JP2009132025A - 液吐出不良検出装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】装置の複雑化を招いたり、コスト高を招いたりすることなく、液滴の吐出不良を正確に検出することができる液吐出不良検出装置、およびそ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を提供する。
【解決手段】半導体レーザ等の発光素子が、それから発する光ビームLBを液滴吐出方向と交差する方向に向けて配置されており、その光ビームがインク滴等の液滴に衝突することにより生ずる散乱光がフォトダイオード等の受光素子15Aで受光されて、その受光データから液吐出不良が検出される。そのような液吐出不良検出装置において、受光素子15Aが、発光素子が発する断面楕円形状光ビームLBのビーム径の短手方向に隣接して配置されている。
【選択図】図4

Description

この発明は、インクジェット方式を用いて、用紙等の記録材に画像を記録するプリンタ、コピー、ファクシミリなどのインクジェット記録装置に関する。および、そのようなインクジェット記録装置などにおいて、インク滴等の液滴の吐出不良を検出する液吐出不良検出装置に関する。
従来、レーザ光発生部が、それから発する光ビームを液滴吐出方向と交差する方向に向けて配置されており、その光ビームが液滴を横切るときにできる影を検知している装置としては、例えば特許文献1に開示されているようなものがある。
特許文献1に開示されている装置では、液滴の飛翔経路にレーザ光を発生するレーザ光発生部と、レーザ光の強度を電気信号に変換する光電変換部と、電気信号を処理する信号処理部とを備えている。そして、信号処理部は、液滴がレーザ光を通過するときの光電変換部の信号強度と液滴の重量との関係式を記憶しており、該関係式に基づいて、光電変換部から入力された信号強度に対応する液滴の重量を計算している。この装置では、レーザ光を集光する集光部を備えており、この集光部で集光するレーザ光の集光位置に、液滴吐出ヘッドからの液滴を吐出している。これにより、空間分解能を高くし、得られる信号強度を強くしている。
特開2006‐47235号公報
ところが、この種の装置では、液滴吐出箇所が複数箇所ある場合、集光部を移動させるなど、集光位置を移動する必要があるため、その駆動機構が必要となり、装置の複雑化、高コストが懸念される。
そこで、この発明の目的は、装置の複雑化を招いたり、コスト高を招いたりすることなく、液滴の吐出不良を正確に検出することができる液吐出不良検出装置、およびそ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を提供することにある。
このような目的を達成するため、請求項1に係る発明は、半導体レーザ等の発光素子がそれから発する光ビームを液滴吐出方向と交差する方向に向けて配置されており、その光ビームがインク滴等の液滴に衝突することにより生ずる散乱光がフォトダイオード等の受光素子で受光されて、その受光データから液吐出不良が検出される液吐出不良検出装置において、前記受光素子が、前記発光素子が発する断面楕円形状光ビームのビーム径の短手方向に隣接して配置されていることを特徴とする。
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の液吐出不良検出装置において、前記発光素子が、前記光ビームのビーム径の長手方向を液吐出方向と直角方向に向けて配置されていることを特徴とする。
請求項3に係る発明は、請求項1または2に記載の液吐出不良検出装置において、前記光ビームが通過する開口を有するアパーチャ部材が設置されていることを特徴とする。
請求項4に係る発明は、請求項3に記載の液吐出不良検出装置において、前記アパーチャ部材が、前記光ビームのビーム断面形状と一致する開口形状を有していることを特徴とする。
請求項5に係る発明は、請求項3に記載の液吐出不良検出装置において、前記アパーチャ部材が、前記光ビームのビーム径の短手方向のみで前記光ビームのフレア部を遮る開口形状を有していることを特徴とする。
請求項6に係る発明は、請求項1または2に記載の液吐出不良検出装置において、前記光ビームのビーム径の短手方向における前記光ビームの前記受光素子側のみのフレア部を遮るように、ナイフエッジが設置されていることを特徴とする。
請求項7に係る発明は、請求項1または2に記載の液吐出不良検出装置において、前記光ビームの焦点が、前記受光素子の配置位置に設けられていることを特徴とする。
請求項8に係る発明は、請求項1ないし7のいずれか1に記載される液吐出不良検出装置と、その液吐出不良検出装置で検出された液吐出不良箇所の液吐出不良を回復する単独回復装置とが備えられていることを特徴とするインクジェット記録装置である。
請求項1に係る発明によれば、受光素子が、発光素子が発する断面楕円形状光ビームのビーム径の短手方向に隣接して配置されているので、液滴が吐出されていないときに光ビームが受光素子に入って電圧値が飽和状態となり、受光データからの液吐出不良の検出が不可能となるようなことなく、受光素子を光ビームの光軸に近付けて受光素子が光強度の強い散乱光を受光することを可能とし、装置の複雑化を招いたり、コスト高を招いたりすることなく、液滴の吐出不良を正確に検出することができる。
請求項2に係る発明によれば、発光素子が、光ビームのビーム径の長手方向を液吐出方向と直角方向に向けて配置されているので、光ビームと直交する方向の検知範囲を広くすることで、液吐出不良検出装置の組み付け精度や、ノズル列と光ビームの位置精度などを緩やかとし、製作を容易としてコスト高を招くことなく、液滴の吐出不良を正確に検出することができる。
請求項3に係る発明によれば、光ビームが通過する開口を有するアパーチャ部材が設置されているので、光ビームのフレア部を遮ることで、受光素子の電圧値が飽和状態となる心配なく、受光素子をより光ビームの光軸に近付けて受光素子がさらに光強度の強い散乱光を受光することを可能とし、装置の複雑化を招いたり、コスト高を招いたりすることなく、なお一層液滴の吐出不良を正確に検出することができる。
請求項4に係る発明によれば、アパーチャ部材が、光ビームのビーム断面形状と一致する開口形状を有しているので、光ビームのすべてのフレア部を完全に遮ることで、受光素子の電圧値が飽和状態となる心配なく、受光素子をより光ビームの光軸に近付けて受光素子がさらに光強度の強い散乱光を受光することを可能とし、より一層液滴の吐出不良を正確に検出することができる。
請求項5に係る発明によれば、アパーチャ部材が、光ビームのビーム径の短手方向のみで光ビームのフレア部を遮る開口形状を有しているので、短手方向のみの精度を確保すればよく、製作や組付けを容易としてコスト高を招くことなく、より一層液滴の吐出不良を正確に検出することができる。
請求項6に係る発明によれば、光ビームのビーム径の短手方向における光ビームの受光素子側のみのフレア部を遮るように、ナイフエッジが設置されているので、より簡略化した部材で短手方向のみの精度を確保すればよく、製作や組付けを容易としてコスト高を招くことなく、より一層液滴の吐出不良を正確に検出することができる。
請求項7に係る発明によれば、光ビームの焦点が、受光素子の配置位置に設けられているので、径の小さい光ビームの焦点位置で、受光素子をより光ビームの光軸に近付けて、受光素子がさらに光強度の強い散乱光を受光することを可能とし、装置の複雑化を招いたり、コスト高を招いたりすることなく、なお一層液滴の吐出不良を正確に検出することができる。
請求項8に係る発明によれば、請求項1ないし7のいずれか1に記載される液吐出不良検出装置が備えられているので、液滴が吐出されていないときに光ビームが受光素子に入って電圧値が飽和状態となり、受光データからの液吐出不良の検出が不可能となるようなことなく、受光素子を光ビームの光軸に近付けて受光素子が光強度の強い散乱光を受光することを可能とし、装置の複雑化を招いたり、コスト高を招いたりすることなく、液滴の吐出不良を正確に検出することができる。また、液吐出不良検出装置で検出された液吐出不良箇所の液吐出不良を回復する単独回復装置が備えられているので、少ない液滴消費で効率よく液吐出不良箇所の液吐出不良を回復することができる。
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には、インクジェット記録装置に備える液吐出不良検出装置の一例を、インクジェットヘッドとともに示す。
図中符号10が、インクジェット記録装置のインクジェットヘッドである。図示例のインクジェットヘッド10には、下向きにヘッドノズル面11が設けられている。ヘッドノズル面11には、複数のノズルN1、N2、………Nx、………Nnを直線的に並べてあけてノズル列が形成されている。各ノズルからは、選択的に液滴であるインク滴12が吐出される。
また、図中符号18が、インクジェットヘッド10の各ノズルN1、N2、………Nx、………Nnからのインク滴12の吐出不良を検出する液吐出不良検出装置である。図示液吐出不良検出装置18には、発光素子13、その発光素子13から発した光を平行なレーザ光LBとするコリメートレンズ14、フォトダイオード等の受光素子15などが設けられている。
液吐出不良検出装置18は、発光素子13が、それから発する光ビームLBを、ノズル面11から吐出するインク滴12の液吐出方向と交差する方向に向けて配置され、ヘッドノズル面11から一定距離離れた位置において、発光素子13から発するレーザ光LBの光軸Lがノズル列と平行となるように設けられている。
一方、受光素子15は、断面楕円形状のレーザ光LBのビーム径を外れた位置に受光面17が位置するように、この例ではレーザ光LBの光軸Lに対して角度θ開いた下方位置に配置されている。
そして、ヘッドノズル面11のノズルNxからインク滴12を吐出し、そのインク滴12にレーザ光LBが衝突することにより散乱光Sを生じ、その散乱光Sのうち、特に前方散乱光S3が受光素子15の受光面17で受光されてその受光素子15の光出力を電圧値(光出力値)として計測することにより受光データを得、その受光データから、インク滴12の吐出の有無、曲がりなどの液吐出不良が検出されるようになっている。
ところで、この例では、受光素子として半導体レーザが使用されている。半導体レーザを使用した場合、垂直・水平方向にそれぞれ角度を持って発光する。一般的な半導体レーザでは、垂直・水平方向の角度は、それぞれ14°/30°となっている。このような光をコリメートレンズ14で平行光にした場合、図2に示すような、縦横比が異なる断面楕円形状となる。
図2には、光ビームLBのビーム径の長手方向の距離をX、短手方向の距離をYとするときのそれぞれX方向、Y方向における光強度分布を示す。これより、光強度は、光ビームLBの中心(光ビームLBの光軸L)で最も強く、縁に行くにしたがい低下するガウシアン分布となっていることが判る。
図3には、図1に示す液吐出不良検出装置18における受光素子15の配置角度θと受光素子15の光出力値との関係を示す。
図から判るとおり、散乱光Sは、角度依存特性を持っており、角度θが大きくなるにつれて、散乱光Sの光強度は低下している。つまり、光ビームLBの光軸L付近で散乱光Sの光強度が最も強く、そこから離れるにつれて低くなっている。したがって、受光素子15の位置により、得られる光出力値は変化することになる。
ただし、角度θが小さくなり、光ビームLBのビーム径内に受光素子15が入って図中点線以下となると、光ビームLBが直接受光素子15の受光面17に入り、図3中一点鎖線で示すようにインク滴12を吐出していないときの電圧値が飽和状態となってしまう。そこで、この例では、受光素子15は、光ビームLBのビーム径外に配置するようにされる。
図4には、光ビーム照射方向から見た、インクジェットヘッド10と光ビームLBと受光素子15の位置関係を示す。
この例では、発光素子13が、光ビームLBの断面楕円形状のビーム径の長手方向がインク滴吐出方向と直角方向(水平方向)に向き、短手方向がインク滴吐出方向(垂直方向)に向くように配置され、図中実線で示すように、受光素子15が、発光素子13が発する光ビームLBのビーム径の短手方向に隣接して、受光面17が光ビームLB内に入り込まないようにして、なるべく光軸Lに近付けて配置されている。
図5には、インク滴吐出時の受光素子15の光出力値を示す。
図中実線は、受光素子15がビーム径の短手方向に隣接して配置された場合、点線は、図4において点線で示すように受光素子15がビーム径の長手方向に隣接して配置された場合である。
ここで、光ビームLBの短手方向に配置した受光素子を15A、長手方向に配置した受光素子15Bとし、それぞれの受光素子15A、15Bから光軸Lまでの距離がそれぞれXa、Xbとなるようにする。また、これらの距離Xa、Xbは、インク滴12を吐出していないときの光出力値が同じになる距離である。
光軸Lから受光素子15Bまでの距離Xbに比べ、光軸Lから受光素子15Aまでの距離Xaの方が短いため、光出力値は大きくなり、受光素子15Aの光出力値Vaは、受光素子15Bの光出力値Vbよりも大きくなる(Va>Vb)。
このように、光ビームLBの短手方向に受光素子15Aを配置することにより、散乱光Sの強い部分を受光することができるため、光出力値が大きくなる。すなわち、光軸Lからの距離が短いと、角度θが小さくなり、図3に示す散乱光の角度依存性に基づき、光出力値が大きくなる。
なお、長手方向に置いた受光素子15Bを光軸Lに近付けると、光出力値を大きくすることができるが、すでに説明したとおり光軸Lに近付けると、光ビームLBが受光素子15Bの受光面17に入り、インク滴12を吐出していないときの電圧値が飽和状態となってしまうため、散乱光Sの計測が不可能となってしまう。
図6には、インクジェット記録装置に備える液吐出不良検出装置18の他例を、インクジェットヘッド10とともに示す。
この図6に示す例では、図1に示す液吐出不良検出装置18において、コリメートレンズ14のレーザ光照射方向下流にアパーチャ部材20を設置したものであり、図1と対応する部分には、図1と同一の符号を付している。アパーチャ部材20には、光ビームLBが通過する開口21があけられている。
これにより、発光素子13から発した光をコリメートレンズ14で平行な光ビームLBにした後、アパーチャ部材20の開口21を通して、光ビームLBのうちのフレア部LBfを遮る。
図7には、光ビーム照射方向から見た、インクジェットヘッド10と光ビームLBと受光素子15とアパーチャ部材20の位置関係を示す。
アパーチャ部材20がない場合、フレア部LBfの影響により、受光素子15は、図中点線で示す距離Xdの位置までしか近付けることができないが、アパーチャ部材20を入れた場合、フレア部LBfを遮っているので、受光素子15は、図中実線で示す距離Xcまで近付けることができる。
図8には、インク滴吐出時の受光素子15の光出力値を示す。
図中実線で示す受光素子15Cの方が、図中点線で示す受光素子15Dの位置より光軸Lに近付けて配置することができるから、光出力値が大きくなり、受光素子15Cの光出力値Vcが受光素子15Dの光出力値Vdより大きくなる(Vc>Vd)。すなわち、この例のように、アパーチャ部材20を設置することにより、光出力値をさらに大きくすることができる。
ここで、光ビームLBは、主光部LBmとフレア部LBfで構成されており、フレア部LBfは、主光部LBmに比べて光強度は低い。しかし、主光部LBmに比べて光強度が低いフレア部LBfでも、受光素子15に入光した場合、インク滴12を吐出していないときの電圧値が飽和することもあり、光軸Lに受光素子15を近付けられないため、インク滴吐出時の光出力値が低下することとなる。
図9には、光ビームLBのビーム断面形状と一致する形状の開口21を有するアパーチャ部材20を使用した場合における、光ビーム照射方向から見た、インクジェットヘッド10と光ビームLBと受光素子15との位置関係を示す。
このようなアパーチャ部材20を使用すると、光ビームLBのすべてのフレア部LBfを完全に遮ることで、受光素子15をより光ビームLBの光軸Lに近付けて受光素子15がさらに光強度の強い散乱光Sを受光することを可能とし、より一層インク滴12の吐出不良を正確に検出することができる。
図10には、光ビームLBのビーム径の短手方向のみで光ビームLBを絞る形状の開口21を有しているアパーチャ部材20を使用した場合における、光ビーム照射方向から見た、インクジェットヘッド10と光ビームLBと受光素子15との位置関係を示す。
このようなアパーチャ部材20を使用すると、短手方向のみの精度を確保すればよく、製作や組付けを容易としてコスト高を招くことなく、より一層液滴の吐出不良を正確に検出することができる。
図11には、インクジェット記録装置に備える液吐出不良検出装置18のさらに他例を、インクジェットヘッド10とともに示す。
この図11に示す例では、図1に示す液吐出不良検出装置18において、コリメートレンズ14のレーザ光照射方向下流にナイフエッジ22を設置したものであり、図1と対応する部分には、図1と同一の符号を付している。ナイフエッジ22は、断面楕円形状の光ビームLBのビーム径の短手方向における光ビームLBの受光素子15側のみのフレア部を遮るように設けられている。
図12には、その光ビーム照射方向から見た、インクジェットヘッド10と光ビームLBと受光素子15とナイフエッジ22の位置関係を示す。
上述した例では、アパーチャ部材20を入れてフレア部LBfを遮ったが、受光素子15が配置されている側にナイフエッジ22を挿入して、フレア部LBfの一部を遮るこのようなナイフエッジ22を使用すると、より簡略化した部材で短手方向の下側のみの精度を確保すればよく、製作や組付けを容易としてコスト高を招くことなく、より一層液滴の吐出不良を正確に検出することができる。
ところで、上記では、光ビームLBは平行光として扱ってきたが、光ビームLBを受光素子15の位置で焦点を結ぶようにしてもよい。基本的な構成は、図1と同じであり、コリメートレンズ14と発光素子13の距離を調節することにより、焦点を設けることができる。
図13には、このようにして、光ビームLBの焦点が、受光素子15の配置位置に設けられている例を示す。
焦点位置では、光ビームLBの径が小さくなることから、この焦点を受光素子15の位置に合わすことにより、受光素子15をより光ビームLBの光軸Lに近付けて光軸Lから受光素子15までの距離Xeを小さくし、受光素子15がさらに光強度の強い散乱光を受光することを可能として受光素子15の光出力値を大きくし、装置の複雑化を招いたり、コスト高を招いたりすることなく、なお一層液滴の吐出不良を正確に検出することができる。
なお、ビーム径が通常より小さい光ビームLBでも、上述したと同様の効果が得られる。ビーム径を小さくする方法として、光の拡散角が小さい、例えば7°/14°の発光素子13を使えばよい。または、レンズのバックフォーカスが短く、NAも小さいレンズを使ってもよい。
また、焦点を作る方法として、発光素子13とコリメートレンズ14の距離を調節することを挙げたが、コリメートレンズ14を別の特性のレンズ、例えば焦点を結ぶような凸レンズなどにしてもよい。
さて、これまでの説明では、断面楕円形状の光ビームLBのビーム径の長手方向がインク滴吐出方向に対して直角の方向となるように、発光素子13が配置されていた。このようにすると、光ビームと直交する方向の検知範囲を広くして、液吐出不良検出装置18の装置本体への組み付け精度や、ノズル列と光ビームLBの位置精度などを緩やかとし、製作を容易としてコスト高を招くことなく、液滴の吐出不良を正確に検出することができる。しかし、レーザ光LBの短手方向の光強度分布に比べて長手方向の方は、緩やかに変化するため、小さい曲がりなどの検知には向かない。
ここで、異常吐出したインク滴12Bが光軸L以外を通過する場合、光ビームLBがガウシアン分布になっているため、正常吐出した光軸Lを通過するインク滴12Aに比べて光出力値は低くなる。この光出力値の低下から曲がりを検知することができる。そこで、小さい曲がりが発生している場合、光ビームLBのガウシアン分布の傾斜が急になっていれば、緩やかな時に比べ光出力値の低下の割合が大きくなるため、容易に曲がりとして検知することができる。
このことより、小さい曲がりの検知を行う場合、図14に示すように光ビームLBの短手方向をインク滴吐出方向に対して直角の方向に向けることで、曲がりを容易に検知することができる。この場合、受光素子15は、光ビームLBの光軸Lから近いところが最も光出力値が高いため、同じく図示するように光ビームLBの短手方向に隣接して配置した方がよい。
不良検出箇所の単独回復装置の例としては、ノズルの清掃、連続吐出、部分吸引などを行う公知装置が考えられる。このような単独回復装置で、上記液吐出不良検出装置で検出された液吐出不良箇所の液吐出不良を回復して、インクの無駄な消費や、時間の節約を図ることができる。
インクジェット記録装置に備える液吐出不良検出装置の一例を、インクジェットヘッドとともに示す図である。 その光ビームのビーム径の長手方向の距離をX、短手方向の距離をYとするときのそれぞれX方向、Y方向における光強度分布を示す図である。 図1に示す液吐出不良検出装置における受光素子の配置角度θと受光素子の光出力値との関係を示す図である。 その光ビーム照射方向から見た、インクジェットヘッドと光ビームと受光素子の位置関係を示す図である。 そのインク滴吐出時の受光素子の光出力値を示す図である。 インクジェット記録装置に備える液吐出不良検出装置の他例を、インクジェットヘッドとともに示す図である。 その光ビーム照射方向から見た、インクジェットヘッドと光ビームと受光素子とアパーチャ部材の位置関係を示す図である。 そのインク滴吐出時の受光素子の光出力値を示す図である。 光ビームのビーム断面形状と一致する開口形状を有するアパーチャ部材を使用した場合における、光ビーム照射方向から見た、インクジェットヘッドと光ビームと受光素子との位置関係を示す図である。 光ビームのビーム径の短手方向のみで光ビームを絞る開口形状を有しているアパーチャ部材を使用した場合における、光ビーム照射方向から見た、インクジェットヘッドと光ビームと受光素子との位置関係を示す図である。 インクジェット記録装置に備える液吐出不良検出装置のさらに他例を、インクジェットヘッドとともに示す図である。 その光ビーム照射方向から見た、インクジェットヘッドと光ビームと受光素子とナイフエッジの位置関係を示す図である。 光ビームの焦点が、受光素子の配置位置に設けられている例を示す図である。 光ビーム照射方向から見た、インクジェットヘッドと光ビームと受光素子の別の位置関係を示す図である。
符号の説明
10 インクジェットヘッド
11 ヘッドノズル面
12 インク滴
13 発光素子
14 コリメートレンズ
15 受光素子
15A、15B 受光素子
15C、15D 受光素子
17 受光素子の受光面
18 液吐出不良検出装置
20 アパーチャ部材
21 開口
22 ナイフエッジ
LB 光ビーム
LBm 光ビームの主光部
LBf 光ビームのフレア部
L 光ビームの光軸
N1、N2、………Nx、………Nn ノズル
S 散乱光
S1、S2、S3 前方散乱光
X、Xa、Xb、Xc、Xd、Xe 光ビームのビーム径の長手方向の距離
Y 光ビームのビーム径の短手方向の距離
θ 光ビームの光軸に対する受光素子の配置角度

Claims (8)

  1. 発光素子がそれから発する光ビームを液滴吐出方向と交差する方向に向けて配置されており、その光ビームが液滴に衝突することにより生ずる散乱光が受光素子で受光されて、その受光データから液吐出不良が検出される液吐出不良検出装置において、
    前記受光素子が、前記発光素子が発する断面楕円形状光ビームのビーム径の短手方向に隣接して配置されていることを特徴とする液吐出不良検出装置。
  2. 前記発光素子が、前記光ビームのビーム径の長手方向を液吐出方向と直角方向に向けて配置されてい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. 前記光ビームが通過する開口を有するアパーチャ部材が設置されていることを特徴とする、請求項1または2に記載の液吐出不良検出装置。
  4. 前記アパーチャ部材が、前記光ビームのビーム断面形状と一致する開口形状を有してい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. 前記アパーチャ部材が、前記光ビームのビーム径の短手方向のみで前記光ビームのフレア部を遮る開口形状を有してい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. 前記光ビームのビーム径の短手方向における前記光ビームの前記受光素子側のみのフレア部を遮るように、ナイフエッジが設置されていることを特徴とする、請求項1または2に記載の液吐出不良検出装置。
  7. 前記光ビームの焦点が、前記受光素子の配置位置に設けられていることを特徴とする、請求項1または2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に記載される液吐出不良検出装置と、その液吐出不良検出装置で検出された液吐出不良箇所の液吐出不良を回復する単独回復装置とが備えられていることを特徴とするインクジェット記録装置。
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