JP2008012782A - 液吐出不良検出装置、インクジェット記録装置、および液吐出不良検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】少ない部品点数で、構造簡単にしてコスト高を招くことなく、液吐出不良の検出を確実とする。
【解決手段】インクジェットヘッド１６からインク滴を発射し、その液吐出方向ｎ１………と直角に交叉する方向に向けて、半導体レーザ、ＬＥＤ等の発光素子３０ａ、３０ｂから光ビーム３４ａ、３４ｂを発し、その光ビームがインク滴に衝突したときに生ずる散乱光を受光することによりフォトダイオード等の受光素子４０で受光データを取得し、その受光データから液体吐出不良を検出する。発光素子は、光ビームを液吐出方向と直角に交叉する方向に向けて複数平行に備える。ビームストッパ３３を備え、光ビームがインク滴に衝突しなかったときに、光ビームを受け止めて迷光することを防止する。
【選択図】図２

Description

この発明は、発光素子から発した光ビームを、インク滴等の液体の吐出方向と直角に交叉する方向に向けて備え、発光素子から発した光ビームを受光することにより受光素子で受光データを取得し、その受光データから液体吐出不良を光学的に検出する液吐出不良検出装置、および液吐出不良検出方法に関する。ならびに、そのような液吐出不良検出装置や液吐出不良検出方法を用いて液体吐出不良を光学的に検出可能として、インクジェットヘッドから吐出するインク滴で記録媒体に画像を記録するインクジェット記録装置に関する。

従来、インクジェット記録装置では、微細なノズルから微小なインク滴を吐出するインクジェットヘッドを備え、そのインクジェットヘッドと用紙等の記録媒体とを相対的に移動しながら、ノズルからインク滴を吐出して記録媒体に画像を記録していた。この種のインクジェット記録装置は、高速かつ低騒音であり、記録媒体の種類に制約が少なく、カラー化も容易であるなどの利点があることから、現在広く普及している。

ところが、微細なノズルからインク滴を吐出することから、停止時にインクが乾燥しやすく、またインクでノズル面が濡れてノズル面に紙粉等の粉塵が付着しやすく、さらにノズルから空気が入ることがあるなどの問題があり、これらに起因して不吐出となったり吐出方向が曲がったりしてインク滴の吐出不良が発生し、画像にドット抜けや白筋などを生じて画像品質が低下する不具合があった。

このような不具合の発生を防止すべく、従来のインクジェット記録装置の中には、ＬＥＤ等の発光素子とフォトダイオード等の受光素子とを備え、発光素子から、インク滴の吐出方向と直交する方向に光ビームを発してその光ビームを受光素子で受ける構成とし、受光素子の受光光量の変化から、液体の吐出不良を光学的に検出する液吐出不良検出装置を備えるものがある。

具体的に、液吐出不良を検出するときには、発光素子から光ビームを発して後、端のノズルから順にインク滴を吐出し、光ビームがインク滴に衝突することに起因する受光素子の受光光量の低下からインク滴の吐出を確認し、衝突することなくそのまま通過して受光光量に低下がないことからインク滴の吐出不良を検出していた。吐出不良を検出したときには、インクジェットヘッドを復旧装置位置へと移動し、復旧装置で吐出不良を生じたノズルからインクを吸引して復旧していた。

このような液吐出不良検出装置を備えるインクジェット記録装置には、従来、例えば下記の特許文献１ないし３に記載のものがある。特許文献１に記載のインクジェット記録装置では、光の回折等のためにインクジェットヘッドが長くなれば長くなるほど不吐出の検知を確実に行えなくなることに鑑み、複数のノズルからのインク滴吐出を半分ずつ分割して検出するようにしている。

また、例えば下記の特許文献２に記載のインクジェット記録装置では、吐出不良を生じたときにノズルからインクを吸引して復旧する回復装置を記録領域の外側に備えることから、装置が大型化したり、インクを無駄に消費したりすることに鑑み、支持部材を中心としてインクジェットヘッドを、ノズルが記録媒体に対向する位置から所定角度外れた位置まで、回動自在に支持している。

また、例えば下記の特許文献３に記載のものでは、発光装置と受光装置とを対として並列に複数対配置し、液滴の不吐出とともに、不適切な吐出も検知していた。

特許３５０１５９９号公報 特開２００５-１１９２６８号公報 特開２００３-２７６１７１号公報

しかしながら、上述した液体の吐出不良を光学的に検出する液吐出不良検出装置を備えるインクジェット記録装置では、インク滴がある場合にも十分な受光光量があることから、インク滴がない場合との受光素子の受光光量の差が小さく、吐出不良の検知が不確実である問題があった。

また、特許文献１に記載の従来の液吐出不良検出装置のように、複数のノズルからのインク滴吐出を半分ずつ分割して検出したり、特許文献２に記載の従来の液吐出不良検出装置のように、支持部材を中心としてインクジェットヘッドを回動自在に支持したりすると、構造が複雑化する問題があった。

さらに、特許文献３に記載の従来の液吐出不良検出装置では、受光距離と光回析との相関関係にともなう光量検知感度に問題があり、特に長いヘッドの場合において液体の不吐出検出が難しく、また液体の不適切な吐出を検知するために、発光装置と受光装置とを並列に複数対配置する場合においても、発光装置と受光装置とを対として構成する必要があり、構造が複雑で、コスト高を招く問題があった。

そこで、この発明の第１の目的は、インク滴等の液体の吐出方向と直交する方向に発光素子から光を発してその光を受光素子で受ける構成とし、受光素子の受光光量の変化から、液体の吐出不良を検出する液吐出不良検出装置において、少ない部品点数で、構造簡単にしてコスト高を招くことなく、液吐出不良の検出を確実とすることにある。

この発明の第２の目的は、液体の不吐出のみならず、吐出方向や吐出スピードに異常がある不適切な吐出も検出可能とすることにある。

この発明の第３の目的は、小型化を可能とすることにある。

この発明の第４の目的は、液吐出不良検出装置を組み込んだ機器内において、発光素子から発した光が迷光することを防止することにある。

この発明の第５の目的は、吐出液の曲がり検知を効率よく行うことにある。

この発明の第６の目的は、吐出液の曲がり検知をより一層効率よく行うことにある。

この発明の第７の目的は、構造を単純化して取り扱いを簡単とし、コストの低減を図るとともに、小型化を可能とすることにある。

この発明の第８の目的は、より高度な吐出異常検知を可能とし、検知性能を向上することにある。

この発明の第９の目的は、受光素子により散乱光を、効率よく低コストで検知可能とすることにある。

この発明の第１０の目的は、受光素子により散乱光を、効率よく高感度で検知可能とすることにある。

この発明の第１１の目的は、少ない部品点数で、構造簡単にしてコスト高を招くことなく、インク滴の吐出不良を確実に検出可能としたインクジェット記録装置を提供することにある。

この発明の第１２の目的は、少ない部品点数で、構造簡単にしてコスト高を招くことなく、インク滴の吐出不良を確実に検出可能とした液吐出不良検出方法を提供することにある。

この発明の第１３の目的は、曲がり量を計測してより高感度な吐出異常検知を可能とした液吐出不良検出方法を提供することにある。

このため、請求項１に記載の発明は、上述したこの発明の第１の目的を達成すべく、
半導体レーザ、ＬＥＤ等の発光素子から発した光ビームを液吐出方向と直角に交叉する方向に向けて備え、前記発光素子から発した光ビームを受光することによりフォトダイオード等の受光素子で受光データを取得し、その受光データから液体吐出不良を検出する液吐出不良検出装置において、
前記受光素子を、前記発光素子が発する光ビームのビーム径から外れた位置であって、光ビームがインク滴等の吐出液に衝突したときに生ずる散乱光を受光し得る位置に配置することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、上述したこの発明の第２の目的を達成すべく、請求項１に記載の液吐出不良検出装置において、光ビームを液吐出方向と直角に交叉する方向に向けて複数平行に備えることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、上述したこの発明の第３の目的を達成すべく、請求項２に記載の液吐出不良検出装置において、前記発光素子の１つから発した光ビームを元に互いに平行な複数の光ビームを形成するビームスプリッタ、ミラー等の光学素子を備えることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、上述したこの発明の第３の目的を達成すべく、請求項３に記載の液吐出不良検出装置において、前記光学素子で、前記発光素子の１つから発した光ビームを分割して互いに平行な複数の光ビームを形成することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、上述したこの発明の第３の目的を達成すべく、請求項３に記載の液吐出不良検出装置において、前記光学素子で、前記発光素子の１つから発した光ビームを折り返して互いに平行な複数の光ビームを形成することを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、上述したこの発明の第４の目的を達成すべく、請求項１ないし５のいずれか１に記載の液吐出不良検出装置において、光ビームがインク滴等の吐出液に衝突しなかったときに、光ビームを受け止めて迷光することを防止するビームストッパを備えることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、上述したこの発明の第５の目的を達成すべく、請求項１ないし６のいずれか１に記載の液吐出不良検出装置において、同様に半導体レーザ、ＬＥＤ等よりなる第２の発光素子を備え、その第２の発光素子から、液吐出方向と直角ではあるが、交叉しないでその吐出方向に近接する位置を通過する第２の光ビームを発することを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、上述したこの発明の第６の目的を達成すべく、請求項７に記載の液吐出不良検出装置において、液吐出方向を挟んで前記第２の発光素子を２つ備え、それら２つの前記第２の発光素子を液吐出方向において前後にずらせて設けることを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、上述したこの発明の第７の目的を達成すべく、請求項１ないし８のいずれか１に記載の液吐出不良検出装置において、発光素子や、その発光素子が発する光を絞るコリメートレンズ等の絞り部材などの、光ビームを発生する部材を一体的に構成することを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、上述したこの発明の第８の目的を達成すべく、請求項１ないし９のいずれか１に記載の液吐出不良検出装置において、インク滴等の吐出液による印字面の下流位置で、光ビームが液吐出方向と交叉することを特徴とする。

請求項１１に記載の発明は、上述したこの発明の第９の目的を達成すべく、請求項１ないし１０のいずれか１に記載の液吐出不良検出装置において、前記受光素子を、光ビームを中心としてまわりに複数個配設することを特徴とする。

請求項１２に記載の発明は、上述したこの発明の第１０の目的を達成すべく、請求項１ないし１０のいずれか１に記載の液吐出不良検出装置において、前記受光素子を環形状につくり、光ビームを中心として配設することを特徴とする。

請求項１３に記載の発明は、上述したこの発明の第１１の目的を達成すべく、インクジェットヘッドから吐出するインク滴で記録媒体に画像を記録するインクジェット記録装置において、請求項１ないし１２のいずれか１に記載の液吐出不良検出装置を備えることを特徴とする。

請求項１４に記載の発明は、上述したこの発明の第１２の目的を達成すべく、液吐出不良検出方法において、半導体レーザ、ＬＥＤ等の発光素子から光ビームを発するとともに、液吐出ヘッドからインク滴等の吐出液を発射し、光ビームが吐出液に衝突したときに生ずる散乱光を受光することによりフォトダイオード等の受光素子で受光データを取得し、その受光データから液体吐出不良を検出することを特徴とする。

請求項１５に記載の発明は、上述したこの発明の第１３の目的を達成すべく、請求項１４に記載の液吐出不良検出方法において、前記液吐出ヘッドを第１の位置として第１の受光データを取得して後、前記吐出ヘッドをわずかに移動して第２の位置として第２の受光データを取得し、それら第１および第２の受光データから吐出液が曲がっている方向を検出することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、液体の吐出方向と直交する方向に発光素子から光を発してその光を受光素子で受ける構成とし、受光素子の受光光量の変化から、液体の吐出不良を検出する液吐出不良検出装置において、受光素子を、発光素子が発する光ビームのビーム径から外れた位置であって、光ビームが吐出液に衝突したときに生ずる散乱光を受光し得る位置に配置するだけであるので、部品点数が少なく、構造簡単にして、光軸合わせの必要なく受光素子の配置が容易であり、コスト高を招くことなく、液吐出不良の検出を確実とすることができる。

しかも、散乱光を受光して受光素子の受光光量が大きいことから液体の吐出を確認する一方、受光光量が小さいことから液体の吐出不良を検出するので、吐出液がある場合とない場合の受光素子の受光光量比を大きくすることができ、液吐出不良の検出を確実とすることができる。

請求項２に記載の発明によれば、光ビームを液吐出方向と直角に交叉する方向に向けて複数平行に備えるので、液体の不吐出のみならず、吐出方向や吐出スピードに異常がある不適切な吐出も検出可能とすることできる。

請求項３に記載の発明によれば、発光素子の１つから発した光ビームを元に互いに平行な複数の光ビームを形成する光学素子を備えるので、光軸レイアウトの自由度が増す一方、発光素子を少なくして小型化を可能とすることができる。

請求項４に記載の発明によれば、光学素子で、発光素子の１つから発した光ビームを分割して互いに平行な複数の光ビームを形成するので、光軸レイアウトの自由度が増す一方、発光素子を少なくして小型化を可能とすることができる。

請求項５に記載の発明によれば、光学素子で、発光素子の１つから発した光ビームを折り返して互いに平行な複数の光ビームを形成するので、光軸調整が容易であり、光出力の低下が少なく、発光素子と受光素子とを同一基板に実装可能として構成を簡単とすることができる。

請求項６に記載の発明によれば、光ビームが吐出液に衝突しなかったときに、光ビームを受け止めて迷光することを防止するビームストッパを備えるので、発光素子から発した光が、液吐出不良検出装置を組み込んだ機器内を迷光することを防止し、検知性能の安定化を図ることができる。

請求項７に記載の発明によれば、第２の発光素子から、液吐出方向と直角ではあるが、交叉しないでその吐出方向に近接する位置を通過する第２の光ビームを発するので、吐出液の曲がり検知を効率よく行うことができる。

請求項８に記載の発明によれば、液吐出方向を挟んで第２の発光素子を２つ備え、それら２つの第２の発光素子を液吐出方向に前後にずらせて設けるので、吐出液の曲がり検知をより一層効率よく行うことができる。

請求項９に記載の発明によれば、光ビームを発生する部材を一体的に構成するので、構造を単純化して取り扱いを簡単とし、コストの低減を図るとともに、小型化を可能とすることができる。

請求項１０に記載の発明によれば、吐出液による印字面の下流位置で光ビームが液吐出方向と交叉するので、液滴の大きさやスピードが安定状態になり、印字状態の代用特性として有効な受光データを取得することができ、また吐出液の曲がりを下流位置で拡大して検知して、より高度な吐出異常検知を可能とし、検知性能を向上することができる。

請求項１１に記載の発明によれば、受光素子を光ビームを中心としてまわりに複数個配設するので、複数の受光素子により散乱光を、効率よく低コストで的確に検知可能とすることができる。

請求項１２に記載の発明によれば、受光素子を環形状につくり、光ビームを中心として配設するので、受光素子により散乱光を、効率よく高感度で的確に検知可能とすることができる。

請求項１３に記載の発明によれば、請求項１ないし９のいずれか１に記載の液吐出不良検出装置を備えるので、少ない部品点数で、構造簡単にしてコスト高を招くことなく、インク滴の吐出不良を確実に検出可能としたインクジェット記録装置を提供することができる。

請求項１４に記載の発明によれば、発光素子から光ビームを発するとともに、液吐出ヘッドから吐出液を発射し、光ビームが吐出液に衝突したときに生ずる散乱光を受光することにより受光素子で受光データを取得し、その受光データから液体吐出不良を検出するので、少ない部品点数で、構造簡単にしてコスト高を招くことなく、インク滴の吐出不良を確実に検出可能とした液吐出不良検出方法を提供することができる。

請求項１５に記載の発明によれば、液吐出ヘッドを第１の位置として第１の受光データを取得して後、吐出ヘッドをわずかに移動して第２の位置として第２の受光データを取得し、それら第１および第２の受光データから吐出液が曲がっている方向を検出するので、曲がり量を計測してより高感度な吐出異常検知を可能とした液吐出不良検出方法を提供することができる。

以下、図面を参照しつつ、この発明の実施の最良形態につき説明する。
図１（Ａ）にはこの発明による液吐出不良検出装置を備えるインクジェットプリンタを正面から見て示し、（Ｂ）にはその一部を斜め上から見て示す。

図中符号１０は、筐体である。筐体１０の左右の側板１１、１２には、ガイドシャフト１３とガイド板１４を平行に掛け渡して設ける。それらガイドシャフト１３とガイド板１４で、キャリッジ１５を支持する。キャリッジ１５には、不図示の無端ベルトを取り付ける。無端ベルトは、筐体１０内の左右に設ける図示しない駆動プーリと従動プーリに掛けまわす。そして、駆動プーリの回転とともに従動プーリを従動回転して無端ベルトを走行し、キャリッジ１５を図中矢示するごとく左右に移動自在に備える。

キャリッジ１５には、イエロ、シアン、マゼンタ、ブラックの４色のインクジェットヘッド１６ｙ、１６ｃ、１６ｍ、１６ｂをキャリッジ１５の移動方向に並べて搭載する。各インクジェットヘッド１６は、下向きに複数のノズルを有する。図示しないが、複数のノズルは、キャリッジ１５の移動方向と直交する方向に並べて形成している。

そして、キャリッジ１５が図示する右端のホームポジションにあるときには、各インクジェットヘッド１６を、筐体１０内の底板１７上に設置する回復装置１８と対向する。回復装置１８は、インク滴吐出不良のノズルからインクを吸い出し、吐出不良を回復する装置である。

筐体１０内の底板１７上には、回復装置１８の隣りに、この発明に係る液吐出不良検出装置２０を設ける。液吐出不良検出装置２０については、図２以下を用いて詳しくは後述する。

液吐出不良検出装置２０に隣接する位置には、板状のプラテン２２を設置する。そのプラテン２２の背面側には、プラテン２２上に記録媒体である用紙２３を供給する給紙台２４を斜めに立てて設ける。また、図示省略するが、給紙台２４上の用紙２３をプラテン２２上に送り出す給紙ローラを備える。さらには、プラテン２２上の用紙２３を矢示方向に搬送して正面側に排出する搬送ローラ２５を設ける。

筐体１０内の底板１７上には、さらに左端に駆動装置２６を設置する。駆動装置２６は、不図示の給紙ローラや搬送ローラ２５などを駆動するとともに、上述した駆動プーリを駆動することにより無端ベルトを走行してキャリッジ１５を移動する。

そして、記録時は、駆動装置２６で駆動して用紙２３をプラテン２２上に移動し、所定位置に位置決めするとともに、キャリッジ１５を移動して用紙２３上を走査し、左方向に移動しながら４色のインクジェットヘッド１６ｙ、１６ｃ、１６ｍ、１６ｂを用いて順にそれぞれのノズルからインク滴を吐出して用紙２３上に画像を記録する。画像記録後、キャリッジ１５を右方向に戻すとともに、用紙２３を矢示方向に所定量搬送する。

次いで、再びキャリッジ１５を左方向に移動しながら往路で４色のインクジェットヘッド１６ｙ、１６ｃ、１６ｍ、１６ｂを用いて順にそれぞれのノズルからインク滴を吐出して用紙２３上に画像を記録する。そして、同様に画像記録後、キャリッジ１５を右方向に戻すとともに、用紙２３を矢示方向に所定量搬送する。以下同様に繰り返し、１枚の用紙２３上に画像を記録する。

図２には、液吐出不良検出装置２０を用いて、１つのインクジェトヘッド１６のノズルからのインク滴の吐出不良を検出している状態を、左側からガイドシャフト１３の軸方向に見て示す。

図中ｎ１、ｎ２、ｎ３、ｎ４、ｎ５、………ｎｘは、キャリッジ１５に搭載する１つのインクジェトヘッド１６の各ノズルからの液吐出方向である。液吐出不良検出装置２０には、液吐出方向に距離Ｌｙ離して並べて設ける２つの発光素子３０ａ、３０ｂと、それらの発光素子３０ａ、３０ｂの互いの光軸３１ａ、３１ｂ上に設ける絞り部材としてのコリメートレンズ３２ａ、３２ｂと、発光素子３０ａ、３０ｂからの光ビーム３４ａ、３４ｂを受け止めるビームストッパ３３と、そのビームストッパ３３の手前であって光ビーム３４ａ、３４ｂ間に設ける１つの受光素子４０を備える。発光素子３０ａ、３０ｂには例えば半導体レーザを使用し、受光素子４０には例えばフォトダイオードを使用する。インクジェットヘッド１６が短尺である場合には、発光素子３０ａ、３０ｂとしてＬＥＤを使用してコストの低減を図ることもできる。

発光素子３０ａ、３０ｂは、コリメートレンズ３２ａ、３２ｂで、各々から発する光を絞って互いに平行な光ビーム３４ａ、３４ｂとし、それらの光ビーム３４ａ、３４ｂが重ならないようにそれらの光ビーム３４ａ、３４ｂを液吐出方向ｎ１、ｎ２、ｎ３、ｎ４、ｎ５、………ｎｘと直角に交叉する方向に向けて備える。また、受光素子４０は、発光素子３０ａ、３０ｂが発する光ビーム３４ａ、３４ｂのビーム径φｄから外れた位置であって、光ビーム３４ａ、３４ｂがインク滴に衝突したときに生ずる散乱光を受光し得る位置に配置する。そして、発光素子３０ａ、３０ｂから発した光ビーム３４ａ、３４ｂを受光することにより受光素子４０で後述するごとく受光データを取得し、その受光データから液体吐出不良を検出する構成とする。

ビームストッパ３３には、光ビーム３４ａ、３４ｂが当たるところに傾斜面３３ａ、３３ｂを設けてその傾斜面３３ａ、３３ｂで反射した反射光をビームストッパ３３の内部で吸収するようにし、発光素子３０ａ、３０ｂから発した光が、液吐出不良検出装置２０を組み込んだインクジェットプリンタ内を飛び交い迷光することを防止し、検知性能の安定化を図ることができる。

図３には、図２に示す液吐出不良検出装置２０において、一方の発光素子３０ａが発した光ビーム３４ａがインク滴に衝突したときの状態を拡大して示す。受光素子４０を、発光素子３０ａが発する径φｄの光ビーム３４ａの光軸３１ａからその中心線を距離Ｌだけオフセットして外し、発光素子３０ａが発する光ビーム３４ａが直接受光面４１に入らず、その光ビーム３４ａがインク滴に衝突したときに生ずる散乱光の一部（例えば図示Ｓ３）が受光面４１に入るようにする。

そして、インク滴の吐出不良を検出するときは、発光素子３０ａから発した光をコリメートレンズ３２ａで絞ることにより光ビーム３４ａとして、ノズルから吐出するインク滴の吐出方向に対して直交する方向に出射する。このとき、インク滴が正常に吐出されているときは、そのインク滴で光ビーム３４ａを遮って光をＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８のように散乱し、その散乱した光の一部を受光素子４０に入れる。他方、インク滴が正常に吐出されていないときには、インク滴で光ビーム３４ａを遮ることなく、光ビーム３４ａをそのまま直進して、発光素子３０ａの光がビームストッパ３３に入り、光軸３１ａから外れた位置にある受光素子４０に入らないようにする。

これにより、受光素子４０の受光光量が大きいことからインク滴の吐出を確認する一方、受光光量が小さいことからインク滴の吐出不良を検出する。そして、インク滴がある場合とない場合の受光素子４０の受光光量の差を明確にして、受光素子４０の受光光量の変化から、液吐出不良の検出をより一層確実とすることができる。

図４には、上述した液吐出不良検出装置２０の電気ブロック構成を示す。図５には、そのタイミングチャートを示す。これらの図４および図５に基づき、上述した液吐出不良検出装置２０における１ノズルの検査手順について説明する。

まず、制御部５０からＬＤ駆動部（発光素子駆動部）５１に対してＬＤ駆動コマンドを発行し（図５（Ａ）参照）、発光素子であるＬＤ３０を点灯する。続いて、ヘッド駆動部５３に対して検査するノズルのヘッドアドレスを書き込む（図５（Ｂ）参照）。これは同時に吐出のトリガ（印字トリガ）になり、ヘッド駆動（インクの吐出）に併せてヘッド駆動部５３からは制御部５０に吐出同期信号が出力される（図５（Ｃ）参照）。これをインク吐出の開始時間の基準にとって、検知信号の検出を有効にするマスク信号を生成する（図５（Ｄ）参照）。これにより、ノズルから吐出するインク滴とＬＤ３０から発した光ビーム３４とが交叉する前後の一定範囲を除き、受光素子であるＰＤ４０が受け取った受光信号の受光データをマスク処理する。このマスクの立上りと立下りは、インク滴の種類により任意の時間に設定されている。

すなわち、インク滴の種類により、マスク信号の立上り、立下りのタイミングが決まる。一般的に、インク滴の大きさが大きい場合は、インク滴の大きさが小さい場合に比べて、インク滴の速度が速い。例えば、インク滴の大きさが大きく、ビーム位置がヘッドから１ｃｍの位置にある場合は、インク滴の速度を１０ｍ／ｓとした場合、ヘッド駆動部５３からの吐出同期信号を受けて後、１ｍｓ［１（ｃｍ）／１０（ｍ／ｓ）］後にインク滴が光ビーム３４の中心位置に到達する。よって、ヘッド駆動部５３からの吐出同期信号を受けてから、マスク信号の立上りのタイミングは、例えば少し余裕を見て０．５ｍｓ後と設定しておく。そして、これに合わせて、立下りのタイミングは、例えば１．５ｍｓ後と設定しておけばよい。

逆に、インク滴の大きさが小さい場合は、インク滴の速度を５ｍ／ｓとした場合、ヘッド駆動部５３からの吐出同期信号を受けてから、２ｍｓ［１（ｃｍ）／５（ｍ／ｓ）］後にインク滴が光ビーム３４の中心位置に到達するので、ヘッド駆動部５３からの吐出同期信号を受けてから、マスク信号の立上りのタイミングは、例えば少し余裕を見て１ｍｓ後と設定しておく。そして、これに合わせて、立下りのタイミングは、例えば３ｍｓ後と設定しておけばよい。

この場合、インク滴が光ビーム３４にかかってから、光ビーム３４を抜けるまでにかかる時間（ｔ１−ｔ２）は、ヘッド駆動部５３からの吐出同期信号を受けてからインク滴が光ビーム３４の中心位置に到達する時間に比べると、とても短いためほとんど無視でき、先ほど見た余裕度を見ておけば十分である。インク滴が小さい場合、時間（ｔ１−ｔ２）の値は大きくなるが、それでもインク滴が光ビーム３４の中心位置に到達する時間に比べると、とても短いためほとんど無視できる。

そして、ＰＤ４０で受光信号を受け取ってマスク内で検知信号を取り出し（図５（Ｅ）参照）、その波高値（ｐ０）と閾値でスライスした時間データのパルスのはじめと終わりの時間（ｔ１、ｔ２）を求める（図５（Ｃ）、（Ｅ）、（Ｆ）、（Ｇ）参照）。このようにマスクを設けることで、それ以外（マスク外）のタイミングで信号が入力されて誤検知してしまうことはなくなる。マスクを閉じると、ＬＤ３０は、オフになる。データの処理が終わったときには、制御部５０に結果データを返送する（図５（Ｈ）参照）。なお、返送データには、時間データｔ１、ｔ２とピークデータｐが含まれる。

次に、図６を用いてインク滴の吐出が正常か異常かの判定方法について説明する。
図１に示すインクジェットプリンタでは、インクジェトヘッド１６からインク滴が吐出された場合、インク滴は真っ直ぐに矢印ａで示す鉛直方向に進む。

インクジェトヘッド１６から吐出されたインク滴は、まず発光素子３０ａの光ビーム３４ａ内を通り、次に発光素子３０ｂの光ビーム３４ｂ内を通る。このときの受光素子４０の受光波形は、図７（Ａ）や図７（Ｂ）に示すようになる。この得られた波形より、光ビーム３４ａ、３４ｂをインク滴が通過したときのそれぞれの受光データ（ｔ１、ｔ２、ｐ）が取得できるので、その結果を制御部５０へ返送する。制御部５０では、それぞれの得られたデータ結果からインク滴の速度、インク滴の大きさを算出する。

インク滴の速度Ｓは、一般的には、光ビーム３４ａ、３４ｂの通過時の受光データ（ｔ１、ｔ２）より時間軸のＢ点、Ｅ点から、経過時間ＴΔ＝（Ｅ−Ｂ）を算出し、既知である２つの発光素子３０ａ、３０ｂ間の距離Ｌｙから、Ｓ＝Ｌｙ／ＴΔとして求めることができる。他方、インク滴の大きさは、速度が一定だとすると、インク滴のサイズが大きいほどインク滴からの散乱光は強くなる。そこで、インク滴のサイズの関係は、実験的に既知である２次テーブル（ｔ０、ｐ０）から求めることができる。

インクジェトヘッド１６からのインク滴の吐出が正常な場合は、２つの発光素子３０ａ、３０ｂの光ビーム３４ａ、３４ｂ中をインク滴が通過した結果から算出されたインク滴速度は、ほぼ同じ値となる。また、インク滴の大きさも、発光素子３０ａ、３０ｂのどちらの波高値も吐出したインク滴の大きさに見合った値になる。もし、見合った値でない場合は、ノズルが詰まっている等の理由でノズルが異常状態になっており、インク滴の大きさが意図しない大きさとなってインク滴が吐出されていると考えられる。例えば、大きい滴を吐出したはずが、結果小さい滴が吐出されたときには、図７（Ａ）に示すような波形となるべきところ、図７（Ｂ）に示すようなピーク値が小さな波形となる。

このようなインク滴の大きさに見合った光出力値ｐは、実験的に簡単に求めることができるので、定数としてもよい。また、吐出不良検知前にすべてのノズルから一度ずつ、同じ大きさのインク滴を吐出してそのピーク値の平均を求め、その平均値と標準偏差からインク滴の大きさに応じた値を決めるようにしてもよい。

次に、インクジェットヘッド１６から吐出されたインク滴が、図６のｂに示す方向に曲がって吐出された場合について考える。

インクジェットヘッド１６から吐出されたインク滴は、先の説明と同じように、まず発光素子３０ａの光ビーム３４ａ内を通り、次に発光素子３０ｂの光ビーム３４ｂ内を通る。しかし、インク滴がノズルから曲がって吐出されている場合、インク滴が発光素子３０ｂの光ビーム３４ｂ内を通るときは、その中心から外れた位置を通過する。このときの受光素子４０の受光波形は、図７（Ｃ）に示すようになる。なお、この図７（Ｃ）の受光波形では、インク滴が最初の発光素子３０ａの光ビーム３４ａを通るときは、その光ビーム３４ａ内のほぼ中心を通っていると仮定している。

しかし、もっと極端に曲がっている場合は、ピーク波形部の光出力の値は、図より小さくなる。これは、光ビームのレーザ光強度分布がビーム中心をピーク値とした図８に示すような分布となっているためであり、ビーム中心を外れた位置をインク滴が通過した場合は、その光強度分布に従ってインク滴からの散乱光は、ビーム中心を通過したときに比べて小さくなるからである。このように、インク滴が曲がって吐出された場合は、発光素子３０ａ、３０ｂのビーム中をインク滴が通過した結果から算出されたインク滴の大きさは、発光素子３０ａ、３０ｂのどちらか一方、または両方で、吐出されたはずのインク滴の大きさに見合った値とはならない。

ところで、例えば図９に示すように、インクジェットヘッド１６を第１の位置Ｊとして第１の受光データを取得し、図７（Ｃ）に示すような波形が検出された場合、インクジェットヘッド１６をわずかにΔｘ移動して第２の位置Ｋとして第２の受光データを取得したとき、図７（Ｄ）に示すような波形を得ることができれば、インク滴は図６でｂの方向に曲がって吐出されていると判断することができる。すなわち、第１および第２の受光データからインク滴が曲がっている方向を検出することができる。

インク滴が前後方向に曲がった場合は、図７（Ｅ）に示されるように、インク滴が発光素子３０ｂのビーム中を通るタイミングは、インク滴の飛行距離が正常時に比べて長くなるので、正常に吐出した場合と比較して遅れることから検知できる。

さて、上述した例では、２つの発光素子３０ａ、３０ｂからそれぞれ平行な光ビーム３４ａ、３４ｂを発したが、発光素子の１つから発した光ビームを元に互いに平行な複数の光ビームを形成する光学素子を備えるようにしてもよい。

例えば図１０に示すように、１つの発光素子３０から発した光をコリメートレンズ３２で絞って光ビーム３４とし、その光ビーム３４をビームスプリッタ５５で一部は透過し、残部は反射することで二方向に分割して後、反射した光ビーム３４ｂをミラー５６でさらに反射し、互いに平行な複数の光ビーム３４ａ、３４ｂを形成するようにしてもよい。すなわち、発光素子３０の１つから発した光ビーム３４をビームスプリッタ５５やミラー５６等の光学素子を用いて分割して平行な複数の光ビーム３４ａ、３４ｂを得るようにしてもよい。

また、図１１に示すように、１つの発光素子３０から発した光をコリメートレンズ３２で絞って光ビーム３４ａとし、その光ビーム３４ａを直角プリズム５７などの光学素子で反射して折り返し、光ビーム３４ａと平行な光ビーム３４ｂとして互いに平行な複数の光ビーム３４ａ、３４ｂを形成するようにしてもよい。このようにすると、光軸調整が容易であり、光出力の低下が少なく、図示するように発光素子３０と受光素子４０とを同一基板５４に実装可能として構成を簡単とすることができる。

次に、図１２には、液吐出不良検出方法の他例を示す。
この図１２に示す例では、不図示の２つの発光素子３０ａ、３０ｂから発する光ビーム３４ａ、３４ｂが液吐出方向ａと直角に交叉する方向に向けて複数平行になるようにし、不図示の第２の発光素子から発した２つの第２の光ビーム５８Ｌ、５８Ｒが真っ直ぐな液吐出方向ａを挟んでその液吐出方向ａと直角ではあるが、交叉しないでその液吐出方向ａに近接する位置を通過するように、不図示の第２の発光素子を備える。

この例において、インク滴が矢印ａで示す鉛直方向に吐出された場合は、図６に示す場合と同様である。ノズルからインク滴が曲がって吐出された場合は、先ほどの図６の場合と異なり、２つの第２の発光素子の第２の光ビーム５８Ｌ、５８Ｒ内をインク滴が通り、そのインク滴からの散乱光を受光素子４０で受けることで、図６の場合のようにインクジェットヘッド１６を移動させることなく、インク滴が曲がっている方向を知ることができる。

図１３（Ｂ）は、図１２において矢印ｂで示すようにインク滴が左方向に曲がって吐出された場合の受光波形であり、図１３（Ｃ）は、図１２において矢印ｃで示すように逆にインク滴が右方向に曲がって吐出された場合の受光波形である。次いで、以下には、インク滴が曲がっている方向の認識方法について説明する。

図１４に示すフローチャートにしたがい、まずインクジェットヘッド１６から吐出されたインク滴は、発光素子３０ａを通過する（ステップＳ１）。このとき受光素子４０から得られる受光波形の波高値は、インクジェットヘッド１６から吐出されたインク滴の大きさに見合った値になる。もし、見合った値でない場合は、ノズルが詰まっている等の理由で、インク滴の大きさが意図しない大きさ（例えば小さな形）で吐出されているか、またはこの時点ですでにインク滴が大きく曲がって吐出され、発光素子３０ａのビーム中を通過しなかったことが考えられ、ノズル異常と判断される（ステップＳ２）。

発光素子３０ａを通過したインク滴が正常と判断された場合は、次にインク滴が発光素子３０ｂを通過するときに得られる受光波形からインク滴の吐出が正常であったかどうか判断する（ステップＳ３）。ここで、図１３（Ａ）で示すような波形となり、正常と判断された場合は、そのノズルは正常であると判断することができる（ステップＳ４）。

仮に、異常と判断された場合には、第２の発光素子６０Ｌまたは６０Ｒをインク滴が通過したかどうかをチェックする。例えば、最初は一方の第２の発光素子６０Ｌの方だけを点灯し（ステップＳ５）、他方の第２の発光素子６０Ｒの方は消灯させておく。ここで、インク滴を第２の発光素子６０Ｌからの光ビーム５８Ｌ内を通過していることが検知されれば、インク滴は、図１２において矢印ｂで示すような左曲がりであると判断される（ステップＳ６）。

もし検知されなかった場合は、次に一方の第２の発光素子６０Ｒの方だけを点灯し（ステップＳ７）、他方の第２の発光素子６０ｌの方は消灯させてもう一度同様にインク滴を吐出させる。そこで、インク滴が第２の発光素子６０Ｒからの光ビーム５８Ｒ内を通過していることが検知されれば、インク滴は、図１２において矢印ｃで示すような右曲がりであると判断される（ステップＳ８）。

例えば図１３（Ｄ）に示すような受光波形となり、どちらにもインク滴が曲がっていることが確認できなかった場合は、その他の要因でノズルが異常状態であると判断される（ステップＳ２）。

ノズル異常と判断されたノズルは、クリーニング動作の対象ノズルとしてその情報をメモリに記憶される。メモリに記憶された異常ノズルは、任意のタイミングでクリーニング動作を行い、ノズル復帰させる。

図１４では、インク滴の曲がり方向を検知できるシーケンスとなっているが、曲がっている方向まで検知する必要がない場合は、２つの第２の発光素子６０Ｌ、６０Ｒを同時に点灯させれば、左右どちらにインク滴が曲がって吐出されても検知することができる。

また、図１５には、液吐出不良検出方法のさらに他例を示す。図１６には、インク滴が正常に吐出された場合、左曲がりで吐出された場合、右曲がりで吐出された場合の受光波形を示す。

この例では、光ビーム５８Ｌを発する第２の発光素子６０Ｌと、光ビーム５８Ｒを発する第２の発光素子６０Ｒを液吐出方向ａを挟んで備えてなり、それら２つの第２の発光素子６０Ｌ、６０Ｒを液吐出方向ａに前後に距離Ｌｙ_２ずらせて設ける。すなわち光ビーム５８Ｌ、５８Ｒも、液吐出方向ａに前後に距離Ｌｙ_２ずらして設ける

この例においても、インク滴が矢印ａで示す鉛直方向に吐出された場合は、図６に示す場合と同様である。ノズルからインク滴が曲がって吐出された場合は、先ほどの図１１の場合と同様に、どちらか一方の発光素子からのビーム内をインク滴が通過し、インク滴からの散乱光を受光素子４０が受ける。ただこのとき、インク滴がインクジェットヘッド１６から吐出されてから、光ビーム５８Ｌ、５８Ｒを通過するタイミングは、第２の発光素子が液吐出方向ａに前後に距離Ｌｙ_２ずらせて配置されているので、図１２のようにインク滴が同じタイミングでビーム内を通過することはない。

吐出同期信号からの時間（ｔ１、ｔ２）より、どちらの第２の発光素子からの散乱光を検知したのか、容易に判別できる。つまり、図１２のようにインク滴をそれぞれの第２の発光素子の点灯に合わせて吐出する必要なく、インク滴が曲がっている方向を知ることができる。

図１７には、液吐出不良検出方法のまたさらに他例を示す。図１８には、その受光波形を示す。

この例においては、発光素子３０ａを中心としてそれぞれビーム径ｄの１／４ずつずらして左に光ビーム６２Ｌを発する発光素子６３Ｌを、右に光ビーム６２Ｒを発する発光素子６３Ｒを配設したものである。そして、一方の発光素子６３Ｌは、発光素子３０ａから液吐出方向ａに距離（１／２）Ｌｙ_１離れた位置にあり、他方の発光素子６３Ｒは、発光素子６３Ｌから液吐出方向ａに距離（１／２）Ｌｙ_１さらに離れた位置にある。すなわち、図１７に示すように、光ビーム６２Ｌは、発光素子３０ａの光ビーム３４ａから左にビーム径ｄの１／４ずれ、液吐出方向ａに距離（１／２）Ｌｙ_１離れた位置にあり、光ビーム６２Ｒは、発光素子３０ａの光ビーム３４ａから右にビーム径ｄの１／４ずれ、液吐出方向ａに距離Ｌｙ_１離れた位置、つまり光ビーム６２Ｌからは液吐出方向ａに距離（１／２）Ｌｙ_１離れた位置にある。

このとき、インク滴は、図１７のａに示すように真っ直ぐに吐出された場合には、図１８（Ａ）に示すような受光波形となり、図１７のｂに示すように左曲がりに吐出された場合には、図１８（Ｂ）に示すような受光波形となり、図１７のｃに示すように右曲がりに吐出された場合には、図１８（Ｃ）に示すような受光波形となる。これにより、液吐出の正常、異常の判定をすることが可能となる。この例によれば、光ビームを３本とすることができることから、省スペースであり、低コストの液吐出不良検出装置を得ることができる。

ところで、図１９に示すように、発光素子３０ａ、３０ｂを発光素子アレー６５に組み込んで一体化したり、コリメートレンズ３２ａ、３２ｂをコリメートレンズアレイ６６に組み込んで一体化したりするなど、光ビームを発生する部材を一体的に構成すると、構造を単純化して取り扱いを簡単とし、コストの低減を図るとともに、小型化を可能とすることができる。

また、図２０に示すように、インクジェットヘッド１６からインク滴を吐出するとき、複雑な駆動から、ヘッドを出たインクははじめは７０で示すように繋がっており、その後に７１で示すように分離して複数の球形７２となり、印字面７３で球体７２が合体する。この球体７２が合体する状態が、液滴の大きさやスピードを得るのに適した安定状態であり、印字状態の代用特性として有効なデータを取得することができる。また、曲がりについては、さらに下方にある光ビームで検出するので、その変化量を拡大して確認することができる。すなわち、吐出液による印字面７３の下流位置で光ビームが液吐出方向と交叉するようにすると、より高度な吐出異常検知を可能とし、検知性能を向上することができる。

さて、図示例で使用する受光素子４０は、例えば図２１に符号４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄで示すように、光ビーム３４ａ、３４ｂを中心としてそれらのまわりに複数個配設するようにしてもよい。このようにすると、複数の受光素子４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄにより散乱光を、効率よく低コストで的確に検知可能とすることができる。また、例えば図２２に示すように、環形状につくり、２本の光ビーム３４ａ、３４ｂを中心として配設するようにしてもよい。このようにすると、環形状の受光素子４０により散乱光を、効率よく高感度で的確に検知可能とすることができる。

（Ａ）はこの発明による液吐出不良検出装置を備えるインクジェットプリンタの正面図、（Ｂ）はその一部を斜め上から見て示す斜視図である。 その液吐出不良検出装置を用いて、１つのインクジェトヘッドのノズルからのインク滴の吐出不良を検出している状態を、左側からガイドシャフトの軸方向に見て示す図である。 図２に示す液吐出不良検出装置において、一方の発光素子が発した光ビームがインク滴に衝突したときの状態を拡大して示す図である。 上述した液吐出不良検出装置の電気ブロック構成図である。 そのタイミングチャートである。 液吐出不良検出方法の一例を示す図である。 （Ａ）ないし（Ｅ）はそれぞれその受光波形図である。 半導体レーザが発する光ビームのレーザ光強度分布曲線図である。 キャリッジを移動してインクジェットヘッドをわずかに移動した状態を示す図である。 １つの発光素子の光を分割して平行な複数の光ビームを形成する場合の説明図である。 １つの発光素子の光を折り返して平行な複数の光ビームを形成する場合の説明図である。 液吐出不良検出方法の他例を示す図である。 （Ａ）ないし（Ｄ）はそれぞれその受光波形図である。 液吐出不良を検出するフローチャートである。 液吐出不良検出方法のさらに他例を示す図である。 （Ａ）ないし（Ｃ）はそれぞれその受光波形図である。 液吐出不良検出方法のまたさらに他例を示す図である。 （Ａ）ないし（Ｃ）はそれぞれその受光波形図である。 光ビームを発生する部材を一体化した場合を示す図である。 印字面の下流位置で光ビームが液吐出方向と交叉することを説明する図である。 受光素子を光ビームを中心としてまわりに複数個配設した例を示す図である。 受光素子を環形状につくり、光ビームを中心として配設する例を示す図である。

符号の説明

１６ インクジェットヘッド
２０ 液吐出不良検出装置
３０、３０ａ、３０ｂ 受光素子
３１ 光軸
３２ コリメートレンズ（絞り部材）
３３ ビームストッパ
３４、３４ａ、３４ｂ 光ビーム
４０、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ 受光素子
４１ 受光面
５０ ビームスプリッタ（光学素子）
５１ ミラー（光学素子）
５７ 直角プリズム（光学素子）
５８Ｌ、５８Ｒ 第２の光ビーム
６０Ｌ、６０Ｒ 第２の発光素子
６２Ｌ、６２Ｒ 第２の光ビーム
６３Ｌ、６３Ｒ 第２の発光素子
６５ 発光素子アレイ
６６ コリメートレンズアレイ
７３ 印字面
ｎ１、ｎ２、ｎ３、ｎ４、ｎ５、………ｎｘ 液吐出方向
ａ 真っ直ぐな液吐出方向
ｂ 左曲がりの液吐出方向
ｃ 右回りの液吐出方向
ｄ ビーム径

Claims (15)

1. 発光素子から発した光ビームを液吐出方向と直角に交叉する方向に向けて備え、前記発光素子から発した光ビームを受光することにより受光素子で受光データを取得し、その受光データから液体吐出不良を検出する液吐出不良検出装置において、
   前記受光素子を、前記発光素子が発する光ビームのビーム径から外れた位置であって、光ビームが吐出液に衝突したときに生ずる散乱光を受光し得る位置に配置することを特徴とする液吐出不良検出装置。
2. 光ビームを液吐出方向と直角に交叉する方向に向けて複数平行に備えることを特徴とする、請求項１に記載の液吐出不良検出装置。
3. 前記発光素子の１つから発した光ビームを元に互いに平行な複数の光ビームを形成する光学素子を備えることを特徴とする、請求項２に記載の液吐出不良検出装置。
4. 前記光学素子で、前記発光素子の１つから発した光ビームを分割して互いに平行な複数の光ビームを形成することを特徴とする、請求項３に記載の液吐出不良検出装置。
5. 前記光学素子で、前記発光素子の１つから発した光ビームを折り返して互いに平行な複数の光ビームを形成することを特徴とする、請求項３に記載の液吐出不良検出装置。
6. 光ビームが吐出液に衝突しなかったときに、光ビームを受け止めて迷光することを防止するビームストッパを備えることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか１に記載の液吐出不良検出装置。
7. 第２の発光素子を備え、その第２の発光素子から、液吐出方向と直角ではあるが、交叉しないでその吐出方向に近接する位置を通過する第２の光ビームを発することを特徴とする、請求項１ないし６のいずれか１に記載の液吐出不良検出装置。
8. 液吐出方向を挟んで前記第２の発光素子を２つ備え、それら２つの前記第２の発光素子を液吐出方向に前後にずらせて設けることを特徴とする、請求項７に記載の液吐出不良検出装置。
9. 光ビームを発生する部材を一体的に構成することを特徴とする、請求項１ないし８のいずれか１に記載の液吐出不良検出装置。
10. 吐出液による印字面の下流位置で光ビームが液吐出方向と交叉することを特徴とする、請求項１ないし９のいずれか１に記載の液吐出不良検出装置。
11. 前記受光素子を光ビームを中心としてまわりに複数個配設することを特徴とする、請求項１ないし１０のいずれか１に記載の液吐出不良検出装置。
12. 前記受光素子を環形状につくり、光ビームを中心として配設することを特徴とする、請求項１ないし１０のいずれか１に記載の液吐出不良検出装置。
13. 請求項１ないし１２のいずれか１に記載の液吐出不良検出装置を備えることを特徴とするインクジェット記録装置。
14. 発光素子から光ビームを発するとともに、液吐出ヘッドから吐出液を発射し、光ビームが吐出液に衝突したときに生ずる散乱光を受光することにより受光素子で受光データを取得し、その受光データから液体吐出不良を検出することを特徴とする、液吐出不良検出方法。
15. 前記液吐出ヘッドを第１の位置として第１の受光データを取得して後、前記吐出ヘッドをわずかに移動して第２の位置として第２の受光データを取得し、それら第１および第２の受光データから吐出液が曲がっている方向を検出することを特徴とする、請求項１４に記載の液吐出不良検出方法。

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