JP2004314362A

JP2004314362A - ドット抜け検出装置

Info

Publication number: JP2004314362A
Application number: JP2003109363A
Authority: JP
Inventors: Kazumoto Horie; 一基堀江
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-04-14
Filing date: 2003-04-14
Publication date: 2004-11-11
Anticipated expiration: 2023-04-14
Also published as: JP4259168B2

Abstract

【課題】透明液体等の視認困難な液体についても検出可能なドット抜け検出装置を提供する。
【解決手段】レーザ光源１から発生された検出光を、光沢紙の表面にスポット照射する走査機構２と、光沢紙表面で反射させた検出光を受光するミラー３，集光ミラー４，受光素子群５と、受光素子群５からの検出信号が入力される主制御部１１とを備える。主制御部１１は、光沢紙の表面微細状態に起因する光の散乱度合いの違いに基づき、透明インクの着弾領域と非着弾領域とを認識することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体噴射ヘッドにおけるドット抜けを検出するドット抜け検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液体を液滴の状態で吐出可能な液体噴射ヘッドとしては、プリンタ等の画像記録装置に用いられるインクジェット式記録ヘッドが実用化されている。そして、最近では、極く少量の液体を精度良く吐出できる特徴を生かして種々の装置への応用が考えられている。例えば、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬ（ＥｌｅｃｔｒｏＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる生体有機物噴射ヘッドが提案されている。
【０００３】
一般に、この種の液体噴射ヘッドはノズル開口を複数備えており、個々のノズル開口から液滴を吐出する構成である。このため、液体はノズル開口で大気に晒されており、メニスカス（ノズル開口で露出している液体の自由表面）を通じて液体の溶媒成分が蒸発する。この溶媒成分の蒸発は液体を構成する他の成分の濃度上昇を招き、液滴の飛行曲がり等を引き起こしたり、ノズル開口の目詰まりを生じさせたりする。そして、ノズル開口が目詰まり状態になってしまうと、そのノズル開口からは液滴が吐出されないのでドット抜けが生じる。このドット抜けは、種々の問題の要因となり得る。例えば、記録ヘッドにおいては、記録されるべき場所にドットが記録されず、画質低下の原因になってしまう。また、色材噴射ヘッドや生体有機物噴射ヘッドにおいては、液体の吐出量が本来の量からずれてしまうので、所望の特性が得られない虞がある。
【０００４】
所望の性能を得るためにドット抜けの有無を検出することが重要であるが、この検出は、視認可能なテストパターンを用いて行われていた。例えば、上記の画像記録装置では、記録紙にテストパターンを記録し、このテストパターンの濃度を光学的に読み取ることが行われていた（例えば、特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−４３３８２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、液体噴射ヘッドの用途が広がったことから吐出される液体の種類も増えている。その中には、透き通った無色透明の液体もある。例えば、上記の画像記録装置においては透明インクを吐出するものも考えられている。この透明インクは例えば光沢を揃えるために用いられる。具体的には、顔料系の有色インクで普通紙（光沢処理をしていない用紙）に記録を行うと、有色インクで記録された部分と、普通紙の地色の部分とで光沢に差が生じてしまうことがある。この場合、非記録領域に顔料インクを着弾させると記録領域と非記録領域の光沢を揃えることができる。このような透明液体は、テストパターンを記録しても視認が難しく、光学的に読み取ることが困難であった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、透明液体等の視認困難な液体についても検出可能なドット抜け検出装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、着弾対象物表面における液体の着弾領域と非着弾領域とを認識することで、液体噴射ヘッドでのドット抜けを検出するドット抜け検出装置において、
検出光を発生する共に該検出光を前記着弾対象物の表面にスポット照射する光照射手段と、
着弾対象物表面で反射させた前記検出光を受光する受光手段と、
前記受光手段からの検出信号が入力される着弾検出手段とを備え、
該着弾検出手段は、着弾対象物の表面微細状態に起因する光の散乱度合いの違いに基づき、前記液体の着弾領域と非着弾領域とを認識することを特徴とする。
この発明によれば、着弾対象物の表面微細状態に起因する光の散乱度合いに基づいて液体の着弾領域と非着弾領域とを認識するので、液体が透明であっても着弾領域と非着弾領域とを認識できる。
なお、「表面微細状態」とは、光の散乱挙動に影響を与える因子であり、例えば、平滑度、表面粒子の緻密さ、屈折率、配光率、各構成要素の比率等を指す。
【０００９】
上記発明において、前記検出光はレーザ光線であることが好ましい。また、前記検出光の入射角を可変する入射角可変手段を備え、前記液体の種類に応じて入射角を変更する構成が好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。まず、ドット抜け検出装置の概略構成について説明する。図１に例示したドット抜け検出装置は、レーザ光線を出力可能なレーザ光源１と、このレーザ光線を記録紙表面の所望の位置にスポット照射する走査機構２と、記録紙表面からの反射光を反射させるミラー３と、ミラー３で反射された反射光を集光する集光レンズ４と、集光レンズ４で集光された反射光を受光する受光素子群５と、上記のレーザ光源１、走査機構２、及び、受光素子群５に電気的に接続され、これら各部に制御信号を出力したり、必要な情報を取得したりする制御装置６等を備えている。
【００１１】
レーザ光源１は、本発明の光照射手段の一部を構成し、例えば、レーザダイオードやレーザ発光器等によって構成されている。このレーザ光源１から発生されるレーザ光線は、本発明の検出光の一種であり、単一波長で構成された光である。走査機構２は、例えば、ポリゴンミラーやｆθレンズによって構成されている。即ち、ポリゴンミラーによって等角測度運動するレーザ光線をｆθレンズによって等測度運動に変換して記録紙表面に照射している。また、これらのレーザ光源１及び走査機構２は光照射手段の一種を構成している。上記の受光素子群５は、複数の受光素子７を一列に並べたものであり、例えば、ＣＣＤアレイによって構成される。そして、集光レンズ４で集光された反射光がこの受光素子７に受光される。従って、上記のミラー３、集光レンズ４、及び、受光素子７は、受光手段の一種である。
【００１２】
上記の制御装置６は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，インタフェース等によって構成されるものであり、機能別に、主制御部１１、レーザ駆動部１２、走査制御部１３、及び、受光制御部１４によって構成されている。そして、これらの主制御部１１、レーザ駆動部１２、走査制御部１３、及び、受光制御部１４は、情報を互いに送受信可能に構成されている。
【００１３】
主制御部１１は、他の制御部を制御するものであり、レーザ駆動部１２は、レーザ光源１の動作開始や停止、出力等を制御する。走査制御部１３は、ポリゴンミラーの回転駆動源の動作等を制御し、受光制御部１４は、受光素子群５を構成する各受光素子７からの検出信号に基づいて受光量（反射光強度）を認識する。そして、この受光量の情報はデジタル情報に変換されて主制御部１１に送信される。制御部は、着弾検出手段の一種であり、受信した受光量情報に基づいて、液体が着弾した着弾領域と、着弾していない非着弾領域とを区別する。
【００１４】
次に、着弾対象物、即ち、このドット抜け検出装置による検出対象となる媒体について説明する。本実施形態では、この着弾対象物として、光沢紙２１（図２参照）を用いている。また、液体噴射ヘッドとしては、液体状のインクを吐出可能なインクジェット式記録ヘッド３１（図４参照）を用いている。そして、この記録ヘッド３１から透明インク３２（図３参照）を吐出させている。この透明インク３２は、水分３３と、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリマー微粒子３４と、浸透剤等から構成されており、無色透明である。
【００１５】
上記の光沢紙２１は基紙表面に光沢層を形成したものであり、例えば、図２に示すように、基紙２２の表面に吸収層２３を形成し、この吸収層２３を覆うようにシリカ層２４（光沢層の一種）をコーティングしている。シリカ層２４は、シリカと接着剤（ＰＶＡ等）の混合物で構成された透明の層である。このシリカ層２４の表面は、極めて平滑であるが、数μｍオーダー若しくはそれよりも小さい空隙２５が形成されており、水分３３を透過し得る。上記の透明インク３２がこのシリカ層表面に着弾すると、図３に模式的に示すように、その表面には、ポリマー微粒子（固形成分）３４が残留する。即ち、シリカ層２４の表面に着弾した透明インク３２は、シリカ層２４内の空隙２５を通過して吸収層２３に向けて浸透しようとするが、このとき、分子量が低く、流動性の高い水分３３及び浸透溶剤が優先的に透過する。これにより、ポリマー微粒子３４は流動性が低下する。また、水分３３が失われることで、ポリマー微粒子３４凝集を開始し粒径が増大するので、さらに流動性が低下する。その結果、透明インク３２中のポリマー微粒子３４は、浸透溶剤や水分３３の助けを借りてその一部はシリカ層２４を通過するものの、その大半がシリカ層２４の表面（即ち、光沢紙表面）およびシリカ層２４の内部に残留し、定着される。
【００１６】
次に、上記の記録ヘッド３１について説明する。この記録ヘッド３１としては種々のものが実用化されているが、本実施形態では圧電振動子３９を用いた記録ヘッド３１を用いている。図４に例示した記録ヘッド３１は、ケース３５と、流路ユニット３６と、振動子ユニット３７等から構成されている。ケース３５は、先端と後端が共に開放した収容空部３８を内部に設けた合成樹脂製のブロック状部材であり、その先端面には流路ユニット３６が接合されている。また、収容空部３８内には、各圧電振動子３９の先端を先端側開口に臨ませた状態で振動子ユニット３７が収容されている。
【００１７】
流路ユニット３６は、流路形成板４０とノズルプレート４１と弾性板４２とから構成されている。ノズルプレート４１は、ドット形成密度に対応したピッチで複数のノズル開口を列状に開設した薄い板状部材である。上記の流路形成板４０には、インクが流入するリザーバ４３と、ノズル開口４４からインク滴を吐出させるために必要なインク圧力を発生させる圧力室４５と、これらのリザーバ４３と圧力室４５を連通するインク供給口４６等が形成されている。
【００１８】
上記の振動子ユニット３７は、櫛歯状に形成された複数の圧電振動子３９からなる振動子群と、この振動子群の根本部分が接合される固定板等により構成されている。そして、圧電振動子３９の自由端部を素子長手方向に伸縮させると、弾性板４２が圧力室４５側に押されたり、圧力室４５から離隔する側に引っ張られたりする。これにより、圧力室４５の容積が変動し、圧力室４５内のインク圧力が変化する。このインク圧力を利用してインク滴を吐出させることができる。例えば、定常容積の圧力室４５を一旦膨張させた後に急激に収縮させると、圧力室４５内のインクが急激に加圧されてノズル開口４４からインク滴が吐出される。
【００１９】
次に、光沢紙２１の表面に残留したポリマー微粒子３４の検出について説明する。上記したように、光沢紙表面のポリマー微粒子３４は、無色透明であるので、視認することは困難である。このため、通常のスキャナ装置で画像等を読み取ろうとしても読み取ることは困難である。そこで、本実施形態では、光沢紙２１表面における表面微細状態に起因する光の散乱度合いの違いに基づき、透明インク３２が着弾した着弾領域と非着弾領域とを認識する。ここで、表面微細状態とは、光の散乱挙動に影響を与える因子であり、表面の平滑度、表面粒子の緻密さ、構成成分の屈折率、ポリマー微粒子３４の配光率、各構成成分の比率等を指す。これらの各要素がそれぞれ影響を及ぼすことで、光の散乱度合いに変化を与えている。
【００２０】
即ち、着弾領域では、図５（ａ）に示すように、シリカ層２４内のシリカ、空気、接着剤と、シリカ層表面のポリマー微粒子３４とからなる４系であるのに対し、非着弾領域では、図５（ｂ）に示すように、シリカ層２４内のシリカ、空気、接着剤の３系であり、その比率や構成状態が異なる。即ち、表面のシリカ層２４（シリカ，ＰＶＡ，空気）は、乱反射等を起さず、吸収層２３をラミネートしているような状態となっている。このため、その反射状態は、下層の吸収層２３の反射状態をかなり忠実に表す。一方、透明インク３２の着弾領域は、乱反射を発生させ得る一層複雑な反射面を構成する。これは、透明インク３２のポリマー微粒子３４がシリカ層表面の平滑度を変化させ、ポリマー微粒子３４（インク層）とシリカ層２４と空気の構成状態によって散乱状態を複雑化しているからである。これにより、図６に示すように、着弾領域では照射された光の散乱挙動が非着弾領域とは異なる。即ち、着弾領域で走査するとその受光量の変化幅が非着弾領域で走査した場合よりも大きくなる。その結果、着弾領域で受光素子から出力される電圧信号も振幅が大きく鋭いピークとなる。従って、得られた電圧信号の変化パターンに基づいて着弾領域と非着弾領域とが認識できる。
【００２１】
次に、上記構成のドット抜け検出装置を用いたドット抜け検出について説明する。ドット抜け検出を行うにあたり、まず、テストパターンを記録する。即ち、記録ヘッド３１から透明インク３２を吐出させてテストパターンを記録する。この場合において、テストパターンは種々の形態を採ることができるが、１つのノズル開口４４で１つのドットを記録することが肝要である。また、ドットの大きさは、レーザ光線で検出可能な大きさとされる。７２０ｄｐｉ以上の大きさが好ましいが、それ以下の大きさであってもよい。
【００２２】
ドットパターンを記録したならば、ドットパターンが記録された記録紙をドット抜け検出装置にセットする。記録紙がセットされたならば、制御装置６はレーザ光源１及び走査機構２を制御し、照射点を少しずつ移動させながらレーザ光線を記録紙の表面にスポット照射する。また、受光素子７は、受光した反射光の光量に応じた強度の電気信号（電圧信号）を出力する。受光素子７からの電気信号は受光制御部１４に受信され、電圧の大きさを示すデジタル信号に変換される。そして、このデジタル信号は、主制御部１１に入力される。ここで、主制御部１１は、着弾検出手段として機能し、受信したデジタル信号に基づいて透明インク３２の着弾領域と非着弾領域とを認識する。
【００２３】
この認識は、光の散乱度合いの違いに基づき行われる。上記したように、シリカ層２４（非着弾領域）では乱反射等は生じ難いので、比較的多くの反射光が受光素子に受光される。また、照射位置による受光光量のばらつきも少ない。一方、透明インク３２の着弾領域は、乱反射を発生させ得る複雑な反射面を構成するので、乱反射の度合いがシリカ層２４よりも強くなる。このため、照射位置による受光光量のばらつきが大きく、そのピークも鋭くなる。また、受光光量の平均値はシリカ層２４よりも少なくなる。従って、主制御部１１は、受光素子７からの検出信号に基づき、その平均電圧及び電圧ばらつきから、照射箇所が透明インク３２の着弾領域であるのか、非着弾領域であるのかを判断する。
【００２４】
ここで、テストパターンは既知である。このため、主制御部１１は、非着弾領域と認識した箇所に関してドットが記録されるべき場所か否かを判断することで、ドット抜け（ノズル開口４４の目詰まり）が生じているか否かを判断する。そして、ドット抜けが生じていると判断した場合には、主制御部１１は、ドット抜けの生じているノズル開口４４を特定して報知する。例えば、表示装置に表示制御信号を出力してドット抜けの生じているノズル開口４４を表示させる。
【００２５】
このように本実施形態のドット抜け検出装置では、光沢記録紙の表面微細状態に起因する光の散乱度合いの違いに基づき、インクの着弾領域と非着弾領域とを認識するので、インクが透明で視認が困難であっても検出することができる。
【００２６】
ところで、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に基づいて種々の変更が可能である。
【００２７】
例えば、上記実施形態では、検出光を単一波長のレーザ光線で構成した例について説明したが、紫外線から赤外線までの広い波長の光を使用することができる。また、入射する光源の波長を限定することにより、反射光の散乱強度の変化の、微細表面状態に対する分解能を向上させることができる。たとえば、白色光源の様に異なる波長が混在する場合、位相が合った複数の波長を選択的に検出することで、より高い精度で検出できる。
【００２８】
また、記録紙表面の表面微細状態は、コーティング層の物性と透明インク３２の物性によって概ね規定され、受光素子７への受光光量も検出光の入射角度に応じて変化する。このため、図７に示すように、最適な入射角度も非着弾領域（コーティング層，実線）と着弾領域（透明インク３２層，点線）とで異なる。さらに、透明インク３２の種類に応じて最適な入射角度も異なる。従って、上記の走査機構２に関し、レーザ光線の入射角θを変更可能な入射角変更部（図示せず）を備え、吐出する液体の種類に応じて入射角θを変化させることで、図８に示すように、着弾領域を高い精度で検出することができる。
【００２９】
また、以上は、記録ヘッド３１から吐出される透明インク３２を検出対象にした場合について説明したが、有色インクについても同様に検出できる。また、他の各種液体を吐出する液体噴射ヘッドのドット抜けも検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ドット抜け検出装置の構成を説明するブロック図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、光沢紙を説明する部分断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、着弾したインクが浸透する様子を説明する模式図である。
【図４】記録ヘッドの断面図である。
【図５】光沢紙表面を説明する模式図であり、（ａ）は着弾領域を、（ｂ）は非着弾領域をそれぞれ示す。
【図６】入射光の散乱状態を説明する模式図である。
【図７】検出光の入射角と検出強度の関係を説明する図である。
【図８】入射角度を最適化した場合の検出結果を説明する図である。
【符号の説明】
１…レーザ光源，２…走査機構，３…ミラー，４…集光ミラー，５…受光素子群，６…制御装置，７…受光素子，１１…主制御部，１２…レーザ駆動部，１３…走査制御部，１４…受光制御部，２１…光沢紙，２２…基紙，２３…吸収層，２４…シリカ層，２５…シリカ層内の空隙，３１…記録ヘッド，３２…透明インク，３３…水分，３４…ポリマー微粒子，３５…圧電振動子，３６…流路ユニット，３７…振動子ユニット，３８…収容空部，３９…圧電振動子，４０…流路形成板，４１…ノズルプレート，４２…弾性板，４３…リザーバ，４４…ノズル開口，４５…圧力室，４６…インク供給口

Claims

着弾対象物表面における液体の着弾領域と非着弾領域とを認識することで、液体噴射ヘッドでのドット抜けを検出するドット抜け検出装置において、
検出光を発生する共に該検出光を前記着弾対象物の表面にスポット照射する光照射手段と、
着弾対象物表面で反射させた前記検出光を受光する受光手段と、
前記受光手段からの検出信号が入力される着弾検出手段とを備え、
該着弾検出手段は、着弾対象物の表面微細状態に起因する光の散乱度合いの違いに基づき、前記液体の着弾領域と非着弾領域とを認識することを特徴とするドット抜け検出装置。
前記検出光をレーザ光線で構成したことを特徴とする請求項１に記載のドット抜け検出装置。
前記検出光の入射角を可変する入射角可変手段を備え、前記液体の種類に応じて入射角を変更する様に構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のドット抜け検出装置。
前記液体が透明樹脂の粒子を透明媒体内に分散させた透明インクであり、前記着弾対象物が基紙表面に光沢層を形成してなる光沢紙であることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のドット抜け検出装置。