JP2010143074A - インクジェット記録ヘッドの吐出状態判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズルからインクを吐出するために熱エネルギを発生する吐出ヒータを有するインクジェット記録ヘッドの、ノズル毎のインク吐出状態を判定を正確かつ適時に行うことができるようにする。
【解決手段】吐出ヒータの駆動に伴う温度変化を検出する温度センサをノズル毎に設ける。当該温度変化において、インクが正常に吐出された場合には変曲点が出現する。そこでこの変曲点が出現するタイミングを含む所定区間の温度データの各点における二次導関数と、吐出不良発生時の二次導関数に基づいた第一の閾値との差の絶対値の総和を求める。吐出不良発生時の二次導関数はほとんど変化しないため、吐出不良発生時の総和は０に近い値となり、変曲点前後で二次導関数が大きく変化する正常吐出時との差が明確に現れる。そこで、上記総和と、総和について予め定めた第二の閾値との大小関係から、正常吐出が行われているかをノズル毎に判定可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ノズルからインクを吐出するために利用されるエネルギとして熱エネルギを発生する発熱素子（ヒータ）を有するインクジェット記録ヘッドのインク吐出状態を判定する吐出状態判定方法に関するものである。

吐出口からインクを例えば滴として吐出させ、紙，プラスチックフィルムその他の記録媒体に付着させるインクジェット記録方式の中で、インクを吐出するために利用されるエネルギとして熱エネルギを発生するヒータを有する記録ヘッドを用いるものがある。この方式は、例えば通電に応じて発熱する電気熱変換素子およびその駆動回路などを半導体製造工程と同様の工程を用いて形成できることから、ノズルの高密度実装が容易であり記録の高精細化が達成できるなどの利点を有する。

一方この方式の記録ヘッドにおいても、異物や増粘したインクなどによるノズルの目詰まり、インク供給経路ないしはノズル内に混入した気泡、あるいはノズル表面の濡れ性の変化などの原因により、記録ヘッドの全部または一部のノズルで吐出不良が発生し得る。そのような吐出不良が発生した場合に生じる画像品位の低下を避けるために、吐出状態を回復させる回復動作や、他のノズルなどによる補完動作を速やかに実行することが好ましい。しかしこれらの動作を速やかに行うためには、吐出状態の判定ないしは吐出不良発生の判定を正確に、かつ適時に行うことが極めて重要な課題となっている。

そこで従来から、種々の吐出状態判定方法や補完方法ないしはこれらを適用した装置が提案されている。

特許文献１には、プリント物を検出し画像欠陥のない画像を得るプリント方法として、検出用の紙に所定パターンをプリントし、読取装置により読取って異常なプリント素子を検出する構成が開示されている。この特許文献１には、異常なプリント素子に加えるべき画像データを移動して他のプリント素子の画像データに重畳し、プリントを補完させることにより画像欠陥のない画像が得られるようにしている。

また特許文献２には、記録媒体幅に対応したヘッド（ラインヘッド）を用いる構成において、記録媒体幅方向に配列されたノズルの吐出状態を均等にするために、インクが吐出されたか否かを検出する検出手段（読取りヘッド）を設けた構成が開示されている。そして特許文献２には、当該検出時のノズルの駆動条件に基づいて適切な制御を設定する構成も開示されている。

さらに特許文献３には、インク滴の飛翔を検出する方法として、記録ヘッドの吐出口列の一端と他端とにそれぞれ配置された発光素子と受光素子との組みを有する検知手段により、各吐出口のインク滴吐出状態を判断する構成が開示されている。

また、特許文献４には、吐出状態を直接検出するのではなく、ヒータが発生する熱の影響を受ける位置に導体部を配列し、温度に依存して変化する導体部の抵抗値の変化を検知するようにした構成、すなわちインク吐出源側で検出を行う方法が開示されている。

さらに特許文献５には、同じくインク吐出源側で検出を行う構成として、ヒータと温度検知素子とをＳｉ基板等の同一の支持体（ヒータボード）上に設けた構成が開示されている。この特許文献５には、膜状に構成される温度検知素子をヒータの配列領域と重なるように設けることが記載されている。また、この特許文献５には、温度変化に応じた温度検知素子の抵抗値変化から不吐出の判定を行うことが記載されている。さらには、成膜プロセスにより膜状の温度検知素子がヒータボード上に形成され、端子を介しワイヤーボンディング等の方法により外部と接続されることも記載されている。

特開平６−７９９５６号公報 特開平３−２３４６３６号公報 特開平２−１９４９６７号公報 特開昭５８−１１８２６７号公報 特開平２−２８９３５４号公報

しかしながら、特許文献１に開示される吐出状態判定方法では、用紙上にプリントしたチェックパターンを読み取った結果から吐出不良のあるノズルを検出している。そのため、判定に先立つチェックパターンのプリントが前提となっており、速やかに吐出状態判定を行うことが非常に困難である。また、読取装置を設ける必要があり、その分記録装置の大型化や高価格化が生じるものとなる。

また、特許文献２および特許文献３に開示される構成でも同様に、装置の小型化や低廉化が難しく、また吐出不良が生じたノズルを速やかに検出することも困難である。

さらに、特許文献４および特許文献５に開示される構成では、特許文献１〜３に係る問題は緩和されるものと考えられる。しかし吐出状態を正確に判定する上ではまだ不十分であり、また特に、特許文献５では吐出不良の生じたノズルを正確に特定することもできない。

本発明は上記問題点を解決して、装置の大型化や高価格化を抑制しつつ規模を大きくすることなく、各ノズルの吐出状態の判定ないしは吐出不良発生の判定を正確に、かつ適時に行うことができるようにすることを目的とする。

そのために、本発明の第１の形態では、インクを吐出するために利用されるエネルギとして熱エネルギを発生する発熱素子と、該発熱素子の駆動に伴う温度変化を検出する温度検知素子と、を有するインクジェット記録ヘッドのインク吐出状態を判定する吐出状態判定方法であって、
前記発熱素子の駆動後に前記温度検出素子が検出する温度の下降過程において、前記発熱素子の駆動によって前記インクが正常に吐出された場合に発生する変曲点が出現するタイミングを含む所定区間の複数の点の温度情報を抽出データとして抽出する抽出工程と、
当該抽出データの前記複数の点のそれぞれにおける曲率と、吐出不良が発生した場合の温度変化の曲率に基づいて定めた第一の閾値との差の絶対値の総和を演算する演算工程と、
当該演算された総和と、予め定められた総和についての第二の閾値とに基づいて、前記インクの吐出状態を判定する判定工程と、
を具えたことを特徴とする。

本発明の第２の形態では、ノズルからインクを吐出するために利用されるエネルギとして熱エネルギを発生する発熱素子と、該発熱素子の駆動に伴う温度変化を検出する温度検知素子とを有するインクジェット記録ヘッドの前記ノズルのインク吐出状態を判定する吐出状態判定方法であって、
前記発熱素子の駆動後に前記温度検出素子が検出する温度の下降過程において、前記発熱素子の駆動によって前記インクが正常に吐出された場合に発生する変曲点が出現するタイミングを含む所定区間の複数の点の温度情報を抽出データとして抽出する抽出工程と、
当該抽出データを時間に関して二階微分し、二次導関数を求める工程と、
当該二次導関数と、吐出不良が発生した場合の二次導関数に基づいて定めた第一の閾値との差の絶対値の総和を演算する演算工程と、
当該演算された総和と、予め定められた総和についての第二の閾値とに基づいて、前記インク吐出状態を判定する判定工程と、
を具えたことを特徴とする。

本発明の第３の形態では、ノズルからインクを吐出するために利用されるエネルギとして熱エネルギを発生する発熱素子と、該発熱素子の駆動に伴う温度変化を検出する温度検知素子とを有するインクジェット記録ヘッドの前記ノズルのインク吐出状態を判定する吐出状態判定方法であって、
前記発熱素子の駆動後に前記温度検出素子が検出する温度の下降過程において、前記発熱素子の駆動によって前記インクが正常に吐出された場合に発生する変曲点が出現するタイミングを含む所定区間の複数の点の温度情報を抽出データとして抽出する抽出工程と、
当該抽出データを時間に関して二階微分し、二次導関数を求める工程と、
前記複数の点の前記二次導関数のそれぞれと、前記吐出不良が発生した場合の二次導関数に基づいて定めた第一の閾値とを比較する比較工程と、
該比較工程で前記第一の閾値より小さいと判定された点の前記二次導関数と、前記第一の閾値との差の絶対値の総和を求める演算工程と、
当該演算された総和と、予め定められた総和についての第二の閾値とに基づいて、前記インク吐出状態を判定する判定工程と、
を具えたことを特徴とする。

本発明の第４の形態では、ノズルからインクを吐出するために利用されるエネルギとして熱エネルギを発生する発熱素子と、該発熱素子の駆動に伴う温度変化を検出する温度検知素子と、を有するインクジェット記録ヘッドのインク吐出状態を判定する吐出状態判定方法であって、
前記発熱素子の駆動後に前記温度検出素子が検出する温度の下降過程において、前記発熱素子の駆動によって前記インクが正常に吐出された場合に発生する変曲点が出現するタイミングを含む所定区間の複数の点の温度情報を抽出データとして抽出する抽出工程と、
当該抽出データを時間に関して二階微分し、二次導関数を求める工程と、
前記複数の点の前記二次導関数のそれぞれと、前記吐出不良が発生した場合の二次導関数に基づいて定めた第一の閾値とを比較する比較工程と、
前記比較工程で前記第一の閾値より小であると判定された点の値を、当該値から前記第一の閾値を減じた値に更新した更新データを作成する工程と、
複数の前記ノズルについて前記更新データを合計した合計データを求める合計工程と、
前記複数の点について前記合計データの総和を求める演算工程と、
当該演算された総和と、正常にインクを吐出しているノズル一つの分についての前記更新データの総和とから、前記複数のノズルの中に前記吐出不良が発生しているノズルが存在するか否かを判定する工程と、
を具えたことを特徴とする。

この第４の形態において、前記判定工程において前記吐出不良が発生しているノズルがあると判定された場合には、前記複数のノズルのそれぞれについて前記更新データの総和を演算し、当該演算された総和と、前記正常にインクを吐出しているノズル一つの分についての前記更新データの総和とに基づいて前記吐出不良が発生しているノズルを特定する工程をさらに具えることができる。

発熱素子を駆動した際の温度変化において、インクが正常に吐出された場合には変曲点が出現する。そこで本発明では、上記所定区間の温度データの各点における曲率ないし二次導関数と、吐出不良発生時の曲率ないし二次導関数に基づいた第一の閾値との差の絶対値の総和を求める。吐出不良発生時の曲率ないし二次導関数はほとんど変化しないため、吐出不良発生時の総和は０に近い値となる。よって、変曲点前後で曲率ないし二次導関数が大きく変化する正常吐出時との差が明確に現れる。そこで、上記総和と、総和について予め定めた第二の閾値との大小関係から、正常吐出が行われているか吐出不良が発生しているかを判定することができる。

これによれば、装置の大型化や高価格化を抑制しつつ規模を大きくすることなく、各ノズルの吐出状態の判定ないしは吐出不良発生の判定を正確に、かつ適時に行うことができるようになる。

また、特に本発明の第４の形態では、複数のノズルの所定区間の温度データの二次導関数について、第一の閾値より小の部分を足し合わせることにより、選択された複数のノズルの中に吐出不良が発生しているノズルが存在するかを判定する。そして、吐出不良のノズルが存在すると判定された場合のみ、改めて１ノズルずつ吐出状態を判定することができる。これによれば、判定処理の高速化を実現することができる。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。

１．第１の実施形態
（記録装置の構成）
まず、以下に説明するいくつかの実施形態に共通に適用可能なインクジェット記録装置の構成について説明する。

図１は、本発明を適用可能な記録装置として、シリアル方式のインクジェットプリンタを示す。記録ヘッド１はキャリッジ３上に搭載され、キャリッジ３はタイミングベルト４の回転に従ってガイドレール６に沿って矢印Ｓで示す方向に往復移動が可能なように案内支持されている。記録ヘッド１は記録媒体２と対向する面に、キャリッジ３の移動方向と異なる方向に配列されたノズル群を有している。そして、キャリッジ２および記録ヘッド１が矢印Ｓ方向に移動する過程で、記録ヘッド１のノズル群から記録データに従ってインクを吐出させることで、記録媒体２に対する記録が行われる。

記録ヘッド１は複数色のインクを吐出することを考慮して複数個数を設けることができるものであり、例えばシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）および黒（Ｂｋ）のインクを用いた記録が可能である。記録ヘッド１は、インクが収納されているインクタンクを分離可能または分離不能に一体に具備するものであってもよい。また、装置の固定部位に設けたインクタンクからチューブ等を介してインク供給を受けるものであってもよい。キャリッジ２には、フレキシブルケーブル８およびコネクタを介して各記録ヘッド１に駆動信号等を伝達するための電気接続部が設けられている。

また、図１には示されていないが、記録ヘッドの移動範囲であって記録媒体２に対する記録範囲外には、記録ヘッドないしノズルのインク吐出動作を良好な状態に維持または回復するために用いられる回復ユニットが設けられてもよい。この回復ユニットは公知の構成のものを採用できる。例えば、記録ヘッドのノズル形成面をキャッピングするキャップや、当該キャッピング状態において負圧を作用させることによりノズルからキャップ内にインクを強制排出させるポンプを備えたものとすることができる。また、画像の記録には寄与しないインクの吐出（予備吐出）を例えばキャップ内に行わせるものであってもよい。

（記録ヘッドの構成）
図２（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、温度検知素子を具備するインクジェット記録ヘッドの一実施形態に係る基板（ヒータボード）の一部を示す模式的平面図およびそのａ−ａ’線に沿った模式的断面図である。

列状に設けられた複数個のノズル１０３のそれぞれよりインクを吐出させるために、電力（駆動信号）が供給される。これに応じて電気熱変換体（以下、吐出ヒータ）という１０４が加熱され、例えばインクに膜沸騰を生じさせることによりインク滴が吐出される。

１０６は電力供給を行うための端子であり、ワイヤボンディングにより外部と接続される。１０５は温度検知素子（以下、温度センサという）であり、吐出ヒータ１０４等と同様の成膜プロセスによりヒータボードに形成されている。

図２（ｂ）に示すように、ヒータボードを構成するＳｉの基板１０８には、熱酸化膜ＳｉＯ₂等からなる蓄熱層１０９を介してＡｌ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｗ，ＡｌＣｕ等、温度に応じて抵抗値が変化する薄膜抵抗体で形成される温度センサ１０５が配置される。さらに、Ｓｉの基板１０８には、吐出ヒータ１０４に対する個別配線と、吐出ヒータ１０４およびこれに選択的に電力供給を行うための制御回路を接続する配線とを含むＡｌ等の配線１１０が形成される。さらに、層間絶縁膜１１１を介して吐出ヒータ１０４、ＳｉＮ等のパシベーション膜１１２および耐キャビテーション膜１１３が半導体製造工程と同様のプロセスにて高密度に積層されて配置される。なお、耐キャビテーション膜１１３には、吐出ヒータ１０４上の耐キャビテーション性を高めるためにＴａ等を用いることができる。

薄膜抵抗体として形成される温度センサ１０５は、それぞれの吐出ヒータ１０４の直下に分離独立して吐出ヒータ１０４と同数配置される。各温度センサ１０５に接続される個別は配線１１０の一部として構成することができる。これによれば、従来構造を大きく変更することなく本実施形態にヒータボード作製することができるので、生産上の大きな利点がある。

温度センサ１０５の平面形状は適宜定めることができる。図２（ａ）に示したように吐出ヒータ１０４と同様の寸法を有する矩形状としてもよいし、図３に示すように蛇行形状としてもよい。これによれば、温度センサ１０５の高抵抗化を図り、微小な温度変動でも高い検出値を得ることが可能となる。

（制御系の構成）
図４は図１の構成のプリンタを含む記録システムの制御系の構成例を示すブロック図である。

図４において、１７００はインタフェースであり、コンピュータその他の適宜の形態を有する外部装置１０００から送られてくるコマンドや画像データを含む記録信号を受信する。また、インタフェース１７００から外部装置１０００に対しては、必要に応じてプリンタのステータス情報を送出することができる。１７０１はＭＰＵであり、ＲＯＭ１７０２に記憶された後述する処理手順に対応した制御プログラムや所要のデータに従ってプリンタ内の各部を制御する。

１７０３は各種データ（上記記録信号やヘッドに供給される記録データ等）を保存しておくＤＲＡＭである。１７０４は記録ヘッド１に対する記録データの供給制御を行うゲートアレイ（Ｇ．Ａ．）であり、インタフェース１７００、ＭＰＵ１７０１およびＤＲＡＭ１７０３間のデータ転送制御も行う。１７２６は所要のデータをプリンタの電源オフ時にも保存しておくためのＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリである。

１７０８はキャリッジモータであり、キャリッジ３を図１に示したように矢印方向に往復移動させるために用いられる。１７０９は搬送モータであり、記録媒体２を搬送するために用いられる。１７０５は記録ヘッド１を駆動するヘッドドライバ、１７０６および１７０７は、それぞれ、搬送モータ１７０９およびキャリッジモータ２６を駆動するためのモータドライバである。１７１０は回復ユニットであり、上述したキャップや、ポンプ等0を備えたものとすることができる。１７２５は操作パネルであり、操作者がプリンタに対して各種設定を行う設定入力部や操作者に対してメッセージを表示する表示部などを有している。

（吐出状態判定の原理）
本発明が適用される記録ヘッドは、基本的に、インクを吐出するために利用されるエネルギとして熱エネルギを発生する発熱素子である吐出ヒータと、その駆動に伴う温度変化を検出する温度検出素子である温度センサと、を有する。そして本発明の第１の形態では、ます吐出ヒータの駆動後に温度センサが検出する温度の下降過程において、インクが正常に吐出された場合に発生する変曲点が出現するタイミングを含む所定区間の複数の点の温度情報を抽出データとして抽出する。次いで、当該抽出データの複数の点のそれぞれにおける温度変化曲線の曲率と、吐出不良が発生した場合の温度変化曲線の曲率に基づいて定めた第一の閾値との差の絶対値の総和を演算する。そして、当該演算された総和と、予め定められた総和についての第二の閾値とに基づいて、インクの吐出状態を判定するものである。これは本発明の第１の形態に対応するが、別の見方をすれば「曲率」を「二次導関数」と言い換えることができる（本発明の第２の形態）。

そして本発明の第３の形態では、複数の点の二次導関数のそれぞれと、第一の閾値とを比較し、この比較の結果第一の閾値より小さいと判定された点の二次導関数と、第一の閾値との差の絶対値の総和を求め、第二の閾値とに基づきインク吐出状態を判定する。第１の実施形態はこの本発明の第３の形態に対応するものであり、その原理について以下に詳述する。

図５は、正常に吐出が行われている場合と吐出不良が発生した場合とで、温度センサ１０５が検出する温度変化を示している。

まず、正常に吐出が行われた場合の温度変化（実線で示す）について説明する。吐出ヒータ１０４にパルス状の電圧が印加されると、吐出ヒータ１０４の温度が急激に上昇する。それに伴い、インク−耐キャビテーション膜界面の温度も上昇する。インク−耐キャビテーション膜界面の温度がインクの発泡（沸騰）温度に達すると、気泡が生成・成長していく。このとき、気泡の発生により耐キャビテーション膜１１３の吐出ヒータ１０４の直上の付近はインクと接していない状態になる。気泡の熱伝導率はインクの熱伝導率と比べ一桁ほど小さいので、吐出ヒータ１０４直上に気泡が存在している状態では、インク側へは熱があまり伝わらない。

電圧パルスの印加が停止されると、温度センサ１０５は最高到達温度を経た後、降温していく。気泡は熱を失うに従い徐々に収縮していくが、気泡内圧力と大気圧とに差が生じることにより、吐出口側から気泡・ヒータボード側へとインクに流れが生じる。その結果、完全に消泡する前に気泡中心上部のインクが耐キャビテーション膜１１３と接触する。熱伝導率の高いインクと耐キャビテーション膜１１３とが接触したことにより、ヒータボードからインクへと熱が流れ、ヒータボード側にある温度センサ１０５は急速に冷却される。よって、温度センサ１０５の検出する温度の下降過程において、急激な冷却速度の変化が生じる。

次に、吐出不良がある場合の温度変化（破線で示す）について説明する。ノズルに塵埃が詰まったり、ノズル近傍のインクが増粘したりすると、インクを吐出することができなくなることがある。この場合でも、正常吐出時と同様に、吐出ヒータ１０４への電圧パルスの印加に応じて温度が上昇し、インク−耐キャビテーション膜界面の温度がインクの発泡温度に達すると気泡が生成・成長していく。しかしノズルないし吐出口が塞がれているので、吐出方向側の高い流抵抗により、気泡はインク供給方向上流側へと成長していく。時間の経過と共に消泡していくが、吐出によるインクの流れも生じないため、気泡中心上部のインクだけが耐キャビテーション膜１３と接触するという現象は起きない。よって、インク−耐キャビテーション膜界面は徐々に収縮していき、温度センサ１０５の検出する温度の降温過程において、急激な冷却速度の変化は生じない。よって、急激な冷却速度の変化の有無から、正常吐出の有無を判定することができる。

図６は、図５の温度変化を時間に関して二階微分したものである。

正常に吐出が行われた場合には、降温過程において急激な冷却速度の変化があるため、負のピーク１４と正のピーク１５とが現れる。これに対し、吐出不良が生じている場合には、これらのピークは現れない。よって、温度変化を時間に関して二階微分した結果に基づき、例えば負のピーク１４が存在するか否かにより、急激な冷却速度の変化が生じたか否か、すなわち正常な吐出が行われたか否かを検出することが可能となる。

図７は、本発明の第１の実施形態における、吐出不良発生時の二次導関数に基づいて定めた閾値と、正常吐出時と吐出不良発生時の温度センサ１０５による検出温度変化の二次導関数との関係を示す図である。

正常に吐出が行われた場合に二次導関数に出現する負ピーク１４は吐出不良時の二次導関数より低い値に、正ピークは高い値になる。よって、吐出不良時の二次導関数に基づく閾値を用いずに二次導関数の積分を行うと、負ピーク１４と正ピーク１５とが打ち消しあってしまい、吐出不良時との差があまり現れない。また、温度センサ１０５が検出する温度波形はヘッドやノズルの違いに起因したバラツキを持つ。本実施形態では、吐出不良時の二次導関数とそのバラツキまでも考慮し、吐出不良時の二次導関数より小さい値に閾値を設定し、その閾値以下の部分の総和を求めている。

吐出不良の場合の総和は、雑音の影響により多少の値を持つことはあるものの、０に近い値となる。一方、正常吐出時には正ピーク１５の影響が除去され、負ピーク１４が総和として算出される。よって、正常に吐出が行われている場合には、吐出不良の場合と比べて総和の値が大きくなる。これらのことから、正常に吐出が行われている場合と吐出不良の場合とを正確に判別することが可能である。

図８は、本発明の第１の実施形態における吐出不良発生時の二次導関数に基づく閾値と、正常吐出時の一次導関数および二次導関数との関係を示す図である。

図７において、正常吐出時の二次導関数と吐出不良発生時の二次導関数に基づく閾値との交点は、正常吐出時の一次導関数と、傾きが吐出不良発生時の二次導関数に基づく閾値である直線（「傾きがｂｏｒｄｅｒの直線１、２」と表記する）との接点に対応する。正常吐出時の二次導関数と吐出不良発生時の二次導関数に基づく閾値との差の絶対値の総和を取ることは、上記２接点間の各点における傾きと吐出不良発生時の二次導関数に基づく閾値との差の絶対値の総和を取ることに等しい。吐出不良発生時の二次導関数に基づく閾値を０とした場合の総和の値は、正常吐出時の一次導関数の正負のピークの差ａとなる。また、吐出不良発生時には、傾きが吐出不良発生時の二次導関数に基づく閾値である直線と接しないことが多く、その場合には総和は０となる。

図９は、本発明の第１の実施形態における吐出不良発生時の二次導関数に基づく閾値と総和との関係を示す図である。

正常吐出時において、吐出不良発生時の二次導関数に基づく閾値を０とした場合の総和の値は、「領域１」の面積となる。

次に、吐出不良発生時の二次導関数に基づく閾値が０よりも大きい場合を考える。吐出不良時の二次導関数に基づく閾値がオフセットとして総和に加えられること（「領域４」）および加算される領域が広がること（「領域２」、「領域３」）により、総和の値は吐出不良発生時の二次導関数に基づく閾値を０とした場合よりも大きくなる。

図１０は、本発明の第１の実施形態における吐出不良発生時の二次導関数に基づく閾値と正常吐出時の一次導関数と総和との関係を示す図である。

「直線１」〜「直線４」の傾きは吐出不良発生時の二次導関数に基づく閾値である。このうち、「直線１」および「直線２」は正常吐出時の一次導関数と接する直線、「直線３」および「直線４」は、それぞれ、正常吐出時の一次導関数の極大点および極小点を通る直線である。

正常吐出時の二次導関数と「直線１」との接点から極大点までの各点における傾きと吐出不良発生時の二次導関数に基づく閾値との差の絶対値の総和は、「直線１」と「直線３」との間の距離に等しい。これは、二次導関数に基づく閾値だけ図１０を回転移動させると容易に理解できる。「直線１」をｘ軸と考えると、各点における傾きと吐出不良発生時の二次導関数に基づく閾値との差の絶対値の総和は、この区間でのｙ座標の変化と考えることができる。同様に、極小点から正常に吐出している時の二次導関数と直線２との接点までの各点における傾きと吐出不良発生時の二次導関数に基づく閾値との差の絶対値の総和は、「直線２」と「直線４」との間の距離に等しい。

また、極大点および極小点間の各点における傾きと吐出不良発生時の二次導関数に基づく閾値との差の絶対値の総和は次の値となる。すなわち、極大点および極小点間の各点における傾きの総和に、吐出不良発生時の二次導関数に基づく閾値を極大点および極小点間の点数だけ足し合わせた値を加えた値になる。極大点および極小点間の各点における傾きの総和はａである。吐出不良発生時の二次導関数に基づく閾値を極大点および極小点間の点数だけ足し合わせた値は、傾きが吐出不良発生時の二次導関数に基づく閾値である直線の極大点から極小点まで、ｘ座標が変化したときのｙ座標の変化ｂである。

よって、総和は「ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ」となり、以上から吐出不良発生時の二次導関数に基づく閾値を０としたときの総和の値ａよりも大きな値となることが分かる。なお、図１０の長さａ、ｂ、ｃおよびｄは、それぞれ、図９の「領域１」、「領域４」、「領域２」および「領域３」の面積に対応する。

（吐出状態判定手順）
図１１は、本実施形態における吐出状態判定手順を示すフローチャートである。

まずステップＳ１では、温度が下降する過程において、インクが正常に吐出された場合に発生する変曲点が出現するタイミングを含む所定区間内のｋ＋１個の点の温度波形データＴ₀，Ｔ₁，Ｔ₂，・・・，Ｔ_kを取得する。なお、ｋの値は求められる吐出状態判定の精度などを勘案して適宜定めることができる。

次にステップＳ２では、ステップＳ１で得られた温度波形データを二階微分し、二階微分波形データＤ₀，Ｄ₁，Ｄ₂，・・・，Ｄ_k-2を取得する。

ステップＳ２−２では、以下の処理に用いるパラメータｉおよび総和演算に用いる値ｓｕｍをゼロにリセットする。

ステップＳ３では、ステップＳ２で得た二次導関数中の点のデータＤ_iと吐出不良発生時の二次導関数に基づく閾値（第一の閾値）とを比較し、前者が後者よりも小である場合にはステップＳ４へ進み、前者が後者以上である場合にはステップＳ５へ進む。

ステップＳ４では、ステップＳ２で得た二次導関数中の点のデータＤ_iと吐出不良発生時の二次導関数に基づく閾値との差の絶対値をｓｕｍに加算する。

ステップＳ５では、二次導関数中の全ての点のデータに関してステップＳ３の比較が終了しているか否かをパラメータｉに基づいて判定する。そして、肯定判定であればステップＳ６へと進み、否定判定であればステップＳ５−２にてパラメータｉを＋１インクリメントしてステップＳ３へ復帰する。

ステップＳ６では、値ｓｕｍと総和に関する閾値（第二の閾値）とを比較し、前者が後者より大きい場合には正常に吐出していると判定し（ステップＳ６−２）、前者が後者以下であれば吐出不良が発生していると判定する（ステップＳ６−２）。

以上のような吐出状態判定の処理は、適宜のタイミングで、全ノズルについて行うことができる。例えば、これを記録動作中に実行することもできるし、予備吐出に際して実行するようにすることもできる。いずれにしても、吐出状態判定は各ノズルの吐出動作に伴って実行されるものであるので、これを適時に行うことができるとともに、吐出不良の生じたノズルを正確に特定することも可能となる。また、吐出不良の検出に応じ回復処理を速やかに実行したり、あるいは他のノズルで記録を補完する動作を速やかに実行したりすることが可能となる。さらには、最適な駆動パルスの決定、昇温などからの記録ヘッドの保護処理、ユーザへの警告なども迅速に実行できるものとなる。

２．第２の実施形態
図１２は、本発明の第２の実施形態における吐出不良発生時の二次導関数に基づいて適宜定めた閾値と正常吐出時および吐出不良発生時の温度検知素子の温度変化の二次導関数との関係を示す図である。

本実施形態では、吐出不良発生時の二次導関数に基づく閾値と二次導関数との差の絶対値の総和を用いている。吐出不良発生時の二次導関数に基づく閾値を吐出不良発生時の二次導関数のバラツキの中心付近に設定することにより、吐出不良発生時の総和の値を平均的に小さくなるようにしている。正常吐出時には、負ピーク１４および正ピーク１５の出現により、吐出不良発生時よりも総和の値は大きくなるので、正常吐出時と吐出不良発生時とを明確に区別できる。

図１３は、本発明の第２の実施形態における吐出状態判定処理手順を示すフローチャートである。

本手順が図１１と異なるのは、吐出不良発生時の二次導関数に基づく閾値と二次導関数との大小関係の比較を行うステップＳ３を除外した点である。換言すれば、本実施形態は本発明の第２の形態に対応しており、第１の実施形態よりも計算の負荷が軽減されるという利点がある。

３．第３の実施形態
次に述べる第３の実施形態は本発明の第４の形態に対応する。

図１４は、本発明の第３の実施形態における吐出状態判定の概要を示す説明図である。

本実施形態では、記録ヘッドに配列されるノズル群をＮ個ずつのノズルに分けて処理を行う。図１４はＮ＝３としての説明図であり、各ノズルに対応した温度センサの検出に基づく温度波形データを二階微分する。そして、吐出不良発生時の二次導関数に基づく閾値以下の部分（「−閾値」波形として表記）のみを取り出し（クリップ）、それらを適宜シフトして合成している。なお、図１４には中央にあるノズルに吐出不良が生じている場合の合成波形が示されている。そしてその合成波形の面積を求め、それを１ノズルが正常に吐出していた場合の面積で除したときの商を求める。この商が合成した波形数（図１４では３個）よりも少ない場合には、吐出不良のノズルが存在すると判定する。

実際のインクジェット記録ヘッドにおいては、ほとんどのノズルは正常に吐出動作を行っている。本実施形態では、複数のノズルをまとめて判定しているが、ほとんどのノズルが正常に吐出しているので、判定結果はかなりの高確率で吐出不良のノズルは存在しないと判定されるはずである。よって、複数のノズルずつをまとめて正常吐出の有無を判定し、否定判定の場合にのみ当該一単位内のノズルについて吐出不良のあるノズルを特定する処理を行えばよいため、全ノズルのそれぞれについて吐出状態を判定するよりも高速な判定を行うことができる。

図１５は、本発明の第３の実施形態における具体的な吐出状態判定処理手順を示すフローチャートである。

まずステップＵ１では、Ｎ個のノズルの所定区間の温度波形データＴ_j0，Ｔ_j1，・・・，Ｔ_jk；（ｊ＝１，２，・・・Ｎ）を同時に取得する。

次にステップＵ２では、ステップＵ１で得られた複数の温度波形データを二階微分する処理を並列して行い、Ｄ_j0，Ｄ_j1，・・・，Ｄ_jk-2を取得する。

次にＮ個の二次導関数に対してステップＵ３〜ステップＵ６を並列して行う。

ステップＵ３では、二次導関数中の点のデータＤ_jiと吐出不良発生時の二次導関数に基づく閾値とを比較し、前者が後者よりも小である場合にはステップＵ４へ進み、前者が後者以上である場合にはステップＵ５へ進む。

ステップＵ４では、二次導関数中の点の値Ｄ_jiを元の値から吐出不良発生時の二次導関数に基づく閾値を減じた値に更新し、ステップＵ６に進む。一方ステップＵ５では、二次導関数中の点の値Ｄ_jiを０に更新してステップＵ６に進む。

ステップＵ６では、二次導関数中の全ての点のデータに関して更新が完了した更新データが作成されているか否かをパラメータｉに基づいて判定する。そして、肯定判定であればステップＵ６へと進み、否定判定であればパラメータｉを＋１インクリメントしてステップＵ３へ復帰する。

ステップＵ７ではＮ個の波形を合成した波形を作成、すなわちＮ個の更新データを合計した合計データを求め、次にステップＵ８では合成波形の各点の値（合計データ）の総和の絶対値ｓｕｍを求める。

次に、ステップＵ９では、値ｓｕｍを正常に吐出しているノズル一つ分の総和で除し、その結果とノズル数Ｎとを比較する。そして、除算結果がＮよりも小である場合には吐出不良が存在すると判定してステップＵ１１へ進み、１つずつノズルを選択して改めて吐出状態判定を行う。一方、除算結果がＮ以上であった場合には、Ｎ個のノズルがすべて正常に吐出を行っていると判定して本手順を終了する。

ステップＵ１１では、選択されたノズルのステップＵ３〜ステップＵ５で得られた波形の各点の総和ｓｕｍを求める。そして、ステップＵ１２では、値ｓｕｍと正常に吐出動作を行っているノズル一つ分の総和とを比較し、前者が後者より大である場合には正常吐出と判定し、小である場合には吐出不良と判定する。

ステップＵ１３では、Ｎ個のノズルすべてについての吐出状態判定が終了しているか否かを判定し、肯定判定であれば本手順を終了する一方、否定判定であればステップＵ１１に復帰する。

４．その他
以上では、本発明をシリアルプリンタ形態の記録装置に適用した場合について説明した。しかし本発明は、記録媒体の全幅に対応する範囲にわたってノズルを配列した所謂ライン状の記録ヘッドを用いる記録装置にも適用可能であることは勿論である。かかる記録装置では、記録動作が非常に高速であり、また、一連の記録動作中に記録ヘッドを回復ユニットに位置づけて回復処理を行うことができない。従って、キャップへの予備吐出中や、記録動作中において吐出不良が発生したノズルを速やかに特定し、回復処理や、他のライン状記録ヘッドによる記録の補完を迅速に行う上で、本発明は有効なものである。

本発明を適用可能な記録装置として、シリアル方式のインクジェットプリンタを示す模式的斜視図である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ、温度検知素子を具備するインクジェット記録ヘッドの一実施形態に係る基板（ヒータボード）の一部を示す模式的平面図およびそのａ−ａ’線に沿った模式的断面図である。 図２のヒータボード上に形成可能な温度センサの他の形状の例を示す模式的平面図である。 図１の構成のプリンタを含む記録システムの制御系の構成例を示すブロック図である。 正常に吐出が行われている場合と吐出不良が発生した場合との、温度センサ１０５が検出する温度変化を示す線図である。 図５の温度変化を時間に関して二階微分したものを示す線図である。 本発明の第１の実施形態における、吐出不良発生時の二次導関数に基づいて定めた閾値と、正常吐出時と吐出不良発生時の温度センサによる検出温度変化の二次導関数との関係を示す線図である。 本発明の第１の実施形態における吐出不良発生時の二次導関数に基づく閾値と、正常吐出時の一次導関数および二次導関数との関係を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態における吐出不良発生時の二次導関数に基づく閾値と総和との関係を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態における吐出不良発生時の二次導関数に基づく閾値と正常吐出時の一次導関数と総和との関係を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態における吐出状態判定手順を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態における吐出不良発生時の二次導関数に基づいて適宜定めた閾値と正常吐出時および吐出不良発生時の温度検知素子の温度変化の二次導関数との関係を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態における吐出状態判定手順を示すフローチャートである。 発明の第３の実施形態における吐出状態判定の概要を示す説明図である。 本発明の第３の実施形態における吐出状態判定手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 記録ヘッド
１０３ ノズル
１０４ 吐出ヒータ
１０５ 温度センサ

Claims (5)

1. インクを吐出するために利用されるエネルギとして熱エネルギを発生する発熱素子と、該発熱素子の駆動に伴う温度変化を検出する温度検知素子と、を有するインクジェット記録ヘッドのインク吐出状態を判定する吐出状態判定方法であって、
   前記発熱素子の駆動後に前記温度検出素子が検出する温度の下降過程において、前記発熱素子の駆動によって前記インクが正常に吐出された場合に発生する変曲点が出現するタイミングを含む所定区間の複数の点の温度情報を抽出データとして抽出する抽出工程と、
   当該抽出データの前記複数の点のそれぞれにおける曲率と、吐出不良が発生した場合の温度変化の曲率に基づいて定めた第一の閾値との差の絶対値の総和を演算する演算工程と、
   当該演算された総和と、予め定められた総和についての第二の閾値とに基づいて、前記インクの吐出状態を判定する判定工程と、
   を具えたことを特徴とするインクジェット記録ヘッドの吐出状態判定方法。
2. ノズルからインクを吐出するために利用されるエネルギとして熱エネルギを発生する発熱素子と、該発熱素子の駆動に伴う温度変化を検出する温度検知素子とを有するインクジェット記録ヘッドの前記ノズルのインク吐出状態を判定する吐出状態判定方法であって、
   前記発熱素子の駆動後に前記温度検出素子が検出する温度の下降過程において、前記発熱素子の駆動によって前記インクが正常に吐出された場合に発生する変曲点が出現するタイミングを含む所定区間の複数の点の温度情報を抽出データとして抽出する抽出工程と、
   当該抽出データを時間に関して二階微分し、二次導関数を求める工程と、
   当該二次導関数と、吐出不良が発生した場合の二次導関数に基づいて定めた第一の閾値との差の絶対値の総和を演算する演算工程と、
   当該演算された総和と、予め定められた総和についての第二の閾値とに基づいて、前記インク吐出状態を判定する判定工程と、
   を具えたことを特徴とするインクジェット記録ヘッドの吐出状態判定方法。
3. ノズルからインクを吐出するために利用されるエネルギとして熱エネルギを発生する発熱素子と、該発熱素子の駆動に伴う温度変化を検出する温度検知素子とを有するインクジェット記録ヘッドの前記ノズルのインク吐出状態を判定する吐出状態判定方法であって、
   前記発熱素子の駆動後に前記温度検出素子が検出する温度の下降過程において、前記発熱素子の駆動によって前記インクが正常に吐出された場合に発生する変曲点が出現するタイミングを含む所定区間の複数の点の温度情報を抽出データとして抽出する抽出工程と、
   当該抽出データを時間に関して二階微分し、二次導関数を求める工程と、
   前記複数の点の前記二次導関数のそれぞれと、前記吐出不良が発生した場合の二次導関数に基づいて定めた第一の閾値とを比較する比較工程と、
   該比較工程で前記第一の閾値より小さいと判定された点の前記二次導関数と、前記第一の閾値との差の絶対値の総和を求める演算工程と、
   当該演算された総和と、予め定められた総和についての第二の閾値とに基づいて、前記インク吐出状態を判定する判定工程と、
   を具えたことを特徴とするインクジェット記録ヘッドの吐出状態判定方法。
4. ノズルからインクを吐出するために利用されるエネルギとして熱エネルギを発生する発熱素子と、該発熱素子の駆動に伴う温度変化を検出する温度検知素子と、を有するインクジェット記録ヘッドのインク吐出状態を判定する吐出状態判定方法であって、
   前記発熱素子の駆動後に前記温度検出素子が検出する温度の下降過程において、前記発熱素子の駆動によって前記インクが正常に吐出された場合に発生する変曲点が出現するタイミングを含む所定区間の複数の点の温度情報を抽出データとして抽出する抽出工程と、
   当該抽出データを時間に関して二階微分し、二次導関数を求める工程と、
   前記複数の点の前記二次導関数のそれぞれと、前記吐出不良が発生した場合の二次導関数に基づいて定めた第一の閾値とを比較する比較工程と、
   前記比較工程で前記第一の閾値より小であると判定された点の値を、当該値から前記第一の閾値を減じた値に更新した更新データを作成する工程と、
   複数の前記ノズルについて前記更新データを合計した合計データを求める合計工程と、
   前記複数の点について前記合計データの総和を求める演算工程と、
   当該演算された総和と、正常にインクを吐出しているノズル一つの分についての前記更新データの総和とから、前記複数のノズルの中に前記吐出不良が発生しているノズルが存在するか否かを判定する工程と、
   を具えたことを特徴とするインクジェット記録ヘッドの吐出状態判定方法。
5. 前記判定工程において前記吐出不良が発生しているノズルがあると判定された場合には、前記複数のノズルのそれぞれについて前記更新データの総和を演算し、当該演算された総和と、前記正常にインクを吐出しているノズル一つの分についての前記更新データの総和とに基づいて前記吐出不良が発生しているノズルを特定する工程をさらに具えたことを特徴とする請求項４に記載のインクジェット記録ヘッドの吐出状態判定方法。

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