专利名称：异物检测装置及方法、液滴喷出装置及方法
技术领域：
在此说明的实施方式整体上涉及异物检测装置、异物检测方法、液滴喷出装置和液滴喷出方法。
背景技术：
已知有对液体中存在的异物进行检测的技术。例如已提出有一种在液滴喷出装置中检测喷出的液体中是否有气泡等异物的技木。在这种技术中，例如，根据因存在气泡而发生的振动能级的衰减或残余振动波形来判別有无气泡。但是，这种技术很难对细管路中等这种小区域中存在的气泡等异物进行检测。因此，期望开发ー种能够高精度地检测细管路中等这种小区域中存在的气泡等异物的技木。
发明内容
本发明的实施方式提供ー种能提高异物检测精度的异物检测装置、异物检测方法、液滴喷出装置和液滴喷出方法。实施方式涉及的异物检测装置包括信号发生部、发信部、接收部、保存信息的保存部、和检测部。所述信号发生部产生电信号。所述发信部对所述电信号进行变换，使液体中产生压カ波。所述接收部接收来自所述液体的反射波并变换成电信号。所述保存部保存与所述液体中未含有异物的状态有关的信息。所述检测部根据对所述反射波进行变换后得到的电信号与基于所保存的所述信息的电信号之差，检测有无所述异物和所述异物大小的至少任ー种。根据上述结构，能够提高异物的检测精度。
图1是用于例示第一实施方式涉及的异物检测装置和液滴喷出装置的示意图。图2是用于例示检测定时的示意曲线图。图3A和图加是用于例示关于气泡B的信息的提取的示意曲线图，图3A是用于例示有气泡B时的基于反射波的电信号Sl和没有气泡B时的电信号S2的图，图;3B是用于例示含有关于气泡B的信息的电信号的图。图4是用于例示气泡B的直径尺寸与散射截面积之间的关系的曲线图。
图5是用于例示第二实施方式涉及的异物检测装置和液滴喷出装置的示意图。图6是用于例示第三实施方式涉及的异物检测方法的流程图。图7是用于例示第四实施方式涉及的液滴喷出方法的流程图。
具体实施例方式以下，參照附图，关于实施方式进行例示。再有，各附图中，在相同的结构要素上标记同一符号，并省略详细说明。再有，以下，作为一例，例示了将异物检测装置设置在液滴喷出装置中的情况以及在液滴喷出方法中适用了异物检测方法的情況。但是，异物检测装置和异物检测方法的适用对象不限定于此，可以广泛地适用于对液体中含有的气泡等异物的检测。图1是用于例示第一实施方式涉及的异物检测装置和液滴喷出装置的示意图。液滴喷出装置的驱动方式有“热式”和“压电式”，所述“热式”是由加热产生气泡， 利用膜态沸腾现象来使液体喷出，所述“压电式”是利用压电元件的弯曲位移来使液体喷出，作为一例，在此以压电式为例进行说明。在液滴喷出装置100中设置有压电部101、喷嘴主体102、挠性膜103、喷嘴部104、 衰减部105、盖106和异物检测装置1。压电部101例如可以是将驱动电极101a、部件101b、驱动电极101c、部件101d、驱动电极IOle依次层叠后整体烧结而成的。整体烧结后的压电部101强度变高，而且也容易处理。部件IOlb和部件IOld可以是由压电材料形成的部件。作为压电材料，可以例示压电陶瓷(例如锆钛酸铅)等。驱动电极101a、驱动电极IOlc和驱动电极IOle可以是由铜合金等形成的电极。如后所述，压电部101成为用于使液体喷出的加压源，但也具有异物检测装置1的发信部和接收部的功能。再有，异物检测装置1中设置的信号发生部2，也具有输出用于驱动压电部101作为加压源的电信号的功能。喷嘴主体102中设置有收纳要喷出的液体的液室10加。将液室10 设置成贯通喷嘴主体102的两端部间。液室10 可以是例如具有当量直径尺寸为d的截面的液室。在此，在液室10 的截面形状是圆形的情况下，当量直径尺寸d是其直径尺寸，在液室10 的截面形状是例如多角形等的情况下，当量直径尺寸d是变换成具有相同截面积的圆形截面后的直径尺寸。再有，关于当量直径尺寸d以后详细叙述。此外，与液室10 连通有未图示的流路，通过未图示的流路向液室10 内供给液体。喷嘴主体102可以由例如不锈钢或镍合金等形成。在喷嘴主体102的一个端部设置有挠性膜103。将挠性膜103设置成覆盖液室 102a的开ロ部。此外，在挠性膜103的与设置在喷嘴主体102上的ー侧相反的一侧的面上，设置有压电部101。该情况下，可以将压电部101设置成与液室10 的开ロ部对置，使得由压电部101的弯曲位移产生的压カ波容易传播到液室10 内的液体。再有，在本实施方式中，压电部101成为向喷嘴主体102的设置在一个端部侧的液室10 内的液体施加压カ的加压部。挠性膜103可以由例如不锈钢等形成。在喷嘴主体102的另ー个端部上设置有喷嘴部104。喷嘴部104呈板状，设置有贯通厚度方向的喷嘴孔10如。喷嘴孔10 的一端向液室10 开ロ，另一端向液滴喷出装置 100的外部开ロ。喷嘴部104可以由例如不锈钢或镍合金等形成。在挠性膜103上，包围压电部101的周围设置有衰减部105。在压电部101中产生所谓的主振动，与此同时也产生寄生振动等无用的振动。因此，通过设置衰减部105，使寄生振动等衰减，以降低寄生振动等对主振动的坏影响。衰减部105可以由例如硅橡胶等形成。盖106具备一端开ロ的凹部106a。并且，将盖106设置在挠性膜103上，使得在凹部106a的内部收纳压电部101和衰减部105。此外，在盖106上适当地设置有用于穿过压电部101的配线的未图示的孔等。盖106可以由例如树脂或金属等形成。异物检测装置1中设置有信号发生部2、切換部3、保存部4和检测部5。如前所述，在本实施方式中，压电部101发挥对电信号进行变换并使液体中产生压カ波的发信部和接收反射波并变换成电信号的接收部的功能。再有，反射波中含有基于后述的机械系统振动的波、“由气泡产生的压カ波”、和通过碰到液室10 的壁面或喷嘴部104等而产生的压カ波，这些以后详细叙述。信号发生部2产生用于检测气泡B等异物的电信号。即，产生用于使压电部101 产生具有规定频率的压カ波的电信号。该情况下，信号发生部2可以产生具有满足后述(3) 式或式的频率f的电信号。再有，也可以按照频率的范围，设置多个信号发生部和频率范围切換部。再有，如前所述，信号发生部2也具有输出用于驱动压电部101作为加压源的电信号的功能。切換部3进行电信号的转换。例如，在向压电部101发送来自信号发生部2的电信号的时候，使得向检测部5侧发送该电信号。另ー方面，在向检测部5侧发送来自压电部 101的电信号的时候，使得不向信号发生部2侧发送该电信号。保存部4保存成为基准的信息。例如，可以保存与液体中未含有气泡B等异物的状态有关的信息。与未含有气泡B等异物的状态有关的信息，可以保存预先收集到的该信息。此外，也可以逐次保存从喷出状态等判断并推断为是没有气泡B等异物的状态的信息。检测部5根据由压电部101收集到的信息、即后述的关于反射波的信息和来自保存部4的信息，检测有无气泡B等异物和气泡B等异物大小的至少任ー种。即，检测部5根据对反射波进行变换后得到的电信号与基于所保存的信息的电信号之差，检测有无气泡B 等异物和气泡B等异物大小的至少任ー种。该情况下，检测部5可以如后所述地根据对反射波进行变换后得到的电信号与基于保存部4中所保存的信息的电信号之差的平方，来检测异物大小。此外，检测部5还可以根据对反射波进行变换后得到的电信号与基于保存部4中所保存的信息的电信号之差，求取散射截面积σ sc，从预先求取的气泡B等异物大小与散射截面积ο sc之间的关系，来检测气泡B等异物大小。此外，检测部5可以将关于有无气泡B等异物的检测结果或气泡B等异物大小的检测結果，向外部设备等输出。再有，关于有无气泡B等异物的检测和气泡B等大小的检测的详细内容以后叙述。下面，关于异物检测装置1的作用进行例示。在此，作为一例，以异物是气泡B的情况为例进行说明。图2是用于例示检测定时的示意曲线图。如图2所示，在对图1的压电部101施加了规定的电信号A吋，压电部101动作，向液室10 中补充液体，在电信号A下降期间，进行所述液体从喷嘴孔10 中喷出的动作。 实际上，所述液体从喷嘴孔10 中喷出的动作延迟了补充到液室10 中的所述液体被压迫为止的那段时间。在所述液体喷出结束后，通过也作为接收部的压电部101检测如S所示的电信号。在对压电部101施加了所述规定的电信号A吋，在液体中产生压力波。并且，在施加电信号A后，利用挠性膜103等产生的机械系统振动、后述的“气泡产生的压カ波”、和通过碰到液室10 的壁面或喷嘴部104等而产生的压カ波等，通过也作为接收部的压电部 101检测如图2中的S所示的电信号。因此就根据电信号S来进行有无气泡B的检测或气泡B大小的检测。再有，电信号S中还含有“气泡产生的压カ波”以外的信息，但可以通过在检测部 5中求取与未含有气泡B时的电信号之差，来去棹“气泡产生的压カ波”以外的信息。首先，为了进行关于气泡B的检测，在信号发生部2中产生具有规定频率f的电信号。该电信号是用于使压电部101产生具有规定频率的压カ波的信号。此外，在按照频率的范围设置了多个信号发生部和频率范围切換部的情况下，进行频率范围的切換，使得能够产生具有适当频率的电信号。再有，关于频率f的详细内容以后叙述。从信号发生部2输出的电信号，经切換部3输入到压电部101中。也作为异物检测装置1的发信部的压电部101，通过将输入的电信号变换成弯曲位移来产生压力波。产生的压カ波经挠性膜103，传播到液室10 内的液体中，通过碰到液室10 的壁面或喷嘴部104等，产生由散射(反射)产生的压カ波。此外，在有气泡B的情况下，通过压カ波碰到气泡B而产生由散射(反射)产生的压カ波。另外，通过压カ波碰到气泡B， 而在气泡B中产生体积变化，产生该体积变化所引起的压カ波。再有，在气泡B中的由散射产生的压カ波和由体积变化所引起的压カ波中，由体积变化引起的压カ波的压カ大到有位数上的差別。在本说明书中，将通过碰到气泡B而产生的由散射产生的压カ波和因气泡B的体积变化所引起的压カ波，合并称为“由气泡产生的压カ波”。此外，将“由气泡产生的压カ波”、通过碰到液室10 的壁面或喷嘴部104等而产生的压カ波、以及与所述挠性膜103等的机械系统振动有关的波，合并称为“反射波”。因此，反射波中就会含有气泡B的有无或大小等的关于气泡B的信息。将产生的反射波入射到也作为异物检测装置1的接收部的压电部101中，变换成与压电部101的弯曲位移相应的电信号。基于反射波的电信号，经切換部3输入到检测部5中。另ー方面，从保存部4中提供与未含有气泡B的状态有关的信息，并被变换成电信号。并且，在检测部5中，通过求取基于反射波的电信号与未含有气泡B时的电信号之差，来提取关于气泡B的信息。检测部5根据提取到的关于气泡B的信息，检测有无气泡B。例如，可以根据预先设定的阈值等进行有无气泡B的检测。此外，检测部5也可以根据提取到的关于气泡B的信息来检测气泡B的大小。下面，关于有无气泡B的检测或气泡B大小的检测进一步进行例示。图3A和图加是用于例示关于气泡B的信息的提取的示意曲线图。图3A是用于例示有气泡B时的基于反射波的电信号Sl和没有气泡B时的基于反射波的电信号S2的示意曲线图。图加是用于例示含有关于气泡B的信息的电信号的示意曲线图。如图3A所示，在有气泡B时的基于反射波的电信号Sl和未含有气泡B时的电信号S2中，波形是不同的。因此，通过求取有气泡B时的基于反射波的电信号Sl与未含有气泡B时的电信号 S2之差，就能够提取出如图加所示的含有关于气泡B的信息的电信号。再有，由于未含有气泡B时的基于反射波的电信号和未含有气泡B时的电信号S2中，波形是同样的，因此，若求取两者之差，则大致等于0 (零)。可以使用这样提取出的关于气泡B的信息和预先设定的阈值等来检测有无气泡 B0图4是用于例示气泡B的半径尺寸与散射截面积之间的关系的曲线图。横轴是气泡B的半径尺寸，纵轴是散射截面积ο sc，图中的dl d5表示液室10 的当量直径尺寸。再有，dl是10mm，d2是4mm，d3是3mm，d4是2mm，d5是Imm的情况。在此，在气泡B的半径尺寸与散射截面积σ sc之间的关系中，即使在散射截面积 as c 一定的情况下，有时也会存在多个与散射截面积Osc对应的气泡B的半径尺寸。例如，如图4所示，在当量直径尺寸是dl的情况下，假设散射截面积Os c为 “ α ”，则存在3个与之对应的气泡B的半径尺寸。因此，在这样的情况下，很难确定气泡B的大小。该情况下，由于不能够知道气泡B的大小，因此，在气泡B生长到发生喷出异常 (发生不喷出、液量的均勻性变差、着液精度变差等)的大小之前，不能施行使其进行排出动作等的应对。因此，不能够将喷出异常的发生防患于未然。但是，如图4所示，在气泡B的半径尺寸与散射截面积σ s c之间的关系变为线性的部分中，可以根据散射截面积OS c来求取气泡B的半径尺寸。在此，可以利用以下(1) 式求取散射截面积σ s c。
权利要求
1.一种异物检测装置，包括 信号发生部，产生电信号；发信部，对来自所述信号发生部的电信号进行变换，使液体中产生压力波； 接收部，接收来自所述液体的反射波并变换成电信号； 保存部，保存与所述液体中未含有异物的状态有关的信息；和检测部，根据对所述反射波进行变换后得到的电信号与基于所保存的所述信息的电信号之差，检测有无所述异物和所述异物大小的至少任一种。
2.根据权利要求1所述的异物检测装置，其特征在于，所述检测部根据对所述反射波进行变换后得到的电信号与基于所保存的所述信息的电信号之差的平方，检测所述异物大
3.根据权利要求1所述的异物检测装置，其特征在于，所述检测部根据对所述反射波进行变换后得到的电信号与基于所保存的所述信息的电信号之差，求取散射截面积，根据预先求取的异物大小与散射截面积之间的关系，检测异物大小。
4.根据权利要求1所述的异物检测装置，其特征在于，所述信号发生部产生具有满足下述式子的频率的所述电信号，2nRo \ ρ在此，f是频率，R0是最大气泡尺寸，Po是液体的平衡压力，P是液体的密度，Y是热容比。
5.根据权利要求4所述的异物检测装置，其特征在于，所述发信部包含压电材料，使所述液体中产生与来自所述信号发生部的电信号的频率相应的所述压力波。
6.根据权利要求1所述的异物检测装置，其特征在于，所述接收部包含压电材料，产生与来自所述液体的反射波相应的电信号。
7.根据权利要求1所述的异物检测装置，其特征在于，还包括切换部，所述切换部进行来自所述信号发生部的电信号和来自所述接收部的电信号之间的切换。
8.根据权利要求1所述的异物检测装置，其特征在于，还包括收纳所述液体的收纳部，所述收纳部的当量直径尺寸满足以下式子，
9.一种液滴喷出装置，包括喷嘴主体，具有液室；加压部，设置在所述喷嘴主体上，对所述液室内的液体施加压力；喷嘴部，设置在所述喷嘴主体上，具有喷嘴孔；和权利要求1至7中的任一项所述的异物检测装置。
10.根据权利要求9所述的液滴喷出装置，其特征在于，将所述加压部兼用作设置在所述异物检测装置中的发信部和接收部的至少任一个。
11.根据权利要求9所述的液滴喷出装置，其特征在于，所述加压部根据来自所述异物检测装置中设置的信号发生部的电信号，对所述液室内的液体施加压力。
12.根据权利要求9所述的液滴喷出装置，其特征在于，所述液室的当量直径尺寸满足以下式子，
13.一种异物检测方法，其特征在于，包括向液体中导入具有规定频率的压力波的工序；将来自所述液体的反射波变换成电信号的工序；通过求取对所述反射波进行变换后得到的电信号与未含有异物时的电信号之差，提取关于异物的信息的工序；和根据提取到的所述关于异物的信息，求取有无所述异物和所述异物大小的至少任一种的工序。
14.根据权利要求13所述的异物检测方法，其特征在于，在求取所述异物大小时，根据对所述反射波进行变换后得到的电信号与没有所述异物时的电信号之差的平方，求取所述异物大小。
15.根据权利要求13所述的异物检测方法，其特征在于，在求取所述异物大小时，根据对所述反射波进行变换后得到的电信号与没有所述异物时的电信号之差，求取散射截面积，根据预先求取的异物大小与散射截面积之间的关系，检测异物大小。
16.根据权利要求13所述的异物检测方法，其特征在于，在向液体中导入所述压力波的工序中，向液体中导入具有满足下述式子的频率的所述压力波，
17.根据权利要求16所述的异物检测方法，其特征在于，在向液体中导入所述压力波的工序中，向液体中导入具有满足下述式子的频率的所述压力波，
18.一种液滴喷出方法，其特征在于，包括对液体施加规定的压力，使液体作为液滴从喷嘴孔喷出的工序；和使用权利要求13至17中的任一项所述的异物检测方法，求取有无异物和异物大小的至少任一种的工序。
19.根据权利要求18所述的液滴喷出方法，其特征在于，还包括根据求取的所述异物大小，进行关于发生喷出异常的判定的工序。
20.根据权利要求19所述的液滴喷出方法，其特征在于，在进行关于发生所述喷出异常的判定的工序中，在因为存在大于规定阈值的异物而有产生喷出异常的危险的情况下，将大于所述规定阈值的异物与所述液体一起从所述喷嘴孔中排出。
全文摘要
本发明提供一种能提高异物检测精度的异物检测装置、异物检测方法、液滴喷出装置和液滴喷出方法。本发明的实施方式涉及的异物检测装置包括信号发生部、发信部、接收部、保存信息的保存部、和检测部。所述信号发生部产生电信号。所述发信部对所述电信号进行变换，使液体中产生压力波。所述接收部接收来自所述液体的反射波并变换成电信号。所述保存部保存与所述液体中未含有异物的状态有关的信息。所述检测部根据对所述反射波进行变换后得到的电信号与基于所保存的所述信息的电信号之差，检测有无所述异物和所述异物大小的至少任一种。
文档编号B41J2/01GK102539522SQ201110409
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月9日 优先权日2010年12月9日
发明者佐藤强 申请人:株式会社东芝