JP2006088391A - Failure prediction system of inkjet recording head - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a failure prediction system of an inkjet recording head capable of accurately predicting a critical time for compensation by a compensation means. <P>SOLUTION: A failure detection section 22 detects a failed nozzle whose discharge of ink drops becomes abnormal, outputs failure information concerning the failed nozzle such as failure time, a faulty position, a failure mode and the like to a failure information memory 30. A failure prediction data base section 34 stores failure prediction data base D. The failure prediction data base D stores data to make a judgment on a failure mode from a characteristics value detected by the failure detection section 22 and statistical data for every failure mode. The failure time prediction section 36 predicts a complete failure time when a paper width head 14 completely fails on the basis of information stored in the failure information memory 30, a manufacturing information section 32, and the failure prediction data base section 34. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、画像情報に応じてインク滴を吐出する複数のインク吐出ノズルを備えたインクジェット記録ヘッドの故障を予測する、インクジェット記録ヘッド故障予測システムに関する。   The present invention relates to an inkjet recording head failure prediction system that predicts failure of an inkjet recording head that includes a plurality of ink ejection nozzles that eject ink droplets according to image information.

微細なインク吐出ノズルよりインク滴を吐出させ、記録媒体上に画像を記録するインクジェット記録装置は、他方式の記録装置と比較して小型化、低価格化、カラー化が容易であり、記録時の騒音、消費電力が少なくランニングコストが低いなどの特徴を有している。その一方で、インクジェット記録装置は、多数の微細なインク吐出ノズルを搭載しているために、一つ一つのノズルは故障し易く、装置全体の信頼性が低いという問題点があった。特に近年、インクジェット記録装置の記録速度の高速化に伴い、インクジェット記録ヘッドはより多くのインク吐出ノズルを備えるようになってきており、インクジェット記録ヘッド全体としての故障発生確率は高まっている。   Inkjet recording devices that eject ink droplets from fine ink ejection nozzles and record images on recording media are easier to reduce in size, cost, and color than other types of recording devices. It has features such as low noise, low power consumption and low running cost. On the other hand, since the ink jet recording apparatus is equipped with a large number of fine ink ejection nozzles, each of the nozzles is liable to fail and the reliability of the entire apparatus is low. Particularly, in recent years, as the recording speed of the ink jet recording apparatus is increased, the ink jet recording head has been provided with a larger number of ink ejection nozzles, and the probability of occurrence of a failure as the entire ink jet recording head has increased.

故障が発生した場合に顧客に与える損失は、修理までの期間にプリンターの稼動が停止してしまうことである。そのため、故障が発生する前に、交換を推奨する警告を発し、故障前にインクジェット記録ヘッドを交換することで、インクジェット記録装置が停止することを避ける方法が考えられる。   The loss to the customer in the event of a failure is that the printer stops operating until the repair. For this reason, it is conceivable to issue a warning that recommends replacement before failure occurs and to prevent the inkjet recording apparatus from stopping by replacing the inkjet recording head before failure.

インクジェット記録ヘッドの交換時期警告は、従来は印字ドット数情報に基づいてなされていた。すなわち、インクジェット記録ヘッドの開発段階で得られたインクジェット記録ヘッドの寿命評価試験の結果に、実際の顧客使用環境のバラツキによるマージンと安全率を見込んだマージンを上乗せしてメーカー保証寿命を算出し、その算出結果に基づいて警告を出していた。従って、最悪の使用環境と安全率の為に、平均的な使用状態のものでは、故障発生までにかなりの余裕があるにもかかわらず交換時期警告が表示されるものであった。   Conventionally, an ink jet recording head replacement time warning has been made based on information on the number of printed dots. In other words, the manufacturer's guaranteed lifetime is calculated by adding the margin for the actual customer use environment and the margin for the safety factor to the result of the life evaluation test of the inkjet recording head obtained at the development stage of the inkjet recording head, A warning was issued based on the calculation result. Therefore, for the worst usage environment and safety factor, in the average usage state, a replacement time warning is displayed even though there is a considerable margin before failure occurs.

ところで、インクジェット記録装置の非稼動期間を減らす他の方法として、故障ノズルが発生しても、補償手段で故障を補いつつ、印字を継続する方法があり、その技術も多く提案されている。   By the way, as another method for reducing the non-operation period of the ink jet recording apparatus, there is a method of continuing printing while compensating for a failure even when a failed nozzle occurs, and many techniques have been proposed.

例えば、その一つの方式として、小型の予備ヘッドを備え、ノズル故障部にその小型ヘッドを移動させ、故障部を故障ノズルに代わりに印字する方式である(特許文献1参照)。この方式は、予備ヘッドにより印字することで故障部を完全に修復することができ、画質の低下や印字速度の低下が発生しない方式である。   For example, as one of the methods, a small spare head is provided, the small head is moved to the nozzle failure portion, and the failure portion is printed instead of the failure nozzle (see Patent Document 1). This method is a method in which a defective portion can be completely repaired by printing with a spare head, and image quality and printing speed are not reduced.

また、他の方式として、ドット径変調できるインクジェット記録ヘッドにおいて、故障ノズルが発生した場合、その故障ノズルを挟んだ両側のノズルからはドット径の大きいインク滴を吐出して印字を行い、故障ノズルに起因するシロ筋を目立たなくするという方式がある。この方式によれば、予備ノズルは必要なく、印字速度の低下も生じない。   As another method, when a failed nozzle occurs in an inkjet recording head that can modulate the dot diameter, printing is performed by ejecting ink droplets with a large dot diameter from the nozzles on both sides of the failed nozzle to print. There is a method of making the white muscles caused by the inconspicuous. According to this method, a spare nozzle is not required and the printing speed is not reduced.

また、他の方式として、カラー印字できるインクジェット記録装置において、黒のインクジェット記録ヘッドに故障が発生した場合、その故障部をカラーのインクジェット記録ヘッドで印字するプロセスブラックで補うものもある。この方式は、黒の故障に対してのみ有効であるが、予備ノズルは必要でなく、印字速度の低下も生じない。   As another method, in an inkjet recording apparatus capable of color printing, when a failure occurs in a black inkjet recording head, there is a method in which the failed portion is compensated with process black that is printed with a color inkjet recording head. This method is effective only for black failures, but does not require a spare nozzle and does not cause a decrease in printing speed.

また、他の方式として、マルチスキャンで故障ノズル部を補う方式がある。この方式では、インクジェット記録ヘッドの幅より短い副走査方向の紙送りを行い、故障ノズルで抜けた部分の印字を他のインク吐出ノズルで印字させる方法である。故障ノズルの発生していない通常の場合でも、インク吐出ノズル毎の特性バラツキを低減させるために誤差拡散用のマルチスキャンを行うプリンターも多く、故障ノズル分のデータを補正するだけで実施可能な方法である。   In addition, as another method, there is a method of supplementing the failed nozzle portion by multi-scan. In this method, paper is fed in the sub-scanning direction, which is shorter than the width of the ink jet recording head, and the print of the portion missing by the failed nozzle is printed by another ink discharge nozzle. There are many printers that perform multi-scan for error diffusion in order to reduce the characteristic variation of each ink ejection nozzle even in the normal case where no failed nozzle is generated, and this method can be implemented simply by correcting the data for the failed nozzle It is.

また、インク吐出ノズルが完全な不吐出に達しないまでも、インク滴の噴射能力が劣化して、ドット径が小さくなってしまうこともある。その場合は、駆動素子への入力エネルギーを増大させて、ドット径を元に戻す補正も可能である。ピエゾ型のインクジェット記録ヘッドでは、ピエゾに加えられる振動用波形の電圧振幅を増大させることが行われる。また、サーマル型のインクジェット記録ヘッドでは、ヒーターに加えられるパルスの時間幅を長くすることが行われる。
特開平02−276647号公報
In addition, even if the ink ejection nozzle does not reach complete non-ejection, the ink droplet ejection capability may deteriorate and the dot diameter may become smaller. In that case, it is possible to correct the dot diameter by increasing the input energy to the drive element. In a piezo-type ink jet recording head, the voltage amplitude of a vibration waveform applied to the piezo is increased. In the thermal type ink jet recording head, the time width of the pulse applied to the heater is increased.
Japanese Patent Laid-Open No. 02-276647

しかしながら、いかなる補償方法で故障ノズルを補償しても、必ずその補償範囲が限界に達する時がくる。すなわち、故障ノズルが増えてその補償限界を超えてしまうと、画質欠陥が露呈してしまう。   However, no matter what compensation method is used to compensate for the failed nozzle, there will always be a time when the compensation range reaches its limit. That is, when the number of failed nozzles increases and exceeds the compensation limit, image quality defects are exposed.

小型予備ヘッドを備える方式では、予備ヘッドの幅よりも離れた位置でメインのインクジェット記録ヘッドのインク吐出ノズルが故障すると、予備ヘッドでは補いきれなくなる。場所的に集中して発生する故障モードも多いので、予備ヘッドの幅の中で故障が発生しているうちは故障個所の補償が可能であるが、故障が進行し故障範囲が拡大すると、予備ヘッドのカバー領域を越える時期に到達し、補償限度を超える。   In the system having a small spare head, if the ink discharge nozzle of the main inkjet recording head fails at a position away from the width of the spare head, the spare head cannot compensate. Since there are many failure modes that occur in a concentrated manner, it is possible to compensate for the failure location as long as the failure occurs within the width of the spare head. The time for exceeding the cover area of the head is reached and the compensation limit is exceeded.

ドット径変調方式では、故障ノズルの両側のドットを大きくして故障個所を埋めるため、隣接するインク吐出ノズルが揃って故障すると補償できなくなる。多数のノズルを持つヘッドの中で隣接ノズルが故障する可能性は低いように考えられるが、実際には、故障原因は場所依存性が高く、隣接ノズルが故障する可能性は高い。また、隣接ノズルの故障でなくとも、この補償方式では、完全に故障ノズルを補償できる訳ではないので、多くのノズルが故障すると画質劣化が許容できなくなる時期に到達する。   In the dot diameter modulation method, the dots on both sides of the failed nozzle are enlarged to fill in the failed portion, so that compensation cannot be made if adjacent ink ejection nozzles fail together. Although it seems that the possibility of failure of adjacent nozzles in a head having a large number of nozzles is low, in reality, the cause of failure is highly location-dependent and the possibility of failure of adjacent nozzles is high. In addition, even if the adjacent nozzles do not fail, this compensation method cannot completely compensate for the failed nozzles. Therefore, when many nozzles fail, it reaches a time when image quality deterioration cannot be tolerated.

プロセスブラックで黒の故障を補償する方式も、完全ではなく、プロセスブラックで合成された黒は、単色の黒より滲みが激しく、文字画質が劣化する。従って、故障ノズルが少ないうちは画質劣化は目立たないが、故障ノズルが増えて来ると、画質劣化が許容できなくなる時期に達する。   The method of compensating for black failures with process black is not perfect, and black synthesized with process black is more blurred than single color black, and character image quality deteriorates. Therefore, the image quality degradation is not noticeable while the number of failed nozzles is small, but when the number of failed nozzles increases, it reaches a time when the image quality degradation becomes unacceptable.

マルチスキャンで補償する方式では、故障ノズルが増えると画質劣化が発生する。本来、異なるノズルで一本の線を交互に印字することにより誤差拡散させ、画質を向上させているものを、故障ノズルの分は同じノズルで連続に印字してしまうために画質は劣化する。また、故障ノズルが、副走査方向の用紙送りピッチと同じ間隔で存在すると、故障を補償することが出来なくなる。よって、画質を許容できなくなるか、用紙送りピッチと同じ間隔でノズルが故障することで、補正し切れなくなる時期に到達する。   In the method of compensating by multi-scan, image quality deterioration occurs when the number of failed nozzles increases. Originally, an error is diffused by alternately printing a single line with different nozzles to improve the image quality, but the image quality deteriorates because the failed nozzles are continuously printed with the same nozzle. Further, if the failed nozzles are present at the same interval as the paper feed pitch in the sub-scanning direction, the failure cannot be compensated. Therefore, the image quality becomes unacceptable, or the nozzle has failed at the same interval as the paper feed pitch, so that the time when correction cannot be completed is reached.

駆動波形で補償する方式では、補償幅が限定される。すなわち、駆動エネルギーを増大させる方法は、電圧かパルス幅を増大させる方法が一般的であるが、いずれも上限があり、上限に達したところで、補正しきれなくなる。   In the method of compensating with the drive waveform, the compensation width is limited. That is, the method of increasing the drive energy is generally a method of increasing the voltage or the pulse width, but both have an upper limit, and when the upper limit is reached, correction cannot be made.

本発明は、上記事実を考慮してなされたものであり、補償手段での補償の限界時期を精度よく予測することの可能な、インクジェット記録ヘッド故障予測システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above facts, and an object of the present invention is to provide an ink jet recording head failure prediction system capable of accurately predicting the limit time of compensation by a compensation means.

上記課題を解決するため、請求項1に記載のインクジェット記録ヘッド故障予測システムは、画像情報に応じてインク滴を吐出する複数のインク吐出ノズル、及び故障した故障ノズルを補償する補償手段、を備えたインクジェット記録ヘッドの故障を予測するインクジェット記録ヘッド故障予測システムであって、前記各インク吐出ノズルからのインク滴の吐出に関する故障を検出する故障検出手段と、前記故障検出手段により検出された故障に関する故障情報を記憶する記憶手段と、前記故障情報に基づいて、故障インク吐出ノズル以外のインク吐出ノズルに故障が発生する時期を演算し、この演算結果に基づいて、前記補償手段での補償ができなくなる完全故障時期を予測する故障時期予測手段と、を含んで構成されている。   In order to solve the above-described problem, an inkjet recording head failure prediction system according to claim 1 includes a plurality of ink discharge nozzles that discharge ink droplets according to image information, and a compensation unit that compensates for the failed failure nozzle. An ink jet recording head failure prediction system for predicting a failure of an ink jet recording head, the failure detecting means for detecting a failure relating to ejection of ink droplets from each ink ejection nozzle, and the failure detected by the failure detecting means Based on the failure information, a storage means for storing failure information and a time when a failure occurs in the ink discharge nozzles other than the failed ink discharge nozzle can be calculated. Based on the calculation result, compensation by the compensation means can be performed. Failure time predicting means for predicting the complete failure time to disappear.

通常、インクジェット記録ヘッドを構成するインク吐出ノズルや圧力発生部などは、単一の基板、単一の膜上に一括して製造されたり、一括して接合されて製造されたりしている。したがって、同一のインクジェット記録ヘッド内における個々のインク吐出ノズルや圧力発生部については、製造による個体ばらつきは少ないと考えられる。そこで、本発明では、故障検出手段により各インク吐出ノズルからのインク滴の吐出に関する故障を検出する。検出した故障に関する故障情報は、記憶手段に記憶し、故障時期予測手段で故障情報に基づき、故障インク吐出ノズル以外のインク吐出ノズルに故障が発生する時期を演算する。   In general, ink discharge nozzles and pressure generating parts constituting an ink jet recording head are manufactured collectively on a single substrate and a single film, or manufactured by being bonded together. Therefore, it is considered that there is little individual variation due to manufacturing for individual ink discharge nozzles and pressure generation units in the same ink jet recording head. Therefore, in the present invention, a failure relating to the ejection of ink droplets from each ink ejection nozzle is detected by the failure detection means. The failure information relating to the detected failure is stored in the storage means, and the failure time predicting means calculates the time when the failure occurs in the ink ejection nozzles other than the failed ink ejection nozzle based on the failure information.

一般的な寿命評価試験の結果から導かれた故障予測では製造ばらつきを考慮せずに故障予測を行なっているが、これと比較して、本発明では、実際に発生した故障に基づいて故障予測を行なうため、製造による個体ばらつきも加味して故障予測できる。したがって、次の故障ノズルの発生を精度よく予測することができる。   In the failure prediction derived from the result of a general life evaluation test, failure prediction is performed without considering manufacturing variation, but in comparison with this, in the present invention, failure prediction is based on an actually occurring failure. Therefore, it is possible to predict failure taking into account individual variations due to manufacturing. Therefore, it is possible to accurately predict the occurrence of the next failed nozzle.

上記のインクジェット記録ヘッドは、補償手段により故障ノズルが補償されるが、故障時期予測手段では、補償手段での補償ができなくなる完全故障時期を予測する。この予測は、上記の演算結果に基づいて行なわれる。したがって、インクジェット記録ヘッドの交換時期を精度よく予測することができる。   In the ink jet recording head described above, the failure nozzle is compensated by the compensation means, but the failure time prediction means predicts the complete failure time at which compensation by the compensation means cannot be performed. This prediction is performed based on the above calculation result. Therefore, it is possible to accurately predict the replacement time of the ink jet recording head.

なお、本発明のインクジェット記録ヘッド故障予測システムの前記故障情報は、請求項2に記載のように、故障時期、及び、故障のタイプに関する故障モードを含んでいることを特徴とすることができる。   The failure information of the ink jet recording head failure prediction system according to the present invention may include a failure time and a failure mode related to the type of failure.

故障モードには、例えば、接合部分の剥がれ、構成部材のクラック発生、構成部材の変質、などの故障のタイプが挙げられる。   Examples of the failure mode include failure types such as peeling of the joint portion, occurrence of cracks in the constituent members, and alteration of the constituent members.

このように、故障時期や故障モードに応じて、次のインク吐出ノズルの故障発生時期を演算することにより、より高精度の予測を行なうことができる。   As described above, by calculating the failure occurrence timing of the next ink discharge nozzle according to the failure timing and the failure mode, it is possible to perform prediction with higher accuracy.

また、本発明のインクジェット記録ヘッド故障予測システムは、請求項3に記載のように、前記完全故障時期予測手段により予測された完全故障時期に応じて、インクジェット記録ヘッドの交換時期に関する情報を出力する交換時期情報出力手段、をさらに備えたことを特徴とすることもできる。   According to a third aspect of the present invention, the ink jet recording head failure prediction system outputs information relating to the replacement timing of the ink jet recording head in accordance with the complete failure time predicted by the complete failure time prediction means. It is also possible to further include replacement time information output means.

このように、インクジェット記録ヘッドの交換時期に関する情報を出力することにより、ユーザーに対して、適切にインクジェット記録ヘッドの交換時期を通知することができる。   As described above, by outputting information related to the replacement timing of the inkjet recording head, it is possible to appropriately notify the user of the replacement timing of the inkjet recording head.

また、本発明のインクジェット記録ヘッド故障予測システムは、請求項4に記載のように、前記記憶手段が、複数種の故障モード毎に層別された故障予測データベースを記憶し、前記故障時期予測手段が、前記故障検出手段により検出された故障情報の故障モードを前記故障予測データベースに照らして、故障インク吐出ノズル以外のインク吐出ノズルに故障が発生する時期を演算することを特徴とすることもできる。   According to a fourth aspect of the present invention, the storage means stores a failure prediction database stratified for each of a plurality of types of failure modes, and the failure time prediction means. However, the failure mode of the failure information detected by the failure detection means is compared with the failure prediction database, and the time when the failure occurs in the ink ejection nozzles other than the failure ink ejection nozzle can be calculated. .

故障時期予測手段は、検出された故障情報に基づいて次のインク吐出ノズルの故障時期を予測するが、次のインク吐出ノズルの故障時期は、故障モードによって異なる。そこで、記憶手段に複数種の故障モード毎に層別された故障予測データベースを記憶し、故障検出手段により検出された故障情報の故障モードを故障予測データベースに照らして、故障インク吐出ノズル以外のインク吐出ノズルに故障が発生する時期を演算する。   The failure time prediction means predicts the failure time of the next ink discharge nozzle based on the detected failure information, and the failure time of the next ink discharge nozzle varies depending on the failure mode. Therefore, a failure prediction database stratified for each of the plurality of types of failure modes is stored in the storage means, and the failure modes of the failure information detected by the failure detection means are checked against the failure prediction database, and ink other than the failure ink ejection nozzles is stored. The time when a failure occurs in the discharge nozzle is calculated.

上記発明によれば、故障モードに応じてより精度よく故障インク吐出ノズル以外のインク吐出ノズルに故障が発生する時期を演算することができる。   According to the above invention, it is possible to calculate the time when a failure occurs in the ink ejection nozzles other than the malfunctioning ink ejection nozzle with higher accuracy according to the failure mode.

また、本発明のインクジェット記録ヘッド故障予測システムは、請求項5に記載のように、インクジェット記録ヘッドの温度、インクジェット記録ヘッド周囲の湿度、インクジェット記録ヘッドの駆動条件、インク吐出ノズルでの印字数、及び、インクの種類、の少なくとも1つを含む故障加速情報を検出する故障加速情報検出手段、をさらに備え、前記故障予測データベースには、前記故障モード毎に前記故障加速情報に対応する故障加速データが記憶され、前記故障時期予測手段は、検出された前記故障加速情報を前記故障予測データベースに照らして、故障インク吐出ノズル以外のインク吐出ノズルに故障が発生する時期を演算すること、を特徴とすることもできる。   In addition, the inkjet recording head failure prediction system according to the present invention includes, as described in claim 5, the temperature of the inkjet recording head, the humidity around the inkjet recording head, the driving conditions of the inkjet recording head, the number of prints at the ink ejection nozzle, And failure acceleration information detecting means for detecting failure acceleration information including at least one of ink types, and the failure prediction database includes failure acceleration data corresponding to the failure acceleration information for each failure mode. And the failure time prediction means calculates a time when a failure occurs in the ink discharge nozzles other than the failure ink discharge nozzles in light of the detected failure acceleration information against the failure prediction database. You can also

次のインク吐出ノズルの故障時期は、インクジェット記録ヘッドの温度、インクジェット記録ヘッド周囲の湿度、インクジェット記録ヘッドの駆動条件、インク吐出ノズルでの印字数、及び、インクの種類、によっても異なる。したがって、このような条件についてのデータを故障加速データを予め故障予測データベースに記憶しておく。そして、対応する故障加速情報を故障加速情報検出手段で検出し、故障加速情報を故障予測データベースに照らして、故障インク吐出ノズル以外のインク吐出ノズルに故障が発生する時期を演算する。これにより、故障インク吐出ノズル以外のインク吐出ノズルに故障が発生する時期を、より精度よく演算することができる。   The failure time of the next ink discharge nozzle also varies depending on the temperature of the ink jet recording head, the humidity around the ink jet recording head, the driving conditions of the ink jet recording head, the number of prints at the ink discharge nozzle, and the type of ink. Therefore, data on such conditions is stored in advance in the failure prediction database as failure acceleration data. Then, the corresponding failure acceleration information is detected by the failure acceleration information detection means, and the failure acceleration information is compared with the failure prediction database to calculate the time when the failure occurs in the ink ejection nozzles other than the failure ink ejection nozzle. Accordingly, it is possible to calculate the time when a failure occurs in the ink discharge nozzles other than the failed ink discharge nozzle with higher accuracy.

また、本発明のインクジェット記録ヘッド故障予測システムは、請求項6に記載のように、前記故障時期予測手段が、インクジェット記録ヘッドの製造ロット、このインクジェット記録ヘッドを構成するヘッドチップのウエハー上のアドレス、の少なくとも1つを含む製造情報を加味して故障インク吐出ノズル以外のインク吐出ノズルに故障が発生する時期を演算すること、を特徴とすることもできる。   In the ink jet recording head failure prediction system according to the present invention, as described in claim 6, the failure time predicting means includes a manufacturing lot of an ink jet recording head, and an address on a wafer of a head chip constituting the ink jet recording head. In addition, it is possible to calculate the time when a failure occurs in the ink discharge nozzles other than the failed ink discharge nozzle in consideration of manufacturing information including at least one of the above.

製造による個体ばらつきは、インクジェット記録ヘッドの製造ロット、このインクジェット記録ヘッドを構成するヘッドチップのウエハー上のアドレスにより、ある程度予測可能である。すなわち、同一工程で製造されたインクジェット記録ヘッドは共通の故障発生傾向を有しており、また、ウエハー上のアドレスにより所定の故障発生傾向を有する。そこで、上記のように、これらの製造情報を加味して故障インク吐出ノズル以外のインク吐出ノズルに故障が発生する時期を演算することにより、より精度よく演算することができる。   The individual variation due to the manufacture can be predicted to some extent by the manufacturing lot of the ink jet recording head and the address of the head chip constituting the ink jet recording head on the wafer. That is, the inkjet recording heads manufactured in the same process have a common failure occurrence tendency, and have a predetermined failure occurrence tendency depending on the address on the wafer. Therefore, as described above, it is possible to calculate with higher accuracy by calculating the time when the failure occurs in the ink discharge nozzles other than the failed ink discharge nozzle in consideration of the manufacturing information.

本発明のインクジェット記録ヘッド故障予測システムは、請求項7に記載のように、前記故障情報をメーカーに送信する送信手段と、前記送信された故障情報を受信すると共に、故障情報を集約して管理する管理装置と、をさらに備えたことを特徴とすることもできる。   The ink jet recording head failure prediction system according to the present invention, as claimed in claim 7, transmits the failure information to a manufacturer, receives the transmitted failure information, and collects and manages the failure information. And a management device that further includes a management device.

このように、メーカーに故障情報を集約して管理することにより、インク吐出ノズルの故障傾向が分析でき、今後の開発や、故障予測データベースの更新に役立てることができる。   In this way, by collecting and managing the failure information in the manufacturer, the failure tendency of the ink ejection nozzle can be analyzed, which can be used for future development and update of the failure prediction database.

本発明のインクジェット記録ヘッド故障予測システムは、請求項8に記載のように、前記インクジェット記録ヘッドが、紙幅ヘッドであり、前記補償手段が、紙幅よりも狭い幅の補助ヘッドを故障ノズル位置に配置して故障ノズルに代えてインク滴を吐出する補償方式である場合には、前記完全故障時期を前記インクジェット記録ヘッドのインク吐出ノズルのうち、前記補助ヘッドが配置されない部分のインク吐出ノズルが故障する時期とする、ことを特徴とすることもできる。   In the ink jet recording head failure prediction system according to the present invention, as described in claim 8, the ink jet recording head is a paper width head, and the compensation means arranges an auxiliary head having a width smaller than the paper width at the position of the trouble nozzle. In the case of a compensation method that ejects ink droplets instead of the failed nozzle, the ink ejection nozzle of the portion where the auxiliary head is not arranged out of the ink ejection nozzles of the ink jet recording head fails at the complete failure time. It can also be characterized by time.

上記の補償方式が用いられている場合には、1の故障ノズルと他の故障ノズルとの距離が、補助ヘッドの幅よりも離れた場合には、補償できなくなる。そこで、完全故障時期予測手段での完全故障時期をインクジェット記録ヘッドのインク吐出ノズルのうち、補助ヘッドが配置されない部分のインク吐出ノズルが故障する時期とするものである。   When the above compensation method is used, if the distance between one faulty nozzle and another faulty nozzle is larger than the width of the auxiliary head, it cannot be compensated. Therefore, the complete failure time in the complete failure time predicting means is a time when the ink discharge nozzles of the ink discharge nozzles of the ink jet recording head where the auxiliary head is not disposed fail.

また、本発明のインクジェット記録ヘッド故障予測システムは、請求項9に記載のように、前記補償手段が、分割印字により故障ノズル部分を別のインク吐出ノズルで印字する補償方式である場合には、前記完全故障時期を、分割印字のヘッド送りピッチと同じピッチで複数のインク吐出ノズルが故障する時期とすることを特徴とすることもできる。   Further, according to the ink jet recording head failure prediction system of the present invention, as described in claim 9, when the compensation unit is a compensation method for printing the failed nozzle portion with another ink discharge nozzle by divided printing, The complete failure time may be a time when a plurality of ink ejection nozzles fail at the same pitch as the head feed pitch of divided printing.

上記の補償方式が用いられている場合には、故障ノズル部分を印字するインク吐出ノズルが故障した場合には、補償できなくなる。すなわち、分割印字のヘッド送りピッチと同じピッチで複数のインク吐出ノズルが故障すると、故障ノズル部分を印字することができず、補償できなくなる。そこで、完全故障時期予測手段での完全故障時期を、分割印字のヘッド送りピッチと同じピッチで複数のインク吐出ノズルが故障する時期とするものである。   When the above compensation method is used, when the ink discharge nozzle that prints the failed nozzle portion fails, it cannot be compensated. That is, if a plurality of ink ejection nozzles fail at the same pitch as the head feed pitch for divided printing, the failed nozzle portion cannot be printed and cannot be compensated. Therefore, the complete failure time in the complete failure time predicting means is set as a time when a plurality of ink ejection nozzles fail at the same pitch as the head feed pitch for divided printing.

また、本発明のインクジェット記録ヘッド故障予測システムは、請求項10に記載のように、前記インクジェット記録ヘッドがドット径変調可能であり、前記補償手段が、故障ノズルに代えて故障ノズルの両側のインク吐出ノズルから通常より大きなインク滴を吐出させる補償方式である場合には、前記完全故障時期を当該両側のインク吐出ノズルが故障する時期とする、ことを特徴とすることもできる。   In the ink jet recording head failure prediction system according to the present invention, as described in claim 10, the ink jet recording head is capable of dot diameter modulation, and the compensating means replaces the failed nozzle with ink on both sides of the failed nozzle. In the case of a compensation method for ejecting ink droplets larger than usual from the ejection nozzle, the complete failure time may be set as the time when the ink ejection nozzles on both sides are failed.

上記の補償方式が用いられている場合には、故障ノズルの両側のインク吐出ノズルが故障すると、故障ノズル部分を補うように印字することができず、補償ができなくなる。そこで、完全故障時期予測手段での完全故障時期を、故障ノズルの両側のインク吐出ノズルが故障する時期とするものである。   When the above compensation method is used, if the ink discharge nozzles on both sides of the failed nozzle fail, printing cannot be performed so as to compensate for the failed nozzle portion, and compensation cannot be performed. Therefore, the complete failure time in the complete failure time predicting means is set as the time when the ink discharge nozzles on both sides of the failed nozzle fail.

また、本発明のインクジェット記録ヘッド故障予測システムは、請求項11に記載のように、前記インクジェット記録ヘッドが、少なくとも、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローのインク滴を吐出可能とされ、前記補償手段が、ブラックのインク滴を吐出するインク吐出ヘッドのノズルが故障した時にシアン、マゼンタ、イエローインクを重ね印字して、重ね印字ブラックを形成する補償方式である場合には、前記完全故障時期を、ブラックの故障ノズルの数が、重ね印字ブラックの増加により所定の画質を維持できない所定数に達した時期とする、ことを特徴とすることもできる。   In the inkjet recording head failure prediction system of the present invention, as described in claim 11, the inkjet recording head is capable of ejecting at least black, cyan, magenta, and yellow ink droplets, and the compensating means In the case of a compensation method in which cyan, magenta and yellow inks are overprinted to form overprinted black when a nozzle of an ink ejection head that ejects black ink droplets fails, the complete failure time is set to black. The number of the failed nozzles may be a time when the predetermined number of images cannot be maintained due to an increase in overprinting black.

上記の補償方式では、ブラックのインク滴に代えてシアン、マゼンタ、イエローインクの混合された重ね印字ブラックが用いられている。重ね印字ブラックは、そのドット数が少なければブラックの代用として充分であるが、ドット数が増加すると、画質が維持できなくなってしまう。そこで、完全故障時期予測手段での完全故障時期を、ブラックの故障ノズルの数が、重ね印字ブラックの増加により所定の画質を維持できない所定数に達した時期とするものである。   In the above compensation method, overprinting black in which cyan, magenta, and yellow inks are mixed is used instead of black ink droplets. Overprinting black is sufficient as a substitute for black if the number of dots is small, but if the number of dots increases, the image quality cannot be maintained. Therefore, the complete failure time in the complete failure time prediction means is set to a time when the number of black failure nozzles reaches a predetermined number at which a predetermined image quality cannot be maintained due to an increase in overprint black.

また、本発明のインクジェット記録ヘッド故障予測システムは、請求項12に記載のように、前記故障モードが、ドットの大きさが小さくなるタイプのものであり、その故障モードの補償手段がインク滴を吐出させるために駆動される駆動部に入力するエネルギーを増加させる補償方式である場合には、前記完全故障時期を、駆動部への入力エネルギーが、エネルギー供給手段の上限エネルギーに達する時期とする、ことを特徴とすることもできる。   In addition, in the ink jet recording head failure prediction system according to the present invention, as described in claim 12, the failure mode is of a type in which the size of a dot is reduced, and the failure mode compensation means removes ink droplets. In the case of a compensation method that increases the energy input to the drive unit driven for discharging, the complete failure time is set to a time when the input energy to the drive unit reaches the upper limit energy of the energy supply means. It can also be characterized.

上記の補償方式では、小さくなってしまったドットを本来のドットにするために、駆動部への供給エネルギーを増加させる。しかしながら、本来のドットにするために供給エネルギーの上限を超えるエネルギーが必要となった場合には、本来大きさのドットを形成することはできず、補償の限界である。そこで、完全故障時期予測手段での完全故障時期を、駆動部への入力エネルギーが、エネルギー供給手段の上限エネルギーに達する時期とするものである。   In the above compensation method, the energy supplied to the drive unit is increased in order to make the dot that has become smaller the original dot. However, when energy exceeding the upper limit of the supply energy is required to obtain the original dot, the original size dot cannot be formed, which is a limit of compensation. Therefore, the complete failure time in the complete failure time prediction means is set as the time when the input energy to the drive unit reaches the upper limit energy of the energy supply means.

また、本発明のインクジェット記録ヘッド故障予測システムは、請求項13に記載のように、前記故障時期予測手段が、故障検出手段により検出された故障情報をワイブル分布に当てはめて故障分布の形状パラメータと特性寿命をもとめ、次のノズル故障時期を予測すること、を特徴とすることもできる。   Further, according to the ink jet recording head failure prediction system of the present invention, the failure time prediction unit applies the failure information detected by the failure detection unit to the Weibull distribution, It is also possible to obtain the characteristic life and predict the next nozzle failure time.

上記のように、ワイブル分布に基づいて、次のノズル故障時期を予測することにより、精度のよい予測を行なうことができる。   As described above, it is possible to predict with high accuracy by predicting the next nozzle failure time based on the Weibull distribution.

本発明は上記構成としたので、補償手段を備えたインクジェット記録ヘッドにおける、補償手段での補償の限界時期を精度よく予測することができる。   Since the present invention is configured as described above, it is possible to accurately predict the limit time of compensation by the compensation means in the ink jet recording head having the compensation means.

まず、本発明の適用されるインクジェット記録ヘッドの製造工程について説明する。この製造工程により、インクジェット記録ヘッド毎の信頼性のばらつき、すなわち、製造差生じることになる。   First, the manufacturing process of the ink jet recording head to which the present invention is applied will be described. This manufacturing process causes a variation in reliability between ink jet recording heads, that is, a manufacturing difference.

図1には、ピエゾ型インクジェット記録ヘッドの製造工程が示されている。ピエゾシート101として、薄く成型されたセラミック原料が用いられている。図1(A)の工程では、焼成されてピエゾシート101が形成される。その際、原料の微妙な配合比ばらつき、焼成の温度ムラ、厚みムラにより、シート間あるいはシート内のばらつきが発生する。シート内のばらつきは、分布を持ち、近い場所の差は離れた場所の差より少ないのが一般的である。   FIG. 1 shows a manufacturing process of a piezo ink jet recording head. As the piezo sheet 101, a thinly molded ceramic material is used. In the step of FIG. 1A, the piezo sheet 101 is formed by firing. At that time, variations between sheets or within the sheet occur due to subtle mixing ratio variations of raw materials, temperature unevenness of firing, and thickness unevenness. In general, the variation in the sheet has a distribution, and the difference between the close locations is generally smaller than the difference between the distant locations.

図1(B)の工程では、焼成されたピエゾシート101を、厚みの均一性を向上させるために研磨する。その際、より強い研磨圧力の掛かった部分は、ピエゾの粒界が乱され、材料内部にひずみが発生する可能性が高くなる。この材料内部の不均一性も、信頼性に影響のある不均一性の一つである。   In the step of FIG. 1B, the fired piezo sheet 101 is polished to improve the thickness uniformity. At that time, in a portion where a higher polishing pressure is applied, the grain boundary of the piezo is disturbed, and there is a high possibility that distortion occurs inside the material. This non-uniformity inside the material is one of the non-uniformities that affects the reliability.

図1(C)の工程では、研磨されたピエゾシート101に電極層を形成する工程である。このプロセスも、一般に加熱冷却や塗布工程を含み、温度ムラ、塗布厚みムラの原因を含んでいる。   In the step of FIG. 1C, an electrode layer is formed on the polished piezo sheet 101. This process also generally includes heating and cooling and a coating process, and includes causes of temperature unevenness and coating thickness unevenness.

図1(D)の工程は、電極の形成されたピエゾシート101を、個別のピエゾ素子101Aとして切り出す工程である。切り出し工程では、個々のピエゾ素子の大きさがばらつく。   The process of FIG. 1D is a process of cutting out the piezo sheet 101 on which electrodes are formed as individual piezo elements 101A. In the cutting-out process, the size of individual piezo elements varies.

図1(E)の工程は、ピエゾ素子101Aとインクの流路基板102とを、接着剤シート103を介して押しつけにより張り合わせる工程である。接着はディスペンサーで塗布しても、シートで転写してもよい。いずれにしても、接着層のばらつきは発生し易く、厚み、濃度等が、ヘッド間あるいはヘッド内でばらつく。   The process shown in FIG. 1E is a process in which the piezo element 101A and the ink flow path substrate 102 are pressed together through the adhesive sheet 103. The adhesion may be applied with a dispenser or transferred with a sheet. In any case, variations in the adhesive layer are likely to occur, and the thickness, concentration, etc. vary between heads or within heads.

なお、切り出し工程(D)と張り合わせ工程(E)は、製造方法によって順序が逆になる場合もあるが、ここでは、切り出し工程(D)が先の場合を例に挙げている。   The cutout process (D) and the bonding process (E) may be reversed in order depending on the manufacturing method, but here, the cutout process (D) is taken as an example.

図1(F)の工程は、流路基板102とピエゾ素子101Aの張り合わされたものに配線路105やインク供給路104を接続する工程である。   The process of FIG. 1F is a process of connecting the wiring path 105 and the ink supply path 104 to a structure in which the flow path substrate 102 and the piezoelectric element 101A are bonded to each other.

上記のようにして、単体のインクジェット記録ヘッドが製造される。   A single ink jet recording head is manufactured as described above.

図2には、サーマル型のインクジェット記録ヘッドの製造工程が示されている。サーマルインクジェットタイプの場合は、加熱素子、駆動回路、配線が同一基板上にLSIプロセスで形成される方法が主流で、その加熱素子基板に流路基板を張り合わせて作成されるのが一般的である。   FIG. 2 shows a manufacturing process of a thermal type ink jet recording head. In the case of the thermal ink jet type, a method in which a heating element, a drive circuit, and wiring are formed on the same substrate by an LSI process is mainly used, and it is generally created by pasting a flow path substrate on the heating element substrate. .

図2(A)は、加熱素子基板201の製造工程である。シリコンウエハー上にLSIプロセスで加熱素子、駆動回路、配線等が形成される。その際、各種添加物の量の不均一性、加熱プロセスでの温度ムラ、プロセスの時間管理等によってばらつきが発生する。これらのばらつきも、ウエハー間のばらつき、ウエハー内のばらつきがあり、距離的に離れた場所は、近い場所よりも特性差が大きくなる傾向がある。   FIG. 2A shows a manufacturing process of the heating element substrate 201. A heating element, a drive circuit, wiring, and the like are formed on a silicon wafer by an LSI process. At that time, variations occur due to non-uniformity of amounts of various additives, temperature unevenness in the heating process, time management of the process, and the like. These variations also include variations between wafers and variations within a wafer, and a characteristic difference tends to be larger at a distant place than at a close place.

図2(B)は、ノズル基板202を形成する工程である。ここでは、シリコンウエハーにエッチングでノズルを形成する。なお、ノズルの形成方法としては、樹脂膜にレーザーで穴をあける方法、金属膜にプレス加工で穴を開ける方法等、他の多くの方法がある。このノズルの形成は、インクジェット記録ヘッドの信頼性にはあまり影響を与えない。   FIG. 2B is a process for forming the nozzle substrate 202. Here, the nozzle is formed on the silicon wafer by etching. As a method for forming the nozzle, there are many other methods such as a method of making a hole in the resin film with a laser and a method of making a hole in the metal film by press working. The formation of the nozzle does not significantly affect the reliability of the ink jet recording head.

図2(C)は、ノズル基板202と加熱素子基板201を接合し、基板ペア203を構成する接合工程である。この接合には一般に接着剤が用いられ、スピンコートや転写などの方法で、ノズル基板202と加熱素子基板201が、接着層を介して接合される。ここで接着層の厚みムラ、接合強度のムラが発生すると、信頼性のばらつきが生じる。   FIG. 2C illustrates a bonding process in which the nozzle substrate 202 and the heating element substrate 201 are bonded to form the substrate pair 203. In general, an adhesive is used for the bonding, and the nozzle substrate 202 and the heating element substrate 201 are bonded via an adhesive layer by a method such as spin coating or transfer. Here, if unevenness in the thickness of the adhesive layer and unevenness in bonding strength occur, variations in reliability occur.

図2(D)は、接合されたノズル基板202と加熱素子基板201とで構成される基板ペア203を切断し、個々のヘッドチップを切り出す工程である。切断はダイジングブレード204により行なうことができる。図2(E)には、切断されて一つ一つに分離されたインクジェット記録ヘッドが示されている。この切断工程は信頼性にはほとんど影響を与えない。インクジェット記録ヘッドの製造方法により、(C)の接合工程と(D)の切断工程との順序が逆になる場合もあるが、ここでは先に接合してから、切断している例を示している。   FIG. 2D shows a process of cutting the substrate pair 203 composed of the bonded nozzle substrate 202 and the heating element substrate 201 to cut out individual head chips. Cutting can be performed by a dicing blade 204. FIG. 2E shows an ink jet recording head that has been cut and separated one by one. This cutting process has little impact on reliability. Depending on the method of manufacturing the ink jet recording head, the order of the joining step (C) and the cutting step (D) may be reversed. Yes.

上記のようにして製造されたインクジェット記録ヘッドは、いくつかの故障モードに大別される。以下、噴射の方式毎の故障モードについて説明する。   The ink jet recording head manufactured as described above is roughly classified into several failure modes. Hereinafter, the failure mode for each injection method will be described.

ピエゾ方式のインクジェット記録ヘッドは、主に次の3つの故障モードを有する。(A)ピエゾの剥離、(B)ピエゾの割れ 、(C)ピエゾの変質、である。
(A)ピエゾの剥離は、主にピエゾのシートを流路基板に接着する接着工程(図1(E)参照)の不均一性によって発生する。図3は、その発生状況の分布例である。1枚のピエゾシートから、20(A〜T)×33(01〜33)のピエゾ素子を切り出したインクジェット記録ヘッドにおいて、剥離型故障が発生した位置と時期(単位:駆動パルス数)を示している(空欄の場所は故障が発生していない)。図3からわかるように、インクジェット記録ヘッド周辺部で故障の発生が多発している。接着時の温度または加圧条件のムラなど、製造上の不均一性の影響と、使用時に熱ストレスが周辺部で蓄積することなどが、周辺部に剥離の発生を多発させる要因と考えられる。
A piezo-type inkjet recording head mainly has the following three failure modes. (A) piezo peeling, (B) piezo cracking, (C) piezo alteration.
(A) Piezo peeling occurs mainly due to non-uniformity in the bonding step (see FIG. 1E) for bonding a piezo sheet to a flow path substrate. FIG. 3 shows an example of the distribution of the occurrence status. Indicate the position and timing (unit: number of drive pulses) at which a peel-type failure occurred in an inkjet recording head in which 20 (A to T) × 33 (01 to 33) piezo elements were cut out from one piezo sheet. (A blank location has not failed.) As can be seen from FIG. 3, failures frequently occur in the periphery of the ink jet recording head. The influence of non-uniformity in manufacturing, such as uneven temperature or pressure conditions during bonding, and accumulation of thermal stress in the peripheral area during use are considered to be factors that frequently cause peeling in the peripheral area.

(B)ピエゾの割れは、ピエゾの焼成過程の温度や素材のムラや、研磨過程でのストレスが原因で、初期的には検知できない微小なクラックが内在し、インクジェット記録ヘッドの駆動に伴い、微小なクラックが成長することにより発生すると考えられる。図4には、その発生状況の例が示されている。ピエゾシート毎に発生状況が異なり、1ノズルでも発生したピエゾシートでは、次々と発生する傾向がある。   (B) Piezo cracks are caused by temperature in the firing process of the piezo, unevenness in the material, and stress in the polishing process. It is thought that it occurs when micro cracks grow. FIG. 4 shows an example of the situation of occurrence. The generation situation differs for each piezo sheet, and the piezo sheet generated even with one nozzle tends to occur one after another.

(C)のピエゾの変質は、変形の繰り返し、発生する温度、吸湿、水素の吸着、等でピエゾの組成が変性をきたし、当初の性能を発揮できなくなるものである。 ピエゾの変質は、徐々に進行し、噴射力が低下していくものである。このような徐々に故障が進行していくものは磨耗型故障と呼ばれ、ワイブル分布に従うことが知られている。図5に、ピエゾの変質型の故障の増加傾向をワイプルプロットした例を示す。プロットは、グラフ上でほぼ直線になり、ワイブル分布に従うことが確認された。したがって、ワイブル分布に従うことにより、駆動数の増加に伴う故障率の増加を予測することが出来る。   (C) Degeneration of the piezo is one in which the piezo composition is denatured by repeated deformation, generated temperature, moisture absorption, hydrogen adsorption, etc., and the original performance cannot be exhibited. The deterioration of the piezo progresses gradually and the injection force decreases. Such a progressive failure is called a wear-type failure, and is known to follow the Weibull distribution. FIG. 5 shows an example in which the increasing tendency of piezo alteration-type failures is wiped-plotted. The plot was almost linear on the graph and was confirmed to follow the Weibull distribution. Therefore, by following the Weibull distribution, it is possible to predict an increase in failure rate as the number of drives increases.

サーマル方式のインクジェットヘッドは、主に次の3つの故障モードを有する。(D)ヒーターの破壊(キャビテーション型の故障)、(E)ノズル基板の剥離、(F)コゲの堆積、である。   The thermal ink jet head mainly has the following three failure modes. (D) Heater destruction (cavitation-type failure), (E) Nozzle substrate peeling, (F) Koge deposition.

(D)ヒーターの破壊は、キャビテーションによるヒーター保護膜の破壊が原因であり、保護膜の強度、厚みのばらつきに依存する。また、使用するインクによってもキャビテーションの圧力が異なることがある。保護膜の強度は製造ロット依存性があることが知られている。図6は、直線状にノズルを配置したサーマルインクジェット方式のヘッドにおいて、キャビテーション型の故障の発生したノズルを電流値で検出した例である。電流値の低下しているところが故障箇所であり、インクジェット記録ヘッドの両端で故障発生率が高いことがわかる。長いヘッドを切り出すためにウエハーの端部まで使用しているため、保護膜の強度が弱い部分も使用したためと考えられる。   (D) The destruction of the heater is caused by the destruction of the heater protective film due to cavitation, and depends on variations in the strength and thickness of the protective film. Also, the cavitation pressure may vary depending on the ink used. It is known that the strength of the protective film depends on the production lot. FIG. 6 shows an example in which a nozzle having a cavitation type failure is detected by a current value in a thermal ink jet head in which nozzles are linearly arranged. It can be seen that the location where the current value is reduced is the failure location, and the failure occurrence rate is high at both ends of the ink jet recording head. This is considered to be due to the fact that a portion having a weak protective film was also used because the end of the wafer was used to cut out a long head.

図7は、キャビテーション型の故障について駆動パルス数毎の故障率を求めたものである。この故障も磨耗型故障でワイブル分布にしたがうものであることが確認された。図7に示すように、直線の傾きが立っており、1箇所の故障が生じると次々に故障が進むタイプであることがわかる。したがって、駆動パルス数毎の故障率をワイブル分布にしたがって予測することができる。   FIG. 7 shows the failure rate for each number of drive pulses for the cavitation type failure. It was confirmed that this failure is also a wear-type failure and follows the Weibull distribution. As shown in FIG. 7, the slope of the straight line stands, and it can be seen that the failure progresses one after another when one failure occurs. Therefore, the failure rate for each number of drive pulses can be predicted according to the Weibull distribution.

(E)ノズル基板の剥離は、ヒーター基板とノズル基板の接着面が剥離する現象である。接着工程の出来栄えに依存し、同一ウエハーから切り出されたインクジェット記録ヘッドは、似たような剥離故障を起こすことが多く、更に、同一ウエハー内でも近い領域から切り出されたものは、さらによく似た剥離故障を起こす。図8は、一つのウエハーから切り出されたインクジェット記録ヘッドについて、剥離型故障の発生したものを、ウエハー内のアドレスを示すマップ上に示したものである。×印のある位置のものが剥離型故障を発生したもので、一部の領域(左上)に集中して発生していることが確認できる。   (E) The peeling of the nozzle substrate is a phenomenon in which the adhesive surface between the heater substrate and the nozzle substrate is peeled off. Depending on the quality of the bonding process, inkjet recording heads cut out from the same wafer often cause similar peeling failures, and those cut out from close areas within the same wafer are much more similar. Causes a peeling failure. FIG. 8 shows, on a map showing addresses in a wafer, those in which a peeling-type failure has occurred in an ink jet recording head cut out from one wafer. It can be confirmed that the one with the cross mark is the one where the peeling type failure has occurred and is concentrated in a part of the region (upper left).

(F)コゲの堆積は、サーマル方式ではヒーターの表面温度が高温に達するので、インク中の成分が焦げてヒーター面に堆積する現象である。コゲが堆積するとヒーターからインクへの熱伝導性が阻害され、噴射エネルギーが弱くなり吐出される液滴の体積が小さくなる。図9に、ドロップ量と駆動パルス数との関係を示している。ドロップ量の低下の曲線はほぼ指数関に従うことが知られている。コゲの堆積に関係するヒーター面の温度のばらつきは、保護膜の厚みばらつき、ヒーターの抵抗値のばらつき、配線抵抗のばらつき等に依存する。また、集中して印字されることが多いと、その領域のインクジェット記録ヘッド温度が上がり、コゲの堆積が速くなるという現象もある。   (F) Kogation is a phenomenon in which, in the thermal method, the surface temperature of the heater reaches a high temperature, so that the components in the ink burn and accumulate on the heater surface. When kogation accumulates, the thermal conductivity from the heater to the ink is hindered, the jetting energy becomes weak, and the volume of the ejected droplets becomes small. FIG. 9 shows the relationship between the drop amount and the number of drive pulses. It is known that the drop amount drop curve almost follows an exponential function. The variation in the temperature of the heater surface related to kogation deposition depends on the variation in the thickness of the protective film, the variation in the resistance value of the heater, the variation in the wiring resistance, and the like. In addition, if printing is performed in a concentrated manner, the temperature of the ink jet recording head in that region rises, and there is a phenomenon that kogation is accelerated.

これらの故障は、使用環境や使用するインクによって故障が加速されることも知られている。ピエゾやヒーターに印加されるエネルギーが高いと、経時的な変化が加速されたり、駆動のストレスが多くなったりして、故障が早く発生する。また、素材の経時的な変化はアレニウス則に従って、温度が高くなると早く進行する性質がある。   It is also known that these failures are accelerated by the use environment and the ink used. If the energy applied to the piezo and the heater is high, the change with time is accelerated and the driving stress increases, and the failure occurs early. Further, the change of the material with time has the property of proceeding faster as the temperature increases according to the Arrhenius law.

次に、故障検知の方法について説明する。故障検知の方法は、従来より多様な方法が考案されている。大別すると2方式で、画像上のドットやインクの飛翔状態など、インクジェット記録ヘッドからの出力を測定するものと、ピエゾやヒーターの電気的な特性を測定する方法である。   Next, a failure detection method will be described. Various methods have been devised for detecting failures. There are roughly two methods, one that measures the output from the inkjet recording head, such as the dot on the image and the flying state of the ink, and the other that measures the electrical characteristics of the piezo and heater.

画像上のドットから検出する方法は、テストパターンを記録媒体上に印字して、スキャナーで読み取り、ドットの欠落や濃度低下を検出するものである。インクの飛翔状態を検出するものは、インク滴の飛翔速度や大きさを光学センサーで検出して読み取ったり、あるいは衝撃センサーにインク滴を衝突させ、その運動量を読み取ったりする方式である。直接インクジェット記録ヘッドから吐出されたインクを検出するので、判定基準が明確で、誤判定が少ないことが特徴である。逆にインクジェットの液滴は非常に微細で、インク吐出ノズル数も多数あるので、高感度で高速検出可能な検出装置が要求される。   In the method of detecting from dots on an image, a test pattern is printed on a recording medium and read by a scanner to detect missing dots or a decrease in density. What detects the flying state of the ink is a method in which the flying speed and size of the ink droplet are detected and read by an optical sensor, or the momentum is read by colliding the ink droplet with an impact sensor. Since the ink ejected directly from the ink jet recording head is detected, the determination criteria are clear and there are few erroneous determinations. On the other hand, since the inkjet droplet is very fine and has a large number of ink ejection nozzles, a detection device capable of high-speed detection with high sensitivity is required.

ピエゾやヒーターの電気的特性を測定する方式は、測定システムが簡便で、高速な検出が可能であることから多くの方法が提案されている。ピエゾ素子については、共振周波数、静電容量、誘電損失が良く用いられる代表的な電気特性である。剥離や割れの故障では共振周波数が変化し、ピエゾの変質が発生すると静電容量の低下や誘電損失の上昇が発生する。図10には、静電容量で測定された各故障モード毎の特性変化の様子が示されている。剥離型の故障は、剥離したことで電気的な接続がえられなくなるため、静電容量がほぼ0(pF)に突然低下する(または、無限大に突然増加する)。クラック型の故障は、割れ残った部分の面積に依存するが、その残った面積で得られる静電容量の値に突然変化する。ピエゾ変質型の故障は、他の故障モードとは異なり徐々に特性が劣化する。駆動にしたがって内部の変質が徐々に進行するためである。正常なものは一定の値を示している。   Many methods have been proposed for measuring the electrical characteristics of piezos and heaters because the measurement system is simple and high-speed detection is possible. For a piezoelectric element, resonance frequency, capacitance, and dielectric loss are typical electrical characteristics that are often used. In the case of a peeling or cracking failure, the resonance frequency changes, and when piezo alteration occurs, the capacitance decreases and the dielectric loss increases. FIG. 10 shows how the characteristics change for each failure mode measured by capacitance. In the peeling type failure, since the electrical connection cannot be obtained due to the peeling, the capacitance suddenly drops to almost 0 (pF) (or suddenly increases to infinity). The crack type failure depends on the area of the remaining portion of the crack, but suddenly changes to the capacitance value obtained in the remaining area. Unlike other failure modes, the characteristics of the piezo-altered failure gradually deteriorate. This is because the internal alteration gradually proceeds according to the driving. The normal one shows a certain value.

また、図11には、誘電損失で測定された各故障モード毎の特性変化の様子が示されている。誘電損失については、剥離型故障は測定できず、クラック型故障は変化なし、劣化型故障は損失増大という傾向を示す。   In addition, FIG. 11 shows how the characteristics change for each failure mode measured by dielectric loss. As for dielectric loss, exfoliation type faults cannot be measured, crack type faults do not change, and degradation type faults tend to increase loss.

また、図12には、共振周波数で測定された各故障モード毎の特性変化の様子が示されている。共振周波数については、剥離型とクラック型は測定できず、劣化型は共振周波数は高くなるという傾向を示す。   In addition, FIG. 12 shows how the characteristics change for each failure mode measured at the resonance frequency. Regarding the resonance frequency, the peeling type and the crack type cannot be measured, and the degradation type tends to increase the resonance frequency.

上記のような物理量を測定することにより、故障の有無だけでなく故障モードの判定が可能となる。   By measuring the physical quantity as described above, it is possible to determine not only the presence / absence of a failure but also a failure mode.

サーマルインクジェット方式のヒーターの電気特性は、抵抗値の変化を検出するのが一般的である。ヒーターの破壊が発生すると、発生する瞬間は絶縁層が破壊されて、瞬間的に大電流が流れるが、その後ヒーター全体が焼き切れて、抵抗は無限大になる。図6には、電流値で測定されたヒーター破壊型の故障の様子が示されている。ヒーターが破壊されたものは、電流が流せなくなり、つまり抵抗が無限大になり、電流値または抵抗値で検出が可能である。剥離やこげによる故障は抵抗値変化で検出するのは困難で、先述の印字やインク滴を検出する方法が一般的である。   As for the electrical characteristics of a thermal ink jet heater, a change in resistance value is generally detected. When the heater breaks down, the insulating layer is broken at the moment of occurrence, and a large current flows instantaneously, but then the entire heater burns out and the resistance becomes infinite. FIG. 6 shows the state of failure of the heater destruction type measured by the current value. If the heater is destroyed, no current can flow, that is, the resistance becomes infinite, and detection is possible by the current value or resistance value. A failure due to peeling or burning is difficult to detect by a change in resistance value, and the above-described method of detecting printing or ink droplets is common.

以上の各故障モード毎の故障に関する特徴を図13に示す。このように、故障モード毎に、特有の故障傾向を有している。   FIG. 13 shows the characteristics relating to the failure in each failure mode. Thus, each failure mode has a specific failure tendency.

次に、インクジェット記録ヘッドの、具体的な故障予測システムについて説明する。   Next, a specific failure prediction system for the ink jet recording head will be described.

[第1の故障予測システム]
まず、第1の故障予測システムとして、ピエゾ型のヘッドを多数つなげて紙幅のヘッドとしたインクジェット記録ヘッドの故障予測システムについて説明する。
[First failure prediction system]
First, as a first failure prediction system, a failure prediction system for an ink jet recording head in which a large number of piezoelectric heads are connected to form a paper width head will be described.

図14に示すように、インクジェット記録装置10は、装置本体12を備え、装置本体12には、紙幅ヘッド14、及び補助ヘッド16が搭載されている。紙幅ヘッド14は、記録媒体Pの幅Wにわたって印字可能な幅のインクジェット記録ヘッドであり、図15に示すように、流路基板102とピエゾ素子101Aの張り合わされたものに配線路105やインク供給路104が接続されている単位ヘッド14Aをつなげて構成されている。図16に示すように、単位ヘッド14Aには、複数のインク吐出ノズル18が形成されている。1つのインク吐出ノズル18に対し1つのピエゾ素子19が設けられ、ピエゾ素子19の駆動によりインク滴吐出が行なわれる。   As shown in FIG. 14, the inkjet recording apparatus 10 includes an apparatus main body 12, and a paper width head 14 and an auxiliary head 16 are mounted on the apparatus main body 12. The paper width head 14 is an ink jet recording head having a width capable of printing over the width W of the recording medium P. As shown in FIG. 15, the wiring path 105 and the ink supply are provided to the one in which the flow path substrate 102 and the piezoelectric element 101A are bonded. The unit head 14A to which the path 104 is connected is connected. As shown in FIG. 16, a plurality of ink discharge nozzles 18 are formed in the unit head 14A. One piezo element 19 is provided for one ink discharge nozzle 18, and ink droplets are discharged by driving the piezo element 19.

各単位ヘッド14Aは、同じ製造ロットで生産され、その特性はほぼ同じである。ここでは、単位ヘッド14A当たり、512個のインク吐出ノズル18を備えている。紙幅ヘッド14は、単位ヘッド14Aを12個つなげて構成されている。紙幅ヘッド14については、極めて高い繋ぎ合せ精度が要求されるため、故障が発生してもユーザーが故障個所を交換することは出来ず、故障が発生した場合、紙幅ヘッド14全体を交換しなければならない。そのため、補償用のヘッドとして、紙幅方向に移動可能な補助ヘッド16を備える。補助ヘッド16は、1つの単位ヘッド14Aで構成されている。   Each unit head 14A is produced in the same production lot, and its characteristics are substantially the same. Here, 512 ink ejection nozzles 18 are provided per unit head 14A. The paper width head 14 is configured by connecting 12 unit heads 14A. The paper width head 14 requires extremely high splicing accuracy. Therefore, even if a failure occurs, the user cannot replace the failed part. If a failure occurs, the entire paper width head 14 must be replaced. Don't be. Therefore, an auxiliary head 16 that can move in the paper width direction is provided as a compensation head. The auxiliary head 16 is composed of one unit head 14A.

インクジェット記録装置10は、紙幅ヘッド14のインク吐出ノズル18からのインク滴吐出に異常が発生した場合(以下異常の発生したインク吐出ノズルを「故障ノズル」という)、その故障箇所に補助ヘッド16を移動させて補助ヘッド16で印字するという補償方式(以下「補助ヘッド補償方式」という)を採用している。補助ヘッド補償方式の場合には、補助ヘッド16で一度に印字できなくなる箇所のインク吐出ノズルに故障が発生した場合に補償不能となり、紙幅ヘッド14を交換しなければならない完全故障となる。したがって、補助ヘッド16で一度に印字できなくなる箇所のインク吐出ノズルに故障が発生する時期を予測することになる。   When an abnormality occurs in the ink droplet ejection from the ink ejection nozzle 18 of the paper width head 14 (hereinafter, the ink ejection nozzle in which the abnormality has occurred is referred to as a “failed nozzle”), the inkjet recording apparatus 10 uses the auxiliary head 16 at the malfunctioning location. A compensation method (hereinafter referred to as an “auxiliary head compensation method”) in which printing is performed by the auxiliary head 16 is adopted. In the case of the auxiliary head compensation method, if a failure occurs in the ink discharge nozzles at a location where printing cannot be performed at once by the auxiliary head 16, compensation is impossible, and a complete failure in which the paper width head 14 must be replaced occurs. Therefore, it is predicted that a failure will occur in the ink discharge nozzles at locations where printing cannot be performed at once by the auxiliary head 16.

故障予測システム20は、図17に示すように、故障検出部22、ピクセルカウンター24、環境センサ26、及び、故障情報メモリ30を備えている。   As shown in FIG. 17, the failure prediction system 20 includes a failure detection unit 22, a pixel counter 24, an environmental sensor 26, and a failure information memory 30.

故障検出部22は、インク滴の吐出に異常を来した故障ノズルを検出し、故障時期や故障箇所、故障モードなどの、故障ノズルに関する故障情報を、故障情報メモリ30に出力する。故障検出方式としては、インク吐出ノズル18から吐出されるインクをドット径や滴速で測定する方法もあり、この方式を用いてもよいが、ここでは、電気的にピエゾ素子19の特性を静電容量で測定する方式を採用する。   The failure detection unit 22 detects a failed nozzle that has an abnormality in ink droplet ejection, and outputs failure information about the failed nozzle, such as a failure time, a failure location, and a failure mode, to the failure information memory 30. As a failure detection method, there is a method of measuring the ink ejected from the ink ejection nozzle 18 with a dot diameter or a droplet speed. This method may be used, but here, the characteristics of the piezoelectric element 19 are electrically reduced. A method of measuring by capacitance is adopted.

ピクセルカウンター24は、各インク吐出ノズル18の使用量をカウントし、故障情報メモリ30に出力する。理想的には各インク吐出ノズル18毎の使用量をメモリに保存することが望ましく、この方法を用いることもできるが、メモリの容量が膨大になるので、ここでは、単位ヘッド14A毎にインク吐出ノズル18の使用量の平均値を保持する方式を用いる。   The pixel counter 24 counts the usage amount of each ink ejection nozzle 18 and outputs it to the failure information memory 30. Ideally, it is desirable to store the used amount of each ink discharge nozzle 18 in a memory, and this method can be used. However, since the capacity of the memory becomes enormous, the ink discharge is performed for each unit head 14A here. A method of maintaining an average value of the usage amount of the nozzle 18 is used.

環境センサ26は、インクジェット記録装置10内部の紙幅ヘッド14近傍の温度と湿度を測定し、そのデータを故障情報メモリ30に出力する。   The environmental sensor 26 measures the temperature and humidity in the vicinity of the paper width head 14 inside the inkjet recording apparatus 10 and outputs the data to the failure information memory 30.

故障情報メモリ30は、故障検出部22、ピクセルカウンター24、環境センサ26と接続されており、これら各部から入力された情報を記憶する。   The failure information memory 30 is connected to the failure detection unit 22, the pixel counter 24, and the environmental sensor 26, and stores information input from these units.

また、故障予測システム20は、製造情報部32、及び、故障予測データベース部34を備えている。   Further, the failure prediction system 20 includes a manufacturing information unit 32 and a failure prediction database unit 34.

製造情報部32には、当該紙幅ヘッド14の製造ロット、ウエハー内のアドレスが記憶されている。   In the manufacturing information section 32, the manufacturing lot of the paper width head 14 and the address in the wafer are stored.

故障予測データベース部34には、故障予測データベースDが記憶されている。故障予測データベースDには、故障検出部22で検出される特性値から故障モードを判定するためのデータと、各故障モード毎の統計的性質のデータが保存されている。具体的には、図18に示すように、故障モードを判定するためのデータとして、判定閾値(静電容量)が、故障モード毎(剥離、クラック、ピエゾ変質)に保持されている。また、各故障モード毎の統計的性質のデータとしては、故障予測のための、統計モデル、ワイブルの母数(形状パラメータ)、加速係数(駆動電圧、温度、湿度)が保持されている。これらの値は、開発の段階で多くの寿命試験やシミュレーションから得られる値である。   The failure prediction database unit 34 stores a failure prediction database D. In the failure prediction database D, data for determining a failure mode from the characteristic value detected by the failure detection unit 22 and data of statistical properties for each failure mode are stored. Specifically, as shown in FIG. 18, as data for determining a failure mode, a determination threshold (capacitance) is held for each failure mode (peeling, cracking, piezo alteration). The statistical property data for each failure mode includes a statistical model, a Weibull parameter (shape parameter), and an acceleration coefficient (drive voltage, temperature, humidity) for failure prediction. These values are obtained from many life tests and simulations at the development stage.

さらに、故障予測システム20は、故障ノズル補償部28、故障時期予測部36、及び、表示部38を備えている。   Further, the failure prediction system 20 includes a failure nozzle compensation unit 28, a failure time prediction unit 36, and a display unit 38.

故障ノズル補償部28は、補助ヘッド16と接続されており、故障ノズル部分の印字を行なうように補助ヘッド16を駆動させる。故障時期予測部36は、故障情報メモリ30、製造情報部32、故障予測データベース部34に記憶された情報に基づいて、紙幅ヘッド14が完全に故障する完全故障時期を予測する。ここで、完全故障時期とは、補助ヘッド16によって故障ノズルの補償ができなくなる時期をいい、ここでは、2個目の単位ヘッド14Aのインク吐出ノズル18が故障する時期となる。表示部38は、故障時期予測部36と接続されており、故障時期予測部36で求められたヘッド交換時期の警告を表示する。   The failed nozzle compensator 28 is connected to the auxiliary head 16 and drives the auxiliary head 16 so as to print the failed nozzle portion. The failure time prediction unit 36 predicts a complete failure time at which the paper width head 14 completely fails based on information stored in the failure information memory 30, the manufacturing information unit 32, and the failure prediction database unit 34. Here, the complete failure time means a time when the auxiliary nozzle 16 cannot compensate the failed nozzle, and here, it is a time when the ink discharge nozzle 18 of the second unit head 14A fails. The display unit 38 is connected to the failure time prediction unit 36 and displays a head replacement time warning obtained by the failure time prediction unit 36.

次に、故障予測システム20で紙幅ヘッド14の交換時期を予測する場合の具体例について説明する。   Next, a specific example in which the failure prediction system 20 predicts the replacement time of the paper width head 14 will be described.

故障時期予測部36には、故障検出部22で検出された静電容量が入力される。故障時期予測部36は、入力された静電容量値に基づき、故障予測データベースDを参照して故障モードを判定する(図19、ステップS10)。例えば、入力された静電容量が300pFであったとすると、ピエゾ変質型の故障と判定することができる。これにより、故障予測データベースDのピエゾ変質型の箇所を参照して故障予測が行なわれる。   The capacitance detected by the failure detection unit 22 is input to the failure time prediction unit 36. The failure time prediction unit 36 determines the failure mode with reference to the failure prediction database D based on the input capacitance value (FIG. 19, step S10). For example, if the input capacitance is 300 pF, it can be determined that the piezo-altering type failure has occurred. Thereby, failure prediction is performed with reference to the piezo-altered portion of the failure prediction database D.

今、ピクセルカウンター24でのカウント数が30億パルス(30億印字)の時点で、1のインク吐出ノズル18がピエゾ変質型の故障をしたとする。この故障により、故障ノズルが発生した単位ヘッド14Aの場所に補助ヘッド16が移動して故障ノズルを補償し、インクジェット記録装置10としては、そのまま稼動しつづける。故障時期予測部36では、統計モデルに従って、2個目の単位ヘッド14Aの故障時期を以下の演算により求める(ステップS12)。   Now, assume that one ink ejection nozzle 18 has a piezo-altering-type failure when the number of counts in the pixel counter 24 is 3 billion pulses (3 billion printing). Due to this failure, the auxiliary head 16 moves to the location of the unit head 14A where the failed nozzle has occurred to compensate for the failed nozzle, and the inkjet recording apparatus 10 continues to operate as it is. The failure time prediction unit 36 calculates the failure time of the second unit head 14A by the following calculation according to the statistical model (step S12).

12個ある単位ヘッド14Aのうち1個が故障したので、故障率F(30億)=0.083である。m=2.5のワイブル分布にしたがう故障モードであるので、
0.083=1−Exp((−3×109/η)2.5
となるηが求められ、η=79億パルスとなる。そこから2個目の単位ヘッド14Aが故障する時期、つまり故障率F(t)=0.166になるtが計算され、
0.166=1−Exp((−t/7.9×1092.5
より、t=40億パルスとなる。
Since one of the twelve unit heads 14A has failed, the failure rate F (3 billion) = 0.083. Since it is a failure mode according to the Weibull distribution of m = 2.5,
0.083 = 1−Exp ((− 3 × 10 9 / η) 2.5 )
Is obtained, and η = 7.9 billion pulses. From there, the time at which the second unit head 14A fails, that is, t at which the failure rate F (t) = 0.166 is calculated,
0.166 = 1−Exp ((− t / 7.9 × 10 9 ) 2.5 )
Thus, t = 4 billion pulses.

次に、環境による加速要素を加味して、上記の演算結果を補正する(ステップS14)。例えば、最初の30億パルスを駆動していたときの平均温度は25℃であったが、その後平均温度が30℃になったとすると、5×4%=20%の劣化が加速されるので、38億パルスに補正される。   Next, the calculation result is corrected in consideration of an acceleration factor depending on the environment (step S14). For example, the average temperature when driving the first 3 billion pulses was 25 ° C, but if the average temperature subsequently reached 30 ° C, the deterioration of 5 x 4% = 20% is accelerated. It is corrected to 3.8 billion pulses.

そして、補正されたパルス数から、さらに、消費者危険を考慮したマージンを差し引いて、ヘッド交換時期が求められる(ステップS16)。このヘッド交換時期が、表示部38に出力されて(ステップS18)、ユーザーにヘッド交換の警告が報知される。   Then, the head replacement time is obtained by subtracting a margin considering consumer risk from the corrected number of pulses (step S16). The head replacement time is output to the display unit 38 (step S18), and a warning for head replacement is notified to the user.

上記の故障予測システム20によれば、実際に生じた故障に基づいて紙幅ヘッド14の完全故障時期を求めるので、単に開発上得られた一般データに基づいて完全故障時期を求める場合と比較して、精度よく故障時期を予測することができる。   According to the failure prediction system 20 described above, since the complete failure time of the paper width head 14 is obtained based on the actual failure, compared with the case of obtaining the complete failure time simply based on general data obtained in development. The failure time can be predicted with high accuracy.

もし、本発明の故障予測を用いなかったとすると、顧客の使用中の故障を避けるために、開発上得られた最悪データを元にヘッド交換の警告が出されることになる。一般に故障のデータはばらつきが大きく、最悪のデータを元に交換時期を決めると。非常に無駄が大きくなり、ほとんどのヘッドは故障までに相当量使用できるにもかかわらず交換表示が出てしまうことになる。それを避けるために、本発明は有効である。   If the failure prediction of the present invention is not used, a head replacement warning is issued based on the worst data obtained in development in order to avoid a failure during use by the customer. In general, failure data varies widely, and the replacement time is determined based on the worst data. This is very wasteful and most heads will show a replacement indication even though they can be used in a considerable amount by failure. In order to avoid this, the present invention is effective.

また、故障情報メモリ30に蓄積された故障情報は、逐次ネットワークを介して、製造元で管理されている故障データ管理装置40へ出力される。故障データ管理装置40は、故障情報を受信して、故障情報に関するデータベースを構築する。実際の市場環境で発生した故障に関する故障情報は、製造者にとって貴重な技術情報であり、次の商品開発に利用される。また、蓄積された故障情報に基づいて、故障予測データベースDを更新することも有効である。   Further, the failure information stored in the failure information memory 30 is sequentially output to the failure data management device 40 managed by the manufacturer via the network. The failure data management device 40 receives failure information and constructs a database related to failure information. Failure information relating to failures occurring in the actual market environment is valuable technical information for the manufacturer and is used for the next product development. It is also effective to update the failure prediction database D based on the accumulated failure information.

なお、上記の実施形態では、故障情報をネットワークを介して、製造元で管理されている故障データ管理装置40へ出力する例について説明したが、故障情報メモリ30に蓄積された故障情報を、ヘッドの交換時に、紙幅ヘッド14とともにメーカーで回収し、故障データ管理装置40へデータを入力してもよい。   In the above embodiment, the example in which the failure information is output to the failure data management device 40 managed by the manufacturer via the network has been described. However, the failure information stored in the failure information memory 30 is At the time of replacement, it may be collected by the manufacturer together with the paper width head 14, and the data may be input to the failure data management device 40.

[第2の故障予測システム]
第2の故障予測システムとして、故障ノズルの補償方法が、ドット径変調方式であった場合について記す。この方式では、故障ノズルの両側のノズルから、大きなインク滴を噴射させ、故障ノズルを目立たなくする補償方式である。
[Second failure prediction system]
As a second failure prediction system, a case where the failure nozzle compensation method is a dot diameter modulation method will be described. This method is a compensation method in which large ink droplets are ejected from the nozzles on both sides of the failed nozzle to make the failed nozzle inconspicuous.

図20に示すように、インクジェット記録装置50は、装置本体52を備え、装置本体52には、前述のインクジェット記録装置10と同様の構成の紙幅ヘッド54が搭載されている。但し、補助ヘッド16は備えていない。紙幅ヘッド54は、12個の単位ヘッド54Aで構成されている。紙幅ヘッド54では、図21に示すように、例えば、1つのインク吐出ノズル56Bが故障した場合、隣接する両側のインク吐出ノズル56A、56Cから、大きなインク滴を噴射させる。そのため、故障ノズルに隣接した2つのインク吐出ノズル56が故障すると、補償が出来なくなり、この時期を完全故障時期として予測することになる。   As shown in FIG. 20, the inkjet recording apparatus 50 includes an apparatus main body 52, and a paper width head 54 having the same configuration as that of the above-described inkjet recording apparatus 10 is mounted on the apparatus main body 52. However, the auxiliary head 16 is not provided. The paper width head 54 is composed of twelve unit heads 54A. In the paper width head 54, as shown in FIG. 21, for example, when one ink discharge nozzle 56B fails, large ink droplets are ejected from the adjacent ink discharge nozzles 56A and 56C. For this reason, if the two ink ejection nozzles 56 adjacent to the failed nozzle fail, compensation cannot be performed, and this time is predicted as the complete failure time.

故障予測システム60は、図22に示すように、故障検出部22、ピクセルカウンター24、環境センサ26、故障情報メモリ30、故障ノズル補償部28、故障情報メモリ30、、製造情報部32、故障予測データベース部34、故障時期予測部36、及び、表示部38を備えている。   As shown in FIG. 22, the failure prediction system 60 includes a failure detection unit 22, a pixel counter 24, an environmental sensor 26, a failure information memory 30, a failure nozzle compensation unit 28, a failure information memory 30, a manufacturing information unit 32, and a failure prediction. A database unit 34, a failure time prediction unit 36, and a display unit 38 are provided.

故障ノズル補償部28は、各単位ヘッド54Aと接続されており、故障ノズルの両側のインク吐出ノズルから大きいインク滴が吐出されるように、各インク吐出ノズル18を制御している。   The failed nozzle compensator 28 is connected to each unit head 54A and controls each ink ejection nozzle 18 so that large ink droplets are ejected from the ink ejection nozzles on both sides of the malfunctioning nozzle.

故障時期予測部36は、故障情報メモリ30、製造情報部32、故障予測データベース部34に記憶された情報に基づいて、紙幅ヘッド14が完全に故障する完全故障時期を予測する。ここでの完全故障時期は、故障ノズルの両側のインク吐出ノズル18が故障して、故障ノズルの補償ができなくなる時期をいい、故障ノズルが増えていき、隣接した2つのインク吐出ノズル18が故障する確率がある設定値を超える時期とする。   The failure time prediction unit 36 predicts a complete failure time at which the paper width head 14 completely fails based on information stored in the failure information memory 30, the manufacturing information unit 32, and the failure prediction database unit 34. The complete failure time here refers to a time when the ink discharge nozzles 18 on both sides of the failure nozzle fail and the failure nozzle cannot be compensated. The number of failure nozzles increases, and two adjacent ink discharge nozzles 18 fail. The time when the set probability exceeds the set value.

次に、故障予測システム60でインクジェット記録ヘッド54の交換時期を予測する場合の具体例について説明する。   Next, a specific example in which the failure prediction system 60 predicts the replacement time of the inkjet recording head 54 will be described.

補償方式が、ドット変調方式の場合には、隣接する2つのインク吐出ノズルについては単位ヘッド54A内だけで考えればよい。512個のインク吐出ノズル56内がランダムに故障し、例えば、隣接するインク吐出ノズル56が故障する確率が10%を超えたら警告を出すとする。N個のノズルのうちm個が故障し、次のm+1個目が故障したものが隣接にならない確率は、P(m)=(N−3m)/(N−m)である。分母のN−mは正常なインク吐出ノズルの数で、分子のN−3mは故障ノズルとその両側のインク吐出ノズルを合わせた3m以外のインク吐出ノズルが壊れるのなら故障が連続しないからである。厳密には、両端のノズルを考慮する必要があるが、インク吐出ノズル数が十分多ければこの式で代用できる。インク吐出ノズルが512個ある単位ヘッドで隣接のインク吐出ノズルが故障する確率が10%以下である故障数は容易に計算できて、24個までの故障が許容できることになる。   When the compensation method is the dot modulation method, the two adjacent ink ejection nozzles need only be considered within the unit head 54A. Assume that a warning is issued when the 512 ink discharge nozzles 56 fail randomly, for example, when the probability of failure of adjacent ink discharge nozzles 56 exceeds 10%. The probability that m of the N nozzles fail and the next m + 1 failure is not adjacent is P (m) = (N−3m) / (N−m). This is because N-m in the denominator is the number of normal ink discharge nozzles, and N-3m in the numerator is because failure does not continue if the ink discharge nozzles other than 3 m including the failure nozzle and the ink discharge nozzles on both sides thereof are broken. . Strictly speaking, it is necessary to consider the nozzles at both ends, but this formula can be substituted if the number of ink ejection nozzles is sufficiently large. The number of failures in which a unit head having 512 ink discharge nozzles has a probability of failure of an adjacent ink discharge nozzle of 10% or less can be easily calculated, and up to 24 failures can be tolerated.

次に、第1の故障予測システムと同様にして、実際に故障した故障ノズルの故障時期・故障モード、及びと故障予測モードデータベースから、25個目の故障が発生する時期を算出する。このドット径変調方式では、多数のインク吐出ノズルが故障することを許容できるので、ワイブル分布の形状パラメータmも、故障検出部22で検出された故障情報から求めた方がより正確となる。図23には、あるインクジェット記録ヘッドにおいて、100億パルスで24ノズル故障した例が示されている。この故障データをワイブルプロットしたものが図24であり、m=2.486、η=3.438×1010と求まる。これより25個目のインク吐出ノズルが壊れるパルス数を求めると1.031×1010と求まる。したがって103.1億パルスでヘッド交換の警告を出せば、隣接する2つのインク吐出ノズルが故障する確率が10%以下で、ユーザーにヘッドの交換を促すことができる。 Next, similarly to the first failure prediction system, the failure time / failure mode of the actually failed nozzle and the failure prediction mode database are used to calculate the time when the 25th failure occurs. In this dot diameter modulation method, since it is possible to allow a large number of ink ejection nozzles to fail, it is more accurate to determine the shape parameter m of the Weibull distribution from the failure information detected by the failure detection unit 22. FIG. 23 shows an example in which 24 nozzles fail at 10 billion pulses in an ink jet recording head. FIG. 24 is a Weibull plot of the failure data, and m = 2.486 and η = 3.438 × 10 10 are obtained. From this, the number of pulses at which the 25th ink ejection nozzle breaks is obtained as 1.031 × 10 10 . Accordingly, if a head replacement warning is issued with 10.31 billion pulses, the probability of failure of two adjacent ink ejection nozzles is 10% or less, and the user can be prompted to replace the head.

なお、ここでも、第1の故障予測システムと同様にして、故障情報メモリ30に記録された故障情報を、製造元の故障データ管理装置40出力してもよい。   In this case as well, the failure information recorded in the failure information memory 30 may be output to the manufacturer's failure data management device 40 in the same manner as in the first failure prediction system.

[第3の故障予測システム]
第3の故障予測システムとして、インクの噴射能力が劣化してドット径が小さくなった場合に、駆動素子への入力エネルギーを増大させて、ドット径を元に戻す補償方式に適用されるものついて述べる。
[Third failure prediction system]
A third failure prediction system is applied to a compensation method for returning the dot diameter by increasing the input energy to the drive element when the ink jetting ability deteriorates and the dot diameter becomes small. State.

インクジェット記録装置60は、サーマル型のプリンターであり、図25に示すように、装置本体62を備えている。装置本体62には、記録媒体Pの幅方向に移動しながら印字するインクジェット記録ヘッド64が搭載されている。   The ink jet recording apparatus 60 is a thermal type printer and includes an apparatus main body 62 as shown in FIG. An ink jet recording head 64 that prints while moving in the width direction of the recording medium P is mounted on the apparatus main body 62.

図26には、サーマル型のインクジェット記録ヘッドで駆動パルス数に依存してインク滴のドロップ量が減少し、それを駆動パルスで補正する場合の、ドロップ量変動の例が示されている。ドロップ量の変動は、ヒーター上にコゲが堆積して熱伝導が阻害されるために引き起こされる。このドロップ量の減少を補うため、初期波形→補正波形1→補正波形2、の順で駆動パルスの長さを長くしてエネルギー量を増やし、ドロップ量を補正している。図25では、ドロップ量10(pl)〜8(pl)が維持されるように波形を補正しているが、駆動波形は回路上の制約から補正波形2よりも長くすることが出来なくなっている。したがって、補正波形2で8(pl)を下回る時点が、補償の限界であり、ヘッド交換の警告を出す。   FIG. 26 shows an example of drop amount fluctuation in the case where the ink droplet drop amount is reduced depending on the number of drive pulses in the thermal ink jet recording head and is corrected by the drive pulse. The fluctuation of the drop amount is caused by the accumulation of kogation on the heater and hindering heat conduction. In order to compensate for the decrease in the drop amount, the amount of energy is increased by increasing the length of the drive pulse in the order of initial waveform → correction waveform 1 → correction waveform 2 to correct the drop amount. In FIG. 25, the waveform is corrected so that the drop amount of 10 (pl) to 8 (pl) is maintained, but the drive waveform cannot be made longer than the corrected waveform 2 due to circuit restrictions. . Therefore, the time when the correction waveform 2 falls below 8 (pl) is the limit of compensation, and a head replacement warning is issued.

このインク滴量の減少は、指数関数に従うことが知られている。従って、故障時期予測部36では、定期的に測定されたインクのドロップ量の変動を指数関数に近似的にあてはめ、求まった式から8(pl)に液滴量が減少するパルス数を求める。図25の補正波形2の部分Hは、近似的にドロップ量(Vol)とパルス数(n)の関係を、Vol=14.7×Exp(−9×10-10×n)と近似でき、8(pl)までドロップ量が減少する時期は、6.76×108パルスと求まる。したがって、6.76×108パルスからマージンを引いたパルス数で警告を出せば、ドロップ量減少による画質劣化を防ぐことができる。 It is known that the decrease in the ink droplet amount follows an exponential function. Therefore, the failure time prediction unit 36 approximately applies the fluctuation of the ink drop amount measured periodically to an exponential function, and obtains the number of pulses at which the droplet amount decreases to 8 (pl) from the obtained formula. The portion H of the correction waveform 2 in FIG. 25 can approximately approximate the relationship between the drop amount (Vol) and the number of pulses (n) as Vol = 14.7 × Exp (−9 × 10 −10 × n) The time when the drop amount decreases to 8 (pl) is obtained as 6.76 × 10 8 pulses. Therefore, if a warning is issued with the number of pulses obtained by subtracting the margin from 6.76 × 10 8 pulses, image quality deterioration due to a drop amount reduction can be prevented.

なお、ここでも、第1の故障予測システムと同様にして、故障情報メモリ30に記録された故障情報を、製造元に提供してもよい。   In this case as well, the failure information recorded in the failure information memory 30 may be provided to the manufacturer in the same manner as in the first failure prediction system.

[第4の故障予測システム]
第4の故障予測システムとして、補償方式が、分割印字により故障ノズル部分を別のインク吐出ノズルで印字するものの場合について説明する。分割印字は、副走査方向に並ぶN個のノズルを分割し、主走査方向の1列のドットを異なるノズルから吐出されるドットで構成するものである。図27に示す例では、N個のノズルを2分割し、記録エリアGのドットは、A群のノズルで走査(1スキャン目、図中では白ドットで表示)が行なわれた後、B群のノズルで走査(2スキャン目、図中では黒ドットで表示)が行なわれて記録されている。この分割印字は、各ノズルの噴射方向性などの特性バラツキをドット列のなかで拡散させ、画質の不良を目立ちにくくさせる技術である。
[Fourth failure prediction system]
As a fourth failure prediction system, a case will be described in which the compensation method prints the failed nozzle portion with another ink ejection nozzle by divided printing. In the divided printing, N nozzles arranged in the sub-scanning direction are divided, and one row of dots in the main scanning direction is constituted by dots ejected from different nozzles. In the example shown in FIG. 27, the N nozzles are divided into two, and the dots in the recording area G are scanned by the nozzles of the A group (first scan, indicated by white dots in the figure), and then the B group. The nozzle is scanned (second scan, indicated by black dots in the figure) and recorded. This divided printing is a technique for diffusing characteristic variations such as the ejection directionality of each nozzle in a dot row so that poor image quality is not noticeable.

分割印字を行なっている場合、故障ノズルが発生したときには、その故障ノズルを検出し、そのノズルと同じドット列を印字するノズル、すなわちヘッド送りピッチだけ離れたノズルに、その故障ノズルのデータも肩代わりさせることによって、ドットの抜けを発生させることなく印字することが可能である。例えば、図28に示すように、A群の5個目のノズルA5と、B群の2個目のノズルB2が故障した場合、記録エリアGの5番目の主走査ラインL5はすべて2スキャン目にB群の5個目のノズルB5で記録され、記録エリアGの2番目の主走査ラインL2はすべて1スキャン目にA群の2個目のノズルA2で記録される。このようにして記録した場合、上述の特性バラツキを拡散させる効果はなくなるが、全ノズルの中のわずかなノズルであれば、画質に与える影響はわずかであり、全体の画質としては許容される。   When divided printing is performed, if a failed nozzle occurs, the failed nozzle is detected, and the nozzle data that prints the same dot row as that nozzle, that is, the nozzle that is separated by the head feed pitch, the data of the failed nozzle also takes over. By doing so, it is possible to print without causing missing dots. For example, as shown in FIG. 28, when the fifth nozzle A5 in the A group and the second nozzle B2 in the B group fail, all the fifth main scanning lines L5 in the recording area G are in the second scan. The second main scanning line L2 of the recording area G is recorded by the second nozzle A2 of the A group in the first scan. When recording is performed in this manner, the effect of diffusing the above-described characteristic variation is lost, but if there are only a few nozzles among all the nozzles, the influence on the image quality is small and the overall image quality is allowed.

しかし、故障ノズルがヘッド送りピッチと同じピッチで存在すると、故障ノズルによる抜けを補うノズルがなくなり、画像抜けが発生してしまう。例えば、図29に示すように、ノズルA5とB5の両方が故障してしまうと、走査ラインL5を記録できるノズルがなくなってしまい、この分割印字による補償方式では補償することが出来なくなって完全故障となる。   However, if the failed nozzles are present at the same pitch as the head feed pitch, there will be no nozzles that compensate for the missing nozzles, resulting in missing images. For example, as shown in FIG. 29, if both nozzles A5 and B5 fail, there will be no nozzle that can record the scanning line L5, and this compensation cannot be compensated for by the compensation method using divided printing. It becomes.

このような補償方式の場合の第4故障予測システムでの故障予測は、以下のようにして行なうことができる。   The failure prediction in the fourth failure prediction system in the case of such a compensation method can be performed as follows.

例えば、512個のインク吐出ノズルをもち、ヘッド送りピッチが256ノズル幅であるプリントシステムの場合について、完全故障確率が10%に達したら、警告を出す場合について説明する。N個のノズルのうちm個が故障し、次のm+1個目の故障が、既に故障しているインク吐出ノズルとヘッド送りピッチで重ならない確率は、P(m)=(N−2m)/(N−m)である。分母のN−mは正常なインク吐出ノズルの数で、分子のN−2mは故障ノズルと故障ノズルからヘッド送りピッチずれたインク吐出ノズルを合わせた2m以外のインク吐出ノズルが壊れるのなら、故障ノズルを補うことが出来るからである。インク吐出ノズルが512個ある単位ヘッドで、ヘッド送りピッチずれたインク吐出ノズルが故障する確率が10%以下である故障数は容易に計算でき、46個までの故障が許容できることになる。   For example, in the case of a printing system having 512 ink ejection nozzles and a head feed pitch of 256 nozzle width, a case where a warning is issued when the complete failure probability reaches 10% will be described. The probability that m out of N nozzles fail and the next m + 1 failure does not overlap with the already failed ink ejection nozzle at the head feed pitch is P (m) = (N−2m) / (Nm). N-m in the denominator is the number of normal ink discharge nozzles, and N-2m in the numerator is a failure if an ink discharge nozzle other than 2 m, which is a combination of the failed nozzle and the ink discharge nozzle shifted from the failed nozzle, is broken. This is because the nozzle can be supplemented. With a unit head having 512 ink discharge nozzles, the number of failures in which the probability of failure of an ink discharge nozzle with a head feed pitch deviation is 10% or less can be easily calculated, and up to 46 failures can be tolerated.

次に、第1の故障予測システムと同様にして、実際に故障した故障ノズルの故障時期・故障モード、及びと故障予測モードデータベースから、47個目の故障が発生する時期を算出する。図24で得られた、m=2.486、η=3.438×1010である故障分布に従うとすると、47個目のインク吐出ノズルが壊れるパルス数は、1.341×1010と求まる。したがって134.1億パルスでヘッド交換の警告を出せば、ヘッド送りピッチずれたインク吐出ノズルが故障する確率が10%以下で、ユーザーにヘッドの交換を促すことができる。 Next, similarly to the first failure prediction system, the time when the 47th failure occurs is calculated from the failure time / failure mode of the actually failed nozzle and the failure prediction mode database. If the failure distribution with m = 2.486 and η = 3.438 × 10 10 obtained in FIG. 24 is followed, the number of pulses at which the 47th ink ejection nozzle breaks is 1.341 × 10 10. . Therefore, if a head replacement warning is issued with 134.1 billion pulses, the probability of failure of an ink discharge nozzle with a head feed pitch shift is 10% or less, and the user can be prompted to replace the head.

[第5の故障予測システム]
第4の故障予測システムとして、補償方式が、ブラックのインク滴を吐出するインク吐出ヘッドのノズルが故障した時にシアン、マゼンタ、イエローインクを重ね印字して、重ね印字ブラックを形成する補償方式である場合について説明する。この補償方式の場合には、重ね印字ブラック印字の増加により所定の画質が維持できなくなった時点で、完全故障となる。
[Fifth failure prediction system]
As a fourth failure prediction system, a compensation method is a compensation method in which, when a nozzle of an ink ejection head that ejects black ink droplets fails, cyan, magenta, and yellow ink are overprinted to form overprinted black. The case will be described. In the case of this compensation method, a complete failure occurs when a predetermined image quality cannot be maintained due to an increase in overprinting black printing.

出願人の調査によると、ランダムに故障した場合に、全ブラックノズルの5%が故障した時点で、画質に満足しないユーザーが10%以上になる。したがって、全ノズルの5%が故障した時期を完全故障時期とすることが適当である。また、カラーヘッドと比較してブラックヘッドは使用率が数倍高く、カラーヘッドより故障する確率が高いので、この補償方式が有効に働くケースは多い。また、補助ヘッドを使う補償方式をカラーヘッドのみに適用し、ブラックは重ね印字ブラックで補償する方式も、全体のコストを低減するために有効な方法である。   According to the applicant's research, when 5% of all the black nozzles fail in the case of random failure, more than 10% of users are not satisfied with the image quality. Accordingly, it is appropriate to set the time when 5% of all nozzles have failed as the complete failure time. Further, the black head has a usage rate several times higher than that of the color head, and has a higher probability of failure than the color head. Therefore, there are many cases where this compensation method works effectively. In addition, a method in which a compensation method using an auxiliary head is applied only to a color head and black is compensated by overprinting black is also an effective method for reducing the overall cost.

512個のインク吐出ノズルをもち、そのうちの5%のノズルが故障したら、完全故障とする場合について説明する。許容される故障数は、512×0.05=25.6で、25個の故障まで許容される。図24で得られた、m=2.486、η=3.438×1010である故障分布に従うとすると、26個目のインク吐出ノズルが壊れるパルス数は、1.048×1010と求まる。したがって104.8億パルスでヘッド交換の警告を出せば、画質に満足しないユーザーが10%以下のレベルで、ヘッドの交換を促す警告を出すことができる。 A case will be described in which there are 512 ink discharge nozzles, and if 5% of the nozzles fail, a complete failure will occur. The allowable number of failures is 512 × 0.05 = 25.6, and up to 25 failures are allowed. If the failure distribution with m = 2.486 and η = 3.438 × 10 10 obtained in FIG. 24 is followed, the number of pulses for breaking the 26th ink ejection nozzle is 1.048 × 10 10. . Therefore, if a head replacement warning is issued with 10.48 billion pulses, a user who is not satisfied with the image quality can issue a warning prompting the head replacement at a level of 10% or less.

以上示したように、本発明の故障予測システムによれば、実際にインクジェット記録装置が顧客の下で動作している状態における、インク吐出ノズルの故障情報を用いて完全故障時期を予測するので、高精度に補償手段が機能しなくなる時期を求めることができる。これにより、インクジェット記録装置の非稼動時間を短くすることができると共に、高価なヘッドの寿命を余分なマージンをとらずに最後まで有効に使用することができる。さらには、その故障データを製造者が回収することによって、貴重な市場での故障データを収集することができ、製造者は次の開発に利用することができる。   As described above, according to the failure prediction system of the present invention, because the ink discharge nozzle failure information is used to predict the complete failure time when the inkjet recording apparatus is actually operating under the customer, It is possible to obtain the time when the compensation means stops functioning with high accuracy. As a result, the non-operating time of the ink jet recording apparatus can be shortened, and the lifetime of the expensive head can be effectively used to the end without taking an extra margin. Furthermore, by collecting the failure data by the manufacturer, valuable failure data in the market can be collected, and the manufacturer can use it for the next development.

ピエゾ型インクジェット記録ヘッドの製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of a piezo-type inkjet recording head. サーマル型のインクジェット記録ヘッドの製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of a thermal type inkjet recording head. 剥離型故障を引き起こしたピエゾ素子のピエゾシート内における発生分布を示す図である。It is a figure which shows generation | occurrence | production distribution in the piezo sheet | seat of the piezo element which caused the peeling type failure. ピエゾシート毎のクラックの発生状況を示す表である。It is a table | surface which shows the generation | occurrence | production condition of the crack for every piezo sheet | seat. ピエゾの変質型の故障の増加傾向をワイプルプロットしたグラフである。It is the graph which wiped-plotted the increase tendency of the piezo alteration type failure. 直線状にノズルを配置したサーマルインクジェット方式のヘッドにおいて、キャビテーション型の故障の発生したノズルを電流値で検出した例を示すグラフである。。6 is a graph showing an example in which a nozzle having a cavitation type failure is detected by a current value in a thermal ink jet head in which nozzles are arranged in a straight line. . キャビテーション型の故障について駆動パルス数毎の故障率を求めたグラフである。It is the graph which calculated | required the failure rate for every drive pulse number about a cavitation type failure. 一つのウエハーから切り出されたインクジェット記録ヘッドについて、剥 離型故障の発生したものを、ウエハー内のアドレスを示すマップ上に示したものである。The ink jet recording head cut out from one wafer is shown on the map showing the address in the wafer when the peeling type failure occurs. ドロップ量と駆動パルス数との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between drop amount and the number of drive pulses. 静電容量で測定された各故障モード毎の特性変化の様子を示すグラフである。It is a graph which shows the mode of the characteristic change for every failure mode measured by the electrostatic capacitance. 誘電損失で測定された各故障モード毎の特性変化の様子を示すグラフである。It is a graph which shows the mode of the characteristic change for every failure mode measured by dielectric loss. 共振周波数で測定された各故障モード毎の特性変化の様子を示すグラフである。It is a graph which shows the mode of the characteristic change for every failure mode measured at the resonant frequency. 各故障モード毎の故障に関する特徴の一覧である。It is a list of the characteristic regarding the failure for every failure mode. 第1の故障予測システムの適用されるインクジェット記録装置の概略図である。It is the schematic of the inkjet recording device with which a 1st failure prediction system is applied. 第1の故障予測システムの適用されるインクジェット記録ヘッドの概略図である。It is the schematic of the inkjet recording head to which a 1st failure prediction system is applied. 第1の故障予測システムの適用されるインク吐出ノズル及びピエゾ素子の概略図である。It is the schematic of the ink discharge nozzle and piezoelectric element to which the 1st failure prediction system is applied. 第1の故障予測システムの概略ブロック図である。It is a schematic block diagram of a 1st failure prediction system. 故障予測データベースの例である。It is an example of a failure prediction database. 故障時期予測部での完全故障時期予測の手順を示す図であるIt is a figure which shows the procedure of the complete failure time prediction in a failure time prediction part. 第2の故障予測システムの適用されるインクジェット記録装置の概略図である。It is the schematic of the inkjet recording device with which a 2nd failure prediction system is applied. 第2の故障予測システムでの故障ノズルとその両側のインク吐出ノズルとの位置関係を示す図である。It is a figure which shows the positional relationship of the failure nozzle in the 2nd failure prediction system, and the ink discharge nozzle of the both sides. 第2の故障予測システムの概略ブロック図である。It is a schematic block diagram of a 2nd failure prediction system. あるインクジェット記録ヘッドにおいて、100億パルスで24ノズル故障した例を示す表である。6 is a table showing an example in which 24 nozzles fail at 10 billion pulses in a certain inkjet recording head. あるインクジェット記録ヘッドにおいて、100億パルスでの24ノズルの故障データをワイブルプロットした図24である。FIG. 24 is a Weibull plot of failure data of 24 nozzles at 10 billion pulses in an ink jet recording head. 第3の故障予測システムの適用されるインクジェット記録装置の概略図である。It is the schematic of the inkjet recording device with which a 3rd failure prediction system is applied. サーマル型のインクジェット記録ヘッドで駆動パルス数に依存してインク滴のドロップ量が減少し、それを駆動パルスで補正する場合の、ドロップ量変動の例を示すグラフである。6 is a graph showing an example of fluctuations in drop amount when a drop amount of ink droplets is reduced depending on the number of drive pulses in a thermal type ink jet recording head and is corrected with the drive pulses. 第4故障予測システムの分割印字についてのノズルの並びと記録ドットの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the nozzle arrangement | sequence and recording dot about the division | segmentation printing of a 4th failure prediction system. 第4故障予測システムの分割印字について、故障ノズルと記録ドットの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a failure nozzle and a recording dot about the division | segmentation printing of a 4th failure prediction system. 第4故障予測システムの分割印字について、ヘッド送りピッチだけ離れたノズルが故障した場合の故障ノズルと記録ドットの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a failure nozzle and a recording dot at the time of the nozzle separated only by head feed pitch about the division | segmentation printing of a 4th failure prediction system.

符号の説明Explanation of symbols

10 インクジェット記録装置
14 紙幅ヘッド
14A 単位ヘッド
16 補助ヘッド
18 インク吐出ノズル
19 ピエゾ素子
20 故障予測システム
22 故障検出部
24 ピクセルカウンター
26 環境センサ
28 故障ノズル補償部
30 故障情報メモリ
32 製造情報部
34 故障予測データベース部
36 故障時期予測部
38 表示部
40 故障データ管理装置
50 インクジェット記録装置
54 インクジェット記録ヘッド
54 紙幅ヘッド
54A 単位ヘッド
60 インクジェット記録装置
60 故障予測システム
64 インクジェット記録ヘッド
D 故障予測データベース
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Inkjet recording apparatus 14 Paper width head 14A Unit head 16 Auxiliary head 18 Ink discharge nozzle 19 Piezo element 20 Failure prediction system 22 Failure detection part 24 Pixel counter 26 Environmental sensor 28 Failure nozzle compensation part 30 Failure information memory 32 Manufacturing information part 34 Failure prediction Database unit 36 Failure time prediction unit 38 Display unit 40 Failure data management device 50 Inkjet recording device 54 Inkjet recording head 54 Paper width head 54A Unit head 60 Inkjet recording device 60 Failure prediction system 64 Inkjet recording head D Failure prediction database

Claims (13)

画像情報に応じてインク滴を吐出する複数のインク吐出ノズル、及び故障した故障ノズルを補償する補償手段、を備えたインクジェット記録ヘッドの故障を予測するインクジェット記録ヘッド故障予測システムであって、
前記各インク吐出ノズルからのインク滴の吐出に関する故障を検出する故障検出手段と、
前記故障検出手段により検出された故障に関する故障情報を記憶する記憶手段と、
前記故障情報に基づいて、故障インク吐出ノズル以外のインク吐出ノズルに故障が発生する時期を演算し、この演算結果に基づいて、前記補償手段での補償ができなくなる完全故障時期を予測する故障時期予測手段と、
を備えた、インクジェット記録ヘッド故障予測システム。
An inkjet recording head failure prediction system that predicts failure of an inkjet recording head comprising a plurality of ink ejection nozzles that eject ink droplets according to image information, and compensation means that compensates for a failed failure nozzle,
Failure detection means for detecting a failure related to ejection of ink droplets from each ink ejection nozzle;
Storage means for storing failure information relating to the failure detected by the failure detection means;
Based on the failure information, a time when a failure occurs in the ink discharge nozzles other than the failed ink discharge nozzle is calculated, and a failure time for predicting a complete failure time at which compensation by the compensation means cannot be performed based on the calculation result Prediction means;
An inkjet recording head failure prediction system comprising:
前記故障情報は、故障時期、及び、故障のタイプに関する故障モードを含んでいることを特徴とする請求項1に記載のインクジェット記録ヘッド故障予測システム。   2. The ink jet recording head failure prediction system according to claim 1, wherein the failure information includes a failure time and a failure mode related to a failure type. 前記故障時期予測手段により予測された完全故障時期に応じて、インクジェット記録ヘッドの交換時期に関する情報を出力する交換時期情報出力手段、
をさらに備えたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のインクジェット記録ヘッド故障予測システム。
In accordance with the complete failure time predicted by the failure time prediction means, replacement time information output means for outputting information relating to the replacement time of the inkjet recording head,
The inkjet recording head failure prediction system according to claim 1 or 2, further comprising:
前記記憶手段は、複数種の故障モード毎に層別された故障予測データベースを記憶し、
前記故障時期予測手段は、前記故障検出手段により検出された故障情報の故障モードを前記故障予測データベースに照らして、故障インク吐出ノズル以外のインク吐出ノズルに故障が発生する時期を演算することを特徴とする請求項2または請求項3に記載のインクジェット記録ヘッド故障予測システム。
The storage means stores a failure prediction database stratified for each of a plurality of types of failure modes,
The failure time predicting means calculates a time when a failure occurs in ink ejection nozzles other than the failed ink ejection nozzles by comparing the failure mode of the failure information detected by the failure detection means with respect to the failure prediction database. The inkjet recording head failure prediction system according to claim 2 or 3.
インクジェット記録ヘッドの温度、インクジェット記録ヘッド周囲の湿度、インクジェット記録ヘッドの駆動条件、インク吐出ノズルでの印字数、及び、インクの種類、の少なくとも1つを含む故障加速情報を検出する故障加速情報検出手段、をさらに備え、
前記故障予測データベースには、前記故障モード毎に前記故障加速情報に対応する故障加速データが記憶され、
前記故障時期予測手段は、検出された前記故障加速情報を前記故障予測データベースに照らして、故障インク吐出ノズル以外のインク吐出ノズルに故障が発生する時期を演算すること、
を特徴とする請求項4に記載のインクジェット記録ヘッド故障予測システム。
Fault acceleration information detection that detects fault acceleration information including at least one of the temperature of the inkjet recording head, the humidity around the inkjet recording head, the driving conditions of the inkjet recording head, the number of prints at the ink ejection nozzle, and the type of ink. Means,
In the failure prediction database, failure acceleration data corresponding to the failure acceleration information is stored for each failure mode,
The failure time predicting means calculates the time at which a failure occurs in an ink discharge nozzle other than the failed ink discharge nozzle by comparing the detected failure acceleration information with the failure prediction database;
The inkjet recording head failure prediction system according to claim 4.
前記故障時期予測手段は、インクジェット記録ヘッドの製造ロット、このインクジェット記録ヘッドを構成するヘッドチップのウエハー上のアドレス、の少なくとも1つを含む製造情報を加味して故障インク吐出ノズル以外のインク吐出ノズルに故障が発生する時期を演算すること、を特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載のインクジェット記録ヘッド故障予測システム。   The failure time predicting means includes an ink discharge nozzle other than the failed ink discharge nozzle in consideration of manufacturing information including at least one of a manufacturing lot of an ink jet recording head and an address on a wafer of a head chip constituting the ink jet recording head. 6. The ink jet recording head failure prediction system according to claim 1, wherein a time at which a failure occurs is calculated. 前記故障情報をメーカーに送信する送信手段と、
前記送信された故障情報を受信すると共に、故障情報を集約して管理する管理装置と、
をさらに備えたインクジェット記録ヘッド故障予測システム。
Transmitting means for transmitting the failure information to the manufacturer;
A management device that receives the transmitted failure information and collects and manages the failure information;
An inkjet recording head failure prediction system further comprising:
前記インクジェット記録ヘッドが、紙幅ヘッドであり、前記補償手段が、紙幅よりも狭い幅の補助ヘッドを故障ノズル位置に配置して故障ノズルに代えてインク滴を吐出する補償方式である場合には、前記完全故障時期を前記インクジェット記録ヘッドのインク吐出ノズルのうち、前記補助ヘッドが配置されない部分のインク吐出ノズルが故障する時期とする、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載のインクジェット記録ヘッド故障予測システム。
When the ink jet recording head is a paper width head, and the compensation means is a compensation method in which an auxiliary head having a width narrower than the paper width is disposed at the failed nozzle position and ejects ink droplets instead of the failed nozzle. The complete failure time is set as a time when an ink discharge nozzle of a portion where the auxiliary head is not arranged among the ink discharge nozzles of the ink jet recording head fails.
The ink jet recording head failure prediction system according to claim 1, wherein the ink jet recording head failure prediction system is characterized in that:
前記補償手段が、分割印字により故障ノズル部分を別のインク吐出ノズルで印字する補償方式である場合には、前記完全故障時期を分割印字のヘッド送りピッチと同じピッチで複数のインク吐出ノズルが故障する時期とする、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載のインクジェット記録ヘッド故障予測システム。
When the compensation means is a compensation method in which the defective nozzle portion is printed by another ink discharge nozzle by divided printing, a plurality of ink discharge nozzles fail at the same failure time as the head feed pitch of the divided printing. It is time to
The ink jet recording head failure prediction system according to claim 1, wherein the ink jet recording head failure prediction system is characterized in that:
前記インクジェット記録ヘッドがドット径変調可能であり、前記補償手段が、故障ノズルに代えて故障ノズルの両側のインク吐出ノズルから通常より大きなインク滴を吐出させる補償方式である場合には、前記完全故障時期を当該両側のインク吐出ノズルが故障する時期とする、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載のインクジェット記録ヘッド故障予測システム。
If the ink jet recording head is capable of dot diameter modulation, and the compensation means is a compensation method for ejecting ink droplets larger than normal from the ink ejection nozzles on both sides of the malfunctioning nozzle instead of the malfunctioning nozzle, the complete malfunction The time is the time when the ink discharge nozzles on both sides break down,
The ink jet recording head failure prediction system according to claim 1, wherein the ink jet recording head failure prediction system is characterized in that:
前記インクジェット記録ヘッドが、少なくとも、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローのインク滴を吐出可能とされ、前記補償手段が、ブラックのインク滴を吐出するインク吐出ヘッドのノズルが故障した時にシアン、マゼンタ、イエローインクを重ね印字して、重ね印字ブラックを形成する補償方式である場合には、前記完全故障時期を、ブラックの故障ノズルの数が、重ね印字ブラックの増加により所定の画質を維持できない所定数に達した時期とする、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載のインクジェット記録ヘッド故障予測システム。
The inkjet recording head is capable of ejecting at least black, cyan, magenta, and yellow ink droplets, and the compensation means detects cyan, magenta, and yellow when the nozzle of the ink ejection head that ejects black ink droplets fails. In the case of a compensation method in which ink is overprinted to form overprinted black, the complete failure time is set to a predetermined number in which the number of black failed nozzles cannot maintain a predetermined image quality due to an increase in overprinted black. When it is reached,
The ink jet recording head failure prediction system according to claim 1, wherein the ink jet recording head failure prediction system is characterized in that:
前記故障モードが、ドットの大きさが小さくなるタイプのものであり、その故障モードの補償手段が、インク滴を吐出させるために駆動される駆動部に入力するエネルギーを増加させる補償方式である場合には、前記完全故障時期を、駆動部への入力エネルギーが、エネルギー供給手段の上限エネルギーに達する時期とする、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載のインクジェット記録ヘッド故障予測システム。
The failure mode is of a type in which the size of the dot is reduced, and the compensation means for the failure mode is a compensation method that increases the energy input to the drive unit that is driven to eject ink droplets. The complete failure time is a time when the input energy to the drive unit reaches the upper limit energy of the energy supply means.
The ink jet recording head failure prediction system according to claim 1, wherein the ink jet recording head failure prediction system is characterized in that:
前記故障時期予測手段は、故障検出手段により検出された故障情報をワイブル分布に当てはめて故障分布の形状パラメータと特性寿命をもとめ、次のノズル故障時期を予測すること、
を特徴とする請求項1乃至請求項12のいずれか1項に記載のインクジェット記録ヘッド故障予測システム。
The failure time prediction means applies the failure information detected by the failure detection means to the Weibull distribution to determine the shape parameter and characteristic life of the failure distribution, and predicts the next nozzle failure time.
The inkjet recording head failure prediction system according to any one of claims 1 to 12, wherein
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