合、液体噴射ヘッド又は検出手段を高精度に移動させる機構及び制御が必要となり、検出手段が1組であっても構造が複雑となる課題があった。
【0011】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、装置構成を簡素化し且つ低コスト化が可能な固有振動周期測定装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせてノズル開口から液滴を吐出可能に構成した液体噴射ヘッドの前記圧力発生室内の液体に励起される圧力振動の固有振動周期を測定する固有振動周期測定装置において、
前記ノズル開口から吐出される液滴の飛行速度を測定する速度測定手段と、
該速度測定手段によって得られた液滴の飛行速度に基づいて前記圧力振動の固有振動周期を演算する固有振動周期演算手段と、
ノズル開口の位置と交差距離との関係を規定した交差距離テーブルと、を備え、
前記速度測定手段は、
前記液滴の飛行軌跡と第1交差点で交差する第1軌道上、及び、前記液滴の飛行軌跡と前記第1交差点とは異なる第2交差点で交差する第2軌道上に測定用の光を射出する発光部と、
該発光部が射出した測定用の光を受光し、吐出された液滴が前記第1軌道上の光を遮ることで第1パルスを出力し、該液滴が前記第2軌道上の光を遮ることで第2パルスを出力する受光部と、
該受光部から出力される第1パルスと第2パルスの時間差、及び、前記第1交差点から前記第2交差点までの交差距離に基づいて液滴の飛行速度を演算する速度演算部とを備え、
前記液滴の飛行軌跡の一側に前記発光部及び受光部を配置すると共に、交差距離がノズル開口毎によって異なるように発光部及び受光部とは液滴の飛行軌跡を挟んで反対側に測定用の光を反射する1つの反射部を配置し、前記発光部から射出された第1軌道上の光を反射部によって第2軌道上に反射して前記受光部に受光させるように構成し、
前記速度演算部は、各ノズル開口毎の液滴の飛行速度を算出する際に前記交差距離テーブルを参照して各ノズル開口に対応した交差距離を選択することを特徴とする。
【0013】
本発明は、発光部、反射部、及び受光部を上記のような構成にしたので、簡単な構成で液滴の速度を測定することができ、もって装置の低コスト化に寄与することができる。
また、各ノズル開口毎の液滴の飛行速度を算出する際に交差距離テーブルを参照して各ノズル開口に対応した交差距離を選択するので、各ノズル開口毎に対応した交差距離を容易に選択することができ、さらに、仕様が異なる液体噴射ヘッドへの対応も容易である。
【0015】
また、上記構成において、前記発光部はレーザー光源により構成されていることが好ましい。また、前記受光部はフォトダイオードにより構成されていることが好ましい。
【0016】
また、前記第1軌道上の光又は前記第2軌道上の光のうち何れか前記液体噴射ヘッドにより近い方が該液体噴射ヘッドのノズル形成面に略平行となるように前記発光部、前記反射部、及び、前記受光部を配置することもできる。
これにより、上側の軌道上の光をより液体噴射ヘッドに近づけることができるので、狭いスペースに装置を設置する場合でも第1交差点、第2交差点間の交差距離を十分にとることができ、支障なく測定を行うことができる。
なお、「略平行」とは、必ずしも完全に平行であることを意味するものではなく、平行状態から多少の幅をもった範囲も含むことを意味する。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【0018】
図1は、本発明の固有振動周期測定装置の構成を示す図である。図1に示すように、本実施の形態の固有振動周期測定装置1は、本発明の液体噴射ヘッドの一種であるインクジェット式記録ヘッド(以下、単に記録ヘッドという)2を測定対象としている。この記録ヘッド2は、液体状のインク(本発明における液体の一種)を液滴の状態で吐出させ、記録紙等の印刷記録媒体上に文字や画像を記録するインクジェット式プリンタ(画像記録装置)に搭載されるものである。
【0019】
固有振動周期測定装置1は、発光部3、反射部4、及び受光部5からなる光学系6と、記録ヘッド2内の圧電振動子15(図2参照)を駆動するための複数種類の駆動信号COMを発生する駆動信号発生部7と、インク滴(液滴の一種)の飛行速度を演算する速度演算部として機能すると共に圧力発生室30(図2参照)内のインクの固有振動周期Tcを演算する固有振動周期演算手段としても機能する制御部8により概略構成される。
【0020】
ここで、上記記録ヘッド2の構造について、図2を用いて説明する。例示した記録ヘッド2は、複数の圧電振動子15、固定板16、及び、フレキシブルケーブル17等をユニット化した振動子ユニット18と、この振動子ユニット18を収納可能なケース19と、ケース19の先端面に接合される流路ユニット20を備えている。
【0021】
ケース19は、振動子ユニット18を収納し固定するための収納空部21を内部に形成した合成樹脂製のブロック状部材である。この収納空部21は、ケース19の高さ方向を貫通する空部であり、収納される振動子ユニット18の数と同じ数だけ設けられる。そして、振動子ユニット18は、圧電振動子15の先端面を収納空部21の先端側開口に臨ませた状態で収納され、固定板16が収納空部21を区画するケース内壁面に接着されている。
【0022】
圧電振動子15は、圧力発生手段の一種であり、入力された電気エネルギーに応じて変形する電気機械変換素子の一種でもある。本実施形態の圧電振動子15は、30μm〜100μm程度の極めて細い幅の櫛歯状に切り分けられている。また、この圧電振動子15は、圧電体と内部電極とを交互に積層して構成された積層型の圧電振動子であり、圧電体と内部電極との間の電位差に応じ、電界方向と直交する方向に伸縮する。各圧電振動子15は、所謂片持ち梁の状態で固定板16上に取り付けられている。即ち、各圧電振動子15の基端側部分を固定板16上に接合することで、自由端部分を固定板16の縁よりも外側に突出させている。そして、各圧電振動子15の先端面は、それぞれ流路ユニット20の島部23に接合されている。また、フレキシブルケーブル17は、固定板16とは反対側となる基端側部分の表面で各圧電振動子15と電気的に接続されている。
【0023】
流路ユニット20は、流路形成基板25を間に挟んでノズルプレート26を流路形成基板25の一方の表面に配置し、弾性板27をノズルプレート26とは反対側となる他方の表面に配置して接着することで構成されている。
【0024】
上記のノズルプレート26は、ドット形成密度に対応したピッチで複数のノズル開口28−1…28−nを列状に開設したステンレス鋼製の薄いプレートであり、本発明のノズル形成面の一種である。本実施形態では、例えば180dpiのピッチで96個のノズル開口28が開設され、これらのノズル開口28によってノズル列を構成している。
【0025】
上記の流路形成基板25は、ノズルプレート26の各ノズル開口28と同じピッチで圧力発生室30となる空部及びインク供給口31となる溝部を複数形成すると共に、共通インク室32となる空部を形成した板状の部材である。上記の圧力発生室30は、ノズル開口28の列設方向(ノズル列方向)に対して直交する方向に細長い室である。インク供給口31は、共通インク室32と圧力発生室30との間を連通する流路幅の狭い溝である。また、圧力発生室30内における共通インク室32から最も離れた位置には、ノズル開口28と圧力発生室30とを連通するためのノズル連通口33を板厚方向に貫通させた状態で設けている。
【0026】
弾性板27は、支持板35の表面に樹脂フィルム等の弾性体膜36を積層した二重構造である。そして、この弾性板27には、圧力発生室30の一方の開口面を封止するダイヤフラム部37が設けられると共に、共通インク室32の一方の開口面を封止するコンプライアンス部38が設けられている。そして、ダイヤフラム部37は、圧力発生室30に対応した部分の支持板35を環状にエッチング加工することで作製され、弾性体膜36のみの弾性部37´と圧電振動子15が接合される島部23とが設けられている。また、コンプライアンス部38は、共通インク室32に対応する部分の支持板35をエッチング加工で除去し、弾性体膜36のみとしている。
【0027】
上記構成の記録ヘッド2では、駆動信号COMに基づいて圧電振動子15が素子長手方向に伸縮して圧力発生室30の容積を変化させる。これにより圧力発生室30内のインクに圧力変動を生じさせ、この圧力変動を利用してノズル開口28からインク滴を吐出するように構成されている。
【0028】
ここで、吐出されたインク滴の飛行速度は、吐出タイミングにおけるメニスカス(ノズル開口28で露出しているインクの自由表面)の状態、具体的には、メニスカスの張力に応じて変化するものと考えられる。例えば、メニスカスが圧力発生室30側に大きく引き込まれた状態では、吐出方向側に働くメニスカスの張力が大きいので、このタイミングでインク滴を吐出すると飛行速度が高くなる。これは、弓の弦を大きく引っ張った方が、小さく引っ張ったときよりも矢の飛行速度が高速になるのと同じ理由である。従って、逆に、メニスカスが吐出側に大きく盛り上がった状態では、メニスカスの張力は圧力発生室30側に働くので、このタイミングでインク滴を吐出すると飛行速度は低くなる。
【0029】
メニスカスの状態は、圧力発生室30内のインクに励起される固有振動周期Tcで変化するため、インク滴の飛行速度の変化の周期は固有振動周期Tcに対応する。本実施形態においては、吐出タイミングを少しずつずらしながらインク滴を吐出し、それぞれのタイミングでのインク滴の飛行速度を測定し、この飛行速度の変化の周期を利用して圧力発生室30内のインクの固有振動周期Tcを算出するように構成されている。この点の詳細については後述する。
【0030】
上記記録ヘッド2の圧電振動子15を駆動してインク滴を吐出させるための駆動信号COMは、駆動信号発生部7から発生される。この駆動信号発生部7は、図3に示すように、制御部8によって定められた波形形状の駆動信号COMを発生するように構成されている。そして、駆動信号発生部7は、制御部8からのラッチ信号LATをトリガとして駆動信号COMを発生して記録ヘッド2の圧電振動子15に供給するようになっている。
【0031】
上記駆動信号COMは、最低電位VLから最大電位VPまで一定の勾配で電位を上昇させる膨張要素s1と、最大電位VPを一定時間維持する膨張ホールド要素s2と、最大電位VPから最低電位VLまで一定勾配で電位を下降させる吐出要素s3とから構成されている。この駆動信号COMによって圧電振動子15が駆動されると、各ノズル開口28からインク滴が吐出される。
【0032】
なお、膨張要素s1の継続時間、即ち、圧電振動子15への供給時間は、圧力発生室30内のインクに固有振動周期Tcの圧力振動を励起させ得る時間に設定される。そして、圧力振動を効率よく励起させるという目的からすれば、この供給時間は、固有振動周期Tcの設計値以下に設定されることが好ましく、設計値の1/2以下に設定されるのがより好ましい。
【0033】
また、駆動信号発生部7は、複数種類の駆動信号COMを発生するように構成されている。そして、各駆動信号COM毎に、膨張ホールド要素s2の継続時間、即ち、膨張ホールド要素s2の圧電振動子15への供給時間が少しずつ異なるように設定されている。即ち、駆動信号COM毎に膨張ホールド要素s2の継続時間を変えることによって、吐出タイミングが異なるようになっている。この膨張ホールド要素s2の継続時間は、測定されるインク滴の飛行速度について2つの極大値(図5参照)が特定できるような時間の範囲内で設定されている。
【0034】
なお、駆動信号COMとしては図3に示すものには限らない。例えば、図4に示すような波形形状のものを用いることも可能である。この図4の駆動信号COMは、中間電位VMから最大電位VPまで一定の勾配で電位を上昇させる膨張要素ss1と、最大電位VPを一定時間維持する膨張ホールド要素ss2と、最大電位VPから最低電位VLまで一定の急勾配で電位を下降させる吐出要素ss3と、この最低電位VLを一定時間維持する収縮ホールド要素ss4と、最低電位VLから中間電位Vmまで一定勾配で電位を上昇させる制振要素ss5とから構成されている。
この場合においても、駆動信号発生部7は、膨張ホールド要素ss2の継続時間が少しずつ異なるように設定した複数種類の駆動信号COMを出力する。
【0035】
上記記録ヘッド2から吐出されるインク滴の飛行速度は、光学系6と制御部8とにより構成される速度測定手段によって測定される。本実施形態においては、光学系6を、測定用の光(レーザー光)を射出するレーザー光源として機能する発光部3と、この光を反射する反射部4と、反射部4によって反射された光を受光する受光部5とにより構成し、発光部3からの光を反射部4によって反射して受光部5に受光させるように各部を配置した点に特徴を有する。以下、この光学系6の詳細について説明する。
【0036】
光学系6において、発光部3は半導体レーザにより、受光部5はフォトダイオードにより、反射部4は反射鏡によりそれぞれ構成されている。本実施形態においては、発光部3及び受光部5と、各ノズル開口28−1…28−nから吐出されるインク滴の飛行軌跡L1…Ln(以下、適宜、インク滴飛行領域と総称する)との間、及び、反射部4とインク滴飛行領域との間に、それぞれ遮蔽板40a,40bが配置されており、霧状になったインク滴(インクミスト)が各部に付着し難いようになっている。また、この各遮蔽板40a,40bには、光の通過を妨げないように開口部41a,41b,41cが設けられている。
【0037】
上記発光部3は、飛行軌跡L(L1…Ln)に対してそれぞれ第1交差点P1(P1−1…P1−n)で交差する第1軌道O1、及び、この第1交差点P1とは異なる第2交差点P2(P2−1…P2−n)で交差する第2軌道O2に測定用の光を射出するように構成されている。そして、発光部3から射出された第1軌道O1上の光を反射部4によって第2軌道O2上に反射して受光部5に受光させるように各部の位置や向きが設定されている。
【0038】
また、発光部3及び受光部5は、インク滴飛行領域に対して一側(図1では左側)に配置され、反射部4は、発光部3及び受光部5とはインク滴飛行領域を挟んで反対側(図1では右側)に配置されている。このように発光部3及び受光部5を同じ側に配置した構成としたので、発光部と受光部がインク滴飛行領域を挟んで互いに反対側に配置される従来の構成と比較して、配線の取り回しが容易となる。
【0039】
上記受光部5は、発光部3が射出した測定用の光(第2軌道O2上の光)を受光すると共に、ノズル開口28から吐出されたインク滴が軌道O1,O2上の光を遮ることにより受光が中断されると、これに応じてパルス波形を出力するように構成されている。具体的には、図3に示すように、駆動信号COMが圧電振動子15に供給されることによりインク滴が吐出され、このインク滴が第2交差点P2において第2軌道O2上の光を遮ると、受光部5は、第2パルスPL2を出力する。その後交差点P2,P1間の距離(交差距離)xを飛行したインク滴が第1交差点P1において第1軌道O1上の光を遮ると、受光部5は、第1パルスPL1を出力するようになっている。
【0040】
以上のように光学系6を構成することにより、従来のものと比較してより簡単な構成で液滴の速度を測定することが可能となり、もって装置の低コスト化に寄与することができる。
【0041】
次に、上記制御部8について説明する。制御部8は、駆動信号発生部7、発光部3、及び受光部5と電気的に接続されており、各部を制御するように構成されている。この制御部8は、各種制御や計算等を行うCPU10、各種データ処理のための制御ルーチン等を記憶したROM11、各種データの記憶等を行うRAM12、及び、不揮発性の情報記憶部13(例えばEEPROM)等を備えている。
CPU10は、ROM11に記憶された動作プログラムに基づいて固有振動周期測定装置1の各部を制御する。このCPU10は、各ノズル開口28から吐出されたインク滴が軌道O1,O2の光を遮ることにより受光部5から出力されるパルスPL1,PL2に基づいて、各ノズル開口28から吐出されるインク滴の飛行速度を算出する。具体的には、第2パルスPL2の立ち上がりタイミングから第1パルスPL1の立ち上がりタイミングまでの時間Δtと、第2交差点P2から第1交差点P1までの交差距離xとを用いて、計算式v=x/Δtによって液体滴速度vを算出するようになっている。
なお、時間Δtの求め方としては、上記のように両パルスPL1,PL2の立ち上がりタイミングに基づくものに限らず、両パルスPL1,PL2の立ち下がりタイミング等、他のタイミングに基づいて求めるようにしても良い。
【0042】
ここで、第1軌道O1と第2軌道O2との間の距離は、発光部3及び受光部5側から反射部4側に近づくにつれて徐々に短くなっていく。したがって、第1交差点P1−1…P1−nと第2交差点P2−1…P2−nとの間の交差距離x1…xnも各ノズル開口28−1…28−n毎に異なる。このため、制御部8は、各ノズル開口28の位置と交差距離xとの関係を規定した交差距離テーブルを情報記憶部13に記憶している。そして、CPU10は、インク滴の飛行速度vを算出する際、この交差距離テーブルを参照して各ノズル開口28に対応した交差距離xを選択するようになっている。
これにより、各ノズル開口28毎の交差距離xを容易に選択することができ、さらに、測定対象となるヘッドの仕様が変わった場合でも容易に対応することが可能となる。
【0043】
また、CPU10、即ち、制御部8は、算出したインク滴の飛行速度と駆動信号COMの膨張ホールド要素s2(ss2)の継続時間との関係に基づいて、圧力発生室30内のインクの固有振動周期Tcを演算する。
【0044】
以下、固有振動周期Tcの測定についての動作を説明する。
まず、インク滴の飛行速度の測定が行われる。制御部8は発光部3を制御して、インク滴飛行領域、即ち、第1軌道O1上に測定用の光を射出させる。発光部3から射出された第1軌道O1上の光は、反射部4によって第2軌道O2上に反射され、受光部5によって受光される。測定期間中においては、発光部3からは測定用の光が常時射出された状態となる。
【0045】
この状態で、駆動信号発生部7は、制御部8からの制御に基づいて駆動信号COMを記録ヘッド2の圧電振動子15に送る。圧電振動子15はこの駆動信号COMに基づいて伸縮し、ノズル開口28からインク滴を吐出させる。
吐出されたインク滴は飛行軌跡L上を飛行し、まず第2交差点P2において第2軌道O2上の光を遮断する。これにより受光部5による受光が中断され、受光部5からは第2パルスPL2が出力される。その後、インク滴は第2交差点P2から距離xだけ飛行して第1交差点P1において第1軌道O1上の光を遮断する。受光部5はこれに応じて第1パルスPL1を出力する。これにより、制御部8は、図3に示すように、2つのパルスPL1,PL2を得る。
【0046】
そして、制御部8(CPU10)は、2つのパルスPL1,PL2の立ち上がりタイミングの時間差Δtと、交差距離テーブルの各ノズル開口28に対応する交差距離xとに基づいて、インク滴の飛行速度v(=x/Δt)を算出する。
【0047】
このようにして、膨張ホールド要素s2の継続時間が異なる各駆動信号COM毎にインク滴の飛行速度が測定される。そして、制御部8は、測定結果を基に膨張ホールド要素s2の継続時間を横軸とし飛行速度を縦軸としたプロットグラフを作成する。図5は、このプロットグラフの一例を示している。
【0048】
制御部8は、作成したプロットグラフに基づいて、インク滴の飛行速度vについて2つの極大値を特定する。図5の例の場合、E1,E2がこの2つの極大値に相当する。そして極大値E1に対応する継続時T1と極大値E2に対応する継続時間T2との差を、圧力発生室30内のインクに励起される圧力振動の固有振動周期Tcとして出力する。
【0049】
図6は、本発明の第2実施形態における固有振動周期測定装置1の構成を示す図である。この第2の実施形態においては光学系6の各部のレイアウトが上記第1実施形態とは異なる。即ち、第1軌道O1上の光又は第2軌道O2の光のうち何れか記録ヘッド2により近い方、即ち、図6の例では第2軌道O2上の光がノズルプレート26に略平行となるように発光部3、反射部4、及び、受光部5を配置してある。その他の構成は、上記第1実施形態と同様である。本実施形態において、第1実施形態と同一の部分には同一の符号を付してあり、その詳細な説明は省略する。
この第2実施形態によれば、上側の光(第2軌道O2上の光)をより記録ヘッド2に近づけることができるので、狭いスペースに光学系6を設置する場合でも交差点P1,P2間の距離xを十分にとることができ、支障なく測定を行うことができる。
【0050】
ところで、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて種々の変形が可能である。
発光部3と受光部5に関し、上記実施形態においては、記録ヘッド2により近い方(上側)に受光部5を配置し、記録ヘッド2からより遠い方(下側)に発光部3を配置するようにしたが、これらを上下逆の配置、即ち、発光部3を記録ヘッド2により近い方に配置し、受光部5を記録ヘッド2からより遠い方に配置することも可能である。
【0051】
反射部4に関し、上記実施形態においては反射鏡によって構成した例を示したが、反射鏡に替えてプリズムによって構成することもできる。これにより、第1軌道O1上の光及び第2軌道O2上の光を互いに平行に揃えることができ、交差点P1,P2間の交差距離xを全てのノズル開口28に対して同一の値に定めることが出来る。従って、より高精度にインク滴の飛行速度を測定することが可能となると共に、飛行速度の計算時に交差距離テーブルを参照する必要が無くなり、制御が容易となる。
【0052】
以上では、測定対象の液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを挙げて説明したが、本発明の固有振動周期測定装置は、他の液体噴射ヘッドを測定対象とすることができる。例えば、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機EL(Electro Luminescence)ディスプレー、FED(面発光ディスプレー)等の電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、バイオチップ(生物化学素子)の製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 固有振動周期測定装置の構成を説明する図である。
【図2】 記録ヘッドの部分拡大断面図である。
【図3】 駆動信号発生部が出力する駆動信号COMと、受光部が出力するパルス波形を説明する図である。
【図4】 駆動信号発生部が出力する駆動信号COMの他の例を示す図である。
【図5】 駆動信号COMの膨張ホールド要素の継続時間とインク滴の飛行速度との関係を示したプロットグラフの一例を示す図である。
【図6】 第2実施形態における固有振動周期測定装置の構成を説明する図である。
【符号の説明】
1…固有振動周期測定装置,2…記録ヘッド,3…発光部,4…反射部,5…受光部,6…光学系,7…駆動信号発生部,8…制御部,10…CPU,11…ROM,12…RAM,13…情報記憶部,15…圧電振動子,16…固定板,17…フレキシブルケーブル,18…振動子ユニット,19…ケース,20…流路ユニット,21…収納空部,23…島部,25…流路形成基板,26…ノズルプレート,27…弾性板,28…ノズル開口,30…圧力発生室,31…インク供給口,32…共通インク室,33…ノズル連通口,35…支持板,36…弾性体膜,37…ダイヤフラム部,38…コンプライアンス部,40…遮蔽板,41…開口部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a natural vibration period measuring apparatus that measures a flight speed of a droplet ejected from a liquid ejecting head and calculates a natural vibration period of a liquid in a pressure generation chamber using the obtained flight speed.
[0002]
[Prior art]
Examples of the liquid ejecting head for ejecting the liquid in the pressure generating chamber as droplets from the nozzle openings include, for example, an ink jet recording head used for an image recording apparatus such as a printer, and a color material ejecting used for manufacturing a color filter such as a liquid crystal display. There are an electrode material ejecting head used for forming electrodes such as a head, an organic EL (Electro Luminescence) display, and an FED (surface emitting display), and a bioorganic matter ejecting head used for manufacturing a biochip (biochemical element).
[0003]
In such a liquid ejecting head, there are those using a piezoelectric vibrator and those using a heating element as pressure generating means for applying pressure to the liquid in the pressure generating chamber.
For example, in a liquid ejecting head using a piezoelectric vibrator, the liquid pressure in the pressure generating chamber is changed by driving a pressure generating means such as a piezoelectric vibrator with an elastic plate that partially partitions the pressure generating chamber. A droplet is ejected from the nozzle opening by a change in pressure.
Further, in a liquid jet head using a heating element, the heating element is disposed in the pressure generating chamber, and the heating element is rapidly heated to boil the liquid and generate bubbles in the pressure generating chamber. Then, the liquid in the pressure generating chamber is pressurized by the bubbles, and droplets are ejected from the nozzle openings.
That is, all of these liquid ejecting heads eject droplets by changing the liquid pressure in the pressure generating chamber.
[0004]
In this type of liquid ejecting head, the liquid in the pressure generating chamber has a pressure vibration having a natural vibration period determined by, for example, the shape of the pressure generating chamber and the compressibility of the ink, as the pressure of the liquid is changed by the pressure generating means. Excited. In this type of liquid ejecting head, the droplet discharge timing is set based on the natural vibration period of the liquid in the pressure generating chamber, and the droplet discharge can be efficiently performed.
[0005]
By the way, this type of liquid jet head is configured by extremely fine processing and assembly. For this reason, factors that affect the natural vibration period of the liquid, such as the shape of the pressure generation chamber and the size of the nozzle opening, are likely to vary from one liquid ejecting head to another, and accordingly, the natural vibration period of the liquid in the pressure generation chamber also varies. It will occur. Accordingly, when all the liquid ejecting heads are driven with the drive signal having the same waveform shape, the droplet ejection characteristics vary depending on the liquid ejecting heads according to the variation in the natural vibration period.
Therefore, it is desirable to measure the natural vibration period excited by the liquid in the pressure generating chamber for each liquid ejecting head and set the drive signal based on the measured natural vibration period.
[0006]
As a method of measuring the natural vibration period, for example, droplets are ejected from the nozzle opening, the flight speed of the ejected liquid droplets is measured, and the natural vibration period is determined from the correlation between the obtained flight speed and the drive signal. There is a way to calculate.
[0007]
There are various apparatuses for measuring the flight speed of the droplet used for the measurement of the natural vibration period. For example, there is a system disclosed in Patent Document 1.
What is disclosed in this Patent Document 1 is provided with two sets of detection means (first and second detection means) consisting of a combination of a light emitting part and a light receiving part, and emits light emitted from the light emitting part of each detection means. The liquid droplets ejected from the liquid ejecting head (recording head) are sequentially blocked to detect the passage of the liquid droplets from the light receiving portion of each detecting means. The velocity of the droplet is derived based on the time from the passage of the first detection means to the passage of the second detection means and the distance between the detection means.
[0008]
There is also a configuration in which only one set of the detection means is provided so that the distance between the liquid jet head and the detection means can be controlled with high accuracy. In the case of this configuration, the distance between the liquid ejecting head and the detection means is set to a first distance and a second distance which are different from each other, and the passage of the ejected droplets is detected by the detection means at each set distance, and the detection is performed. The droplet velocity is derived based on the difference in time and the difference between the first distance and the second distance.
[0009]
[Patent Document 1]
Japanese Unexamined Patent Publication No. 3-71265 (page 3, FIG. 2)
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the former case, since it is necessary to prepare two sets of detection means, there is a problem that the cost is correspondingly required.
In the latter case, a mechanism and control for moving the liquid ejecting head or the detection means with high accuracy are required, and there is a problem that the structure becomes complicated even if there is only one set of detection means.
[0011]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a natural vibration period measuring device capable of simplifying the device configuration and reducing the cost.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
  The present invention has been proposed in order to achieve the above-described object. The liquid jet head is configured to be capable of ejecting liquid droplets from nozzle openings by causing pressure fluctuations in the liquid in the pressure generation chamber. In the natural vibration period measuring device for measuring the natural vibration period of the pressure vibration excited by the liquid,
  Speed measuring means for measuring the flight speed of droplets discharged from the nozzle opening;
  Natural vibration period calculating means for calculating the natural vibration period of the pressure vibration based on the flight speed of the droplet obtained by the speed measuring means;
An intersection distance table defining the relationship between the position of the nozzle opening and the intersection distance;With
  The speed measuring means includes
  Measurement light is emitted on a first trajectory that intersects the flight trajectory of the droplet at a first intersection, and on a second trajectory that intersects the flight trajectory of the droplet and a second intersection different from the first intersection. A light emitting part to be emitted;
  The measurement light emitted from the light-emitting unit is received, and the discharged droplets block the light on the first orbit to output a first pulse, and the droplets emit the light on the second orbit. A light receiving unit that outputs a second pulse by blocking;
  A speed calculation unit that calculates a flight speed of a droplet based on a time difference between the first pulse and the second pulse output from the light receiving unit and an intersection distance from the first intersection to the second intersection;
  While arranging the light emitting unit and the light receiving unit on one side of the flight trajectory of the droplet,The crossing distance varies depending on the nozzle opening.The light emitting unit and the light receiving unit reflect measurement light to the opposite side across the flight trajectory of the dropletOneA reflecting part is arranged, and the light on the first orbit emitted from the light emitting part is reflected on the second orbit by the reflecting part and received by the light receiving part,
  The velocity calculation unit selects an intersection distance corresponding to each nozzle opening with reference to the intersection distance table when calculating the flight speed of the droplet for each nozzle opening.It is characterized by that.
[0013]
  In the present invention, since the light emitting part, the reflecting part, and the light receiving part are configured as described above, the velocity of the droplet can be measured with a simple structure, thereby contributing to cost reduction of the apparatus. .
Also, when calculating the flight speed of droplets for each nozzle opening, the intersection distance corresponding to each nozzle opening is selected by referring to the intersection distance table, so the intersection distance corresponding to each nozzle opening can be easily selected. Furthermore, it is easy to cope with liquid jet heads having different specifications.
[0015]
Moreover, in the said structure, it is preferable that the said light emission part is comprised by the laser light source. Moreover, it is preferable that the said light-receiving part is comprised with the photodiode.
[0016]
In addition, the light emitting unit, the reflection, or the like, so that either the light on the first orbit or the light on the second orbit is closer to the liquid ejecting head is substantially parallel to the nozzle forming surface of the liquid ejecting head. And the light receiving unit can be arranged.
As a result, the light on the upper trajectory can be brought closer to the liquid ejecting head, so that even when the apparatus is installed in a narrow space, the intersection distance between the first intersection and the second intersection can be sufficiently taken, Measurement can be performed without any problem.
Note that “substantially parallel” does not necessarily mean that they are completely parallel, but also includes a range having a slight width from the parallel state.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0018]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a natural vibration period measuring apparatus of the present invention. As shown in FIG. 1, the natural vibration period measuring apparatus 1 according to the present embodiment uses an ink jet recording head (hereinafter simply referred to as a recording head) 2 which is a kind of the liquid jet head of the present invention as a measurement target. The recording head 2 ejects liquid ink (a kind of liquid in the present invention) in the form of liquid droplets and records characters and images on a print recording medium such as recording paper (image recording apparatus). It is to be mounted on.
[0019]
The natural vibration period measuring apparatus 1 includes a plurality of types of driving for driving an optical system 6 including a light emitting unit 3, a reflecting unit 4, and a light receiving unit 5, and a piezoelectric vibrator 15 (see FIG. 2) in the recording head 2. It functions as a drive signal generator 7 that generates a signal COM and a speed calculator that calculates the flight speed of ink droplets (a type of droplet), and the natural vibration period Tc of ink in the pressure generation chamber 30 (see FIG. 2). The control unit 8 also functions as a natural vibration period calculating means for calculating
[0020]
Here, the structure of the recording head 2 will be described with reference to FIG. The illustrated recording head 2 includes a vibrator unit 18 in which a plurality of piezoelectric vibrators 15, a fixed plate 16, a flexible cable 17, and the like are unitized, a case 19 that can store the vibrator unit 18, The flow path unit 20 joined to the front end surface is provided.
[0021]
The case 19 is a block-shaped member made of synthetic resin in which a housing empty portion 21 for housing and fixing the vibrator unit 18 is formed. The storage empty portions 21 are empty portions that penetrate the height direction of the case 19 and are provided in the same number as the number of the vibrator units 18 to be stored. The vibrator unit 18 is housed in a state where the front end surface of the piezoelectric vibrator 15 faces the opening on the front end side of the housing space 21, and the fixing plate 16 is bonded to the inner wall surface of the case that partitions the housing space 21. ing.
[0022]
The piezoelectric vibrator 15 is a kind of pressure generating means, and is also a kind of electromechanical transducer that deforms in accordance with input electric energy. The piezoelectric vibrator 15 of the present embodiment is cut into comb teeth having a very narrow width of about 30 μm to 100 μm. The piezoelectric vibrator 15 is a laminated piezoelectric vibrator configured by alternately laminating piezoelectric bodies and internal electrodes, and is orthogonal to the electric field direction according to the potential difference between the piezoelectric bodies and the internal electrodes. Expand and contract in the direction of Each piezoelectric vibrator 15 is mounted on the fixed plate 16 in a so-called cantilever state. In other words, the base end side portion of each piezoelectric vibrator 15 is joined to the fixed plate 16, so that the free end portion protrudes outward from the edge of the fixed plate 16. And the front end surface of each piezoelectric vibrator 15 is joined to the island part 23 of the flow path unit 20, respectively. In addition, the flexible cable 17 is electrically connected to each piezoelectric vibrator 15 on the surface of the base end side portion that is opposite to the fixed plate 16.
[0023]
In the channel unit 20, the nozzle plate 26 is disposed on one surface of the channel forming substrate 25 with the channel forming substrate 25 interposed therebetween, and the elastic plate 27 is disposed on the other surface opposite to the nozzle plate 26. It is configured by arranging and bonding.
[0024]
The nozzle plate 26 is a thin plate made of stainless steel in which a plurality of nozzle openings 28-1 to 28-n are opened in a row at a pitch corresponding to the dot formation density, and is a kind of nozzle formation surface of the present invention. is there. In the present embodiment, for example, 96 nozzle openings 28 are opened at a pitch of 180 dpi, and these nozzle openings 28 constitute a nozzle row.
[0025]
The flow path forming substrate 25 is formed with a plurality of empty portions serving as pressure generation chambers 30 and groove portions serving as ink supply ports 31 at the same pitch as the nozzle openings 28 of the nozzle plate 26, and empty spaces serving as common ink chambers 32. It is the plate-shaped member which formed the part. The pressure generation chamber 30 is an elongated chamber in a direction orthogonal to the direction in which the nozzle openings 28 are arranged (nozzle row direction). The ink supply port 31 is a groove having a narrow channel width that communicates between the common ink chamber 32 and the pressure generation chamber 30. Further, a nozzle communication port 33 for communicating the nozzle opening 28 and the pressure generation chamber 30 is provided at a position farthest from the common ink chamber 32 in the pressure generation chamber 30 while penetrating in the plate thickness direction. Yes.
[0026]
The elastic plate 27 has a double structure in which an elastic film 36 such as a resin film is laminated on the surface of the support plate 35. The elastic plate 27 is provided with a diaphragm portion 37 that seals one opening surface of the pressure generating chamber 30 and a compliance portion 38 that seals one opening surface of the common ink chamber 32. Yes. The diaphragm portion 37 is manufactured by annularly etching the portion of the support plate 35 corresponding to the pressure generating chamber 30, and an island where the elastic portion 37 ′ including only the elastic film 36 and the piezoelectric vibrator 15 are joined. Part 23 is provided. In addition, the compliance unit 38 removes the support plate 35 corresponding to the common ink chamber 32 by etching and uses only the elastic film 36.
[0027]
In the recording head 2 configured as described above, the piezoelectric vibrator 15 expands and contracts in the longitudinal direction of the element based on the drive signal COM to change the volume of the pressure generating chamber 30. As a result, a pressure fluctuation is generated in the ink in the pressure generating chamber 30, and an ink droplet is ejected from the nozzle opening 28 using the pressure fluctuation.
[0028]
Here, it is considered that the flying speed of the ejected ink droplets changes in accordance with the state of the meniscus (the free surface of the ink exposed at the nozzle opening 28) at the ejection timing, specifically, the meniscus tension. It is done. For example, in a state where the meniscus is drawn largely toward the pressure generating chamber 30 side, the tension of the meniscus acting on the ejection direction side is large, and thus the flight speed increases when ink droplets are ejected at this timing. This is the same reason that the arrow's flying speed is faster when the bowstring is pulled more than when it is pulled smaller. Therefore, conversely, when the meniscus is greatly raised to the discharge side, the meniscus tension acts on the pressure generating chamber 30 side, and thus, when ink droplets are discharged at this timing, the flight speed decreases.
[0029]
Since the meniscus state changes in the natural vibration period Tc excited by the ink in the pressure generation chamber 30, the change period of the flying speed of the ink droplet corresponds to the natural vibration period Tc. In the present embodiment, ink droplets are ejected while the ejection timing is shifted little by little, the flying speed of the ink droplets at each timing is measured, and the period of change in the flying speed is used to calculate the inside of the pressure generating chamber 30. The natural vibration period Tc of the ink is calculated. Details of this point will be described later.
[0030]
A drive signal COM for driving the piezoelectric vibrator 15 of the recording head 2 to eject ink droplets is generated from the drive signal generator 7. As shown in FIG. 3, the drive signal generator 7 is configured to generate a drive signal COM having a waveform shape determined by the controller 8. The drive signal generator 7 generates a drive signal COM using the latch signal LAT from the controller 8 as a trigger and supplies the drive signal COM to the piezoelectric vibrator 15 of the recording head 2.
[0031]
The drive signal COM includes an expansion element s1 that increases the potential with a constant gradient from the minimum potential VL to the maximum potential VP, an expansion hold element s2 that maintains the maximum potential VP for a certain period of time, and a constant from the maximum potential VP to the minimum potential VL. The discharge element s3 lowers the potential with a gradient. When the piezoelectric vibrator 15 is driven by the drive signal COM, ink droplets are ejected from the nozzle openings 28.
[0032]
The duration of the expansion element s1, that is, the supply time to the piezoelectric vibrator 15 is set to a time during which the ink in the pressure generation chamber 30 can excite the pressure vibration of the natural vibration period Tc. For the purpose of efficiently exciting the pressure vibration, the supply time is preferably set to be equal to or less than the design value of the natural vibration period Tc, and more preferably set to be 1/2 or less of the design value. preferable.
[0033]
In addition, the drive signal generator 7 is configured to generate a plurality of types of drive signals COM. The duration of the expansion hold element s2, that is, the supply time of the expansion hold element s2 to the piezoelectric vibrator 15 is set to be slightly different for each drive signal COM. That is, the ejection timing is varied by changing the duration of the expansion hold element s2 for each drive signal COM. The duration of the expansion hold element s2 is set within a time range in which two maximum values (see FIG. 5) can be specified for the flying speed of the ink droplet to be measured.
[0034]
The drive signal COM is not limited to that shown in FIG. For example, a wave shape as shown in FIG. 4 may be used. The drive signal COM in FIG. 4 includes an expansion element ss1 that increases the potential with a constant gradient from the intermediate potential VM to the maximum potential VP, an expansion hold element ss2 that maintains the maximum potential VP for a certain time, and a minimum potential from the maximum potential VP. A discharge element ss3 that lowers the potential with a constant steep slope to VL, a contraction hold element ss4 that maintains this minimum potential VL for a certain period of time, and a damping element ss5 that increases the potential with a constant gradient from the lowest potential VL to the intermediate potential Vm It consists of and.
Even in this case, the drive signal generator 7 outputs a plurality of types of drive signals COM set so that the duration of the expansion hold element ss2 is slightly different.
[0035]
The flying speed of the ink droplets ejected from the recording head 2 is measured by a speed measuring means constituted by the optical system 6 and the control unit 8. In the present embodiment, the optical system 6 is a light emitting unit 3 that functions as a laser light source that emits measurement light (laser light), a reflecting unit 4 that reflects this light, and light reflected by the reflecting unit 4. The light receiving unit 5 is configured to receive light, and is characterized in that each unit is arranged so that the light from the light emitting unit 3 is reflected by the reflecting unit 4 and received by the light receiving unit 5. Details of the optical system 6 will be described below.
[0036]
In the optical system 6, the light emitting part 3 is constituted by a semiconductor laser, the light receiving part 5 is constituted by a photodiode, and the reflecting part 4 is constituted by a reflecting mirror. In the present embodiment, the flight trajectories L1... Ln of ink droplets ejected from the light emitting unit 3 and the light receiving unit 5 and the nozzle openings 28-1 to 28-n (hereinafter collectively referred to as ink droplet flight regions as appropriate). , And between the reflecting portion 4 and the ink droplet flying region, shielding plates 40a and 40b are respectively arranged so that the mist-like ink droplets (ink mist) are difficult to adhere to each portion. It has become. Each of the shielding plates 40a, 40b is provided with openings 41a, 41b, 41c so as not to hinder the passage of light.
[0037]
The light emitting unit 3 includes a first trajectory O1 that intersects the flight trajectory L (L1... Ln) at a first intersection P1 (P1-1... P1-n), and a first trajectory different from the first intersection P1. Measurement light is emitted to the second orbit O2 intersecting at two intersections P2 (P2-1... P2-n). And the position and direction of each part are set so that the light on the 1st track | orbit O1 inject | emitted from the light emission part 3 may be reflected on the 2nd track | orbit O2 by the reflection part 4, and the light-receiving part 5 light-receives.
[0038]
The light emitting unit 3 and the light receiving unit 5 are arranged on one side (left side in FIG. 1) with respect to the ink droplet flying region, and the reflecting unit 4 sandwiches the ink droplet flying region with the light emitting unit 3 and the light receiving unit 5. It is arranged on the opposite side (right side in FIG. 1). Since the light emitting unit 3 and the light receiving unit 5 are arranged on the same side in this way, the wiring is compared with the conventional configuration in which the light emitting unit and the light receiving unit are arranged on opposite sides of the ink droplet flight region. Is easy to handle.
[0039]
The light receiving unit 5 receives measurement light emitted from the light emitting unit 3 (light on the second orbit O2), and ink droplets ejected from the nozzle openings 28 block light on the orbits O1 and O2. When light reception is interrupted by this, a pulse waveform is output in response to this. Specifically, as shown in FIG. 3, an ink droplet is ejected by supplying a drive signal COM to the piezoelectric vibrator 15, and this ink droplet blocks light on the second trajectory O2 at the second intersection P2. Then, the light receiving unit 5 outputs the second pulse PL2. Thereafter, when the ink droplet that has flew a distance x (intersection distance) x between the intersections P2 and P1 blocks light on the first trajectory O1 at the first intersection P1, the light receiving unit 5 outputs the first pulse PL1. ing.
[0040]
By configuring the optical system 6 as described above, it becomes possible to measure the velocity of the droplets with a simpler configuration compared to the conventional one, thereby contributing to cost reduction of the apparatus.
[0041]
Next, the control unit 8 will be described. The control unit 8 is electrically connected to the drive signal generation unit 7, the light emitting unit 3, and the light receiving unit 5, and is configured to control each unit. The control unit 8 includes a CPU 10 that performs various controls and calculations, a ROM 11 that stores control routines for various data processing, a RAM 12 that stores various data, and a non-volatile information storage unit 13 (for example, an EEPROM). ) Etc.
The CPU 10 controls each part of the natural vibration period measuring device 1 based on the operation program stored in the ROM 11. The CPU 10 detects the ink droplets ejected from the nozzle openings 28 based on the pulses PL1 and PL2 output from the light receiving unit 5 when the ink droplets ejected from the nozzle openings 28 block the light on the tracks O1 and O2. Calculate the flight speed. Specifically, using the time Δt from the rising timing of the second pulse PL2 to the rising timing of the first pulse PL1 and the intersection distance x from the second intersection P2 to the first intersection P1, the calculation formula v = x The liquid drop velocity v is calculated from / Δt.
The method for obtaining the time Δt is not limited to the one based on the rising timings of the two pulses PL1 and PL2, as described above, but may be obtained based on other timings such as the falling timings of the two pulses PL1 and PL2. Also good.
[0042]
Here, the distance between the 1st track | orbit O1 and the 2nd track | orbit O2 becomes short gradually as it approaches the reflection part 4 side from the light emission part 3 and the light-receiving part 5 side. Accordingly, the intersection distances x1... Xn between the first intersections P1-1... P1-n and the second intersections P2-1. For this reason, the control unit 8 stores an intersection distance table that defines the relationship between the position of each nozzle opening 28 and the intersection distance x in the information storage unit 13. Then, when calculating the flight speed v of the ink droplet, the CPU 10 refers to this intersection distance table and selects the intersection distance x corresponding to each nozzle opening 28.
Thereby, the crossing distance x for each nozzle opening 28 can be easily selected, and it is possible to easily cope with the case where the specification of the head to be measured is changed.
[0043]
Further, the CPU 10, that is, the control unit 8 determines the natural vibration of the ink in the pressure generation chamber 30 based on the relationship between the calculated flying speed of the ink droplet and the duration of the expansion hold element s 2 (ss 2) of the drive signal COM. The period Tc is calculated.
[0044]
Hereinafter, an operation for measuring the natural vibration period Tc will be described.
First, the flying speed of ink droplets is measured. The control unit 8 controls the light emitting unit 3 to emit measurement light onto the ink droplet flight region, that is, the first trajectory O1. The light on the first orbit O <b> 1 emitted from the light emitting unit 3 is reflected on the second orbit O <b> 2 by the reflecting unit 4 and received by the light receiving unit 5. During the measurement period, light for measurement is always emitted from the light emitting unit 3.
[0045]
In this state, the drive signal generation unit 7 sends the drive signal COM to the piezoelectric vibrator 15 of the recording head 2 based on the control from the control unit 8. The piezoelectric vibrator 15 expands and contracts based on the drive signal COM, and ejects ink droplets from the nozzle openings 28.
The ejected ink droplets fly on the flight trajectory L, and first block the light on the second trajectory O2 at the second intersection P2. As a result, the light reception by the light receiving unit 5 is interrupted, and the second pulse PL2 is output from the light receiving unit 5. Thereafter, the ink droplets fly by a distance x from the second intersection P2 and block the light on the first trajectory O1 at the first intersection P1. In response to this, the light receiving unit 5 outputs the first pulse PL1. As a result, the control unit 8 obtains two pulses PL1 and PL2 as shown in FIG.
[0046]
Then, the control unit 8 (CPU 10), based on the time difference Δt between the rising timings of the two pulses PL1 and PL2 and the intersection distance x corresponding to each nozzle opening 28 in the intersection distance table, the ink droplet flight speed v ( = X / Δt).
[0047]
In this way, the flying speed of the ink droplet is measured for each drive signal COM having a different duration of the expansion hold element s2. Then, the control unit 8 creates a plot graph with the duration of the expansion hold element s2 as the horizontal axis and the flight speed as the vertical axis based on the measurement result. FIG. 5 shows an example of this plot graph.
[0048]
The control unit 8 specifies two maximum values for the flying speed v of the ink droplet based on the created plot graph. In the example of FIG. 5, E1 and E2 correspond to these two maximum values. The difference between the duration T1 corresponding to the maximum value E1 and the duration T2 corresponding to the maximum value E2 is output as the natural vibration period Tc of the pressure vibration excited by the ink in the pressure generating chamber 30.
[0049]
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of the natural vibration period measuring device 1 in the second embodiment of the present invention. In the second embodiment, the layout of each part of the optical system 6 is different from that of the first embodiment. That is, either the light on the first orbit O1 or the light on the second orbit O2, which is closer to the recording head 2, that is, the light on the second orbit O2 is substantially parallel to the nozzle plate 26 in the example of FIG. Thus, the light emitting unit 3, the reflecting unit 4, and the light receiving unit 5 are arranged. Other configurations are the same as those in the first embodiment. In the present embodiment, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
According to the second embodiment, since the upper light (light on the second orbit O2) can be brought closer to the recording head 2, even when the optical system 6 is installed in a narrow space, it is between the intersections P1 and P2. The distance x can be taken sufficiently and measurement can be performed without any trouble.
[0050]
By the way, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made based on the description of the scope of claims.
Regarding the light emitting unit 3 and the light receiving unit 5, in the above embodiment, the light receiving unit 5 is arranged closer to the recording head 2 (upper side), and the light emitting unit 3 is arranged farther from the recording head 2 (lower side). However, it is also possible to arrange them upside down, that is, the light emitting unit 3 is arranged closer to the recording head 2 and the light receiving unit 5 is arranged farther from the recording head 2.
[0051]
Although the example which comprised the reflecting part 4 by the reflective mirror in the said embodiment was shown, it can replace with a reflective mirror and can also be comprised by a prism. Thereby, the light on the first orbit O1 and the light on the second orbit O2 can be aligned in parallel with each other, and the intersection distance x between the intersections P1 and P2 is set to the same value for all the nozzle openings 28. I can do it. Therefore, it is possible to measure the flying speed of the ink droplet with higher accuracy, and it becomes unnecessary to refer to the crossing distance table when calculating the flying speed, and the control becomes easy.
[0052]
In the above, an ink jet recording head has been described as an example of a liquid jet head to be measured. However, the natural vibration period measuring device of the present invention can use another liquid jet head as a measurement target. For example, a color material ejecting head used for manufacturing a color filter such as a liquid crystal display, an electrode material ejecting head used for forming an electrode such as an organic EL (Electro Luminescence) display, FED (surface emitting display), and a biochip It can also be applied to bio-organic matter ejecting heads used in the production of
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a natural vibration period measuring apparatus.
FIG. 2 is a partial enlarged cross-sectional view of a recording head.
FIG. 3 is a diagram illustrating a drive signal COM output from a drive signal generation unit and a pulse waveform output from a light receiving unit.
FIG. 4 is a diagram illustrating another example of a drive signal COM output from a drive signal generation unit.
FIG. 5 is a diagram showing an example of a plot graph showing the relationship between the duration of the expansion hold element of the drive signal COM and the flying speed of the ink droplet.
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a natural vibration period measuring device according to a second embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Natural vibration period measuring apparatus, 2 ... Recording head, 3 ... Light emission part, 4 ... Reflection part, 5 ... Light reception part, 6 ... Optical system, 7 ... Drive signal generation part, 8 ... Control part, 10 ... CPU, 11 ... ROM, 12 ... RAM, 13 ... information storage unit, 15 ... piezoelectric vibrator, 16 ... fixed plate, 17 ... flexible cable, 18 ... vibrator unit, 19 ... case, 20 ... flow path unit, 21 ... housing space , 23 ... island part, 25 ... flow path forming substrate, 26 ... nozzle plate, 27 ... elastic plate, 28 ... nozzle opening, 30 ... pressure generating chamber, 31 ... ink supply port, 32 ... common ink chamber, 33 ... nozzle communication Mouth, 35 ... support plate, 36 ... elastic membrane, 37 ... diaphragm part, 38 ... compliance part, 40 ... shielding plate, 41 ... opening

Claims (4)

圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせてノズル開口から液滴を吐出可能に構成した液体噴射ヘッドの前記圧力発生室内の液体に励起される圧力振動の固有振動周期を測定する固有振動周期測定装置において、
前記ノズル開口から吐出される液滴の飛行速度を測定する速度測定手段と、
該速度測定手段によって得られた液滴の飛行速度に基づいて前記圧力振動の固有振動周期を演算する固有振動周期演算手段と、
ノズル開口の位置と交差距離との関係を規定した交差距離テーブルと、を備え、
前記速度測定手段は、
前記液滴の飛行軌跡と第1交差点で交差する第1軌道上、及び、前記液滴の飛行軌跡と前記第1交差点とは異なる第2交差点で交差する第2軌道上に測定用の光を射出する発光部と、
該発光部が射出した測定用の光を受光し、吐出された液滴が前記第1軌道上の光を遮ることで第1パルスを出力し、該液滴が前記第2軌道上の光を遮ることで第2パルスを出力する受光部と、
該受光部から出力される第1パルスと第2パルスの時間差、及び、前記第1交差点から前記第2交差点までの交差距離に基づいて液滴の飛行速度を演算する速度演算部とを備え、
前記液滴の飛行軌跡の一側に前記発光部及び受光部を配置すると共に、交差距離がノズル開口毎によって異なるように発光部及び受光部とは液滴の飛行軌跡を挟んで反対側に測定用の光を反射する1つの反射部を配置し、前記発光部から射出された第1軌道上の光を反射部によって第2軌道上に反射して前記受光部に受光させるように構成し、
前記速度演算部は、各ノズル開口毎の液滴の飛行速度を算出する際に前記交差距離テーブルを参照して各ノズル開口に対応した交差距離を選択することを特徴とする固有振動周期測定装置。
Natural vibration period measurement for measuring the natural vibration period of the pressure vibration excited by the liquid in the pressure generating chamber of the liquid ejecting head configured to cause the liquid fluctuation in the pressure generating chamber to cause the liquid droplet to be discharged from the nozzle opening. In the device
Speed measuring means for measuring the flight speed of droplets discharged from the nozzle opening;
Natural vibration period calculating means for calculating the natural vibration period of the pressure vibration based on the flight speed of the droplet obtained by the speed measuring means;
An intersection distance table that defines the relationship between the position of the nozzle opening and the intersection distance ;
The speed measuring means includes
Measurement light is emitted on a first trajectory that intersects the flight trajectory of the droplet at a first intersection, and on a second trajectory that intersects the flight trajectory of the droplet and a second intersection different from the first intersection. A light emitting part to be emitted;
The measurement light emitted from the light-emitting unit is received, and the discharged droplets block the light on the first orbit to output a first pulse, and the droplets emit the light on the second orbit. A light receiving unit that outputs a second pulse by blocking;
A speed calculation unit that calculates a flight speed of a droplet based on a time difference between the first pulse and the second pulse output from the light receiving unit and an intersection distance from the first intersection to the second intersection;
The light emitting unit and the light receiving unit are arranged on one side of the flight trajectory of the droplet, and the light emitting unit and the light receiving unit are measured on the opposite side of the droplet flight trajectory so that the crossing distance varies depending on the nozzle opening. One reflecting portion that reflects the light for use is arranged, and the light on the first orbit emitted from the light emitting portion is reflected on the second orbit by the reflecting portion and received by the light receiving portion,
The velocity calculation unit selects a crossing distance corresponding to each nozzle opening by referring to the crossing distance table when calculating a flight speed of a droplet for each nozzle opening. .
前記発光部はレーザー光源により構成されていることを特徴とする請求項1に記載の固有振動周期測定装置。The natural vibration period measuring device according to claim 1, wherein the light emitting unit is configured by a laser light source. 前記受光部はフォトダイオードにより構成されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の固有振動周期測定装置。The light receiving portion is the natural vibration period measuring device according to claim 1 or claim 2, characterized in that it is constituted by a photodiode. 前記第1軌道上の光又は前記第2軌道上の光のうち何れか前記液体噴射ヘッドにより近い方が該液体噴射ヘッドのノズル形成面に略平行となるように前記発光部、前記反射部、及び、前記受光部を配置したことを特徴とする請求項1から請求項の何れか一項に記載の固有振動周期測定装置。The light emitting unit, the reflecting unit, and the light on the first orbit, or the light on the second orbit, the one closer to the liquid ejecting head is substantially parallel to the nozzle forming surface of the liquid ejecting head, And the natural light period measuring device according to any one of claims 1 to 3 , wherein said light receiving part is arranged.
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