JP2008105304A - 液吐出不良検出装置、およびインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構成が複雑となることなく、低コストで、インク滴等の液体の曲がりを正確に検出可能として信頼性を向上する。
【解決手段】液吐出不良検出装置では、レーザダイオード（発光素子）ＬＤ１、ＬＤ２から発したレーザ光（光ビーム）ＬＢ１、ＬＢ２をインク滴３４の液吐出方向と交差する方向に向け、レーザダイオードから発したレーザ光を受光することにより受光素子ＬＤ１、ＬＤ２で受光データを取得し、その受光データからインク滴等の液体吐出不良を検出する。このような液吐出不良検出装置において、インク滴の液吐出方向に対して、それぞれ異なる方向から交差するレーザ光を複数、例えばレーザ光ＬＢ１、ＬＢ２の２つをほぼ９０度で交差して設ける。
【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差する方向に向け、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に関する。および、そのような液吐出不良検出装置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、用紙等の記録媒体に画像を記録するインクジェットプリンタ等の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として使用することができるものには、従来、例えば下記の特許文献１に記載のものがある。特許文献１に記載のものでは、平面にシート状に整形された光束を少なくとも１箇所で交差するように射出し、インク滴等の飛翔物体が光束を横切る際に発生する光を映像部で撮像し、その撮像した画像から飛翔物体の到達面における到達位置を測定していた。

特許３７０３４１８号公報

しかし、撮像部には、カラーＣＣＤカメラを使用しているため、高コストになる。また、撮像している飛翔物体から発生している光は反射光であり、複数の光束が液滴に当たる場合、１つの撮像部に同時に入り込むのを防止するために、偏光板や波長板を取り付けるなど、構成が複雑になってしまう。この他、従来の液吐出不良検出装置も、微小な時間差からインク滴の曲がりを検出することから、信頼性が劣る問題があった。

そこで、この発明の目的は、構成が複雑となることなく、低コストで、インク滴等の液体の曲がりを正確に検出可能として信頼性を向上することにある。

この発明の第２の目的は、電気系統を集約し、構造の単純化、コストの低減を図るとともに、液体の吐出スピードに異常がある場合にも、検出可能とすることにある。

この発明の第３の目的は、吐出液体の曲がりの検出だけでなく、吐出スピードに異常がある場合にも、検出可能とすることにある。

この発明の第４の目的は、電気系統を集約し、構造の単純化、コストの低減を図るとともに、液体の曲がりの検出だけでなく、吐出スピード、さらに曲がり量に異常がある場合に検出可能とすることにある。

この発明の第５の目的は、構造を単純化し、コストの低減を図るとともに、液体の曲がりの検出だけでなく、吐出スピード、さらに曲がり量に異常がある場合にも検出可能とすることにある。

この発明の第６の目的は、電気系統を集約し、構造の単純化、コストの低減を図ることにある。

この発明の第７の目的は、インクジェト記録装置において、連続したインク滴の吐出不良検出を可能とすることにある。

請求項１に記載の発明は、上述した第１の目的を達成すべく、レーザダイオード・ＬＥＤ等の発光素子から発したレーザ光等の光ビームを液吐出方向と交差する方向に向け、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インク滴等の液体吐出不良を検出する液吐出不良検出装置において、前記液吐出方向と、それぞれ異なる方向から交差する光ビームを複数設けることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、上述した第１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、複数の前記光ビームを１つの同一平面内に設けることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、上述した第２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、同一の前記発光素子から発した光ビームをミラーなどで反射して複数の前記光ビームを形成することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、上述した第３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、複数の前記光ビームを、前記液吐出方向に間隔をあけて多段に設けることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、上述した第４の目的を達成すべく、請求項４に記載の液吐出不良検出装置において、同一の前記発光素子から発した光ビームで多段の前記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、上述した第５の目的を達成すべく、請求項２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、複数の前記光ビームを同一平面内に設けるとともに、前記液吐出方向に間隔をあけて多段に設けることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、上述した第６の目的を達成すべく、請求項１、２、または６に記載の液吐出不良検出装置において、同一平面内に設ける前記光ビームの交差位置近傍に前記受光素子を配置することを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、上述した第１の目的を達成すべく、インクジェット記録装置において、請求項１ないし７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９に記載の発明は、上述した第７の目的を達成すべく、請求項８に記載のインクジェット記録装置において、前記液吐出不良検出装置とインクジェットヘッドとを相対移動してそのインクジェットヘッドのノズル列のノズルから順に吐出するインク滴の吐出タイミングに合わせて各インク滴の液吐出方向に順次複数の前記光ビームが交差するようにし、インク滴の吐出不良を逐次検出することを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、上述した第７の目的を達成すべく、請求項８に記載のインクジェット記録装置において、前記液吐出不良検出装置の複数の前記光ビームの少なくとも１つをインクジェットヘッドのノズル列と平行に設けてその各ノズル列のノズルから吐出するすべてのインク滴の液吐出方向に交差するようにするとともに、複数の前記光ビームの少なくとも他の１つをポリゴンミラーで反射し、前記ノズル列のノズルから順に吐出するインク滴の吐出タイミングに合わせて各インク滴の液吐出方向に順次交差するようにし、インク滴の吐出不良を逐次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、液吐出方向と、それぞれ異なる方向から交差する光ビームを複数設け、時間差ではなく、受光素子の光出力の変化から、吐出する液体の曲がりを検出するので、カメラや偏光板や波長板などを不要として簡単な構成かつ低コストで、インク滴等の液体の曲がりを正確に検出可能として信頼性を高めることができる。

請求項２に記載の発明によれば、同一平面内に設ける複数の光ビームで、同様に時間差ではなく、受光素子の光出力の変化から、吐出する液体の曲がりを検出するので、簡単な構成かつ低コストで、液体の曲がりを正確に検出可能として信頼性を向上することができる。

請求項３に記載の発明によれば、同一の発光素子から発した光ビームを反射して、液吐出方向と交差する複数の光ビームを形成するので、発光素子を少なくして電気系統を集約し、構造を単純化し、コストの低減を図ることができる。また、３次元的に折り返すことにより液体の吐出スピードに異常がある場合にも、検出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、複数の光ビームを、液吐出方向に間隔をあけて多段に設けるので、構造の単純化、コストの低減を図るとともに、吐出液体の曲がりの検出だけでなく、吐出スピード、さらに曲がり量に異常がある場合にも、検出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、同一の発光素子から発した光ビームで多段の光ビームを形成するので、発光素子を少なくして電気系統を集約し、構造を単純化し、コストの低減を図ることができるとともに、液体の曲がりの検出だけでなく、吐出スピード、さらには曲がり量に異常がある場合にも、検出可能とすることができる。

請求項６に記載の発明によれば、複数の前記光ビームを同一平面内に設け、かつ液吐出方向に間隔をあけて多段にも設け、時間差ではなく、受光素子の光出力の変化から、吐出する液体の曲がりを検出するので、簡単な構成かつ低コストで、インク滴等の液体の曲がりを正確に検出可能とすることができるとともに、吐出スピード、さらには曲がり量に異常がある場合にも、検出可能とすることができる。

請求項７に記載の発明によれば、同一平面内に設ける前記光ビームの交差位置近傍に前記受光素子を配置するので、受光素子の個数を減らし（１個の受光素子で２つの光ビームの出力をとり）、電気系統の集約により構造を単純化し、コストの低減を図ることができる。

請求項８に記載の発明によれば、インクジェット記録装置において、請求項１ないし７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、時間差ではなく、受光素子の光出力の変化から、吐出する液体の曲がりを検出するので、簡単な構成かつ低コストで、インク滴等の液体の曲がりを正確に検出可能として信頼性を高めることができる。

請求項９に記載の発明によれば、インクジェト記録装置において、液吐出不良検出装置とインクジェットヘッドとを相対移動してそのインクジェットヘッドのノズル列のノズルから順に吐出するインク滴の吐出タイミングに合わせて各インク滴の液吐出方向に順次複数の光ビームを交差し、インク滴の吐出不良を逐次検出するので、連続したインク滴の吐出不良検出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、インクジェト記録装置において、液吐出不良検出装置の複数の光ビームの少なくとも１つをインクジェットヘッドのノズル列と平行に設けてその各ノズル列のノズルから吐出するすべてのインク滴の液吐出方向に交差するようにするとともに、複数の光ビームの少なくとも他の１つをポリゴンミラーで反射し、ノズル列のノズルから順に吐出するインク滴の吐出タイミングに合わせて各インク滴の液吐出方向に順次交差し、インク滴の吐出不良を逐次検出するので、連続したインク滴の吐出不良検出を可能とすることができる。

以下、図面を参照しつつ、この発明を実施するための最良の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直線状に並べてノズル列を有する。図示しないが、直線状のノズル列は、キャリッジ１５の移動方向と直交する方向に設けてなる。

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（Ａ）には１つのインクジェットヘッドのノズル列と液吐出不良検出装置の２つの光ビームとの位置関係を下方から見て、（Ｂ）には斜め上方から見て示し、（Ｃ）にはノズル列の１つのノズルから吐出したインク滴と光ビームの光軸との関係を示す。

発光素子であるレーザダイオードＬＤ１、ＬＤ２からそれぞれ照射する光をコリメートレンズ３０、３１で平行光にして、光ビームであるレーザ光ＬＢ１、ＬＢ２を形成し、それらのレーザ光ＬＢ１、ＬＢ２を同一平面内に設けてほぼ９０度で交差させる。ヘッド１６のノズル列ｎ１〜ｎＸは、レーザ光ＬＢ１、ＬＢ２から距離Ｈ離れており、その交差している箇所に順番に液滴を吐出できるようにヘッド１６を移動させる。また、図中ＰＤ１、ＰＤ２は、レーザ光ＬＢ１、ＬＢ２を受光するフォトダイオード等の受光素子であり、図２（Ｃ）に示すように、そのレーザ光径ｒを外れた位置、図ではレーザ光ＬＢ１、ＬＢ２の横に配しており、レーザ光径ｒと受光素子ＰＤ１、ＰＤ２の受光面３２が重ならない位置でできるだけ光軸３３の中心近くに配設し、ＳＮ比が高いところに設定する。これにより、効率の良い検知が可能となる。３４は、ヘッド１６のノズルから吐出するインク滴である。

なお、図２に示す例の他、受光方法としては、ビームストッパなどの後方に受光素子を置き、発光素子から光ビームを発してその光ビームをビームストッパなどで阻止するようにし、光ビーム内に液滴が吐出されたときに発する散乱光を受光素子で受光する方法や、発光素子からの光ビームを直接受光素子で受け止め、液滴が光ビームを通過したときの遮へい光を検知する方法などを用いることもできる。

次に、図３、図４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３（Ａ）には上から見たインク滴の曲がり方向、（Ｂ）には斜め上から見た曲がり方向ａ、ｂを示し、（Ｃ）には曲がり方向ａ、ｂの場合の散乱光の状態を示す。図４（Ａ）〜（Ｄ）には、図３（Ａ）、（Ｂ）の各方向に曲がったときに受光素子ＰＤ１、ＰＤ２で検出される散乱光の光出力値を示す。

インク滴３４にレーザ光ＬＢ１、ＬＢ２を照射したときの散乱光の様子を、図３（Ｃ）に示す。図中の実線は、レーザ光ＬＢ１がインク滴３４に照射されたときに発生する散乱光であり、点線は、レーザ光ＬＢ２がインク滴３４に照射されたときに発生する散乱光である。この図３（Ｃ）に示すように、インク滴３４にレーザ光ＬＢ１、ＬＢ２を照射したときに、散乱光Ｓ１（Ｓ１’）、Ｓ２（Ｓ２’）、Ｓ３（Ｓ３’）、Ｓ４（Ｓ４’）、Ｓ５（Ｓ５’）・・・のような散乱光が発生し、散乱光の強度はＳ１（Ｓ１’）＞Ｓ２（Ｓ２’）＝Ｓ３（Ｓ３’）＞Ｓ４（Ｓ４’）＝Ｓ５（Ｓ５’）となり、レーザ光ＬＢ１、ＬＢ２の射出方向に強度が一番強くなる。このため、例えば、レーザ光ＬＢ１がインク滴３４に照射したときの散乱光は、受光素子ＰＤ２ではほぼ反応なく、受光素子ＰＤ１でのみ反応する。このレーザ光ＬＢ１、ＬＢ２の照射方向の散乱（特にＳ１（Ｓ１’）、Ｓ２（Ｓ２’）、Ｓ３（Ｓ３’））を前方散乱という。以下、説明の中での散乱とは、前方散乱のことをいう。

通常、ヘッド１６からインク滴３４が吐出された場合、インク滴３４はまっすぐ鉛直方向に進む（図３（Ａ）、（Ｃ）では紙面と直角な方向、図３（Ｂ）では紙面方向）。なお、図２（Ｂ）以下、図面において、符号３４ａは、吐出インク滴の軌跡を示す。そして、正常な時の受光波形は、図４（Ａ）のように、受光素子ＰＤ１、ＰＤ２で同じ値Ｖ１＝Ｖ２となる。

得られた波形よりインク滴３４が通過したときの光出力値が取得できるので、その結果からインク滴３４の大きさを算出する。インク滴３４のサイズの求め方については、インク滴３４のサイズが大きいほどインク滴３４からの散乱強度は強くなる。そこで、インク滴３４のサイズは、実験的に既知であるインク滴の大きさと光出力値の２元テーブルから求めることができる。

次に、ヘッド１６から吐出されたインク滴３４が、図３（Ａ）、（Ｂ）のａ方向に曲がって吐出された場合について考える。つまり、ヘッド１６から吐出されたインク滴３４は、レーザ光ＬＢ１上を通過し、レーザ光ＬＢ２の中心から外れた位置を通過していると仮定する。このときの受光波形は、図４（Ｂ）のように受光素子ＰＤ１、ＰＤ２で異なる光出力値Ｖ１＞Ｖ２’となる。これは、ビームのレーザ光強度分布が、ビームの中心をピーク値としたような分布となっているためである。ビーム中心から外れた位置をインク滴３４が通過した場合は、その光強度分布にしたが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。今回の場合、インク滴３４は、レーザ光ＬＢ１上の中心を通っていることに変わりないので、光出力値は正常なときと同じ値Ｖ１、レーザ光ＬＢ２の中心から離れているので光出力値は小さい値Ｖ２’＜Ｖ２となる。

このように、インク滴３４が曲がって吐出された場合は、レーザ光ＬＢ１、ＬＢ２をインク滴３４が通過した結果から算出されたインク滴の大きさは、受光素子ＰＤ１、ＰＤ２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３４の大きさに見合った値とはならない。

図３（Ａ）、（Ｂ）のｂ方向に曲がった場合は、上記の受光素子ＰＤ１、ＰＤ２の光出力値の大小関係が反対Ｖ１’＜Ｖ２になる。つまり、インク滴３４は、レーザ光ＬＢ１の中心から離れているので光出力値は小さい値Ｖ１’＜Ｖ１となり、レーザ光ＬＢ２上の中心を通っていることに変わりないので、光出力値は正常なときと同じ値Ｖ２となる（図４（Ｃ）参照）。

図３（Ａ）、（Ｂ）のｃ方向に曲がった場合は、レーザ光ＬＢ１、ＬＢ２のどちらの中心からも外れることになるので、光出力値は、両方とも小さくり、Ｖ１’＜Ｖ１、Ｖ２’＜Ｖ２となる（図４（Ｄ）参照）。

なお、図５（Ａ）に示すように、レーザ光ＬＢ１、ＬＢ２の交差角度αをほぼ９０度にしておけば、レーザ光の交差する範囲が小さくできることにより、検知範囲を小さくできるとともに、各方向を均等にできるようになる。逆に、図５（Ｂ）に示すように、レーザ光ＬＢ１、ＬＢ２の交差角度αを小さくし、鋭角部αと鈍角部βに分ければ、鋭角部αの方が各レーザ光の光軸が狭くなる。つまり、光出力値がピーク値であるレーザ光の光軸同士が近くなるため、全体の検知範囲は広くなるが、ある方向に特化した検知が可能とすることができる。

また、レーザ光ＬＢ１、ＬＢ２の間に別のレーザ光を入れ、レーザ光の本数を増やせば、鋭角部が多くあることになり、例えば図３（Ａ）のｃ方向の上下左右の特定もできるようになる。

図６（Ａ）には、１つのインクジェットヘッドのノズル列と別の液吐出不良検出装置の２つの光ビームとの位置関係を下方から見て、（Ｂ）には斜め上方から見て示す。発光素子であるレーザダイオードＬＤ１から射出されたレーザ光ＬＢ１は、コリメートレンズ３０を通過後、光軸上に置かれているミラー３６によって、斜め横方向に折り曲げられ、もう１つのミラー３７によってレーザ光ＬＢ１とほぼ９０度になるようにレーザ光ＬＢ２として折り曲げられている。受光素子ＰＤ１は、ビーム径と受光素子の受光面が重ならない位置でできるだけ光軸中心近くに配設する。上記は、図２と同様にレーザ光ＬＢ１、ＬＢ２の射出方向は一緒だが、レーザ光ＬＢ１、ＬＢ２が同じレーザダイオードＬＤ１から射出されたレーザ光を反射して形成したものであるところが異なる。

図７（Ａ）は、正常に吐出されたとき、受光素子で検出される散乱光の光出力値を示す。この場合、光出力値Ｖ１’’は、図２のときのＶ１と比較すると、Ｖ１’’＞Ｖ１（Ｖ２）となる。これは、レーザ光ＬＢ１、ＬＢ２による光出力を同時に検知しているため、Ｖ１’’≒Ｖ１＋Ｖ２となるためである。前例のａ方向およびｂ方向に曲がりが発生した場合は、図７（Ｂ）に示すように、Ｖ１’’’＜Ｖ１’’（Ｖ１’’’＞Ｖ１）となる。これは、どちらか一方のレーザ光の中心にインク滴があるため、図２のときのＶ１以上の値になるからである。また、ｃ方向に曲がりが発生した場合は、図７（Ｃ）のように、Ｖ１’’’’＜Ｖ１’’’となる。

まとめると、図２のときの各受光素子ＰＤ１、ＰＤ２の光出力値の合成とほぼ同じ値となる。ａとｂの方向性を特定できないが、ＯＫ／ＮＧ判定のみならば、構成の簡素化、低コスト化ができ、有効である。

図８（Ａ）には、１つのインクジェットヘッドのノズル列とまた別の液吐出不良検出装置の２つの光ビームとの位置関係を下方から見て、（Ｂ）には斜め上方から見て示す。（Ｃ）には、受光素子で検出される散乱光の光出力値のピーク値を示す。図２と同様にレーザ光ＬＢ１、ＬＢ２の射出方向は一緒だが、レーザ光ＬＢ１、ＬＢ２は液吐出方向に距離Ｌの間隔をあけて多段に設けられており、速度を求められるようになっている。

ヘッド１６から吐出されたインク滴３４は、最初にレーザ光ＬＢ１を通り、次にレーザ光ＬＢ２を通る。このとき、レーザ光ＬＢ１、ＬＢ２を通過したときに受光素子ＰＤ１、ＰＤ２の光出力値のピーク値Ｖ１、Ｖ２が分かり、インク吐出時（ｔ＝０）からＶ１になるまでの時間ｔ１、インク吐出からＶ２になるまでの時間ｔ２が取得できるので（図８（Ｃ）参照）、その結果からインク滴３４の速度を算出する。

すなわち、一般には、レーザ光ＬＢ１、ＬＢ２の通過時のデータｔ１とｔ２から、経過時間ΔＴ＝（ｔ１−ｔ２）を算出し、既知であるレーザ光ＬＢ１、ＬＢ２の距離ＬからスピードＳ＝Ｌ／ΔＴを求める。なお、インク滴３４のサイズは、図1のときと同様にして求めることができる。

正常な時の受光波形は、図９（Ａ）に示すように、受光素子ＰＤ１、ＰＤ２で、同じ光出力値Ｖ１＝Ｖ２となる。インク滴３４の吐出が、図３（Ａ）、（Ｂ）のａ方向に変化した場合、光出力値Ｖ１とＶ２’の大小関係は、図９（Ｂ）に示すように図２のときと同じＶ１＞Ｖ２’になるが、Ｖ２’は、図２のときに比べ小さい値となっている。これは、レーザ光ＬＢ１の高さのときのズレ量に比べ、距離Ｌを設けてあるレーザ光ＬＢ２の高さのときは、ズレ量も大きくなっているため、光出力値は小さくなるからであり、検知精度の向上が可能となる。ｂ方向に変化した場合、光出力値Ｖ１’とＶ２の大小関係は、図９（Ｃ）に示すように図２のときと同じＶ１’＜Ｖ２になる。また、ｃ方向についても、図９（Ｄ）に示すように受光素子ＰＤ１の光出力値に比べ、受光素子ＰＤ２の光出力値の方が小さくなり、Ｖ１’＞Ｖ２’、（Ｖ１’＜Ｖ１、Ｖ２’＜Ｖ２）となる。

図１０（Ａ）には、１つのインクジェットヘッドのノズル列とさらにまた別の液吐出不良検出装置の２つの光ビームとの位置関係を下方から見て、（Ｂ）には斜め上方から見て示す。発光素子であるレーザダイオードＬＤ１から射出されたレーザ光ＬＢ１は、コリメートレンズ３０を通過後、光軸上に置かれているミラー３８によって、斜め下方向に折り曲げられ、もう１つのミラー３９によってレーザ光ＬＢ１とほぼ９０度になるようにレーザ光ＬＢ２として折り曲げられている。受光素子ＰＤ１は、ビーム径と受光素子の受光面が重ならない位置でできるだけ光軸中心近くに配設する。上記は、図８の場合と同様にレーザ光ＬＢ１、ＬＢ２の射出方向は一緒だが、レーザ光ＬＢ１、ＬＢ２が同一のレーザダイオードＬＤ１から射出されたレーザ光で多段に形成されているところが異なる。

図１１（Ａ）〜（Ｄ）は、図８の各受光素子ＰＤ１、ＰＤ２の出力を合成したものと同じである。したがって、今回得られる光出力値は、レーザ光ＬＢ１、ＬＢ２の光出力値のピーク値に距離Ｌ分の時間差ΔＴが出るだけで、各曲がり方向に対する光出力値の変化は図８のときと同じである。図８の場合と異なる点は、光軸を折り曲げており、一組のレーザダイオードＬＤ、受光素子ＰＤで構成ができるので、電気部品点数を半分にできる点が優れている。

図１２（Ａ）には、１つのインクジェットヘッドのノズル列とまたさらに別の液吐出不良検出装置の光ビームとの位置関係を下方から見て、（Ｂ）には斜め上方から見て示す。図２に示すと同様に各々コリメートレンズ３０、３１通過後のレーザ光ＬＢ１、ＬＢ２をほぼ９０度で交差させて同一平面内に設けるとともに、液吐出方向である鉛直方向に間隔をあけてもう一対のレーザダイオードＬＤ３、ＬＤ４、コリメートレンズ４０、４１、受光素子ＰＤ３、ＰＤ４を設け、上下２段で交点をつくり、そこにインク滴３４を吐出させるようにする。正常な時の受光波形は、図１４（Ａ）のようにＶ１=Ｖ２=Ｖ３=Ｖ４となる。この構成にすることにより、インク滴３４の大きさ、速度はもちろん、図１３（Ａ）および（Ｂ）に示すように曲がっている場合には、その曲がりの軌道（角度）を求めることができる。

すなわち、図３（Ａ）に示すａの方向に曲がっている場合は、図１４（Ｂ）のように受光素子ＰＤ１、ＰＤ３での光出力値Ｖ１、Ｖ３は、Ｖ１＝Ｖ３となるが、受光素子ＰＤ２、ＰＤ４の光出力値Ｖ２’、Ｖ４’は、Ｖ２’＞Ｖ４’（Ｖ２’＜Ｖ２、Ｖ４’＜Ｖ４）と差が現れる。これは、図１３（Ａ）より、曲がってインクが吐出されている場合、鉛直方向に進むにつれて、レーザ光ＬＢ２の中心からのズレ量ｄ（ｄ’）が大きくなり、距離Ｌ離れたところではレーザ光ＬＢ４の中心からのズレ量ｅ（ｅ’）と大きくなって、レーザ光ＬＢ４の方が光出力値は小さくなる。レーザ光の強度分布が図１３（Ｂ）のように明らかな場合、横ズレに対する光出力値は既知のため、各高さでの中心からのズレ量と光出力値の関係がわかり、曲がりの軌道（角度）をｔａｎα=ｅ／（Ｈ＋Ｌ）から知ることができる。

図３（Ａ）に示すｂの方向に曲がっている場合は、受光素子ＰＤ１、ＰＤ３での光出力値Ｖ１’、Ｖ３’が、Ｖ１’＞Ｖ３’（Ｖ１’＜Ｖ１、Ｖ３’＜Ｖ３）となるが、受光素子ＰＤ２、ＰＤ４の光出力値Ｖ２、Ｖ４は、Ｖ２＝Ｖ４となり、ａ方向の場合と逆になる（図１４（Ｃ）参照）。

図３（Ａ）に示すｃの方向に曲がっている場合は、受光素子ＰＤ１、ＰＤ３とＰＤ２、ＰＤ４の光出力値が、Ｖ１’＞Ｖ３’（Ｖ１’＜Ｖ１、Ｖ３’＜Ｖ３）、およびＶ２’＞Ｖ４’（Ｖ２’＜Ｖ２、Ｖ４’＜Ｖ４）となり、全体的に光出力が低下する（図１４（Ｄ）参照）。これも、図２のときと同様にレーザ光の角度に差をつけたり、本数を増やしたり、また鉛直方向に発光素子ＬＤと受光素子ＰＤの組を設けることにより、細かくインク滴吐出時の挙動を知ることができる。また、らせん状にインクが吐出している場合でも、各高さでの光出力値を比較すると知ることができる。

さて、図１２〜１４に示す例では、２つのレーザダイオードＬＤ１、ＬＤ２とＬＤ３、ＬＤ４を各々同一平面内に設けるとともに、液吐出方向に間隔をあけて２段に設けた。しかし、図１５（Ａ）および（Ｂ）に示すように、レーザダイオードＬＤ１から射出されたレーザ光は、コリメートレンズ３０を通過後、ビームスプリッタ４２により２方向に分割され、一方は透過してレーザ光ＬＢ１を形成し、他方は反射して、さらにミラー４３によりレーザ光ＬＢ１と平行なレーザ光ＬＢ３が形成されるようにしてもよい。レーザダイオードＬＤ２についても、コリメートレンズ３１を通過後、ビームスプリッタ４４により２方向に分割され、同様にレーザ光ＬＢ２と、ミラー４５によりレーザ光ＬＢ２と平行なレーザ光ＬＢ４が形成されるようにする。曲がりの検知は、図１２〜１４に示す例と同様に行う。

図１６（Ａ）には、１つのインクジェットヘッドのノズル列とまたさらに別の液吐出不良検出装置の光ビームとの位置関係を下方から見て、（Ｂ）には斜め上方から見て示す。図１２の変形例として、発光素子であるレーザダイオードＬＤ１から射出されたレーザ光は、コリメートレンズ３０を通過後、コーナーキューブ４６により折り返され、レーザ光ＬＢ１と平行なレーザ光ＬＢ３を形成している。レーザダイオードＬＤ２についても同様に、コリメートレンズ３１を通過後、コーナーキューブ４７により折り返され、レーザ光ＬＢ２、ＬＢ４を形成している。曲がりの検知時の光出力値を、図１７（Ａ）〜（Ｄ）に示す。図１７（Ａ）〜（Ｄ）は、受光素子ＰＤ１、ＰＤ２の出力値を示し、図１２の受光素子ＰＤ１とＰＤ３、受光素子ＰＤ２とＰＤ４の出力をそれぞれ合成したものと同じであり、各曲がり方向に対する光出力値の変化も同じである。

図１８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１９には、そのタイミングチャートを示す。これらの図１８および図１９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１９（Ａ）参照）、発光素子であるＬＤ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１９（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１９（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１９（Ｄ）参照）。これにより、ノズルから吐出するインク滴とＬＤから発した光ビームとが交叉する前後の一定範囲を除き、受光素子であるＰＤ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にかかってから、光ビーム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、ＰＤ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１９（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１９（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、ＬＤ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１９（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。

図２０（Ａ）には、１つのインクジェットヘッドのノズル列とまたさらに別の液吐出不良検出装置の光ビームとの位置関係を下方から見て、（Ｂ）には斜め上方から見て示す。同一平面内に設けるレーザ光ＬＢ１、ＬＢ２の交差している位置の後ろ側近傍に受光素子ＰＤ’を配置する。また、別の同一平面内に設けるレーザ光ＬＢ３、ＬＢ４の交差している位置の後ろ側近傍に受光素子ＰＤ’’を配置する。これにより、各レーザ光毎に接地していた受光素子ＰＤ１、ＰＤ２をＰＤ’１つに、また受光素子ＰＤ３、ＰＤ４をＰＤ’’１つに集約できる。

例として、図１２において、受光素子ＰＤ１、ＰＤ２が受光素子ＰＤ’となり、受光素子ＰＤ３、ＰＤ４が受光素子ＰＤ’’となる。得られる波形としては、正常に吐出されたインク滴の場合、受光素子ＰＤ’、ＰＤ’’の光出力値は、以前の光出力値Ｖ１より高い値Ｖ１+α（約２倍）になる。曲がりがある場合は、光出力値の低下によって判定することができる（図２１参照）。ただし、交差しているところと離れた位置に受光素子ＰＤをおく場合、光出力値が低くなる場合があるが、受光素子ＰＤの前に集光レンズを置くことにより、高い光出力値を得ることができる。

図２２には、レーザ光ＬＢ１、ＬＢ２の交差する箇所を動かす例である。レーザダイオードＬＤ１から発してコリメートレンズ３０を通過後のレーザ光ＬＢ１をヘッド１６のノズル列と平行に設け、各ノズル列のノズルから吐出するすべてのインク滴の液吐出方向に交差するようにする。また、ヘッド１６の横にはポリゴンモータを置き、そのポリゴンモータで回転するポリゴンミラー５５にもう一方のレーザ光ＬＢ２を照射する。そして、レーザ光ＬＢ２の反射光をノズル列のノズルから順に吐出するインク滴の吐出タイミングに合わせて各インク滴の液吐出方向に順次交差するようにし、インク滴の吐出不良を逐次検出する。

受光素子ＰＤ１は、レーザ光ＬＢ１、ＬＢ２から外れた位置に設置する。レーザ光ＬＢ２の方は、レーザ光が動くので、例えばライン状の受光素子ＰＤ２を用いるとＰＤを動かす必要がなくなる。また、ある距離ごとにＰＤを設置する。ポリゴンモータが回転することにより、レーザ光ＬＢ２は、ある回転角αを持って回転し、レーザ光ＬＢ１と交差する。なお、このときには、吐出タイミングとポリゴンモータを同期させ、レーザ光ＬＢ１、ＬＢ２が交差しているときにインク滴を吐出させる。もちろん、ヘッド１６をノズル列方向に動かす機構でもよい。

（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。 （Ａ）は１つのインクジェットヘッドのノズル列と液吐出不良検出装置の２つの光ビームとの位置関係を下方から見て示す図、（Ｂ）は斜め上方から見て示す斜視図、（Ｃ）はノズル列の１つのノズルから吐出したインク滴と光ビームの光軸との関係を示す図である。 （Ａ）は上から見たインク滴の曲がり方向を示す図、（Ｂ）は斜め上から見て曲がり方向ａ、ｂを示す図、（Ｃ）は曲がり方向ａ、ｂの場合の散乱光の状態を示す図である。 （Ａ）〜（Ｄ）には、図３（Ａ）、（Ｂ）の各方向に曲がったときに受光素子で検出される散乱光の光出力値を示す図である。 （Ａ）は２つのレーザ光の交差角度αをほぼ９０度にしたとき、（Ｂ）は９０度未満としたときの交差角度と各レーザ光の光軸との関係を示す図である。 （Ａ）は１つのインクジェットヘッドのノズル列と別の液吐出不良検出装置の２つの光ビームとの位置関係を下方から見て示す図、（Ｂ）は斜め上方から見て示す斜視図である。 （Ａ）は正常に吐出されたとき、（Ｂ）はａ方向およびｂ方向に曲がりが発生したとき、（Ｃ）はｃ方向に曲がりが発生したときのそれぞれ受光素子で検出される散乱光の光出力値を示す図である。 （Ａ）は１つのインクジェットヘッドのノズル列とまた別の液吐出不良検出装置の２つの光ビームとの位置関係を下方から見て示す図、（Ｂ）は斜め上方から見て示す斜視図である。 （Ａ）は正常なとき、（Ｂ）は図３（Ａ）、（Ｂ）のａ方向に変化したとき、（Ｃ）はｂ方向に変化したとき、（Ｄ）はｃ方向に変化したときのそれぞれ受光素子で検出される散乱光の光出力値を示す図である。 （Ａ）は１つのインクジェットヘッドのノズル列とさらにまた別の液吐出不良検出装置の２つの光ビームとの位置関係を下方から見て示す図、（Ｂ）は斜め上方から見て示す斜視図である。 （Ａ）は正常なとき、（Ｂ）は図３（Ａ）、（Ｂ）のａ方向に変化したとき、（Ｃ）はｂ方向に変化したとき、（Ｄ）はｃ方向に変化したときのそれぞれ受光素子で検出される散乱光の光出力値を示す図である。 （Ａ）は１つのインクジェットヘッドのノズル列とまたさらに別の液吐出不良検出装置の２つの光ビームとの位置関係を下方から見て示す図、（Ｂ）は斜め上方から見て示す斜視図である。 （Ａ）は曲がってインクが吐出されている場合、鉛直方向に進むにつれて、レーザ光の中心からのズレ量が大きくなることを示す図、（Ｂ）はそのレーザ強度分布図を示す。 （Ａ）は正常なとき、（Ｂ）は図３（Ａ）、（Ｂ）のａ方向に変化したとき、（Ｃ）はｂ方向に変化したとき、（Ｄ）はｃ方向に変化したときのそれぞれ受光素子で検出される散乱光の光出力値を示す図である。 （Ａ）は曲がってインクが吐出されている場合、鉛直方向に進むにつれて、レーザ光の中心からのズレ量が大きくなることを示す図、（Ｂ）はそのレーザ強度分布図を示す。 （Ａ）は１つのインクジェットヘッドのノズル列とまたさらに別の液吐出不良検出装置の２つの光ビームとの位置関係を下方から見て示す図、（Ｂ）は斜め上方から見て示す斜視図である。 （Ａ）は正常なとき、（Ｂ）は図３（Ａ）、（Ｂ）のａ方向に変化したとき、（Ｃ）はｂ方向に変化したとき、（Ｄ）はｃ方向に変化したときのそれぞれ受光素子で検出される散乱光の光出力値を示す図である。 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。 （Ａ）は１つのインクジェットヘッドのノズル列とまたさらに別の液吐出不良検出装置の２つの光ビームとの位置関係を下方から見て示す図、（Ｂ）は斜め上方から見て示す斜視図である。 その受光素子で検出される散乱光の光出力値を示す図である。 レーザ光の交差する箇所を動かす例を示す図である。

符号の説明

ＬＤ１〜４ レーザダイオ−ド（発光素子）
ＬＢ１〜４ レーザ光（光ビーム）
ＰＤ１〜４ 受光素子
ｎ１〜ｎＸ ノズル列
１６、１６ｙ、１６ｃ、１６ｍ、１６ｂ インクジェットヘッド
２０ 液吐出不良検出装置
３４ インク滴
３６、３７、３８、３９ ミラー
４２、４４ ビームスプリッタ
４３、４５ ミラー
４６、４７ コーナーキューブ
５５ ポリゴンミラー

Claims (10)

1. 発光素子から発した光ビームを液吐出方向と交差する方向に向け、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、
   前記液吐出方向と、それぞれ異なる方向から交差する光ビームを複数設けることを特徴とする、液吐出不良検出装置。
2. 複数の前記光ビームを同一平面内に設け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. 同一の前記発光素子から発した光ビームを反射して複数の前記光ビームを形成す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. 複数の前記光ビームを、前記液吐出方向に間隔をあけて多段に設け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。
5. 同一の前記発光素子から発した光ビームで多段の前記光ビームを形成することを特徴とする、請求項４に記載の液吐出不良検出装置。
6. 複数の前記光ビームを同一平面内に設けるとともに、前記液吐出方向に間隔をあけて多段に設けることを特徴とする、請求項２ないし５のいずれか１に記載の液吐出不良検出装置。
7. 同一平面内に設ける前記光ビームの交差位置近傍に前記受光素子を配置することを特徴とする、請求項１、２、または６に記載の液吐出不良検出装置。
8. 請求項１ないし７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。
9. 前記液吐出不良検出装置とインクジェットヘッドとを相対移動してそのインクジェットヘッドのノズル列のノズルから順に吐出するインク滴の吐出タイミングに合わせて各インク滴の液吐出方向に順次複数の前記光ビームが交差するようにし、インク滴の吐出不良を逐次検出することを特徴とする、請求項８に記載のインクジェット記録装置。
10. 前記液吐出不良検出装置の複数の前記光ビームの少なくとも１つをインクジェットヘッドのノズル列と平行に設けてその各ノズル列のノズルから吐出するすべてのインク滴の液吐出方向に交差するようにするとともに、複数の前記光ビームの少なくとも他の１つをポリゴンミラーで反射し、前記ノズル列のノズルから順に吐出するインク滴の吐出タイミングに合わせて各インク滴の液吐出方向に順次交差するようにし、インク滴の吐出不良を逐次検出することを特徴とする、請求項８に記載のインクジェット記録装置。

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