JP2007331191A - 記録装置及び該装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インクを吐出ための駆動エネルギーの閾値の判定を行う場合に、判定の行程の時間短縮が実現でき、記録ヘッドの温度変動による閾値判定誤差を抑制し、回復処理のために無駄にインクが消費されない記録装置の提供。
【解決手段】記録ヘッドに対して、順に異なる駆動エネルギーを供給し、記録ヘッドの吐出状態をモニタして駆動エネルギー閾値を判定する。吐出状態をモニタする時の記録ヘッドの温度の取得をし、閾値とヘッド温度から記録素子の駆動条件を求める。
【選択図】図３

Description

本発明は、本発明はインク滴を記録媒体に対して吐出させて記録するインクジェット記録装置、及び記録装置の制御方法に関するものである。

熱エネルギーを利用して利用してインクに膜沸騰を発生させてインクを吐出させる方式の記録ヘッドは、高密度のマルチノズル化が容易に具現化され、高解像度、高画質の画像を高速に得られるなどの特徴を有している。

ところで、前記インクジェット記録ヘッドにおいて考慮しなければならない点が、各発熱素子ヘの投入エネルギーである。各発熱素子ヘの投入エネルギーが低い場合、エネルギー不足によりインクの膜沸騰現象が不安定になり易く、インク滴の吐出速度や方向、さらには吐出量を変動させ、ヨレ、ショボ、カスレなど記録画像の画質を低下させてしまう。また、逆にインクジェット記録ヘッドヘの投入エネルギーが高い場合、過剰な熱エネルギーにより電気熱変換体に機械的なストレスを与えたり、膜質に変化を生じさせてしまい、前述のようなインク滴の吐出不良を起こし、画質が低下する。

そこで、インクジェット記録ヘッドに適切な駆動エネルギーを投入できるよう、インクジェット記録ヘッドヘの供給する電圧若しくはパルス幅を変化させ、インク液滴の吐出状態若しくは記録媒体への印字状態を観察する。これにより、記録ヘッド毎に吐出の閾値電圧若しくは閾値パルス幅を測定し、測定された値に別途実験により予め求められているマージン値Ｋを用いて適切な駆動条件を設定する。

また、この適切な駆動条件は、電気熱変換体の形状、構成、インクの種類などにより異なり、更に、同一種類の記録ヘッドであっても、製造工程中の膜厚変動、膜厚分布などにより異なる場合がある。

そこで、インクジェット記録ヘッド側にＥＥＰＲＯＭなどのメモリ手段を設け、そこに予め計測された当該インクジェット記録ヘッドの最適駆動条件を記憶させ、この記憶データをインクジェット記録装置側に取り込むことによって、記録ヘッド毎に最適な吐出駆動制御を行う（特許文献１）。

しかしながら、記録ヘッドにメモリ手段を設け、このメモリ手段に当該記録ヘッドの最適な駆動条件を記憶させても、この最適な駆動条件はあくまでも初期状態のときのものであり、経時変化に対応していない。記録ヘッドを使用していくにつれて、実際の最適な駆動条件が変化してしまう場合がある。

この理由は推測も含め例えば以下の３つが挙げられる。１つめは、インクの急激な加熱による膜沸騰現象を繰り返すうちに、インク中に含まれる染料成分などが焦げとして電気熱変換体上に堆積していくことである。２つめは、インク中に含まれる成分（キレート剤など）により電気熱変換体表面の膜が侵食されていくことである。３つめは、電気熱変換体に繰り返し熱ストレスが加えられることなどにより、電気熱変換体を構成する各層の構造や膜質が変化することで、抵抗値や熱伝導率が変化する等が挙げられる。

しかし、こうした現象は常に定期的に起こる訳でなく、インクジェット記録装置の使用環境や使用頻度などの様々な条件により発生する。このため、上述した理由に対する対策は非常に困難である。

そのため、インクジェット記録装置に対して、ユーザーが調整出来る機能を付与することも考えられるが、これはユーザーに手間をかけることになる。

これを回避するため例えば、インクジェット記録装置が、自動で定期的に、駆動エネルギーを変化させながら記録ヘッドの温度をモニタし、これら駆動エネルギーおよび温度のデータを用いてインク吐出に必要な駆動エネルギーの閾値を判定し、この閾値に基づいて最適な駆動条件を求めるような方法が提示されている（特許文献２）。
特開平６−３２０７３２号公報 特開２００２−０２９０３７号公報

ところが、電気熱交換素子に駆動エネルギーを印加してインクの発泡を起こさせる場合、駆動エネルギー閾値はヘッド温度の上昇と伴に減少していくことが一般に知られている。

したがって従来技術により、高精度で駆動エネルギー閾値判定を行う場合、検出時のヘッド温度を一定に保つ必要性がある。そのため、ヘッド温度が一定になるまで待機した後検出を行うか、検出時のヘッド温度が一定になるように保温制御を行うか回復処理を行う等の検出前工程が必要になる。

インクジェット記録装置において、検出を行う場合には、環境、使用状況によりヘッド温度は様々な状態にあり、駆動条件算出工程を行うために比較的長い時間を必要とするという課題がある。また、回復処理が絡む場合にはランニングコストアップにつながるという課題があった。

上記目的を達成するために、本発明の記録装置は、記録素子を駆動することによってインクを吐出する記録装置であって、前記記録素子へインクを吐出するための電力を供給する電源手段と、前記記録素子を駆動させる駆動手段と、前記駆動手段によるインクの吐出状態を検知する検知手段と、前記記録素子の温度に関する情報を取得する第１取得手段と、前記駆動手段によるインクを吐出させる処理と前記検知手段による吐出状態を検知する処理を、前記電源手段から供給される電力を変更させて、繰り返し実行させる第１制御手段と、前記第１制御手段で実行させて、インクの吐出状態に基づき、電力の閾値を取得する第２取得手段と、前記第１取得手段により取得した温度に関する情報と、前記第２取得手段により取得した前記電力の閾値に基づき、前記記録素子の駆動条件を取得する第３取得手段と、前記第３取得手段で取得した駆動条件に基づき被記録媒体に対して画像の記録を行う。

上記目的を達成するために、また、本発明の記録装置の制御方法は、記録素子を駆動することによりインクの吐出状態を検知する検知手段と、前記記録素子に対して電力を供給する電源手段と、前記記録素子を駆動させる駆動手段を備える記録装置の制御方法であって、前記駆動手段によるインクを吐出させる吐出行程と、前記検知手段による吐出状態を検知する検知行程と、前記記録素子の温度に関する情報を取得する第１取得行程と、前記電源手段から供給される電力を変更させて、前記吐出行程と前記検知行程繰り返し実行させる第１繰り返し行程と、前記第１繰り返し行程において、インクの吐出状態に基づき、電力の閾値を取得する第２取得行程と、前記第１取得行程により取得した温度に関する情報と、前記第２取得行程により取得した前記電力の閾値に基づき、前記記録素子の駆動条件を取得する第３取得行程と、前記第３取得行程で取得した駆動条件に基づき被記録媒体に対して画像の記録を行う記録行程とを備える。

以上、説明したように、記録ヘッドの最適な駆動条件算出に際し、工程全体の時間短縮を実現できる。また、ヘッドの温度変動による閾値判定誤差を抑制し、精度の向上を実現することができる。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。

＜記録装置の概要＞
まず、本発明のインクジェット記録装置の全体的な構成、及び動作を説明する。

図１は本発明のインクジェット記録装置の全体を表す模式図である。

図１において紙送りローラー１０１は、記録媒体（記録シート）１０２を一対のローラーで挟み込むようになっており、回転することにより記録媒体を副走査方向に移動させる。記録ヘッドはプラテン１０６に対向する面に吐出口を備えている。

また、記録ヘッド１０５はキャリッジ１０４に着脱可能に取り付けられている。キャリッジ駆動手段（図示せず）によりキャリッジが、主走査ガイド１０３に沿って動くことにより記録媒体に対して走査（以下主走査と記載する）する。この走査を行うとともにインク滴を吐出する。

なお、記録ヘッドはインク供給装置（図示せず）に結合され、インクが供給されている。プラテン１０６はインク記録ヘッドの下に設けられ、記録時には記録媒体がプラテンと記録ヘッドの間に位置する。また、記録媒体がプラテン１０６に保持されることにより、記録媒体と記録ヘッドの間隔が適正に維持される。

また、図１には示されていないが、このインクジェット記録装置は記録媒体を紙送りローラーまで供給する記録媒体供給手段、記録ヘッドの吐出口周りの状態を適正に保つ為の回復手段、記録が終わった記録媒体を取り出す記録媒体排出手段を備えている。

また、本発明の記録装置の構成として、記録ヘッドに対しての回復手段、予備的な補助手段等を付加することは本発明の効果を一層安定にできるので好ましいものである。これらを具体的に挙げれば、記録ヘッドに対してのキャッピング手段、クリーニング手段、加圧あるいは吸引手段、記録とは別の吐出を行う予備吐出モードを行うことも安定した記録を行うために有効である。

記録動作は以下の様に行われる。インクジェット記録装置に記録開始の指令信号が入力されると、記録媒体供給手段（図示せず）により記録媒体が図１の右上方向から先端が紙送りローラーの位置に来るまで送られる。

その後、記録信号に応じて、紙送りローラーにより記録媒体上の記録（印刷）開始位置に記録ヘッドが位置するように記録媒体が送られる。続いて、キャリッジ、記録ヘッドが主走査しながら記録媒体上にインク滴を吹き付けることにより印刷が行われる。その後、紙送りローラーにより所定量記録媒体が送られ（以下この動作を副走査と記載する）が行われ、再び、キャリッジ、記録ヘッドが主走査を行いながら記録媒体上にインク滴を吹き付ける。この副走査、主走査の繰り返しにより、記録媒体に記録が行われた後、図１の左下方向に記録媒体が排出される。

なお、記録媒体としては紙が良く用いられるが、その他の素材であっても構わない。また、ＯＨＰシートやコンパクトディスク、さらには、インクジェットを用いたＤＮＡチップ製造装置やディスプレー製造装置の場合、それぞれに適した材質からなる基板であっても構わない。

＜駆動エネルギー閾値の検出方法＞
図２に吐出状態検出部を拡大した斜視図を示す。フォトセンサは、図２に示すように、記録ヘッドのノズル列と対抗した位置に置かれ、記録ヘッドのノズルより吐出されるインク滴を直接光学的に検知する透過型フォトインタラプタである。

ここで用いられているフォトセンサは、発光部と、フォトトランジスタを用いた受光部とから形成される。発光素子２０５として、赤外線ＬＥＤを用いその発光面にはレンズを一体形成する。発光部は、受光素子２０６に向けておよそ並行光を投射する。受光部の受光素子としてフォトトランジスタを用いている。

この検出範囲をインク滴が通過することにより、インク滴が発光側からの光を遮り受光側への光量を減少させ、受光部に設けられたフォトトランジスタの出力の変化が見られるようになっている。

なお、記録ヘッドに備えられるノズル数が多くなるほど、インク滴を相対的には長距離にわたって安定的に検出する必要性があるので、フォトセンサの光源としては指向性が強く光速を絞りやすいものを用いた方が有利である。

したがって、前記のＬＥＤのほかに、半導体レーザーやその他のレーザー光源を用いてもよい。また、フォトセンサとしては、ＰＩＮシリコンフォトダイオード等光速応答性の優れたものを用いるのが望ましい。

吐出状態検出にあたってはまず、不図示の記録制御部より、キャリッジ駆動手段を制御し、記録ヘッド２０１中の第一の検出チップノズル列が、フォトセンサ光軸２０７上にくるよう制御する。つづいて記録制御部は該チップの所定ノズルに対し順次駆動パルスを送り吐出を行わせ、吐出されたインク滴は光軸２０７を横切ることとなる。

このときのフォトトランジスタの出力を測定（モニター）することで、記録制御部は吐出されたインク滴が光軸を横切るタイミングを知ることができる。すなわち、駆動パルス印加時刻（タイミング）及び、駆動信号により吐出されたインク滴が光軸を横切るまでの時間（期間）を測定することにより各ノズルの吐出状態を検出するものである。

この検出を行う際に、供給する駆動エネルギーを徐々に減少させ、最終的に不吐出状態に至ることでインク吐出に必要な駆動エネルギー閾値を判定するものである。

この検出にあたっては、ヘッドの吐出初期不良（発一不良）を回避するため、直前に確実に吐出するパルスにより予備吐を行うことが望ましい。

記録素子に供給する駆動エネルギー（電力）のレベルの切替（変更）に関しては、上述した内容に限らず、不吐出の状態から吐出に至るよう徐々に増加させても良い。

ユーザーの手を煩わせず、かつ短時間で検出が可能な方法の一例として、光学的検知手段による駆動エネルギー閾値検出方法を示したが、これに限られるものでない。たとえば検出用の記録メディアを準備し、供給する駆動エネルギーを徐々に切替ながら実際に記録シートなどのメディアに対して吐出を行い、その印字（記録）結果をセンサで読み込み、読み込んだデータを判断するなどの方法でもかまわない。

以下に、詳細に説明する。各実施例で示す駆動電圧やパルス幅等のパラメータの値はあくまでも一例であり、限定するものではない。

＜実施例１＞
図３は実施例１にかかる駆動条件算出フローを説明するための図である。
実施例１においては供給駆動エネルギーの切替にあたり、検出時駆動電圧Ｖを固定し、記録素子に印加する駆動パルスのパルス幅を変更する（徐々に減少させる）。

さらに駆動電圧Ｖに関しては、通常記録時に適用される駆動電圧Ｖｏｐに対して、予め定められた値で補正した値である。ここでは、マージンＫ値を用いて除算された値（Ｖｏｐ／Ｋ）が駆動電圧Ｖとなる。

以下フローに基づき説明を行う。ステップ３０１においてまず、ヘッド駆動電圧を記録時駆動電圧ＶｏｐよりマージンＫ値分除算した値Ｖ（Ｖｏｐ／Ｋ）に設定する。続くステップ３０２では、記録ヘッドのメモリ部（例えばＥＥＰＲＯＭ）に記録されているデフォルトの駆動条件情報に基づき、測定開始の駆動パルス幅を決定する。この測定開始パルス幅としては、確実にインクが吐出される値に設定する。デフォルトの駆動条件はヘッド出荷時に駆動パルス幅閾値を実測し設定したものであり、ここではヘッド温度２５℃条件下設定されているものとする。後述するが、インクが吐出されない状態までパルス幅を変更し、繰り返し行う。つまり、駆動パラメータを変更処理、ヘッドの駆動処理、インクの吐出状態の測定処理を一組にして繰り返し行うのである。

ステップ３０１、３０２において検出用駆動電圧Ｖ及び供給開始パルス幅が設定されると、あらかじめ設定された吐出パターン（選択ノズル、駆動周波数）により吐出状態の検出を行う（ステップ３０３）。続くステップ３０４において、検出において吐出状態が検出された場合、ステップ３０５へ移行し、所定値ずつ駆動パルス幅を減じ、再度吐出検出を行う。このステップ３０３からパルス幅の値を変更する。このパルス幅の変更単位（分解能）は、記録装置に備えている駆動回路を動作させる基準クロック信号の周波数（周期）に依存する。例えば、駆動回路のクロック周波数が１６６ＭＨｚであれば、０．００６μ秒単位で調整できる。

このように、ステップ３０３から３０５を繰り返し、記録ヘッドが備える全ノズルについて調べる。

そして、ステップ３０６へ移行し、駆動パルス幅閾値を決定する。

ただし、検出時間短縮のため、上述した変更単位より大きな単位での切替を行う粗調整と、分解能幅単位で行う微調整を組み合わせて行っても構わない。この粗調整と微調整を組み合わせる場合、例えば、複数段階に分けて検出を行う。

ステップ３０３〜３０５において吐出検出を行う際には、同時にヘッド温度を取得し続けるものとし、ステップ３０６において駆動パルス幅閾値が決定された後、該検出時のヘッド温度を取得する（ステップ３０７）。

そして駆動パルス幅閾値及び、該閾値検出時のヘッド温度に基づき、最終的な駆動条件を算出する（ステップ３０８）。駆動条件算出に際しては、図４に示す駆動パルス幅閾値対ヘッド温度の関係テーブルを参照する。

図４は、横軸はヘッド温度を示し、縦軸に駆動パルス幅閾値（駆動電圧Ｖ固定）を示している。このときの駆動電圧は例えば２０ボルトとする。グラフはインクジェット記録ヘッド製造公差上限、中心、下限ヘッド各々に関する駆動パルス幅閾値特性がプロットされている。

例えば、検出のための駆動は、シングルパルス駆動で行う。検出において駆動パルス閾値が０．６６μ秒であり、該検出時ヘッド温度が５０℃の場合、図４を参照すると、ヘッド出荷時の標準条件である２５℃でのシングルパルス駆動のパルス幅の条件である０．７μ秒を取得できる。そして、ダブルパルス駆動で記録を行う場合には、先に取得したシングルパルスのパルス幅（０．７μ秒）に相当するダブルパルスのパルス幅の値を用いて記録を行う。記録装置には、このためのシングルパルスの幅の値からシングルパルスの幅の値に変換する変換テーブルを設けても構わない。

駆動条件の更新はヘッドのメモリ情報を直接更新しても良いが、記録装置中のメモリ中に駆動条件情報を保持しこれを適宜更新しても構わない。

なお、検出用駆動電圧Ｖに、記録時駆動電圧Ｖｏｐに対してマージンＫ値分だけ除算された値（Ｖｏｐ／Ｋ）を使用しているため、検出で算出した駆動条件をそのまま記録用最適駆動条件として使用できる。

＜実施例２＞
図５は、実施例２にかかる駆動エネルギー設定フローを説明する図である。

実施例１の場合には、駆動電圧を記録時駆動電圧Ｖｏｐに対して、マージンＫ値分だけ除算された値（Ｖｏｐ／Ｋ）に設定して吐出検出を行った。この実施例２では、検出時の駆動電圧にもＶｏｐを用いる。

この場合、記録装置に別系統の電源もしくは駆動電圧切り替え用手段を備える必要性がなくなるため、安価な構成により実現できることとなる。

以下フローに基づき説明を行う。

ステップ５０１において、駆動電圧Ｖが設定される。ただしここでは記録時駆動電Ｖｏｐと同様の電圧に設定する。

ステップ５０２から５０８までは、実施例１と同様なので説明を省略する。

本実施例においては検出時駆動電圧を記録時駆動電圧Ｖｏｐに設定しているため、ステップ５０８での駆動条件算出後、記録時駆動電圧Ｖｏｐで記録を行うのに最適な駆動パルス幅へ変換する工程（ステップ５０９）が追加される。具体的には、駆動パルス幅閾値に対して、マージンＫ値の自乗した値を最適駆動パルス幅Ｐｏｐとして設定するものである。この理由は、パルス幅は、電圧に対して平方根の関係にあるためである。

以上、実施例１、実施例２について説明した。実施例１、実施例２では、駆動電圧Ｖを固定し、駆動パルスのパルス幅を変更する処理を行った。この他にもパルス幅を固定し、駆動電圧Ｖの値を変更する処理をおこない、記録を行う場合の適切な駆動電圧を取得する制御構成を記録装置に備えても構わない。

実施形態に係わるインクジェット記録装置を示す斜視図 実施形態に係わる吐出状態検出部を示す図。 実施例１にかかる処理フロー 実施例１にかかる駆動パルスの閾値とヘッド温度の関係を表す図。 実施例２にかかる処理フロー。

Claims (5)

1. 記録素子を駆動することによってインクを吐出する記録装置であって、
   前記記録素子へインクを吐出するための電力を供給する電源手段と、
   前記記録素子を駆動させる駆動手段と、
   前記駆動手段によるインクの吐出状態を検知する検知手段と、
   前記記録素子の温度に関する情報を取得する第１取得手段と、
   前記駆動手段によるインクを吐出させる処理と前記検知手段による吐出状態を検知する処理を、前記電源手段から供給される電力を変更させて、繰り返し実行させる第１制御手段と、
   前記第１制御手段で実行させて、インクの吐出状態に基づき、電力の閾値を取得する第２取得手段と、
   前記第１取得手段により取得した温度に関する情報と、前記第２取得手段により取得した前記電力の閾値に基づき、前記記録素子の駆動条件を取得する第３取得手段と、
   前記第３取得手段で取得した駆動条件に基づき被記録媒体に対して画像の記録を行うことを特徴とする記録装置。
2. 前記第３取得手段は、前記電力の閾値と温度に関する情報との関係を示すテーブルを参照することを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
3. 前記第１制御手段は、記録素子に加える駆動電圧を固定し、駆動パルスのパルス幅を順に変更することを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
4. 前記第１制御手段は、駆動パルスのパルス幅を固定にして、記録素子に加える駆動電圧を順に変更することを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
5. 記録素子を駆動することによりインクの吐出状態を検知する検知手段と、前記記録素子に対して電力を供給する電源手段と、前記記録素子を駆動させる駆動手段を備える記録装置の制御方法であって、
   前記駆動手段によるインクを吐出させる吐出行程と、
   前記検知手段による吐出状態を検知する検知行程と、
   前記記録素子の温度に関する情報を取得する第１取得行程と、
   前記電源手段から供給される電力を変更させて、前記吐出行程と前記検知行程繰り返し実行させる第１繰り返し行程と、
   前記第１繰り返し行程において、インクの吐出状態に基づき、電力の閾値を取得する第２取得行程と、
   前記第１取得行程により取得した温度に関する情報と、前記第２取得行程により取得した前記電力の閾値に基づき、前記記録素子の駆動条件を取得する第３取得行程と、
   前記第３取得行程で取得した駆動条件に基づき被記録媒体に対して画像の記録を行う記録行程と
   を備える記録装置の制御方法。

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