JP2010162789A

JP2010162789A - 液吐出不良検出装置およびインクジェットプリンタ

Info

Publication number: JP2010162789A
Application number: JP2009007821A
Authority: JP
Inventors: Hironao Hayashi; 宏尚林; Kazumasa Ito; 和正伊藤
Original assignee: Ricoh Elemex Corp
Current assignee: Ricoh Elemex Corp
Priority date: 2009-01-16
Filing date: 2009-01-16
Publication date: 2010-07-29

Abstract

【課題】各ノズルから少なくとも１滴づつ順次吐出を行い、光ビーム内に２滴以上存在するように吐出を制御することにより、検出時間の短縮を図る。
【解決手段】光ビーム１０５を発する発光素子１０２と光ビーム１０４を受光する受光素子１０６を用い、発光素子１０２からの光ビーム１０４のインク滴１０７への照射で生じる散乱光１０８により記録ヘッド１００の各ノズル１０１の液吐出不良を検出する液吐出不良検出装置であって、記録ヘッド１００の各ノズル１０１から少なくとも１滴づつ順次、インク滴１０７の吐出を行い、光ビーム１０４内に２滴以上存在するようにインク滴１０７の吐出を制御する吐出制御部１１０を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、液吐出不良検出装置およびインクジェットプリンタに関するものである。

従来、複数の液滴吐出口から吐出される複数的をほぼ同時に検出可能とし、検出時間の短縮化およびスループットの向上を達成するために、複数ノズルからのインク滴が重ならないように吐出し、レーザ光内に複数のインク滴を同時に存在させる吐出制御をしている液滴吐出装置及び吐出検出方法が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。

また、センサ感度を高めることなく各ノズルの不吐出を検出する方法として、通常の印字動作時に比べ、インク滴の単位時間当たりの吐出量や吐出間隔を短くし、検出領域を通過するインク滴の個数を増やし、インク滴による遮断面積を増やしている。これにより、受光量の低下割合が増えるので不吐出の判定を容易にするとしている方法が開示されている（たとえば、特許文献２参照）。

特開２００６−１１０９６４号公報特開平１１−７８０５１号公報

しかしながら、上記に示されるような従来における特許文献１の技術にあっては、複数ノズルからのインク滴が重ならないようにしているため、さらなる検出時間の短縮を図ることができなかった。また、特許文献２に示される技術にあっては、検出領域を通過するインク滴数を増やしているため、検出用インクの高コスト化が懸念されるといった問題点があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、各ノズルから少なくとも１滴づつ順次吐出を行い、光ビーム内に２滴以上存在するように吐出を制御することにより、検出時間の短縮を図ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１にかかる発明は、光ビームを発する発光素子と前記光ビームを受光する受光素子を用い、前記発光素子からの光ビームのインク滴への照射で生じる散乱光により記録ヘッドの各ノズルの液吐出不良を検出する液吐出不良検出装置であって、前記記録ヘッドの各ノズルから少なくとも１滴づつ順次、インク滴の吐出を行い、光ビーム内に２滴以上存在するようにインク滴の吐出を制御する吐出制御手段を有していることを特徴とする。

また、請求項２にかかる発明は、請求項１において、前記光ビームに対する前記記録ヘッドのノズル面は、インク滴の吐出方向に対し、所定の角度を有していることを特徴とする。

また、請求項３にかかる発明は、請求項２において、前記記録ヘッドの各ノズルから同時にインク滴を吐出することを特徴とする。

また、請求項４にかかる発明は、請求項１、２または３において、前記吐出制御手段は、インク滴の吐出間隔を変化させることを特徴とする。

また、請求項５にかかる発明は、請求項１〜４のいずれか一つ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プリンタ。

本発明によれば、各ノズルから少なくとも１滴づつ順次吐出を行い、光ビーム内に２滴以上存在するように吐出を制御する吐出制御手段を有していることにより、検出時間の短縮を行うことを図ることができるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる液吐出不良検出装置およびインクジェットプリンタの最良な実施の形態を詳細に説明する。

（実施の形態）
図１は、この実施の形態にかかる液吐出不良検出装置の主要部周辺の構成例を示す説明図である。この図１において、符号１００は複数のノズルを有し、各ノズルからインク滴を画像信号に応じて吐き出して記録媒体に記録を行なう記録ヘッド、符号１０１は記録ヘッド１００を構成する複数のノズル、符号１０２はたとえば半導体レーザなどを用いた発光素子、符号１０３は発光素子１０２からの光ビームを平行光に補正するコリメートレンズ、符号１０４は光ビーム、符号１０５は光ビーム光軸、符号１０６はたとえばホトダイオードなどを用いた受光素子、符号１０７はノズル１０１から吐き出されるインク滴、符号１０８は光ビーム１０４がインク滴１０７に照射して生じる散乱光、符号１０９は前方散乱光である。

また、図１において、符号１１０は本装置の各部を制御する吐出制御部、符号１１１はノズル１０１からのインク滴の吐き出しを行なうノズル駆動部、符号１１２は発光素子１０１の発光を行なう発光駆動部、符号１１３は散乱光１０６を受光してその電圧を計測する受光計測部である。

吐出制御部１１０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ、タイマーなどを有するマイクロコンピュータシステムで構成され、ＲＯＭに格納されたプログラムにしたがってＣＰＵが後述する液吐出不良処理などを実行する。

この図１に示す液吐出不良検出装置の構成において、記録ヘッド１０１のノズル１０１からインク滴１０７を吐出する。発光素子１０２から発した光をコリメートレンズ１０３で平行な光ビーム１０４とし、その光ビーム光軸１０５がインク滴１０７の吐出方向と直交する方向に配置する。受光素子１０６は、その光ビーム径を外れた位置、図では光ビーム１０４の下に配置しており、光ビーム径と受光素子１０６の受光面が重ならない位置で、できるだけ光ビーム光軸１０５の中心近くに配設することにより、効率の良い検出が可能となる。

この液吐出不良検出装置の構成で記録ヘッド１００のノズル１０１からインク滴１０７を吐出すると散乱光１０５が発生する。受光素子１０６はこの散乱光１０８、特に散乱光１０８の中で光強度が強い前方散乱光１０９を受光することにより、その光出力を電圧値（光出力値）として計測することができ、インク滴１０７の吐出の有無、曲がりを検出することができる。

図２は、光ビーム１０４の強度分布を示す説明図である。発光素子１０２として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の垂直・水平方向の角度は、それぞれ１４°／３０°となっている。以下では半導体レーザを使用したときについて述べる。このような光をコリメートレンズ１０３で平行光にした場合、縦横比が異なる楕円形状となる。

ここで、図２には各方向（Ｘ方向：水平方向（インク滴吐出方向に対して直角の方向）、Ｙ方向：垂直方向（インク滴吐出方向））の光強度分布を示す。これより、光ビーム１０４の中心（光ビーム光軸１０５）で最も光強度が強く、縁に行くにしたがい光強度は低下しており、ガウシャン分布となっていることがわかる。

図３にノズルの吐出方向から見たインク滴１０７の吐出の様子を示す。このような光ビーム１０４にインク滴１０７を吐出したときの様子を吐出方向から見た様子を図３に示す。なお、この図３ではインク滴１０７は２滴あるので便宜上符号１０７（Ｉｎ１），（Ｉｎ２）と記述し、区別しない場合は単にインク滴１０７と記す。記録ヘッド１００のノズル列が光ビーム光軸１０５上にある場合、正常吐出したインク滴１０７（Ｉｎ１）はそのまま鉛直方向に飛翔するためインク滴１０７（Ｉｎ１）は光ビーム１０４の中心を通過する。しかし、曲がりが発生したインク滴１０７（Ｉｎ２）は光ビーム１０４の中心から外れた位置を通過する。また、不吐出のときはインク滴１０７が吐出しないため、光ビーム１０４を通過しない。

図４にインク滴１０７が光ビーム１０４と交わったときに発生する散乱光１０８を受光素子１０６で受光した電圧値Ｖ_PDを示す。正常に吐出したインク滴１０７（Ｉｎ１）は光強度が最も高い光ビーム１０４の中心を通過するため、散乱光強度も高くなり、の電圧値を得ることができる（これを図４では実線で示す）。これに対し、曲がりが発生したインク滴１０７（Ｉｎ２）は光ビーム１０４の中心から外れるため、電圧値はＶ”（＜Ｖ’）と低くなる（これを図４では破線で示す）。また、不吐出の場合、インク滴１０７が光ビーム１０４を通過しないため、電圧値（Ｖ₀）が得られない（これを図４では一点鎖線で示す）。

ここで、不良吐出を判定するための閾値をＶ_SH（ここでは図４で二点差線で示す）とするとインク滴１０７（Ｉｎ１）は正常吐出と判断でき、インク滴１０７（Ｉｎ２）は曲がりが発生したと検出することができる。また、閾値Ｖ_SHをより低くすることにより、不吐出の状態、すなわち不良吐き出しに該当するノズル１０１を検出することができる。

ここで、インク滴１０７が光ビーム１０４を通過していないときでもＶ₀の電圧値があるが、これは光ビーム１０７のフレア光が受光素子１０６の受光面に入り込むためである。

各ノズル１０１から順次吐出するとき、光ビーム１０４内にインク滴１０７が２個以上ある場合の状態を図５に示す。また、このときの受光素子１０６で検出した波形を図６に示す。前述したように、Ｙ方向：垂直方向（インク滴吐出方向））の光強度分布はガウシャン分布となっているため、１滴の波形は図４に示すようになる。インク滴１０７が複数個あり、重なっていない場合には、光ビーム１０４の中心を順次、インク滴１０４が通過するため、図６に示すように裾野の分が重なり合い、ピーク部のみ飛び出ている波形形状となる。

このとき、あるノズル１０１（Ｎ_E）で不吐出となると光ビーム１０４をインク滴１０７が通過しないため、散乱光が発生せずピーク部がない状態となる（図６においてＡ部分で示す）。

不吐出の閾値をＶ_SH1としておくと不吐出のノズル１０１（Ｎ_E）の出力のみ検出できないので不良吐出ノズル１０１（Ｎ_E）を発見することができる。これにより、検出時間の短縮を行うことができる。

また、不吐出の閾値をＶ_SH2としておくことにより、不吐出のノズル１０１（Ｎ_E）のみ閾値を下回るため、同じように不良吐出のノズル１０１（Ｎ_E）を短時間で検出することができる。

また、閾値をＶ_SH2としておくことにより、インク滴１０７が光ビーム光軸１０５方向に重なっていても不良吐出のノズル１０１（Ｎ_E）の検出は可能である（図７参照）。これにより、さらなる検出時間の短縮を行うことができる（図８のt₂→ｔ₂’参照）。各ノズル１０１と波形の適合は、吐出波形と比較したり、波形を時間で区切りその部分のピーク有無をカウントしたりする方法がある。

つぎに、上記検出方法とは異なる検出例について説明する。検出の別構成を図９に示す。ここでは光ビーム１０４を記録ヘッド１００のノズル１０１面とある角度をなすように（図１の発光素子１０２、受光素子１０６を）配置する。これに各ノズル１０１からインク滴１０７を吐出すると、図１０のようになる。光ビーム１０４を記録ヘッド１００のノズル１０１面と平行にした波形(図６参照)に比べ、各ノズル１０１のインク滴１０７の波形がはっきりとわかるようになる。

光ビーム径が小さく、不吐出の閾値をＶ_SH1にした場合、図５の方法ではピーク部の山の部分がノイズ成分に隠れてしまう可能性があるため、不良吐出のノズル１０１（Ｎ_E）を発見することができない。しかし、図９のようにある角度をもっているとインク滴１０７の吐出間隔を擬似的に長くすることができるため（図１０のｔ₂→Ｔ₂”参照）、波形がはっきりとし、各ノズル１０１の不良吐出を発見することができる。順次インク滴を吐出する方法では、レーザ光の傾ける角度に注意する必要がある。(インク吐出開始ノズル側が近くなるようにする。)

また、図９の構成において吐出間隔を図５のときより短くすると、図１０のような波形を検出でき、不良ノズルの検出時間のさらなる短縮を行うことができる。

また、図１１に示すように、記録ヘッド１０１に対して光ビーム光軸１０５の傾きをさらに大きくすることにより、すべてのノズル１０１から一斉に吐出しても各ノズル１０１からの波形を検出することができるので、不良ノズルの検出時間の大幅な短縮が可能となる。図７のインク滴１０７を光ビーム光軸１０５方向に重ねて吐出したときと同じ効果がある。

ところで、図５に示す構成や図７に示すような構成では、波形にノイズ成分が載っていたり、また、各ノズルを特定できなかったりすることが考えられる（時間で区切ることができない場合が存在する可能性がある）。このときに、まず吐出間隔が短いモードでノズル１０１の不良検出をし、ノズル１０１の不良の有無のみを先にする。その後、ノズル１０１の不良がある場合は、吐出間隔を長くして各ノズル１００の不良吐出検出を行い、不良のノズル１０１（Ｎ_E）の特定を行う処理方法もある。この処理動作を図１２のフローチャートに示す。

図１２は、この実施の形態にかかる液吐出不良検出装置における不良検出処理動作を示すフローチャートである。この動作は吐出制御部１１０（図１参照）によって実行される。この図１２において、まず、発光駆動部１１２により発光素子１０２から光ビーム１０４を照射し（ステップＳ１１）、インク滴１０７が光ビーム１０４と交わったときに発生する散乱光１０８を受光素子１０６で受光し、この受光レベルを受光計測部１１３で計測して電圧値Ｖ_PDを取得する（ステップＳ１２）。続いて、この電圧値Ｖ_PDが閾値Ｖ_SH以上であるか否かを判断する（ステップＳ１３）。ここで計測した電圧値Ｖ_PDが閾値Ｖ_SH以下（判断ＮＯ）であれば、ノズル１０１の吐出時間（ノズル駆動部１１１を介して制御する）を長くして再度、インク滴１０７を吐き出す（ステップＳ１４）。一方、ステップＳ１３で計測した電圧値Ｖ_PDが閾値Ｖ_SH以上であれば、ステップＳ１８に進む。続いて、各ノズル１０１に対応した散乱光１０８の電圧値Ｖ_PDを計測し（ステップＳ１５）、散乱光１０８の電圧値Ｖ_PDは閾値Ｖ_SH以上であるか否かを判断する（ステップＳ１６）。ここで電圧値Ｖ_PDが閾値Ｖ_SH以上でなければ、不良ノズルをクリーニング機構（不図示）でクリーニングする（ステップＳ１７）。一方、電圧値Ｖ_PDが閾値Ｖ_SH以上であれば、発光素子１０２からの光ビーム１０４の照射を停止する（ステップＳ１８）。したがって、上記処理を行なうことで、不良検出性を向上させることが可能となる。

したがって、以上説明した実施の形態によれば、記録ヘッド１００を構成する複数のノズル１０１から少なくとも１滴づつ順次吐出を行い、光ビーム１０４内に２滴以上存在するように吐出を制御する吐出制御部１１０を有していることにより、吐出不良ノズルの検出時間の短縮を行うことを図ることができる。

また、光ビーム１０４と記録ヘッド１００のノズル１０１面が液吐出方向に対し、角度を持っていることにより、吐出不良ノズルの検出時間の短縮、吐出不良ノズルの不良検出性を向上させることを図ることができる。また、上記において、各ノズル１０１から同時にインク滴を吐出することにより、さらなる検出時間の短縮を行うことを図ることができる。また、吐出制御部１１０が吐出間隔を変化させることにより、吐出不良ノズルの不良検出性を向上させることを図ることができる。

また、上述した液吐出不良検出装置をインクジェットプリンタに搭載することにより、ノズル１０１の吐出不良検出の判断が可能で、誤検出がないインクジェットプリンタを提供することができる。

以上のように、本発明にかかる液吐出不良検出装置およびインクジェットプリンタは、インク液滴の吐出不良を検出する液吐出不良検出装置およびその装置を備えるインクジェットプリンタに有用であり、特に、インク液滴の吐出不良を検出する検出時間の短縮を図る装置に適している。

この実施の形態にかかる液吐出不良検出装置の主要部周辺の構成例を示す説明図である。光ビームの強度分布を示す説明図である。ノズルの吐出方向から見たインク滴の吐出の様子を示す説明図である。インク滴が光ビームと交わったときに発生する散乱光を受光素子で受光した電圧値を示すグラフである。光ビーム内にインク滴が２個以上ある場合の状態を示す説明図である。図５の状態において受光素子で検出した波形を示すグラフである。記録ヘッドと光ビームとの配置およびインク滴の状態を示す説明図である。図７の配置例において出力される電圧値を示すグラフである。光ビームに対する記録ヘッドのノズル面がインク滴の吐出方向に対して傾斜角度を有している例を示す説明図である。図９の配置例において出力される電圧値を示すグラフである。図９に対してさらに傾斜角度を有している例を示す説明図である。この実施の形態にかかる液吐出不良検出装置における不良検出処理動作を示すフローチャートである。

１００記録ヘッド
１０１ノズル
１０２発光素子
１０３コリメートレンズ
１０４光ビーム
１０６受光素子
１０７インク滴
１０８散乱光
１１０吐出制御部
１１１ノズル駆動部
１１２発光駆動部
１１３受光計測部

Claims

光ビームを発する発光素子と前記光ビームを受光する受光素子を用い、前記発光素子からの光ビームのインク滴への照射で生じる散乱光により記録ヘッドの各ノズルの液吐出不良を検出する液吐出不良検出装置であって、
前記記録ヘッドの各ノズルから少なくとも１滴づつ順次、インク滴の吐出を行い、光ビーム内に２滴以上存在するようにインク滴の吐出を制御する吐出制御手段を有していることを特徴とする液吐出不良検出装置。
前記光ビームに対する前記記録ヘッドのノズル面は、インク滴の吐出方向に対し、所定の角度を有し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。
前記記録ヘッドの各ノズルから同時にインク滴を吐出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。
前記吐出制御手段は、インク滴の吐出間隔を変化させることを特徴とする請求項１、２または３に記載の液吐出不良検出装置。
請求項１〜４のいずれか一つ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プリンタ。