(57)【要約】【課題】インクジェットヘッドの固有周波数検出方法及び検出装置を提供する。【解決手段】本発明は、圧電体によって駆動されるインクジェットヘッドの圧電体にセンサを結合して固有周波数を検出する方法であって、圧電体に電源を印加する段階と、センサからインクジェットヘッドの振動に応ずるデータの入力を受けて保存する段階と、保存されたデータを変換してインクジェットヘッドの振動波形を出力する段階と、出力された振動波形を分析してインクジェットヘッドの固有周波数を検出する段階と、を含むインクジェットヘッドの固有周波数検出方法は、インクジェットヘッドに対する信頼度の高い固有周波数を測定することができるだけではなく、固有周波数測定に必要とする時間を節約することができる。【選択図】図２
2007301995.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体により駆動されるインクジェットヘッドの前記圧電体にセンサを結合して固有周波数を検出する方法であって、
（ａ）前記圧電体に電源を印加する段階と、
（ｂ）前記センサから前記インクジェットヘッドの振動に応ずるデータの入力を受けて保存する段階と、
（ｃ）前記データを変換して前記インクジェットヘッドの振動波形を出力する段階と、
（ｄ）前記振動波形を分析して前記インクジェットヘッドの固有周波数を検出する段階と、を含むインクジェットヘッドの固有周波数検出方法。
【請求項２】
前記センサは、ＬＤＶ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｏｐｐｌｅｒ  Ｖｉｂｒｏｍｅｔｅｒ)）であり、前記データは時間に対する電圧であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッドの固有周波数検出方法。
【請求項３】
前記段階（ｃ）は、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ)分析モジュールにより行われ、前記振動波形は周波数に対する振幅の値に出力される請求項１に記載のインクジェットヘッドの固有周波数検出方法。
【請求項４】
メンブレインに結合された圧電体を駆動して圧力チャンバを加圧することにより、前記圧力チャンバ内に収容されているインクを前記圧力チャンバに繋がるノズルを介して噴射するインクジェットヘッドの固有周波数を検出する装置であって、
前記圧電体に結合されるセンサと、
前記センサからデータの入力を受けて保存する保存部と、
前記データを前記インクジェットヘッドの振動波形に応ずるように変換する処理部と、
前記処理部により変換された前記データを出力する出力部と、
を含むインクジェットヘッドの固有周波数検出装置。
【請求項５】
前記センサは、ＬＤＶ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｏｐｐｌｅｒ  Ｖｉｂｒｏｍｅｔｅｒ)であり、前記データは時間に対する電圧であることを特徴とする請求項４に記載のインクジェットヘッドの固有周波数検出装置。
【請求項６】
前記処理部は、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ)分析モジュールを含み、前記出力部は周波数に対する振幅の値を出力することを特徴とする請求項４に記載のインクジェットヘッドの固有周波数検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットヘッドの固有周波数検出方法及び検出装置（Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｏｆ  ｍｅａｓｕｒｉｎｇ  ｅｉｇｅｎ  ｖａｌｕｅ  ｏｆ  ｖｉｂｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｉｎｋｊｅｔ  ｈｅａｄ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電体を用いたインクジェットヘッドからインクを吐出する際に、圧力チャンバの固有周波数を抽出してこれに基づいて駆動波形の吐出時間と吐出後の維持時間を圧力チャンバの固有周波数と一致化させることでメニスカスの振動を効果的に抑制して安定に吐出させることができる。ここで、圧力チャンバの固有周波数を検出するためにメニスカスを直接測定する方法が使用されて来た。
【０００３】
図１は、従来技術によるインクジェットヘッド圧力チャンバの固有周波数を検出する装置及び方法を示す概略図である。図１を参照すると、サイン波のような入力波形を圧電駆動機に印加し、ＬＥＤを用いて入力と同期化された光を放出することでストロボスコープ（Ｓｔｒｏｂｏｓｃｏｐｅ)）方法でノズルを観察する。この時、印加される入力波形の周波数を変えながらこれに応ずるメニスカスの振動の大きさを観察して、その中の最大の周波数が圧力チャンバの固有周波数（ｆｃ）となる。このような方式は、ストロボスコープ（Ｓｔｒｏｂｏｓｃｏｐｅ)方法により得られた写真のイメージを介してメニスカスの振動の最大の周波数を定量的に捜しにくいだけでなく周波数を変えながら実験をしなければならないので検出時間が長くなるという問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、インクジェットヘッドのメンブレインから直接振動をピックアップして圧力チャンバの固有周波数を検出することで検出時間を減らしかつ信頼度の高い結果を提供することができるインクジェットヘッドの固有周波数検出方法及び検出装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施形態によれば、圧電体により駆動されるインクジェットヘッドの圧電体にセンサを結合して固有周波数を検出する方法であって、（ａ）圧電体に電源を印加する段階と、（ｂ）センサからインクジェットヘッドの振動に応ずるデータの入力を受けて保存する段階と、（ｃ）データを変換してインクジェットヘッドの振動波形を出力する段階と、（ｄ）振動波形を分析してインクジェットヘッドの固有周波数を検出する段階と、を含むインクジェットヘッドの固有周波数検出方法が提供される。
【０００６】
また、本発明の別の実施形態によれば、メンブレインに結合された圧電体を駆動して圧力チャンバを加圧することで、圧力チャンバ内に収容されているインクを圧力チャンバに繋がるノズルを介して噴射するインクジェットヘッドの固有周波数を検出する装置であって、圧電体に結合されるセンサと、センサからデータの入力を受けて保存する保存部と、データをインクジェットヘッドの振動波形に応ずるように変換する処理部及び処理部により変換されたデータを出力する出力部と、を含むインクジェットヘッドの固有周波数検出装置が提供される。
【０００７】
センサは、ＬＤＶ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｏｐｐｌｅｒ  Ｖｉｂｒｏｍｅｔｅｒ)であり、これによるデータは時間に対する電圧であり得る。段階（ｃ）は、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ)分析モジュールにより行われ、振動波形は周波数に対する振幅の値に出力されることができる。処理部は、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ)分析モジュールを含み、出力部は周波数に対する振幅の値を出力することができる。
【０００８】
上述の以外の別の実施形態、特徴、利点が以下の図面、特許請求の範囲を含む発明の詳細な説明によりさらに明確になる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の好ましい実施例によれば、インクジェットヘッドに対して信頼度の高い固有周波数を測定することができるだけではなく、固有周波数測定に必要となる時間を節約することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明によるインクジェットヘッドの固有周波数検出方法及び検出装置の好ましい実施例を添付図面を参照して詳しく説明するが、添付図面を参照して説明することにおいて、同一であるかまたは対応する構成要素は同一な図面符号を付与してこれに対する重複される説明は略する。
【００１１】
先ず、本発明の一実施例によるインクジェットヘッドの固有周波数検出装置に対して説明する。
【００１２】
図３は、本発明の好ましい一実施例によるインクジェットヘッドの固有周波数測定装置の構成を示すブロック図である。図３を参照すると、流路１１、圧電体１２、メンブレイン１４、圧力チャンバ１６、リザーバ１７、ノズル１８及びリストリクタ１９を含むインクジェットヘッド１０、電源部２０、レーザドップラ振動計３０（ＬＤＶ、Ｌａｓｅｒ  Ｄｏｐｐｌｅｒ  Ｖｉｂｒｏｍｅｔｅｒ)、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ)分析モジュール４０が示されている。
【００１３】
本発明の一実施形態によるインクジェットヘッドの固有周波数検出装置は、メンブレイン１４及びメンブレイン１４の一面に形成される圧電体１２を含むインクジェットヘッドと、圧電体１２に電源を供給する電源部２０と、圧電体１２に繋がって圧電体１２の振動を検出するＬＤＶ３０と、ＬＤＶ３０を介して検出された振動データを保存する保存部（図示せず)及び保存部に保存されたデータをインクジェットヘッドの振動波形に応ずるようにＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ)を介して変換するＦＦＴ分析モジュール４０と、を含むことができる。
【００１４】
本発明の一実施形態によるインクジェットヘッドの圧力チャンバの固有周波数検出装置は直接圧電体１２またはメンブレイン１４の振動を測定して固有周波数を検出することで測定時間を減らしかつ信頼度の高い結果を提供することに特徴がある。
【００１５】
本実施例によるインクジェットヘッド１０は、下部基板１０ｂと、下部基板１０ｂの上部に接合される上部基板１０ａを基本的な構成とし、上部基板１０ａには圧電体１２が結合されることができる。
【００１６】
下部基板１０ｂには、エッチングまたはレーザ蝕刻を介してリザーバ１７、リストリクタ１９、ノズル１８などを形成することができる。下部基板１０ｂの一側には流路１１から流入されたインクを収容することができるリザーバ１７が形成され得るし、他側には印刷のためにインクを吐出することができるノズル１８が形成され得る。一方、リザーバ１７と、追後説明する圧力チャンバ１６を連結するしリザーバ１７から圧力チャンバ１６に伝達されるインクの量を調節するためのリストリクタ１９がリザーバ１７に接して形成されることができる。
【００１７】
リザーバ１７は下部基板１０ｂの一側に形成されることができて、流路１１を介してインクの供給を受けて、リストリクタ１９を介して圧力チャンバ１６にインクを提供することができる。
【００１８】
リストリクタ１９は、リザーバ１７に繋がるし圧力チャンバ１６に繋がることができる。リストリクタ１９はリザーバ１７より小さな断面積で形成されることができるし、圧電体１２により上部基板１０ａが振動する場合リザーバ１７から圧力チャンバ１６に供給されるインクの量を調節することができる。
【００１９】
ノズル１８は圧力チャンバ１６と繋がって形成されることができる。圧電体１２により上部基板１０ａが振動してリザーバ１７から圧力チャンバ１６に供給されたインクがノズル１８に供給されてノズル１８を介して吐出されることで印刷作業が行われることができる。
【００２０】
上部基板１０ａにはエッチングまたはレーザ蝕刻により、流路１１、圧力チャンバ１６、メンブレイン１４を形成することもできる。下部基板１０ｂに形成されたリザーバ１７に対応する上部基板１０ａの一面にはリザーバ１７にインクを供給することができる流路１１が形成されることができ、下部基板１０ｂに形成されたノズル１８に対応する上部基板１０ａの一面には圧力チャンバ１６が形成され得るし、圧力チャンバ１６の上部には圧電体１２と結合されて圧電体１２から振動を収容するメンブレイン１４が形成されることができる。
【００２１】
圧力チャンバ１６は下部基板１０ｂのノズル１８に対応する上部基板１０ａの一面に形成されることができ、リストリクタ１９を介してリザーバ１７と連通されることができる。また、リストリクタ１９と繋がった一面の以外の他面を介してノズル１８と繋がることができる。このような構造により、リストリクタ１９を介してリザーバ１７からインクの供給を受けて、これを再びノズル１８に供給することで印刷作業が可能となる。
【００２２】
メンブレイン１４は、圧力チャンバ１６の上部に形成されることができるが、別途の構造物として上部基板１０ａに結合されることではなく、上部基板１０ａの一部を蝕刻などにより除去して圧力チャンバ１６を形成した後残存する部分がメンブレイン１４として形成されることもできる。メンブレイン１４の上部には圧電体１２が位置することができ、このような構造により圧電体１２から振動が発生すると、これに対応してメンブレイン１４もまた振動することになり、こうして上部基板１０ａが振動することとなる。
【００２３】
圧電体１２は、メンブレイン１４の上面に形成されることができ、電源供給装置２０から電源が印加されるとメンブレイン１４に振動を加えることになりインクジェットプリンタヘッドに駆動力を伝達することができる。インクジェットヘッドの固有周波数を検出するための圧電体１２の振動は、追後説明するＬＤＶ３０により検出されることができる。
【００２４】
このように、各種構造物が形成された上部基板１０ａと下部基板１０ｂを接合してヘッドを完成することができる。
【００２５】
一方、本発明は、インクジェットヘッド圧力チャンバの固有周波数測定装置に関するもので、前記インクジェットヘッドは、図３の実施例を説明するためのことであり、本発明の一実施形態によるインクジェットヘッドの固有周波数測定装置は前記構造のインクジェットヘッドの以外のインクジェットヘッドにも適用されることができる。
【００２６】
電源供給装置２０は圧電体１２と繋がって形成されることができて、圧電体１２に電源を供給すると圧電体１２が振動を発生してメンブレイン１４に振動を伝達するようにすることができる。
【００２７】
ＬＤＶ３０は、圧電体１２の振動を検出することができ、検出された振動を分析し処理して信号化することができるし、処理された信号を電圧または電流の形態で提供することができる。一方、図３を参照すると、実施例ではＬＤＶ３０がメンブレイン１４ではなく圧電体１２の振動を検出するように形成されている。しかし、圧電体１２とメンブレイン１４は効率的な振動の伝達のために一体で結合されているし、よって、圧電体１２とメンブレイン１４の振動は同一な周波数を有することができるので、図３に示した実施例では振動検出の便宜のためにＬＤＶ３０が圧電体１２の振動を検出するように形成したが、設計上の必要により、ＬＤＶ３０がメンブレイン１４の振動を直接検出するように形成することもできる。ＬＤＶ３０により検出された振動データは、以下で説明する保存部（図示せず)に入力されて保存されることができる。一方、図３の実施例では振動検出の手段としてＬＤＶを提示したが、設計上の必要により、多様な公知の振動検出手段に変更することもできる。
【００２８】
保存部（図示せず)は、ＬＤＶ３０を介して検出された振動データの入力を受けて保存することができ、以下で説明するＦＦＴ分析モジュール４０に保存されたデータを提供することができる。
【００２９】
ＦＦＴ分析モジュール４０は、保存部（図示せず)と繋がって保存部（図示せず)に保存されたデータをインクジェットヘッドの振動波形に応ずるように変換することができる。変換されたデータはアスキー形式のデータまたはグラフの形式で提供されることができ、これは、以下で説明する出力部（図示せず)により行われることができる。一方、本実施例では信号変換手段としてＦＦＴ変換モジュール４０を提示したが、設計上の必要により多様な公知の信号変換手段に変更することもできる。
【００３０】
出力部（図示せず)は、ＦＦＴ分析モジュール４０と繋がってＦＦＴ分析モジュール４０によりインクジェットヘッドの振動波形に応ずるように変換されたデータをアスキー形式のデータまたはグラフの形式で提供することができる。一方、出力部はＦＦＴ分析モジュール４０により変換されたデータを周波数に対する振幅の値に出力することもできる。出力部により周波数に対する振幅の値に出力されたデータを分析して使用者はインクジェットヘッドの固有周波数を検出することができる。
【００３１】
以下では、本発明の一実施形態によるインクジェットヘッドの圧力チャンバの固有周波数検出装置の作動に対して説明する。
【００３２】
電源供給装置により圧電体１２に電源が印加されると、圧電体１２は振動を発生させる。圧電体１２により発生した振動は、圧電体１２と一体で結合されて形成されているメンブレイン１４に伝達されるし、メンブレイン１４の振動に応じてインクジェットヘッドはノズル１８を介してインクを吐出させて印刷作業が行われる。一方、圧電体１２の振動によりメンブレイン１４が振動する瞬間にＬＤＶ３０は圧電体１２またはこれと一体で振動するメンブレイン１４の振動を検出し、検出された振動データは保存部（図示せず)に入力されて保存される。保存部（図示せず)に保存されたデータはＦＦＴ分析モジュール３０によりインクジェットヘッドの振動波形に相応するデータに変換され、ＦＦＴ分析モジュールにより変換されたデータは出力部を介してアスキー形式のデータまたはグラフで提供されることができる。この時、出力部は周波数に対する振幅の値を出力することができるし、使用者は出力された値を分析してインクジェットヘッドの固有周波数を検出することができる。
【００３３】
次に、本発明の一実施形態によるインクジェットヘッドの固有周波数検出方法に対して説明する。
【００３４】
図２は、本発明の一実施形態によるインクジェットヘッドの固有周波数検出方法を示す順序図である。図２を参照すると、本発明の一実施例によるインクジェットヘッドの固有周波数検出方法は、Ｓ１００の圧電体に電源を印加する段階と、Ｓ２００の圧電体の振動検出及びデータを保存する段階と、Ｓ３００のデータ変換及び振動波形を出力する段階、及びＳ４００の振動波形分析及び固有周波数検出段階と、を含むことができる。
【００３５】
本発明の一実施形態によるインクジェットヘッドの圧力チャンバの固有周波数検出方法は、直接圧電体１２またはメンブレイン１４の振動を測定して固有周波数を検出することにより測定時間を減らしかつ信頼度の高い結果を提供することに特徴がある。
【００３６】
圧電体に電源を印加する段階であるＳ１００は、電源供給装置２０を介して行われることができ、電源が供給されると圧電体１２は振動を発生させてインクジェットヘッドのメンブレイン１４に振動を伝達することになる。この時、発生する振動が以下で説明する段階であるＳ２００を介して検出され、保存されることができる。
【００３７】
圧電体の振動検出及びデータを保存する段階であるＳ２００は、上述の段階Ｓ１００から発生した圧電体１２の振動をセンサを介して検出してそのデータを保存する段階である。センサとしては、ＬＤＶ３０が使用され得るし、ＬＤＶ３０を介して圧電体１２の振動を検出することができるし、検出された振動データは時間に対する電圧の形態で保存部（図示せず)に保存されることができる。このように保存されたデータは、以下で説明する段階Ｓ３００で変換されて、出力されることができる。一方、本実施例ではセンサとしてＬＤＶ３０を提示したが、設計上の必要により容易く変更することもできる。
【００３８】
データ変換及び振動波形を出力する段階Ｓ３００は、上述の段階Ｓ２００を介して保存されたデータを振動波形に変換し、変換された振動波形を出力する段階である。データの変換は、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ)分析モジュールにより行われることができ、変換されて出力される振動波形は周波数に対する振幅の値を有することもできる。出力される振動波形はアスキー形式のデータまたはグラフで提供されることができる。このように出力される振動波形は、以下で説明する段階Ｓ４００でインクジェットヘッドの固有周波数を検出する資料として使用されることができる。
【００３９】
振動波形分析及び固有周波数検出段階Ｓ４００は、上述の段階Ｓ３００から出力された振動波形を分析して固有周波数を把握、検出する段階である。出力された振動波形を分析してピーク（ｐｅａｋ)が発生する地点の周波数を把握することで固有周波数を把握、検出することができる。
【００４０】
上述した段階Ｓ１００、段階Ｓ２００、段階Ｓ３００、及び段階Ｓ４００を介してインクジェットヘッドの固有周波数を検出することにより信頼度の高い固有周波数を提供することができるだけではなく固有周波数測定に必要とする時間を節約することができる。
【００４１】
以下では、図４及び図５を参照して、本発明の一実施形態によるインクジェットヘッドの固有周波数検出方法及び検出装置により検出された固有周波数の信頼度及びこれを応用したインクジェットヘッドの吐出性能改善に対して説明する。実施例で使用されたインクジェットヘッドの仕様は次の通りである。
【表１】
2007301995.tif 000003
【００４２】
図４は、本発明の一実施例に応じて入力された波形に対して出力された振動波形の「周波数ｖｓ．変位」データを示すグラフである。図４を参照すると、本発明の一実施形態によるインクジェットヘッドの圧力チャンバの固有周波数測定方法及びその装置による上記仕様のインクジェットヘッドの圧力チャンバの周波数特性を確認することができるし５３ｋＨｚ領域でピーク（ｐｅａｋ)を観察することができる。この周波数（５３ｋＨｚ)が固有周波数に該当する。
【００４３】
一方、固有周波数（ｆｃ)は、次のような式に表すことができる。
【数１】
2007301995.tif 000004
【００４４】
ここで、Ｍｎはノズルのイナータンス（Ｉｎｅｒｔａｎｃｅ)であり、Ｍｓはインク供給部のイナータンス（Ｉｎｅｒｔａｎｃｅ)である。そして、Ｃｃは圧力チャンバ（Ｃｈａｍｂｅｒ)のコンプライアンス（Ｃｏｍｐｌｉｃａｎｅ)である。圧力チャンバのコンプライアンス（Ｃｏｏｍｐｌｉａｎｃｅ)は、「圧力チャンバの体積／インクのＳｏｎｉｃ  ｖｅｌｏｃｉｔｙ」で表現されることができる。
【００４５】
上記式を用いて実施例で用いたインクジェットヘッドの圧力チャンバの固有周波数を計算すると５２．３ｋＨｚであって、図４で観察した周波数とほとんど同一であることが分かる。これにより、本発明の一実施形態によるインクジェットヘッドの圧力チャンバの固有周波数測定方法及びその装置により測定された固有周波数が信頼度の高いことが分かる。
【００４６】
図５は、本発明の一実施例により検出された固有周波数を入力波形に適用した場合の出力された振動波形の「周波数に対する変位」のデータを示すグラフである。図５を参照すると、図４の５３ｋＨｚで現れたピークが消えたことを確認できる。これはメニスカスの固有周波数と入力波形の周波数を同期化することによりメニスカス振動を効果的に減殺させて現れた現象である。これにより、高周波吐出時メニスカス残留振動を抑制して安定した吐出性能を確保することができる。
【００４７】
実際製作された１２８個または２５６個のノズルを有するインクジェットヘッドは、製作の偏差によりそれぞれの圧力チャンバの固有周波数が異なることもあり得るので、上述した本発明の一実施形態によるインクジェットヘッドの圧力チャンバの固有周波数検出方法及びその装置によりそれぞれのノズルに該当する圧力チャンバの固有周波数を測定しこれを駆動波形に適用して個別的にヘッドを制御することによりすべてのノズルに対する安定した吐出性能を期待することができる。
【００４８】
上述した実施例以外の多くの実施例が本発明の請求範囲内に存在する。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】従来技術によるインクジェットヘッドの固有周波数を検出する方法を示す概略図である。
【図２】本発明の好ましい一実施例によるインクジェットヘッドの固有周波数の検出方法を示す順序図である。
【図３】本発明の好ましい一実施例によるインクジェットヘッドの固有周波数の検出装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の好ましい一実施例により入力されたデータに対して出力された振動波形の周波数に応ずる変位データを示すグラフである。
【図５】本発明の好ましい一実施例により検出された固有周波数を入力波形に適用した場合の出力された振動波形の周波数に応ずる変位データを示すグラフである。
【符号の説明】
【００５０】
１０  インクジェットヘッド
１２  圧電体
１４  メンブレイン
１６  圧力チャンバ
２０  電源部
３０  ＬＤＶ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｏｐｐｌｅｒ  Ｖｉｂｒｏｍｅｔｅｒ）
４０  ＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）分析モジュール
【図１】
2007301995.tif 000005
【図２】
2007301995.tif 000006
【図３】
2007301995.tif 000007
【図４】
2007301995.tif 000008
【図５】
2007301995.tif 000009