JP2010194937A - 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】液吐出不良検出時の出力信号を再現して検出装置の動作判定を可能とする。
【解決手段】液吐出不良検出装置１００において、発光制御部１０２は、液滴Ｂの吐出を制御するヘッド制御信号４と同じパルス幅およびパルス間隔を有する発光制御信号３１によって発光素子１の発光を制御し、受光部１０３は、ノズルＮｎから液滴Ｂを吐出しない状態で、発光素子１が発した光ビームＬを受光素子２が直接受光して得られる第２の出力電圧ＴＰ１３を検出し、検出動作判定部１０５は、第２の出力電圧ＴＰ１３が発光制御信号３１に同期している場合に、液吐出不良検出装置１００は正常に動作していると判定し、第２の出力電圧ＴＰ１３が発光制御信号３１に同期していない場合に、液吐出不良検出装置１００は動作不良であると判定する。
【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記録装置に関するものである。

インクジェット記録装置では、微細なノズルから微小な各色インク滴を吐出する各色のインクジェットヘッドを備え、用紙等の記録媒体に対してそのインクジェットヘッドを移動させながらインク滴を吐出することで記録媒体上に画像形成を行う。高解像度の画像形成のためにはノズルを微細化してインク滴サイズを微小化する必要があるが、ノズルが微細なため、印刷停止時にインクが乾燥する等してノズル詰まりが起きてインク滴の吐出不良が発生し、画像にドット抜け等が生じて画像品質が低下する問題がある。

従来、この問題を解決するために、ノズルから吐出するインク滴等の液滴に、レーザーダイオード等の発光素子から射出したレーザー光を照射して散乱光を発生させ、その散乱光をフォトダイオード等の受光素子で受光し、受光素子が得る出力電圧と基準電圧値とを比較して、インク滴が正常に吐出されたか否かを判定することで、液吐出不良を検出する液吐出不良検出装置を、インクジェット記録装置に備えることが為されてきた。

ところが、実際には、ノズルの詰まり等によって液滴が分裂し、分裂したミスト状の液滴群に光ビームが照射されることによってミスト群による散乱光が発生することがある。そして、受光素子がこのフレア光を受光すると、基準電圧（オフセット電圧）がボトムアップされて、液滴吐出を判定する電圧閾値を越えてしまうことがある。この場合、吐出不良で液滴が無い場合でも、電圧閾値を越えている為、吐出を検出したと誤判断してしまうという問題がある。

また、液吐出不良検出装置に備えられた受光用開口部に、吐出時に飛散したインク滴およびインクミストや、空気中に浮遊する塵埃等が付着し、長期間に亘って堆積することで、受光開口部を塞いでしまい、液吐出不良検出が正常に行えなくなるという問題がある。

これに対して、特許文献１では、インク滴吐出不良を検出する検出手段の動作不良を判定する判断手段を備えたインクジェット記録装置に関する技術が開示されている。すなわち、インク吐出を行わない状態での受光素子の出力を監視し、検出手段の出力信号をもとに検出手段の動作状態を判定する判定手段を備え、この判定手段が発光素子の動作、非動作の状態変化に対する検出手段の出力に基いて、検出手段の動作が正常か否か判断している。

しかしながら、特許文献１に記載されている技術によれば、インク吐出前に液吐出不良検査を開始するため、印刷開始時間の遅れにつながるという問題がある。

さらに、特許文献１に開示されている技術によれば、受光素子の出力をレーザー光を単純に点灯して確認するにとどまっており、実際の液吐出不良検出時にパルス状で液滴が吐出される状態は想定していない。さらに、実際のパルス状の液吐出状態を仮定していないため、上述したミストの問題も解決できない。

特開２００４−１７４６０号公報

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、実際の液吐出不良検出において検出される出力信号を再現した状態で液吐出不良検出装置の動作確認を可能とするものであって、印刷開始時間に遅れを生じさせずに液吐出不良検出装置の動作確認を行うものであり、さらに、ミストによる影響で液滴不吐出が検出できないという問題を解決し、時間連続的にインク滴吐出検出を可能にしてより精密に液滴吐出検査をすることができる、液吐出不良検出装置を提供す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、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記録装置は、発光素子から発した光ビームをノズルから吐出した液滴に照射して散乱光を発生させ、前記散乱光を受光素子で受光して得られる第１の出力電圧に基いて液吐出不良を検出する液吐出不良検出装置において、前記液滴の吐出を制御するヘッド制御信号を前記ノズルに送出するヘッド制御手段と、前記ヘッド制御信号と同じパルス幅およびパルス間隔を有し、前記発光素子の発光を制御する発光制御信号を送出する発光制御手段と、前記ノズルから液滴を吐出しない状態で、前記発光素子が発した前記光ビームを前記受光素子が直接受光して得られる第２の出力電圧を検出し、前記第２の出力電圧が前記発光制御信号に同期している場合に、前記液吐出不良検出装置は正常に動作していると判定し、前記第２の出力電圧が前記発光制御信号に同期していない場合に、前記液吐出不良検出装置は動作不良であると判定する検出動作判定手段と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る液吐出不良検出装置によれば、液吐出を行うパルス信号と同じパルス間隔およびパルス幅で発光素子をパルス発光させることにより、実際の液吐出不良検出時と同じパルス状の出力信号によって液吐出不良検出装置の動作判定を行うことが可能となるという効果を奏する。

図１は、本実施の形態にかかる液吐出不良検出装置の構成を示すブロック図である。 図２は、本実施の形態にかかる液吐出不良検出装置の概略を示す説明図である。 図３は、光ビームＬの、水平方向および垂直方向の光強度分布を示す図である。 図４は、光ビームとノズルから吐出された液滴の位置関係を示す説明図である。 図５は、液滴Ｂが光ビームＬを通過した場合に発生する散乱光Ｓを受光した場合の、受光素子２によって得られる出力電圧Ｖを示す図である。 図６は、液滴Ｂの形成過程においてミストｍが発生する過程を示す説明図である。 図７は、従来の液吐出不良検出装置において、受光素子によって得られる出力電圧を示す図である。 図８は、本実施の形態の液吐出不良検出装置において、検出動作判定時の、（ａ）発光制御信号３１と、（ｂ）出力信号ＴＰ１１、（ｃ）出力信号ＴＰ１２および（ｄ）出力信号ＴＰ１３を示す図である。 図９は、本実施の形態の液吐出不良検出装置において、液吐出不良検出時の、（ａ）発光制御信号３２、（ｂ）ヘッド駆動信号４、（ｃ）出力信号ＴＰ２１、（ｄ）出力信号ＴＰ２２および（ｅ）出力信号ＴＰ２３を示す図である。 図１０−１は、本実施の形態にかかる液吐出不良検出装置において、受光部１０３を構成する電気回路５を示す説明図である。 図１０−２は、電気回路５の接地方法を示す説明図である。 図１０−３は、電気回路５の接地方法を示す説明図である。 図１１は、本実施の形態にかかる液吐出不良検出装置の動作の手順を示すフローチャートである。

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記録装置の最良な実施の形態を詳細に説明する。

図１は、本実施の形態にかかる液吐出不良検出装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態にかかる液吐出不良検出装置１００は、ヘッド制御部１０１と、発光制御部１０２と、発光素子１と、受光部１０３と、検出動作判定部１０５と、吐出不良判定部１０６とを主に備えている。

本実施の形態の液吐出不良検出装置は、ノズルＮｎから液滴Ｂが正常に吐出するか否かを液吐出不良検出装置１００によって検出する液吐出不良検出と、液吐出不良検出装置１００の動作が正常か否かを判定する検出動作判定と、を行う。

液吐出不良検出では、発光素子１から光ビームＬを出射し、出射した光ビームＬにノズルＮｎから液滴Ｂを吐出して、液滴Ｂによる散乱光Ｓを発生させる。この散乱光Ｓを受光素子２が受光し、受光部１０３が受光による出力電圧の変化を検出し、吐出不良判定部１０６によって液滴Ｂが正常に吐出されたか否かを判定する。

一方、検出動作判定では、ノズルＮｎから液滴Ｂを吐出しない状態で、発光素子１がパルス状の光ビームＬを発生させる。受光素子２がこのパルス状の光ビームＬを受光し、受光部１０３が出力電圧の変化を検出し、検出動作判定部１０５によって、受光部１０３がパルス状の光ビームＬを正常に検出できているか、すなわち、液吐出不良検出装置１００の動作が正常か否か判定する。本実施の形態の液吐出不良検出装置は、このように液吐出不良検出装置１００の動作を判定する検出動作判定を行うことで、液吐出不良検出装置１００の不具合による液吐出不良検出の誤判定を未然に防止する。また、液吐出不良検出装置１００を定期的に動作確認することで、速やかに液吐出不良検出装置１００の不具合を検知し、インクジェット記録装置の利便性を向上させるものである。

発光制御部１０２は、検出動作判定において、ヘッド制御部１０１が発生させるヘッド制御信号４のパルス幅ｐ１と同じパルス幅であるパルス幅ｐ２と、ヘッド制御部１０１が発生させるヘッド制御信号１０１のパルス間隔Ｐ１と同じパルス間隔であるパルス間隔Ｐ２と、を有するパルス状の発光制御信号３１を送出して、発光素子１をパルス発光させる（図８、９参照）。また、発光制御部１０２は、液吐出不良検出において、一定電圧値の発光制御信号３２を送出して、発光素子１を連続点灯させる（図９参照）。

発光素子１は、例えば、半導体レーザ等の発光素子であって、発光制御部１０２から送出される発光制御信号３１、３２に基いて点灯し、光ビームＬを発生する。ヘッドＨが短尺である場合には、発光素子１としてレーザダイオードを用いてコスト低減を図ることもできる。

ヘッド制御部１０１は、液吐出不良検出において、パルス幅ｐ１とパルス間隔Ｐ１とを有するパルス状のヘッド制御信号４（図９参照）を送出することにより、ヘッドＨに設置された複数のノズルＮ１、Ｎ２、…Ｎｎから順次、インク滴や洗浄液等の液滴Ｂを吐出させる（図２参照）。

受光部１０３は、図１に示すように、受光素子２と、信号処理部１０４と、を主に備えている。

受光素子２は、例えば、フォトダイオード等の受光素子であって、受光する光の強度に比例して電流を発生させる。受光素子２は、図２に示すように、発光素子１が発生した光ビームＬの光軸Ａから角度θずれ、ノズル直下よりも発光素子１から離れた位置に配置される。受光素子２は、検出動作判定において、発光素子１が発した光ビームＬを直接受光し、受光した光の強度に応じた電流値を発生させる。また、受光素子２は、液吐出不良検出において、液滴Ｂが光ビームＬに照射されて散乱光Ｓが発生した場合に、光ビームＬの光軸方向に散乱された前方散乱光ＦＳを受光し、受光した光の強度に応じた電流を発生させる。受光素子２は、他の態様として、発生させた電流を電圧に変換する電流電圧変換部を備え、電圧を出力するように構成してもよい。

信号処理部１０４は、Ｉ／Ｖ変換部１１と、１段目増幅部１２と、ＨＰＦ１３と、２段目増幅部１４と、比較部１５と、出力部１６とを主に備えている。

Ｉ／Ｖ変換部１１は、受光素子２で発生した電流を電流値の大きさに応じた電圧に変換する。

１段目増幅部１２は、Ｉ／Ｖ変換部１１で電流電圧変換された電圧を増幅することにより、検出動作判定時には出力信号ＴＰ１１を得て、液吐出不良検出時には出力信号ＴＰ２１を得る。本実施の形態の液吐出不良検出装置１００は、後述するように、出力信号ＴＰ１１のオフセット電圧Ｖ１０および出力信号ＴＰ２１のオフセット電圧Ｖ２０を監視することによって、液吐出不良検出装置１００の状態を確認することが可能である。

ＨＰＦ（ハイパスフィルター）１３は、ノイズ成分を除去・低減する。

２段目増幅部１４は、ＨＰＦ１３で得られた電圧を増幅することにより、検出動作判定時には出力信号ＴＰ１２を生成し、液吐出不良検出時には出力信号ＴＰ２２を生成する。

比較部１５は、検出動作判定時、出力信号ＴＰ１２において電圧が閾値ＶＳＨ以上であった場合に（図８（ｃ）参照）、例えば、ツェナーダイオードＺＤ２がスイッチング動作を行う等して（図１０−１参照）、一定電圧から成るＯＮ信号を送出する。また、比較部１５は、液吐出不良検出時、出力信号ＴＰ２２において電圧が閾値ＶＳＨ以上であった場合に（図９(ｄ)参照）、例えば、ツェナーダイオードＺＤ２がスイッチング動作を行う等して、一定電圧から成るＯＮ信号を送出する。ここで閾値ＶＳＨとは、予め設定された所定の電圧値であって、出力電圧がＶＳＨ以上である場合に、受光素子２が光ビームＬを受光したと判定する電圧値のことである。

出力部１６は、比較部１５が送出したＯＮ信号を、例えばトランジスタ等によって一定の増幅率で増幅することにより一定電圧値を出力し（図１０−１参照）、検出動作判定時には一定電圧Ｖ１３のＯＮ信号であって、パルス幅ｐ３およびパルス間隔Ｐ３を有するパルス信号である出力信号ＴＰ１３（図８（ｄ）参照）を生成し、液吐出不良検出時には一定電圧Ｖ２３のＯＮ信号であって、パルス幅ｐ４およびパルス間隔Ｐ４を有するパルス信号である出力信号ＴＰ２３（図９（ｅ）参照）を生成する。つまり、図８（ｄ）に示す電圧値Ｖ１３と図９（ｅ）に示す電圧値Ｖ２３は等しい。すなわち、本実施の形態における液吐出不良検出装置では、ヘッド制御信号４のパルス幅ｐ１と発光制御信号３１のパルス幅ｐ２とを等しくし、ヘッド制御信号４のパルス間隔Ｐ１と、発光制御信号３１のパルス間隔Ｐ２とを等しくすることによって、検出動作判定で得られる出力信号ＴＰ１３および液吐出不良検出で得られる出力信号ＴＰ２３において、出力信号ＴＰ１３のパルス幅ｐ３と出力信号ＴＰ２３のパルス幅ｐ４とが等しく、出力信号ＴＰ１３のパルス間隔Ｐ３と、出力信号ＴＰ２３のパルス間隔Ｐ４とが等しく、さらに、上述したように出力信号１３の出力電圧値Ｖ１３と、出力信号ＴＰ２３の出力電圧値Ｖ２３とが等しくなることにより、検出動作判定時において得られる出力信号ＴＰ１３と、液吐出不良検出時に得られる出力信号ＴＰ２３とを同様の出力信号とすることができる。

検出動作判定部１０５は、検出動作判定時において、出力信号ＴＰ１３におけるＯＮ信号と発光制御信号３１のパルス信号とを比較し、出力信号ＴＰ１３が発光制御信号３１に同期している場合には、液吐出不良検出装置１００が正常に動作していると判定し、同期していない場合には、液吐出不良検出装置１００は動作不良であると判定する。また、検出動作判定部１０５は、液吐出不良検出装置１００が動作不良であると判定された場合に、インクジェット記録装置に設けられた操作パネルにエラーを表示する等して、ユーザへの通知を行う。これにより、ユーザは液吐出不良検出装置１００が動作不良であることを認知し、速やかにその修復作業を行うことが可能となる。

ここで、同期するとは、出力信号ＴＰ１３のパルス幅ｐ３と発光制御信号３１のパルス幅ｐ２とが等しく、出力信号ＴＰ１３のパルス間隔Ｐ３と発光制御信号３１のパルス間隔Ｐ２とが等しく、さらに、出力信号ＴＰ１３の各々のパルス開始タイミングが、発光制御信号２の各々のパルス開始タイミングｔ１、ｔ２、…ｔｎと同じであるか、あるいは、発光制御信号３の各々のパルス開始タイミングｔ１、ｔ２、…ｔｎに対して一定の遅れ時間ｔｓを伴って追随している状態のことである（図８（ｄ）参照）。

ここで、一定の遅れ時間ｔｓとは、信号処理部１０４が行う信号処理により生じるものである。すなわち、受光素子２は時刻ｔ１、ｔ２、…ｔｎにおいて光ビームＬを検出し、出力信号ＴＰ１１および出力信号ＴＰ１２は、時刻ｔ１、ｔ２、…ｔｎにおいてパルス状に電圧上昇を出力しており、この段階でパルス開始のタイミングに時間遅れは生じない。しかし、出力信号ＴＰ１２において電圧が閾値ＶＳＨ以上である場合に、出力信号ＴＰ１３においてＯＮ信号が出力されるため、時刻ｔ１、ｔ２、…ｔｎに対して一定の遅れ時間を伴ってＯＮ信号が出力されることとなるのである。

このように一定の遅れ時間ｔｓを伴う場合には、予め所定の閾値ＶＳＨに対してこの遅れ時間ｔｓを計測し、発光制御信号３１におけるパルス開始タイミングｔ１、ｔ２、…ｔｎに対して、出力信号ＴＰ１３におけるパルス開始タイミングが時刻ｔ１＋ｔｓ、ｔ２＋ｔｓ、…ｔｎ＋ｔｓである場合に、出力信号ＴＰ１３が発光制御信号３１に同期したとみなすこととすることも可能である。また、このように出力信号ＴＰ１２のパルス電圧を閾値ＶＳＨで判定してＯＮ信号を出力する場合、出力信号ＴＰ１３で出力されるパルス幅ｐ３は発光制御信号３１のパルス幅ｐ２より小さい値となり、出力信号ＴＰ１３で出力されるパルス間隔Ｐ３は発光制御信号３１のパルス間隔Ｐ２より大きい値となることがある。これらに対しても、上述と同様に、予め所定の閾値ＶＳＨに対して、パルス幅ｐ２とパルス幅ｐ３の差および、パルス間隔Ｐ２とパルス間隔Ｐ３の差を計測しておき、パルス幅ｐ２およびパルス間隔Ｐ２の発光制御信号３１に対し、閾値ＶＳＨによって出力信号ＴＰ１３を得る場合には、パルス幅ｐ３およびパルス間隔Ｐ３であれば、発光制御信号３１と出力信号ＴＰ１３は同期していると定義しておくことも可能である。

吐出不良判定部１０６は、液吐出不良検出時において、出力信号ＴＰ２３におけるＯＮ信号とヘッド制御信号４のパルス信号とを比較し、出力信号ＴＰ２３がヘッド制御信号４に同期している場合には、液吐出が正常であると判定し、出力信号ＴＰ２３がヘッド制御信号４に同期していない場合には、液吐出が不良であると判定する。ここで、同期するとは、出力信号ＴＰ２３のパルス幅ｐ４とヘッド制御信号４のパルス幅ｐ１とが等しく、出力信号ＴＰ２３のパルス間隔Ｐ４とヘッド制御信号４のパルス間隔Ｐ１とが等しく、さらに、出力信号ＴＰ２３の各々のパルス開始タイミングが、ヘッド制御信号４の各々のパルス開始タイミングｔ１、ｔ２、…ｔｎと同じであるか、あるいは、ヘッド制御信号４の各々のパルス開始タイミングｔ１、ｔ２、…ｔｎに対して一定の遅れ時間を伴って追随している状態のことである（図９参照）。一定の遅れ時間を伴う場合についての詳細は上述の通りであるので、ここでの記述を省略する。

次に、図２〜７を用いて、本実施の形態の液吐出不良検出装置の動作原理と従来技術の問題点について説明する。

図２は、本実施の形態の液吐出不良検出装置において、液吐出不良検出の概略を示す説明図である。本実施の形態の液吐出不良検出装置１００が備えられたインクジェット記録装置において、ヘッドＨに設置された複数のノズルＮ１、Ｎ２、……Ｎｎからなるノズル列のうち１つのノズルＮｎからインク滴Ｂが吐出される。発光素子１として半導体レーザを用いた場合、垂直・水平方向にそれぞれ発散角度（一般的な例として、垂直方向に１４°および水平方向に３０°）を持つ拡散光が出射される。この拡散光はコリメートレンズＣにより平行光である光ビームＬに変換される。ここで、光ビームＬの光軸Ａは、液滴Ｂの吐出方向と直行するように配置されている。受光素子２は、その受光面が光ビームＬの径内に入らないようにする一方、できるだけ光ビームＬの光軸Ａに近付けて光軸Ａから所定距離だけオフセットし、発光素子１が発する光ビームＬが直接受光面に入らず、その光ビームＬが液滴Ｂに衝突したときに生ずる散乱光Ｓの一部、例えば図示例では前方散乱光ＦＳを効率よく受光し得る位置に配置する。

ここで、ヘッドＨのノズルＮｎからインク滴Ｂを吐出すると、液滴Ｂが正常に吐出されている場合は、光ビームＬが液滴Ｂに照射されて散乱光Ｓを図２に示されるように発生させ、その散乱した前方散乱光ＦＳが受光素子２に入射し、受光素子２が発生する電流値を変化させる。一方、液滴Ｂが正常に吐出されていない場合には、光ビームＬが液滴Ｂに照射されず、従って散乱光も発生させずに、光ビームＬはそのまま直進するため、受光素子２は電流を発生させない。受光素子２の出力電流値は、前述したように信号処理部１０４によって出力信号ＴＰ３に変換され、この出力信号ＴＰ３によって液滴Ｂが吐出したか否かを判定する。本実施形態の液吐出不良検出装置は、上述した液吐出不良検出を、ノズル列の複数のノズルから順次液滴Ｂを吐出させ、ヘッド制御信号４と、得られた出力信号ＴＰ３とを比較することにより、液吐出不良検出を各ノズルに対して行う。

図３は、光ビームＬの、水平方向および垂直方向の光強度分布を示す図である。ここで、水平方向とは、光軸Ａの方向であり、垂直方向とは、光軸Ａに直行する方向およびノズルＮから液滴Ｂが吐出される方向である。図３に示すように、光ビームＬの光強度は、光軸Ａ上のビーム中心の位置において最大であり、光軸Ａから光ビームＬの外縁に向かうにつれて低下し、正規分布となっている。

図４は、光ビームＬとノズルＮｎから吐出された液滴の位置関係を示す説明図であり、図２において、ノズルＮｎから吐出された液滴Ｂを吐出方向すなわち垂直下方向から見た図である。図４では、光ビームＬ内に、図面奥手に配置されたノズルＮｎから吐出された、正常吐出時における液滴Ｂ１および吐出不良時の一例における液滴Ｂ２が示されている。ノズル列は、光軸Ａがノズル列の直下になるようにノズル列がヘッドＨに配置されているため、正常に吐出された液滴Ｂ１は、ノズルＮｎの吐出方向上すなわちノズルＮｎの直下に吐出され、光ビームＬの中心である光軸Ａ上を通過する。一方で、例えば吐出後に曲がりなどの吐出不良が発生した場合の液滴Ｂ２は、ノズルＮｎの吐出方向からずれた位置に吐出され、光ビームＬの中心からずれた位置を通過する。この状態で印刷を行うと、印刷用紙の狙った位置にインク滴が滴下されず、印刷のブレや印刷ムラの原因となる。また、液滴Ｂが不吐出の場合には、液滴Ｂが吐出されず光ビームＬ内も通過しない。

図５は、液滴Ｂが光ビームＬを通過した場合に発生する散乱光Ｓを受光した場合の、受光素子２によって得られる出力電圧Ｖを示す図である。正常吐出である液滴Ｂ１は、図３に示したように、光強度が最大となる光ビームＬの中心を通過するため、散乱光Ｓの光強度も大きくなり、最大値Ｖ５１をとる出力電圧を発生させる（図５実線）。これに対し、不良吐出時に吐出方向がずれた液滴Ｂ２は、光ビームＬの中心から外れた位置を通過するため、図３に示したように、光強度が光ビームＬの中心と比べて低下し、最大値Ｖ５１より小さい電圧値Ｖ５２を最大値とする出力電圧を発生させる（図５点線）。ここで、図５において、液滴Ｂが光ビームＬを通過しない場合においても、出力電圧Ｖは一定電圧Ｖ５０を示しているが、これは、光ビームＬのフレア光が受光素子２の受光面に入り込むためであり、この一定電圧Ｖ５０をオフセット電圧と呼ぶ。次に、液滴不吐出の場合、光ビームＬ内を液滴は通過しないから、散乱光Ｓも発生せず、出力電圧はオフセット電圧Ｖ５０のまま一定に保たれる（図５一点鎖線）。

ここで、従来の液吐出不良検出装置では、不良吐出を判定するために閾値ＶＳＨ５を予め設定し、出力電圧Ｖが閾値ＶＳＨ５以上となった場合を「正常吐出」と判定し、出力電圧Ｖが閾値ＶＳＨ５に満たない場合は「吐出不良」と判定する。さらに、閾値ＶＳＨ５を電圧値Ｖ５２より低く設定すれば「不吐出」についても検出可能となる。

図６は、液滴Ｂの形成過程においてミストｍが発生する過程を示す説明図である。図６（ａ）に示すように、ヘッドＨに配置されたノズルＮｎから、液滴ｂ１の吐出が開始される。続いて、図６（ｂ）に示すように、連続的に複数の液滴ｂ２、ｂ３、…が吐出され、これら複数の液滴は飛翔中に１つに合体して液滴Ｂを形成する（図６（ｃ）〜（ｄ））。この際に液滴Ｂに合体しなかった微小液滴をサテライトＢＳと呼び、図示するように、液滴Ｂの後方を飛翔する。また、パルス状に液吐出が行われる場合、液滴Ｂの前後を飛翔することとなる。そして、図６（ｅ）〜（ｆ）に示すように、サテライトＢＳは、液滴Ｂに比べて各液滴の滴径が微小であるため、空気抵抗の影響を受け、ある程度飛翔した地点で液滴Ｂの液吐出方向（飛翔進路）から外れ、飛翔速度も低下して、ノズル下の液滴飛翔進路付近に浮遊し始める。この浮遊したサテライトＢＳの集合をミストｍと呼ぶ。このミストｍが光ビームＬの光路上に浮遊してくると、ミストｍによる散乱光Ｓが発生し、受光素子２がその散乱光Ｓを受光することとなる。

図７は、上述のミストｍが発生した際に、従来の液吐出不良検出装置において、受光部１０３が得る出力電圧を示す図である。図７において、横軸は時間ｔを、縦軸は受光部１０３が得る出力電圧Ｖを示す。図示するように、ｔ１、…ｔｎと各時点において、ヘッド制御信号４に従ってノズルＮ１、…Ｎｎから順次液滴Ｂが吐出されると、各液滴Ｂがレーザ光Ｌを散乱して、散乱光Ｓを発生し、各時点でそれに対応するように、出力電圧Ｖが上昇する。ここで、液吐出開始後、時間経過とともにミストｍが光ビームＬの光路上に浮遊して散乱光Ｓを発生させる場合には、図７のｔｍ以降において出力電圧Ｖがなだらかに上昇することとなる。これにより、液滴Ｂの吐出の有無に関わらず、出力電圧Ｖは閾値ＶＳＨ７を上回る値となる。この場合、図７のｔ４において液滴Ｂが不吐出であった場合でも、吐出有りと誤判定されてしまい、例えばｔ４に液吐出不良検出を行ったノズルがノズルＮ４であった場合、ノズルＮ４が詰まっていることは検出されず、正常吐出であると判定されてしまう。

これに対し、本実施の形態の液吐出不良検出装置は、受光部１０３を構成する電気回路５に、フィルタ回路であるＨＰＦ１３を設けることにより、ミストｍによるなだらかな出力電圧の上昇の影響を除去し、液滴吐出による出力電圧の変化分のみを抽出することを可能とするものである。

次に、図８〜９を用いて、信号処理部１０４が行う信号処理について説明する。

図８は、本実施の形態の液吐出不良検出装置において、検出動作判定時の、（ａ）発光制御信号３１と、（ｂ）出力信号ＴＰ１１、（ｃ）出力信号ＴＰ１２および（ｄ）出力信号ＴＰ１３を示す図である。

図８（ａ）に示すように、発光制御信号３１は、検出動作判定において、パルス幅ｐ２とパルス間隔Ｐ２とを有するパルス信号である。上述したように、本実施の形態の液吐出不良検出装置において、パルス幅ｐ２はヘッド制御信号４のパルス間隔ｐ１に等しく、パルス間隔Ｐ２は、ヘッド制御信号４のパルス間隔Ｐ１に等しい。

実際の印刷においては、解像度や記録用紙等の設定条件に合わせてインク滴の滴径が変更される。さらに、滴径によって滴速度ｖも変化するため、液滴Ｂを吐出させるヘッド制御信号４のパルス幅ｐ１およびパルス間隔Ｐ１も、設定条件に合わせて変更される。よって、例えば、液滴Ｂの滴径を微小化する場合、散乱光Ｓの強度が微弱化し、受光部１０３で得られる出力電圧のパルス幅ｐ３が減少することが考えられる。したがって、受光部１０３は、出力電圧のパルス幅ｐ３が微小化した場合にも、出力電圧の変化すなわち受光量の変化を検出できることが必要である。本実施の形態の液吐出不良検出装置においては、発光制御信号３１のパルス幅ｐ２およびパルス間隔Ｐ２を変更することが可能である。発光制御信号３１のパルス幅ｐ２は、光ビームＬの径によって決めると良く、一例として、インク滴の速度をｖ、光ビームＬの径をｒとした場合、ｐ２＝ｒ／ｖとすると良い。このようにすることにより、例えば、微小液滴を想定して、液滴Ｂの滴径に対応したパルス幅ｐ２の発光制御信号３１を送出し、発生したレーザ光Ｌを受光部１０３が受光することにより、想定した滴径に対して、液吐出不良検出装置１００が正常に動作しているか否かを確認することが可能である。これにより、実際の液吐出不良検出の受光状態を再現して、液吐出不良検出装置１００の動作判定を行うことができ、液吐出不良検出装置１００の動作状態をより精密かつ正確に動作判定することが可能となる。

次に、このようにして送出された発光制御信号３１によってパルス状の光ビームＬが発光されると、受光素子２はこの光ビームＬを受光し、発光素子１の発光開始のタイミングｔ１、ｔ２、ｔ３、…ｔｎに追随してパルス状に電流が発生する。発生した電流はＩ／Ｖ変換部１１により電流電圧変換され、さらに１段目の増幅部１２で電圧増幅されることにより、図８（ｂ）に示すような、パルス状の出力信号ＴＰ１１が得られる。

ここで、本実施の形態の液吐出不良検出装置は、オフセット電圧Ｖ１０を監視することにより、光ビームＬの光軸Ａと受光素子２が、予め定められた正規の位置関係にあるか否かを確認することが可能である。すなわち、オフセット電圧Ｖ１０の変化は、光軸Ａと受光素子２の位置関係がずれた場合、あるいは発光素子１の出力低下が生じた場合等に、受光素子２で受光される光強度が変化することに伴って生じる。このような状況下では、液吐出不良検出が正確に行えない可能性があるため、オフセット電圧Ｖ１０を監視することによって、常に正確な液吐出不良検出が可能となる。

そして、出力信号ＴＰ１１は、ＨＰＦ１３によりノイズ除去され、さらに２段目増幅部１４により電圧増幅されることにより、図８（ｃ）に示すような、出力信号ＴＰ１２が得られる。

そして、比較部１５により、出力信号ＴＰ１２において電圧が閾値ＶＳＨ以上である場合に一定電圧のＯＮ信号が送出される。さらに、出力部１６により、ＯＮ信号が増幅されて、図８（ｄ）に示すような、一定電圧Ｖ１３からなるＯＮ信号である出力信号ＴＰ１３が得られる。検出動作判定部１０５は、この出力信号ＴＰ１３のパルス幅ｐ３と発光制御信号３１のパルス幅ｐ２、および出力信号ＴＰ１３のパルス間隔Ｐ３と発光制御信号３１のパルス間隔Ｐ２とを比較し、発光制御信号３１に出力信号ＴＰ１３が同期しているか否かを判定することで、本実施の形態の液吐出不良検出装置は、液吐出不良検出装置１００が正常に動作しているか否かを判定する。

図９は、本実施の形態の液吐出不良検出装置において、液吐出不良検出時の、（ａ）発光制御信号３２、（ｂ）ヘッド駆動信号４、（ｃ）出力信号ＴＰ２１、（ｄ）出力信号ＴＰ２２および（ｅ）出力信号ＴＰ２３を示す図である。

図８（ａ）に示す検出動作判定において発光制御信号３１はパルス信号であったが、液吐出不良検出において発光制御信号３２は、図９（ａ）に示すように、一定電圧値であり、これにより発光素子１は連続点灯して光ビームＬを連続的に照射する。

図９（ｂ）に示すように、ヘッド制御信号４は、パルス幅ｐ１およびパルス間隔Ｐ１を有するパルス信号であり、これにより、ノズルＮｎは液滴Ｂをパルス状に吐出する。

液吐出不良検出では、液滴Ｂが、このように連続点灯された光ビームＬによって照射されて、発生した散乱光Ｓを受光素子２が受光し、受光した光強度に応じて電流を発生させる。受光によって発生した電流に対して、Ｉ／Ｖ変換部１１と１段目増幅部１２による処理が為され、図９（ｃ）に示すような出力信号ＴＰ２１が得られる。詳細は、検出動作判定において上述した通りであるので、ここでの記述を省略する。

図９（ｃ）に示すように、出力信号ＴＰ２１は、オフセット電圧Ｖ２０と、パルス状に増加する電圧Ｖ２１とから成る。すなわち、連続点灯する光ビームＬのフレア光あるいはミストｍによって生じる散乱光Ｓを受光素子２が受光したことによって、オフセット電圧Ｖ２０が連続的に検出される。さらに、正常吐出した液滴Ｂによる散乱光Ｓを受光素子２が受光したことによる出力電圧が、上記オフセット電圧Ｖ２０に加算されることで電圧Ｖ２１が検出される。

図１０は、本実施の形態にかかる液吐出不良検出装置において、受光部１０３を構成する電気回路５を示す説明図である。

図１０−１は、電気回路５の全体図である。電気回路５では、上述したように、受光素子２において光ビームＬあるいは散乱光Ｓを受光した場合に電流が発生し、Ｉ／Ｖ変換部１１において電流電圧変換が行われた後、ＤＣ増幅部である１段目増幅部１２において電圧が増幅され、出力信号ＴＰ１１または出力信号２１が得られる。また、上述したオフセット電圧Ｖ１０、Ｖ２０、Ｖ５０、Ｖ７０は、出力信号ＴＰ１１または出力信号２１から得ることができる。

その後ＨＰＦ１３においてＤＣ成分のノイズ成分を除去・低減する。さらに、２段目増幅部１４において電圧を増幅し、出力信号ＴＰ１２または出力信号２２が得られる。

続いて、比較部１５では、ツェナーダイオードＺＤ２がスイッチング動作を行い、前段の出力電圧が所定電圧以上である場合に、一定電圧のＯＮ信号を送出する。そして、出力部１６によってこのＯＮ信号は増幅され、出力信号ＴＰ１３または出力信号２３が得られる。また、比較部１５は、ヒステリシスをかけてノイズ成分を除去した上で、出力信号ＴＰ１３または出力信号２３を得ている。

図１０−２および図１０−３は、電気回路５の接地方法を説明する図である。図１０−３に示すように、本実施の形態に係る電気回路５は、電源をツェナーダイオードＺＤ１により分割し、電気回路５のＩ／Ｖ変換部１１と１段目増幅部１２の接地を、接地Ｆ−ＧＮＤとしている。また、プラス成分の電源ＶＤＤ＋と、マイナス成分の電源ＶＥＥ−とを設けることを特徴とする。

ここで、電気回路５では、マイナス成分の電源ＶＥＥ−も必要であるが、通常の機器の電源は片電源であるため、図示するように、ツェナーダイオードＺＤ等を用いることによって、Ｉ／Ｖ変換部１１と１段目増幅部１２の接地Ｆ−ＧＮＤとマイナス成分電源ＶＥＥ−とを生成している。ところが、この接地Ｆ−ＧＮＤはツェナーダイオードＺＤ１に接しているため、発光素子２をパルス発光させた場合、ＨＰＦ１３および２段目増幅部１４には、負荷変動によるチェナー電圧変動が生じ、ノイズの原因となる。そこで２段目増幅部１４以降は、図１０−３に示すような回路を設け、接地ＧＮＤによって接地することにより、受光部１０３による検出性能は維持しながら、パルス発光による負荷変動時のノイズ低減を図ることができ、また、片電源機器との接続も可能とすることができる。

次に、以上のように構成された、本実施の形態の液吐出不良検出装置における検出動作判定および液吐出不良検出の手順について説明する。図１１は、本実施の形態にかかる液吐出不良検出装置の動作の手順を示すフローチャートである。

まず、本実施の形態の液吐出不良検出装置１００は、インクジェット記録装置において印字枚数が規定値に達したか否かを判断する（ステップＳ１）。印字枚数が規定値に達していない場合（ステップＳ１／Ｎｏ）、ステップＳ２において印刷を続行し、さらに、ステップＳ１に戻る。印字枚数が規定値に達した場合（ステップＳ１／Ｙｅｓ）、ステップＳ３〜Ｓ７の検出動作判定に移行する。ここでは、印字枚数が規定値に達したか否かにより判断を行っているが、その他の例として、インク使用量が一定値に達したか、あるいは一定時間が経過したかを判断しても良い。

ステップＳ３において、発光制御部１０２はパルス状の発光制御信号３１を送出して、発光素子１から光ビームＬをパルス状に出射する。受光部１０３において、受光素子２はこのパルス状の光ビームＬを受光し（ステップＳ４）、さらに、信号処理部１０４において、上述した信号処理を行い、出力信号ＴＰ１３を得る（ステップＳ５）。ステップＳ６において、検出動作判定部１０５は、出力信号ＴＰ１３と発光制御信号３１とが同期しているか否か判断する（ステップＳ６）。出力信号ＴＰ１３と発光制御信号３１とが同期している場合（ステップＳ６／Ｙｅｓ）、液吐出不良検出装置１００は正常に動作していると判定し、出力信号ＴＰ１３が発光制御信号３１に同期していない場合（ステップＳ６／Ｎｏ）、液吐出不良検出装置１００は動作不良であると判定する。液吐出不良検出装置１００が動作不良であると判定された場合（ステップＳ６／Ｎｏ）、液吐出不良検出装置１００が動作不良である旨をインクジェット記録装置の操作パネル等に警告表示する等して報知する（ステップＳ７）。これによってサービスマンを呼ぶ等して、液吐出不良検出装置１００の動作不良を修復することが可能である。

ステップＳ６において、オフセット電圧Ｖ１０が予め定められた一定値に対して変化しているか否かを判定し、変化が一定値以上ある場合には、上述したように、液吐出不良検出装置に異常があると判断し、ステップＳ７において報知しても良い。

ステップＳ６において、液吐出不良検出装置１００の動作が正常であると判定された場合には（ステップＳ６／Ｙｅｓ）、ステップＳ８の液吐出不良検出処理に移行する。液吐出不良検出処理の詳細については上述した通りである。この場合にも、ステップＳ１〜Ｓ２と同様に印字枚数等をカウントする等して、一定期間印刷を行った後に液吐出不良検出を行うようにすると良い。

なお、本実施の形態の液吐出不良検出装置は、ステップＳ８において液吐出不良検出を行う場合、液吐出不良検出を行った回数をカウントしておき、液吐出不良検出が予め決められた一定回数行われた場合に、ステップＳ３〜Ｓ７に示す検出動作判定を行う。これにより、検出動作判定を１回行った後は、液吐出不良検出を複数回行うことが可能となる。これによって、液吐出不良検出の都度、検出動作判定を行わないため、液吐出不良検出にかかる時間を短縮することが可能となり、より効率的な液吐出不良検出を行うことが可能となる。

また、検出動作判定を印字前に行うのではなく、定期的に行うことにより、印字開始時間の遅延を防ぐことが可能となる。

また、上述したように、オフセット電圧Ｖ０の変化を検出して液吐出不良検出装置の異常をユーザに通知するため、液吐出不良検出装置の不具合を自動的に検出してユーザに報知することができ、迅速な復旧作業を可能とするものである。

また、上述では、検出動作判定は液吐出不良検出装置１００が自動的に行ったが、オフセット電圧Ｖ１０、Ｖ２０の変化を検知した場合に、ユーザに通知して、サービスマンを呼び、サービスマンの操作によって発光素子１をパルス発光させ、検出動作判定および液吐出不良検出を行うようにしても良い。

１ 発光素子
２ 受光素子
Ｌ 光ビーム
Ａ 光軸
Ｎ１、Ｎ２、Ｎｎ ノズル
Ｈ ヘッド
Ｂ、Ｂ１、Ｂ２、ｂ１、ｂ２、ｂ３ 液滴
ＢＳ サテライト
Ｓ 散乱光
ＦＳ 前方散乱光
ｍ ミスト
１００ 液吐出不良検出装置
１０１ ヘッド制御部
１０２ 発光制御部
１０３ 受光部
１０４ 信号処理部
１０５ 検出動作判定部
１０６ 吐出不良判定部
１１ Ｉ／Ｖ変換部
１２ １段目増幅部
１３ ＨＰＦ（ハイパスフィルター）
１４ ２段目増幅部
１５ 比較部
１６ 出力部
３１、３２ 発光制御信号
４ ヘッド制御信号
ＴＰ１１、ＴＰ１２、ＴＰ１３、ＴＰ２１、ＴＰ２２、ＴＰ２３ 出力信号
ＶＳＨ、ＶＳＨ５、ＶＳＨ７ 閾値
Ｖ１０、Ｖ２０、Ｖ５０、Ｖ７０ オフセット電圧
Ｖ５１、Ｖ５２、Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ２１ 電圧
Ｖ１３、Ｖ２３ 一定電圧
ｐ１、ｐ２、ｐ３、ｐ４ パルス幅
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４ パルス間隔

Claims (6)

1. 発光素子から発した光ビームをノズルから吐出した液滴に照射して散乱光を発生させ、前記散乱光を受光素子で受光して得られる第１の出力電圧に基いて液吐出不良を検出する液吐出不良検出装置において、
   前記液滴の吐出を制御するヘッド制御信号を前記ノズルに送出するヘッド制御手段と、
   前記ヘッド制御信号と同じパルス幅およびパルス間隔で、前記発光素子の発光を制御する発光制御信号を送出する発光制御手段と、
   前記ノズルから液滴を吐出しない状態で、前記発光素子が発した前記光ビームを前記受光素子が直接受光して得られる第２の出力電圧を検出し、前記第２の出力電圧が前記発光制御信号に同期している場合に、前記液吐出不良検出装置は正常に動作していると判定し、前記第２の出力電圧が前記発光制御信号に同期していない場合に、前記液吐出不良検出装置は動作不良であると判定する検出動作判定手段と、
   を備えることを特徴とする、液吐出不良検出装置。
2. 前記検出動作判定手段は、液吐出不良の検出を所定回数行うごとに、前記液吐出不良検出装置の動作判定を行う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. 前記第２の出力電圧を、前記受光素子が前記発光素子からの光ビームを受光していない場合に検出される基準電圧から分離して、第２の出力信号を生成する信号処理手段をさらに備え、
   前記検出動作判定手段は、前記第２の出力信号が前記発光制御信号に同期している場合に、前記液吐出不良検出装置が正常に動作していると判定し、前記第２の出力信号が前記発光制御信号に同期していない場合に、前記液吐出不良検出装置は動作不良であると判定する、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液吐出不良検出装置。
4. 前記第１の出力電圧を、前記受光素子が前記散乱光以外の光を受光することによって得られる基準電圧から分離して、第１の出力信号を生成する信号処理手段と、
   前記第１の出力信号が前記ヘッド制御信号に同期している場合に、前記液滴は正常に吐出されたと判定し、前記第１の出力信号が前記ヘッド制御信号に同期していない場合に、前記液滴は吐出不良であると判定する吐出不良判定手段と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の液吐出不良検出装置。
5. 前記信号処理手段は、前記受光素子で発生した電流を電圧に変換する電流電圧変換手段と、前記第１の出力電圧または第２の出力電圧を増幅する第１の増幅手段および第２の増幅手段と、前記第１の出力電圧または第２の出力電圧と前記基準電圧とを分離するフィルタ回路と、をさらに備え、
   前記電流電圧変換手段および前記第１の増幅手段は、前記第２の増幅手段および前記フィルタ回路と別個に接地されている、
   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. 請求項１〜５のいずれか１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記録装置。

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