JP2007076265A - 液滴吐出装置、液滴吐出システム、液滴吐出状態検出方法、及び液滴吐出状態検出プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】インクジェット記録装置などの液滴吐出装置において、液滴を吐出する複数のノズルの吐出状態（正常吐出、不吐出、吐出不良）を正確に検出できるようにする。
【解決手段】記録ヘッド１０８のノズル２０１から吐出されるインク液滴の主滴２０７とサテライト２０８が発光素子２０２から受光素子２０３に入射する光束２０９を通過して遮光する。それにより受光素子２０３の受光量が変化して出力が変化する。その出力から生成される検出信号に基づいて、主滴とサテライトの有無と共に、吐出状態により変化する主滴とサテライトの物理的特性（例えば、大きさ、吐出速度、飛翔間隔及びサテライト数など）を検出する。そして、その検出結果に基づいてノズル２０１毎のインク液滴の正常吐出、不吐出、吐出不良を判断し、検出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、記録ヘッドの複数のノズルからインク液滴を記録媒体に対して吐出して画像の記録を行うインクジェット記録装置など、複数のノズルから液滴を吐出する液滴吐出部を有する液滴吐出装置、及びこの装置とこれを制御する制御装置からなる液滴吐出システムにおいて、前記複数のノズルからの液滴の吐出状態（正常吐出／不吐出／吐出不良）を検出する構成、検出方法、及び検出プログラムに関するものである。

インクジェット記録装置では、塵や増粘インクによる記録ヘッドのノズルの詰まり、バブルジェット（登録商標）方式の場合のノズルのヒータの断線などの原因で、ノズルからインク液滴が吐出されない不吐出が発生する場合がある。

また、インクジェット記録装置では、複数のノズルからインク液滴を１秒間に数千から数十万回吐出する事で画像の記録を行っている。このため記録を続けると、ノズル内の撥水状態の悪化、ヒータのこげなどノズル内の劣化現象が起こり、吐出に対するエネルギー効率が悪くなる。その結果、吐出されるインク液滴（主滴と、主滴が分裂してできる微小インク液滴であるサテライト）の吐出速度（飛翔速度）、大きさ、飛翔間隔、サテライトの数、及び吐出方向などの物理的特性が変化する。このため、吐出してもインク液滴が記録媒体に着弾しない実質的な不吐出、着弾位置のずれ、主滴とサテライトを合わせた着弾滴の大きさが変わる（小さくなる）、吐出の一発目からある程度吐出回数を重ねるまでの初期の吐出が不良となる（以下、発一不良という）などの吐出不良が発生する。このような吐出不良や不吐出が発生すると記録画像に乱れが生じ、記録の品質が劣化してしまう。

これに対して、例えば下記の特許文献１に記載されているように、フォトインタラプタ方式で、記録ヘッドの各ノズルからのインク液滴の吐出状態を検出する構成が採用されている。フォトインタラプタ方式では、フォトインタラプタを構成する発光素子と受光素子を対向して配置し、記録ヘッドの各ノズルから吐出されたインク液滴が発光素子から受光素子に入射する光束を通過して遮光するようにしている。そして光束の遮光量による受光素子の受光量の変化（低減）に応じた検出信号の変化に基づいて吐出状態を判定している。従来では、吐出されたインク液滴の主滴が光束を遮光する際の遮光量が一定値以上（検出信号の変化が一定値以上）である場合は吐出、一定値以上でない場合は不吐出と判断していた。

画像の記録を行う前に、イニシャル処理を行った後、上記のようにして各ノズルの吐出／不吐出を検出し、不吐出ノズルがなければ画像記録を行うが、不吐出ノズルがあった場合は、記録ヘッドの全ノズルからインクを吸引して不吐出ノズルの修繕すなわち吐出の回復を行う回復制御やエラー処理を行なっていた。
特開平１１−１７９８８５号公報

上述したように、従来では吐出されたインク液滴の主滴のみの遮光量に基づいて吐出状態を吐出／不吐出の２つの状態のみに判断し、不吐出ノズルを検出したら全ノズルからのインク吸引やエラー処理を行っていた。

しかしながら、ノズルの吐出状態には、完全に吐出しない不吐出のほかに、前述したノズル内の劣化現象などによる吐出不良がある。このような吐出不良のノズルの修繕は、そのノズルを複数回駆動してインク液滴を吐出させる予備吐出などでノズル単位で行うことができる。このため、不吐出ノズルを修繕するためのインク吸引に比べて、短時間で行え、インク消費量も少ない。

これに対して、従来では、吐出不良を不吐出と分けて正確に判断できないため、吐出不良でも不吐出と判断してインク吸引を行ってしまう場合があり、ノズルの修繕に時間がかかり、修繕に使用するインクの量も多くなってしまうという問題があった。

一方、正常に吐出されたインク液滴の主滴とサテライトの大きさ、吐出速度、飛翔間隔、及びサテライトの数などの物理的特性は常に一定であり、吐出不良の場合は、これらの物理的特性が変化する。したがって、吐出状態の検出において、上記の主滴とサテライトの物理的特性を把握できれば、吐出不良を不吐出と分けて正確に判断でき、正常吐出、不吐出、吐出不良を正確に判断して検出できると考えられる。

そこで、本発明の課題は、インクジェット記録装置に限らず、複数のノズルから液滴を吐出する液滴吐出部を有する液滴吐出装置、及びこの装置とこれを制御する制御装置からなる液滴吐出システムにおいて、前記複数のノズルからの液滴の吐出状態の検出で、各ノズルの吐出状態によって変化する主滴とサテライトの物理的特性に基づいて、各ノズルの正常吐出、不吐出、吐出不良を正確に判断して検出できる構成を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明は、
複数のノズルから液滴を吐出する液滴吐出部を有する液滴吐出装置（ないしは、この装置とこれを制御する制御装置からなる液滴吐出システム）であって、
前記ノズル毎に吐出される液滴の主滴とサテライトの有無と共に、吐出状態により変化する主滴とサテライトの物理的特性（例えば、主滴とサテライトの大きさ、吐出速度、飛翔間隔及びサテライト数の少なくとも１つ）を検出する検出手段と、
該検出手段の検出結果に基づいて前記ノズル毎の液滴の正常吐出、不吐出、吐出不良を判断する判断手段を有することを特徴とする。

また、本発明では、上記本発明の液滴吐出装置ないし液滴吐出システムの構成に対応する液滴吐出装置ないし液滴吐出システムの液滴吐出状態検出方法及び液滴吐出状態検出プログラムの構成を採用した。

本発明によれば、液滴吐出部の複数のノズルからの液滴吐出状態の検出において、ノズル毎に吐出される液滴の主滴とサテライトの有無と共に、吐出状態により変化する主滴とサテライトの物理的特性（例えば、主滴とサテライトの大きさ、吐出速度、飛翔間隔及びサテライト数など）に基づいて、各ノズルの正常吐出、不吐出、吐出不良を正確に判断して検出することができる。そして、正確な検出結果に基づいて、不吐出ないし吐出不良ノズルの修繕制御を最適に行い、修繕を短時間で行え、修繕に使用する液滴の量を節約することもできるという優れた効果が得られる。

以下、添付した図を参照して本発明の実施の形態を説明する。ここでは、プリンタとして構成されたインクジェット記録装置において記録ヘッドの複数のノズルからのインク液滴の吐出状態を検出する構成の実施例を示す。インクジェット記録装置は、バブルジェット（登録商標）方式のもので、記録ヘッドの各ノズルに設けられたヒータの発熱によりノズル内のインク中に発生する気泡の圧力でノズルからインク液滴を吐出するものとする。

図１（ａ），（ｂ）は、実施例１におけるインクジェット方式のプリンタ１０１の構成を示しており、(ａ)はプリンタの正面、(ｂ)は側面を示している。

図１（ａ），（ｂ）において、キャリッジ１０２は、ガイド軸１０３に摺動可能に取付けられ、主走査モータ（図１０参照）の駆動により、矢印Ａ，Ａ′の両方向に往復移動する。キャリッジ１０２には、複数のノズルからインク液滴を吐出する液滴吐出部としての記録ヘッド１０８が下向きに搭載されている。紙送りローラ１０５が副走査モータ（図１０参照）によって回転駆動されることにより、不図示の記録媒体（用紙）がプラテン１０４上を矢印Ｂ方向に送られる。記録ヘッド１０８の正面（図中で下面）に設けられた複数のノズル（図２及び図３参照）から順次インク液滴が吐出され、記録媒体に着弾することにより、記録媒体に画像が記録される。

キャリッジ１０２の移動範囲、すなわち記録ヘッド１０８の移動範囲の図１（ａ）中で右端部のホームポジションには、ワイパー１０６を備えた回復ユニット１０７が設けられている。記録ヘッド１０８のノズルの吐出不具合に対する予防ないし修繕策として、記録ヘッド１０８の正面に付着したゴミなどをワイパーで拭き取るワイピング、または、回復ユニット１０７で記録ヘッド１０８のノズルからインクを吸引する動作を行う。

また、吐出状態検出センサ１０９が記録ヘッド１０８の移動範囲の図１（ａ）中で左端部の非印字領域に設けられている。このセンサ１０９により、記録ヘッド１０８の各ノズルからのインク液滴の吐出状態（正常吐出／不吐出／吐出不良）の検出を行う。このセンサ１０９は、発光素子と受光素子を有するフォトインタラプタとして構成されている。記録ヘッド１０８の各ノズルから吐出されたインク液滴（主滴およびサテライト）がセンサ１０９の発光素子から受光素子に入射する光束を通過して遮光する。その際の遮光量による受光素子の受光量に応じた出力から生成される検出信号に基づいて各ノズルの吐出状態を判断し、検出する。以下、その検出方法について説明する。

図２は吐出状態検出センサ１０９を用いた吐出状態検出の概要を示している。図２に示したように、センサ１０９は、発光素子２０２、受光素子２０３、受光素子用のアパーチャ２０４、発光素子用のアパーチャ２０５、及びインク吸収体２０６などから構成されている。発光素子２０２と受光素子２０３は、吐出状態の検出位置にある記録ヘッド１０８の正面の下側近傍の領域を挟むように配置されている。発光素子２０２から受光素子２０３に入射する光束２０９を絞り込んでＳ/Ｎ比を向上させるために、両素子２０２，２０３のそれぞれの前側近傍にアパーチャ２０４、２０５を設けている。なお、アパーチャ２０４、２０５の光を通す開口のサイズは、例えば２ｍｍ×２ｍｍとする。発光素子２０２には、例えば砲弾型の径が５ｍｍのサイズで狭指向性の赤外ＬＥＤを用い、５Ｖの電圧を印加して発光させる。発光素子２０２から受光素子２０３に入射する光束２０９の光量を受光素子２０３で読取る。ノズルの吐出状態の検出を行う場合のみ発光素子２０２に電圧を印加する構成とする。また、受光素子２０３には、例えば赤外領域で最も感度の高い分光感度特性を示すフォトダイオードを用いる。なお、発光素子２０２に半導体レーザーなど他の素子を用い、受光素子２０３もフォトトランジスタなどの他の素子を用いてもよいことは勿論である。発光素子２０２の光量を多くすることで、吐出状態の検出信号を大きくしてＳ／Ｎ比を向上できる。

記録ヘッド１０８の各ノズル２０１の吐出状態検出時には、ホスト装置からの吐出指令に応じて、各ノズル２０１が順次駆動（ヒータが発熱）され、各ノズル２０１からインク液滴の主滴２０７が吐出(発射)される。吐出直後には主滴２０７がひきちぎれてサテライト２０８が生成される。主滴２０７及びサテライト２０８は、光束２０９を通過(遮光)し、スポンジ状のインク吸収体２０６に着弾して吸収される。

ここで、正常吐出時に吐出されたインク液滴が主滴２０７とサテライト２０８に分離し始めるのはノズル２０１の吐出口先端から外側に約５０μｍ〜５００μｍ離れた範囲内である。したがって、記録ヘッド１０８の正面にあるノズル２０１の吐出口と光束２０９を離していないと、まだ分離し終えていない主滴２０７とサテライト２０８が一緒に光束２０９を通過してしまうため、区別ができない。このため本実施例では、ノズル２０１の吐出口と光束２０９とを所定距離Ｌｚだけ離し、その距離Ｌｚを、少なくともその間で吐出されたインク液滴が主滴２０７とサテライト２０８に分離し終わる距離であって、少なくとも０．１ｍｍ以上とし、例えば３ｍｍ程度に設定する。こうして主滴２０７とサテライト２０８が別々に光束２０９を通過して遮光するようにした。

図３（ａ），（ｂ）は吐出状態検出時のキャリッジ１０２を正面から見た正面図と下方向から見た平面図である。図３（ｂ）に示すように記録ヘッド１０８の複数のノズル２０１は、４列に配列されており、各列の配列方向は発光素子２０２と受光素子２０３が対向する方向であって、副走査方向（記録媒体の搬送方向）に沿っている。また各ノズル列が間隔を置いて並ぶ方向はキャリッジ１０２の移動方向（主走査方向）に沿っている。

ここで、例えば上３つのノズル列は染料インク吐出用ノズル列（上からシアン、マゼンタ、イエロー）とし、一番下のノズル列は顔料のブラックインク吐出用ノズル列とする。顔料インク用のノズル列の各ノズルは、テキスト文書の高速記録を目的としているため、染料用のノズル列の各ノズルより吐出口が一回り大きくなっている。

ノズルの吐出状態検出を行って正常吐出であった場合、ノズル２０１から吐出されたインク液滴の主滴２０７及びサテライト２０８は、図２（ａ）、図３（ａ）中で破線の矢印のように光束２０９を通過(遮光)し、吸収体２０６に着弾、吸収される。この時に受光素子２０３に入射する光量の変化を受光素子２０３で読取り、その出力の光電流を電流／電圧変換した信号がノズル２０１の吐出状態を判断するための吐出状態検出信号となる。

図４は、正常吐出時に吐出されたインク液滴が主滴２０７とサテライト２０８に分かれるまでの様子を示している。なお、図４は図３（ｂ）に示されている１ノズルの吐出状態を表している。ノズルは、インク流路４０１、その端部の片側に設けられたヒータ４０２、反対側に設けられた吐出口４０３によって形成されている。キャリッジ上の不図示のタンクからインクが各ノズルのインク流路４０１に供給されて溜められる。吐出の開始時にヒータ４０２にパルスが印加され、その発熱によりインク流路４０１内に気泡４０４が発生し、図４（ａ）のように気泡４０４の圧力により流路４０１内のインクがインク液滴（分離前の主滴）２０７として吐出口４０３の外へと押し出される。その後、気泡４０４はさらに大きくなり、図４（ｂ）のようにインク液滴２０７は吐出口４０３外へと吐出される。ここから、ヒータ４０２の温度が下がってくるため、気泡は縮小していく。そして図４（ｃ）のように、吐出されたインク液滴２０７の尾部分がちぎれて行き、図４（ｄ）のように主滴２０７とサテライト２０８がほぼ同じ大きさに分割される。すなわち、正常吐出時には、サテライト２０８の数は１個であり、主滴２０７とサテライト２０８の大きさはほぼ同じでほぼ一定の大きさになる。また、両者の吐出速度（飛翔速度）と飛翔間隔（時間差）もほぼ一定になる。

図５は、ノズルの吐出状態検出で図４のような正常吐出であった場合の吐出状態検出信号の波形を示している。図５中の駆動信号５０１は、吐出を開始するための信号であり、縦軸の電圧で符号Ｃｈ１の矢印で示すレベルを０Ｖとして、破線の１枡を２Ｖ単位として示してある。駆動信号５０１は、通常は３．３Ｖに固定されているが、吐出命令があると３．３Ｖより立ち下がり、これがトリガーとなって吐出が開始される。ここでは、ある１ノズルを吐出周波数ｆ＝１ＫＨｚで連続的に吐出させた場合の波形を示してある。横軸の時間は破線の１枡を２００μｓ単位として示してある。駆動信号５０１は１ｍｓの周期で立ち下がる。

吐出状態検出信号（以下、単に検出信号という）５０２は、受光素子２０３に入射して受光される光量を電気信号で表したもので、符号Ｃｈ２の矢印のレベルを０Ｖとして破線の１枡を５Ｖ単位として示してある。ここでは、検出信号５０２は、受光素子２０３の受光量が小さく（暗く）なると電圧が下がる構成となっている。

図５においては、検出信号５０２は、駆動信号５０１が立ち下がって吐出が開始された３００μｓ程度後から−７Ｖ付近まで下降し、その後０Ｖ程度まで上昇した後、再び−７Ｖ程度まで下降し、その後、吐出前の電圧に戻っている。つまり１回の吐出に対して電圧が谷状に２回変化している。最初の谷状の変化部分が主滴２０７、次の変化部分がサテライト２０８による光束２０９の遮光を表している。ここで検出信号５０２は遮光量を表しているから、検出信号５０２の谷状変化部分のそれぞれの振幅は主滴２０７とサテライト２０８の大きさを表し、変化時間ｔ１，ｔ３は吐出速度（飛翔速度）を示す事になる。

図４（ｄ）に示したように、本実施例の装置のノズルで正常吐出時には主滴２０７とサテライト２０８がほぼ同じ大きさになる。このため図５における検出信号５０２の２つの谷状変化部分の振幅がほぼ等しくなる。吐出速度を計算すると、主滴２０７がアパーチャ長２ｍｍを通過するのにかかる時間ｔ１が約２５０μｓ、サテライト２０８がアパーチャ長２ｍｍを通過するのにかかる時間ｔ３が約４００μｓであるから、主滴速度が約８ｍ／ｓ、サテライト速度が約５ｍ／ｓとなる。また、谷状の変化の回数からサテライト数を検出する事ができる。ここでは谷状の変化が２回であるからサテライトは１つであるが、変化が３回であればサテライトは２つという事になる。さらに、主滴２０７とサテライト２０８の変化部分の間隔を検出する事で主滴２０７とサテライト２０８の飛翔間隔（時間差）を検出する事も可能である。図５の場合では主滴とサテライトの飛翔間隔ｔ２は約１０μｓである。このように検出信号の振幅、変化時間、変化部分の間隔、変化回数を見る事で、主滴２０７及びサテライト２０８の大きさ、吐出速度（飛翔速度）、飛翔間隔、サテライトの数を検出する事ができる。

図６（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ異なる吐出状態で吐出から一定時間経過後の状態を示している。図６（ａ）は正常吐出時を示しており、前述したように正常吐出時は主滴とサテライトは、ほぼ同じ大きさになる。図６（ｂ）は不吐出状態を示している。この場合、ノズルに対するインクの固着やごみの詰まり、或いは気泡発生の不具合、すなわちヒータの故障などが原因となり、インク液滴が吐出されない。

図６（ｃ）〜（ｅ）は、吐出不良状態を示している。図６（ｃ）では、主滴２０７及びサテライト２０８が正常吐出時より小さくなり、大きさも異なっている。これは、ノズルの劣化やインク固着、インクの粘性の変化により、吐出エネルギーの伝わりが悪くなるためで、主滴２０７が小さくなる事により、サテライト２０８も小さくなり、主滴２０７とサテライト２０８の大きさもばらつく。図６（ｄ）ではサテライト２０８が２つに分裂している。これは、ノズル劣化やインク固着により発砲効率が不安定なためである。サテライト２０８の数は、０（発生しない）の場合や２つ以上になる場合もある。

図６（ｅ）では、主滴２０７とサテライト２０８の大きさは正常吐出とほぼ同じであるが、吐出速度が遅くなっている、また主滴２０７とサテライト２０８の飛翔間隔が短くなっている。これは、劣化によるヒータのこげや、インクの粘性が強くなった場合に発生する。なおインクの粘度が変化するのは、外気温や湿度が変化した時、連続吐出によりノズル内のインクの温度が変わった時などである。このように主滴とサテライトの有無と共に、大きさや吐出速度、サテライトの数、飛翔間隔を検出する事で正常吐出／不吐出／吐出不良状態を知る事が可能である。

図７は、ある１ノズルについて吐出周波数１０ｋＨｚで駆動したときの駆動信号５０１と検出信号５０２を図５とほぼ同様の形式（時間は１枡１００μｓ単位）で示している。駆動信号５０１が０Ｖ付近まで立ち下がるとノズルのヒータに電圧が印加され、正常なら吐出が開始されるのだが、図７では、駆動電圧５０１が０Ｖ付近まで下がっても検出信号５０２に変化はない。つまり、検出対象ノズルは、図６（ｂ）のような不吐出状態となっているため、インク液滴が吐出されず、遮光量に変化がないため検出信号５０２の電圧がほぼ一定になる。このような波形を示した場合は、検出対象ノズルを不吐出と判断する。なお、検出信号５０２の小さな変化は測定系のノイズである。

図８は、ある１ノズルに対して駆動信号５０１による吐出命令を１８回行った時の検出信号５０２の変化について、図５とほぼ同様の形式（時間は１枡１０ｍｓ単位）で示している。駆動信号５０１の立下り（吐出命令）が１０回目程度までは、検出信号５０２の出力電圧（最大変動値）は５Ｖ未満で、また主滴よりサテライトの方が振幅、変化時間が長くなっている。つまり、これは吐出されたインク液滴が正常吐出時より小さく、かつ主滴よりサテライトの方が大きく、吐出速度が遅い図６（ｃ）のような吐出不良状態となっている事を示している。

また、図８では、吐出の回数が増えるほど検出信号５０２の出力電圧は大きくなり、駆動信号５０１の立下りが１５回目程度でほぼ一定（安定）となる。このように吐出命令数に応じて検出電圧が大きくなるのは、当初は発一不良で吐出状態が悪く殆ど吐出していないが、駆動回数を増すごとに発一不良が改善され吐出滴が序々に大きくなり１５回目程度で正常吐出になった事を示している。図８のような波形を示した場合は、１４回目の吐出命令まで吐出不良（発一不良）と判断する。なお、ここでは発一不良の変化状態を長く見るために吐出周波数ｆを２００Ｈｚとしている。

図９は、ある１ノズルに対して吐出命令を９回行った時の、検出信号５０２の変化について図５とほぼ同様の形式（時間は１枡５ｍｓ単位）で示している。図９を見ると吐出命令の１回目から５回目までは主滴、サテライト共に検出信号５０２の出力電圧が小さく、主滴に対してサテライトが大きく、サテライトの方が吐出速度が遅い事がわかる。また吐出命令の４回目では、図６（ｄ）のようにサテライトが２つに分裂している状態になっている事がわかる。このような検出信号５０２の波形を示した場合は、５回目の吐出命令まで吐出不良（吐出不安定）と判断する。

上記のように検出信号５０２から主滴とサテライトの有無と共に、吐出状態によって変化する主滴とサテライトの大きさ、吐出速度、飛翔間隔、サテライト数という物理的特性を読取る事で、検出対象ノズルの正常吐出／不吐出／吐出不良の状態を正確に判断して検出する事が可能となる事がわかる。

図１０は、本実施例のインクジェットプリンタ１０１の制御系の構成を示している。同図において、記録ヘッド制御回路１００２は、ＣＰＵ１００５からの指示に従って記録ヘッド１０８を電気的に制御し、画像データに応じてインク液滴を吐出させる。

検出信号生成回路１００４は、吐出状態検出センサ１０９の受光素子２０３から出力される光電流を電流／電圧変換し増幅するなどして図５及び図７〜図９で示したような検出信号を生成する。そして、さらに検出信号を処理して、ノズル毎の吐出状態情報の信号、具体的には、主滴とサテライトの遮光により変化する前記検出信号の電圧値の時系列データの信号に変換する。

主走査モータ１００６は、図１中でキャリッジ１０２を矢印Ａ，Ａ′方向に移動させるための駆動源である。副走査モータ１００７は記録媒体を図１中でＢ方向に搬送するための駆動源である。回復動作モータ１００８及び回復動作アクチュエータ１００９は、回復ユニット１０７を作動させ、記録ヘッド１０８のノズルからのインク吸引動作や、ワイパー１０６で記録ヘッド１０８の正面を拭うワイピングなどの回復動作を行わせるための駆動源である。回復動作センサ１０１０は、回復ユニット１０７の動作状態を検出するための複数のセンサである。機構制御回路１０１１は、これらモータ１００６〜１００８、アクチュエータ１００９およびセンサ１０１０を制御ないし管理する。

ＣＰＵ１００５は、ＲＯＭ１０１２に格納された制御プログラムに従ってインクジェットプリンタの各部の動作を全体的に制御する。ＲＯＭ１０１２に格納される制御プログラムには、後述する図１２の処理手順で記録ヘッドの各ノズルからのインク液滴の吐出状態検出を行うためのインク液滴吐出状態検出プログラムが含まれる。ＲＡＭ１０１３は、ＣＰＵ１００５が制御プログラムに従って処理を実行する過程で必要な各種パラメータなどのデータを一時保存したり、画像データを一時的に格納したりするために用いられる。ＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性メモリ１０１４は、装置電源のオフ時にも記録ヘッドの各ノズルの吐出状態の検出結果などの必要なデータを保存しておくために用いられる。

操作・表示部１０１５は、インクジェットプリンタの電源投入や、ホスト装置１０１７とのオンライン／オフラインの設定等、ユーザが所要の操作を行うための各種スイッチや、装置の状態等を表示してユーザに報知するための表示器などを有する。

ホスト装置１０１７は、インクジェットプリンタに対して画像データを供給するものであり、例えば、プリントに係る画像等のデータの作成、処理等を行うコンピュータとする。この他に、画像読取り用のリーダ部あるいはデジタルカメラ等をホスト装置１０１７としてもよい。インターフェース１０１６を介して、ホスト装置１０１７との間で画像データ、その他のコマンド、ステータス信号等が送受信される。

上記構成において、記録ヘッド１０８の各ノズル２０１の吐出状態を検出するときには、まず主走査モータ１００６を駆動し、図３（ｂ）のように記録ヘッド１０８のノズル列の１列が光束２０９の真上になる位置にキャリッジ１０２を移動させる。次に、記録ヘッド制御回路１００２から記録ヘッド１０８に信号を送り、上記１列の各ノズルからのインク吐出動作を順次１ノズルずつ行わせる。これと共に、検出信号生成回路１００４において、受光素子２０３の出力の光電流から検出信号が生成され、さらに、検出信号が記録ヘッド制御回路１００２からのインク吐出タイミング信号に基づいて、ノズル毎の吐出状態情報（検出信号の電圧値の時系列データ）に変換される。そして、その吐出状態情報がＲＡＭ１０１３に一時記憶される。

そしてＣＰＵ１００５が１ノズル毎に上記吐出状態情報により、吐出された主滴とサテライトの有無と共に、大きさ、吐出速度、飛翔間隔及びサテライト数を検出し、その結果に基づいて正常吐出／不吐出／吐出不良を判断する。そして、その判断結果を不揮発性メモリ１０１４に格納する。なお、その判断方法の詳細は図１２で後述する。

このように順次１列の各ノズルの吐出状態を検出し、１列の全ノズルの吐出検出処理が終了したら、次の１列のノズル列が光束２０９の真上になる位置にキャリッジ１０２を移動させ、そのノズル列の各ノズルの吐出検出処理を行う。

このようにして、全ノズル列の全ノズルに対する吐出検出処理を行った後、不揮発性メモリ１０１４に記憶された情報により、不吐出ノズルがあったら、記録ヘッド１０８の全ノズルからのインク吸引動作を行う。この場合、主走査モータ１００６を駆動して回復ユニット１０７の位置までキャリッジ１０２を移動させ、回復動作センサ１０１０の出力を監視しつつ回復動作モータ１００８及び回復動作アクチュエータ１００９を駆動し、記録ヘッド１０８の全ノズルからのインク吸引動作を行う。また、吐出不良ノズルがあった場合は、吐出不良ノズルに対してのみ吐出命令を送り、予備吐出を行わせる。これにより、記録ヘッドの各ノズルの一時的な不吐出または吐出不良を修繕する事ができる。

また、不揮発性メモリ１０１４の履歴を参照し、数度の修繕制御を行っても不具合状態が完治しないノズルがあった場合は、ホスト装置１０１７にエラー表示とヘッド交換を促すメッセージ表示を行わせる。

なお、上記では１ノズルずつ検出信号による吐出状態情報を取得し、その情報に基づいて当該ノズルの吐出状態を判断するものとしたが、１ノズルずつ全ノズルについて吐出状態情報を取得してＲＡＭ１０３に格納した後に、各ノズルについて吐出状態情報に基づいて吐出状態を判断するようにしてもよい。

図１１は、検出信号の生成と処理に関わる構成を示している。同図において、１１０１は、吐出状態検出センサ１０９の発光素子２０２とアパーチャ２０４を含む発光部であり、１１０４は受光素子２０３とアパーチャ２０５を含む受光部である。Ｉ−Ｖ変換器１１０５からＡ／Ｄ変換器１１０８までは検出信号生成回路１００４の構成に含まれる。

電源１１０３から制御部１１０２に必要な電源電力が供給される。制御部１１０２は、供給された電源電力からノイズを除去し、発光部１１０１の発光素子に適した電圧及び電流の電力を供給する。それにより発光素子が発光し、その光束が受光部１１０４の受光素子に受光される。ノズルの吐出状態検出時には、ノズルから吐出されたインク液滴の主滴とサテライトが前記の光束を通過して遮光し、受光素子の受光量が変化し、受光素子の出力する光電流が変化する。その光電流をＩ−Ｖ変換器１１０５で電圧に変換した後、フィルタ回路１１０６で検出に必要な帯域の成分のみ取出し、それをＡＭＰ回路１１０７で増幅して吐出状態の検出信号を生成する。さらにＡ／Ｄ変換器１１０８が検出信号をＡ／Ｄ変換し、検出信号の電圧値（デジタル値。以下、検出値ともいう）の時系列データを出力する。この検出値のデータは、記録ヘッド制御回路１００２からのインク吐出タイミング信号に基づいてノズル毎の吐出状態情報のデータとして区切られて出力され、ＲＡＭ１０１３に一時記憶される。ＣＰＵ１００５は、記憶されたノズル毎の吐出状態情報としての検出値の変化の有無、変化の大きさ及び変化時間などにより、ノズル毎に吐出される主滴とサテライトの有無と共に、大きさ、吐出速度、飛翔間隔及びサテライト数を検出し、その検出結果により、ノズル毎の正常吐出／不吐出／吐出不良を判断する。

図１２は、ノズルの吐出状態検出及び修繕動作を行うためのＣＰＵ１００５の制御手順を示すフローチャートである。この制御手順に対応した吐出状態検出プログラムがＲＯＭ１０１２に格納される。ＣＰＵ１００５がこのプログラムを実行することにより、プログラムに従った制御の下にノズルの吐出状態検出及び修繕動作が行われる。なお、ＰＣなどのホスト装置１０１７がインクジェットプリンタ１０１を制御するためのプリンタドライバなどの制御プログラムによる制御の下に吐出状態検出及び修繕動作が行われるものとしてもよい。

図１２の制御手順では、まずノズルの吐出状態検出を開始するに当たって正常吐出を判断するための主滴とサテライトの吐出状態に関わる物理的特性の正常吐出値として、主滴とサテライトの吐出滴の大きさ、吐出速度、飛翔間隔及びサテライトの数を設定する（ステップＳ１）。これらの正常吐出値は、ばらつきを考慮して幅を持った値に設定する。また、吐出滴の大きさ、吐出速度、飛翔間隔、サテライト数は、ノズル列毎に、吐出するインクの種類（染料／顔料ないし色）及びノズルの口径に応じて変わるため、各ノズル列に対してインクの種類とノズルの口径に応じて別々に設定する。また、これらの値は、予め定めてＲＯＭ１０１２に格納しておき、検出対象のノズル列に応じて選択して用いて設定する。

次に、ノズルの吐出条件、すなわち１ノズル毎の吐出命令の回数と吐出周波数を決定する（ステップＳ２）。

次に、キャリッジ１０２を移動させ、記録ヘッド１０８の検出対象となる１列のノズル列を吐出状態検出センサ１０９の光束２０９の真上に移動させる（ステップＳ３）。

次に、検出対象の１ノズルに対して吐出パルスを印加する（ステップＳ４）。これにより前記１ノズルが駆動され、そのノズルからの主滴とサテライトの吐出状態に応じた検出信号が生成され、それがそのノズルの吐出状態情報としての検出値の時系列データに変換され、ＲＡＭ１０１３に一時記憶される。

次に、上記の検出値における主滴の遮光による変化の有無を見て主滴の有無、すなわち主滴の吐出の有無を判断する（ステップＳ５）。そして、検出値の変化がなければ、主滴の吐出がなく、勿論サテライトの吐出もないと判断し、検出対象のノズルを不吐出ノズルとして不揮発性メモリ１０１４に記憶し（ステップＳ１１）、その後、ステップＳ８に進む。

一方、検出値の変化があれば、少なくとも主滴が吐出されたと判断してステップＳ６に進む。ステップＳ６では、検出値の時系列データから吐出された主滴とサテライトのサイズ、吐出速度、飛翔間隔及びサテライト数を検出し、それぞれの値がステップＳ１で設定した正常値と同じであるか（正常値の幅の範囲内であるか）判断する。そして、それぞれの値が同じであれば対象ノズルを正常吐出ノズルとして不揮発性メモリ１０１４に記憶し（ステップＳ７）、その後、ステップＳ８に進む。

一方、サイズ、吐出速度、飛翔間隔、及びサテライト数の内で一つの項目でも正常値と異なっていた場合（正常値の幅の範囲外であった場合）は、対象ノズルを吐出不良ノズルとして不揮発性メモリ１０１４に記憶し（ステップＳ１２）、その後、ステップＳ８に進む。

ステップＳ８では全ノズル列の全ノズルの検出が終了したか調べる。そして、終了していない場合で検出対象の１列のノズル列の全ノズルの検出が終了した場合はステップＳ３に戻り、次の検出対象のノズル列を光束２０９の真上に移動する。また、検出対象のノズル列の全ノズルの検出が終了していない場合は、破線の矢印で示すようにステップＳ４に戻る。そして、それぞれステップＳ４以下の処理を繰り返して順次１ノズル毎の検出動作を繰り返す。

一方、全ノズル列の全ノズルの検出が終了した場合は、不揮発性メモリ１０１４の記憶データを見て不吐出ノズルがあったか調べ（ステップＳ９）、あった場合は、記録ヘッドの全ノズルからのインク吸引などの不吐出修繕制御を行う（ステップＳ１３）。

また、不吐出ノズルがなかった場合は、吐出不良ノズルがあったか調べ（ステップＳ１０）、あった場合は、そのノズルに対して予備吐出などの吐出不良修繕制御を行う（ステップＳ１４）。

ステップＳ１３ないしＳ１４で不吐出ないし吐出不良の修繕制御を行った後は、ステップＳ３に戻り、ステップＳ３以下の処理を繰り返して全ノズルの吐出検出動作を再び行い、また不吐出ないし吐出不良があったら修繕制御を行う。修繕制御を数回行っても全ノズルが正常吐出とならない場合は、記録ヘッドの交換を促すなどのエラー表示を行う。

一方、不吐出ノズルも吐出不良ノズルもなかった場合は、全ノズル列の全ノズルが正常吐出ノズルであるから、図１２の処理を終了して吐出検出動作を終了し、その後、記録を開始する。

なお、ステップＳ１３ないしＳ１４での不吐出ないし吐出不良ノズルの修繕処理は、インク吸引ないし予備吐出に限らず、吐出パルスの電圧を変更して吐出パワーをアップするなどの他の処理を行なってもよい。また修繕処理の代わりに、不吐出ないし吐出不良ノズルの代わりに他の正常吐出ノズルを使用して補う補間制御を行うようにしてもよい。

また、上記の吐出状態検出動作は、数分以上の印刷休止を行った場合に行うものとする。これは、数分間の印刷休止でノズルのインクの固着が発生して発一不良が発生する場合があるからである。

なお、上記の吐出状態検出に要する時間は、
検出時間 ＝（全ノズル数／吐出周波数）×１ノズルの吐出回数＋キャリッジ移動時間
となる。例えば全ノズル数が１０００、吐出周波数が１０ｋＨｚ、１ノズルの吐出回数が５回、キャリッジ移動時間が０．５ｓだとすると、検出にかかる時間は１ｓ程度となる。吐出状態検出センサ１０９において、受光素子２０２と発光素子２０３の組数（光束１０９の数）を増やすこと、吐出周波数を高くすること、ないしは１ノズルの吐出回数を減らすことにより、検出時間をより短くすることが可能である。このように、ごく短時間でノズルの吐出状態を検出することが可能である。

また、検出に使用する総インク量は、
総インク量 ＝ 全ノズル数×１ノズルの吐出回数×１吐出滴量
となる。例えば、全ノズル数が１０００、１ノズルの吐出回数が１０、１吐出滴量が５ｐｌであった場合で、総インク量は５０ｎｌ程度となり、極めて少ないインク量で検出が可能である。

以上、説明した本実施例によれば、吐出状態検出センサ１０９の出力から生成される検出信号に基づいて、各ノズルから吐出される主滴とサテライトの有無と共に、液滴サイズ、吐出速度、飛翔間隔、及びサテライト数を検出し、その検出結果により各ノズル毎の正常吐出／不吐出／吐出不良を判断するので、その判断を正確に行うことができ、吐出状態検出を正確に行うことができる。特に、ノズル列毎に、インクの種類（染料／顔料、インク色）とノズルの口径に応じて正常吐出値を別々に設定し、それに基づいて検出を行うので、ノズル列毎のインクの種類ないしはノズルの口径の相違に拘わらず、検出を正確に行うことができる。そして、正確な検出結果に基づいて、不吐出ないし吐出不良のノズルの修繕制御をそのノズルの吐出インクの種類と口径に応じて最適に行うことができる。

また、従来の吐出／不吐出しか判断しない方式では、実際は吐出不良でも不吐出と判断して修繕制御で全ノズルのインク吸引を行ってしまうので、修繕制御でのインク使用量が多かった。これに対して、本実施例では、吐出不良を不吐出と分けて正確に判断して、吐出不良ノズルについてのみ予備吐出や吐出パルスの電圧変更などの修繕制御を行うことができる。従って、修繕処理に使用するインク量を節約することができると共に、修繕処理を短時間で行うことができる。

以上では、バブルジェット（登録商標）方式のインクジェット記録装置（プリンタ）における実施例を説明したが、本発明の技術は、例えば圧電素子を利用した方式など他の方式のインクジェット記録装置にも適用できることは勿論である。また、そのインクジェット記録装置とこれを制御するＰＣなどの制御装置からなる記録システムにも適用できる。さらに、インク液滴に限らず、例えば、反応液、薬液、或いは乾燥すると導電体となる液体など、他の液体の液滴を吐出する液滴吐出装置にも適用でき、その液滴吐出装置とその制御装置からなる液滴吐出システムにも適用できる。

また、実施例において、吐出状態検出センサ１０９は、光センサであるフォトインタラプタとして構成されたものとしたが、その代わりに、例えば機械的な力を電気に変換する圧電素子などの素子から構成されたセンサを用いるものとしてもよい。

本発明の実施例のインクジェットプリンタの概略構成を示す正面図（ａ）及び側面図（ｂ）である。 同プリンタの吐出状態検出センサの構成と配置などを示す説明図である。 吐出状態検出の様子を示すキャリッジ周辺部の正面図（ａ）及び下方から見た平面図（ｂ）である。 ノズルからインク液滴が正常に吐出されて主滴とサテライトに分かれるまでの様子を示す説明図である。 正常吐出時における吐出状態の検出信号の波形を示す信号波形図である。 正常吐出時、不吐出時、及び異なる吐出不良時のそれぞれでの主滴とサテライトの吐出状態を示す説明図である。 不吐出時における検出信号の波形を示す信号波形図である。 発一不良時における検出信号の波形を示す信号波形図である。 吐出不安定時における検出信号の波形を示す信号波形図である。 実施例のプリンタの制御系の構成を示すブロック図である。 吐出状態検出センサの発光部と受光部、及び検出信号生成回路の要部の構成を示すブロック図である。 実施例のプリンタにおける吐出状態検出及びノズル修繕に関わる制御手順を示すフローチャート図である。

符号の説明

１０１ インクジェットプリンタ
１０２ キャリッジ
１０５ 紙送りローラ
１０６ ワイパー
１０７ 回復ユニット
１０８ 記録ヘッド
１０９ 吐出状態検出センサ
２０１ ノズル
２０２ 発光素子
２０３ 受光素子
２０７ 主滴
２０８ サテライト
２０９ 光束
５０２ 検出信号
１００２ 記録ヘッド制御回路
１００４ 検出信号生成回路
１００５ ＣＰＵ
１０１２ ＲＯＭ
１０１３ ＲＡＭ
１０１７ ホスト装置
１１０１ 発光部
１１０４ 受光部
１１０５ I−V変換器
１１０６ フィルタ回路
１１０７ ＡＭＰ回路
１１０８ Ａ／Ｄ変換器

Claims (14)

1. 複数のノズルから液滴を吐出する液滴吐出部と、
   前記ノズル毎に吐出される液滴の主滴とサテライトの有無と共に、吐出状態により変化する主滴とサテライトの物理的特性を検出する検出手段と、
   該検出手段の検出結果に基づいて前記ノズル毎の液滴の正常吐出、不吐出、吐出不良を判断する判断手段を有することを特徴とする液滴吐出装置。
2. 前記検出手段は、前記主滴とサテライトの物理的特性として、主滴とサテライトの大きさ、吐出速度、飛翔間隔及びサテライト数の少なくとも１つを検出することを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出装置。
3. 前記検出手段は、対向して配置された発光素子と受光素子を有し前記複数のノズルから吐出された液滴の主滴とサテライトが前記発光素子から前記受光素子に入射する光束を通過して遮光するように構成されたセンサと、該センサの前記受光素子の出力から検出信号を生成する検出信号生成回路とを含み、前記検出信号から前記ノズル毎に吐出される液滴の主滴とサテライトの有無と共に前記物理的特性を検出することを特徴とする請求項１または２に記載の液滴吐出装置。
4. 前記センサの発光素子から受光素子に入射する光束と前記複数のノズルの吐出口とが所定距離だけ離れており、前記距離が少なくともその間で吐出された液滴が主滴とサテライトに分離し終わる距離に設定されたことを特徴とする請求項３に記載の液滴吐出装置。
5. 複数のノズルから液滴を吐出する液滴吐出部を有する液滴吐出装置と、該液滴吐出装置を制御する制御装置からなる液滴吐出システムであって、
   前記ノズル毎に吐出される液滴の主滴とサテライトの有無と共に、吐出状態により変化する主滴とサテライトの物理的特性を検出する検出手段と、
   該検出手段の検出結果に基づいて前記ノズル毎の液滴の正常吐出、不吐出、吐出不良を判断する判断手段を有することを特徴とする液滴吐出システム。
6. 前記検出手段は、前記主滴とサテライトの物理的特性として、主滴とサテライトの大きさ、吐出速度、飛翔間隔及びサテライト数の少なくとも１つを検出することを特徴とする請求項５に記載の液滴吐出システム。
7. 複数のノズルから液滴を吐出する液滴吐出部を有する液滴吐出装置において、前記複数のノズルのそれぞれからの液滴の吐出状態を検出する液滴吐出状態検出方法であって、
   前記ノズル毎に吐出される液滴の主滴とサテライトの有無と共に、吐出状態により変化する主滴とサテライトの物理的特性を検出する検出工程と、
   該検出工程の検出結果に基づいて前記ノズル毎の液滴の正常吐出、不吐出、吐出不良を判断する判断工程を実行することを特徴とする液滴吐出状態検出方法。
8. 前記検出工程では、前記主滴とサテライトの物理的特性として、主滴とサテライトの大きさ、吐出速度、飛翔間隔及びサテライト数の少なくとも１つを検出することを特徴とする請求項７に記載の液滴吐出状態検出方法。
9. 複数のノズルから液滴を吐出する液滴吐出部を有する液滴吐出装置と、該液滴吐出装置を制御する制御装置からなる液滴吐出システムにおいて、前記複数のノズルのそれぞれからの液滴の吐出状態を検出する液滴吐出状態検出方法であって、
   前記ノズル毎に吐出される液滴の主滴とサテライトの有無と共に、吐出状態により変化する主滴とサテライトの物理的特性を検出する検出工程と、
   該検出工程の検出結果に基づいて前記ノズル毎の液滴の正常吐出、不吐出、吐出不良を判断する判断工程を実行することを特徴とする液滴吐出状態検出方法。
10. 前記検出工程では、前記主滴とサテライトの物理的特性として、主滴とサテライトの大きさ、吐出速度、飛翔間隔及びサテライト数の少なくとも１つを検出することを特徴とする請求項９に記載の液滴吐出状態検出方法。
11. 複数のノズルから液滴を吐出する液滴吐出部を有する液滴吐出装置において、前記複数のノズルのそれぞれからの液滴の吐出状態を検出するための液滴吐出状態検出プログラムであって、
    前記ノズル毎に吐出される液滴の主滴とサテライトの有無と共に、吐出状態により変化する主滴とサテライトの物理的特性を検出する検出工程と、
    該検出工程の検出結果に基づいて前記ノズル毎の液滴の正常吐出、不吐出、吐出不良を判断する判断工程を実行するための制御手順を含むことを特徴とする液滴吐出状態検出プログラム。
12. 前記検出工程において、前記主滴とサテライトの物理的特性として、主滴とサテライトの大きさ、吐出速度、飛翔間隔及びサテライト数の少なくとも１つを検出するための制御手順を含むことを特徴とする請求項１１に記載の液滴吐出状態検出プログラム。
13. 複数のノズルから液滴を吐出する液滴吐出部を有する液滴吐出装置と、該液滴吐出装置を制御する制御装置からなる液滴吐出システムにおいて、前記複数のノズルのそれぞれからの液滴の吐出状態を検出するための液滴吐出状態検出プログラムであって、
    前記ノズル毎に吐出される液滴の主滴とサテライトの有無と共に、吐出状態により変化する主滴とサテライトの物理的特性を検出する検出工程と、
    該検出工程の検出結果に基づいて前記ノズル毎の液滴の正常吐出、不吐出、吐出不良を判断する判断工程を実行するための制御手順を含むことを特徴とする液滴吐出状態検出プログラム。
14. 前記検出工程において、前記主滴とサテライトの物理的特性として、主滴とサテライトの大きさ、吐出速度、飛翔間隔及びサテライト数の少なくとも１つを検出するための制御手順を含むことを特徴とする請求項１３に記載の液滴吐出状態検出プログラム。

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