JP2016052742A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】記録ヘッドに設けられた温度検出素子の異常を検出し、かつその誤検知を抑制できるインクジェット記録装置を提供すること。【解決手段】記録ヘッドの温度を検出する温度検出手段と、前記記録ヘッドを加熱するための加熱手段と、前記温度検出手段によって検出された温度に基づいて前記温度検出手段の状態を判断する判断手段とを有し、前記判断手段は、前記加熱手段により前記記録ヘッドを第一の所定時間加熱した後に、前記温度検出手段によって検出された温度が第一の所定温度以下である場合に、前記温度検出手段が異常な状態であると判断する。【選択図】図５

Description

本発明は、記録ヘッドの温度検出素子を有するインクジェット記録装置に関する。

インクジェット記録方式の一つとして、ヒータなどの発熱素子から発生する熱エネルギーを利用して記録ヘッドからインクを吐出させる、サーマル方式のインクジェット記録方式がある。インクの粘度や表面張力といった物性値は温度によって変化するため、サーマル方式においては、インク温度は重要なパラメータである。そのような中で、サーマル方式においては、吐出に好適なインク粘度にすること等を目的として、インクを加熱制御することがある。その方法の一つとして、記録ヘッドに搭載されている温度検出素子で温度を検出しながら、その検出値が加熱目標温度を示すまで記録ヘッドを加熱することでインクを加熱するという方法がある。

しかし、前記温度検出素子に異常が生じ、記録ヘッドを加熱により実際の記録ヘッド温度は上昇しているにも関わらず温度検出素子の検出値が変化しないような場合においては、加熱が継続され続けるために記録ヘッドが異常昇温し、記録ヘッドにダメージを与える虞がある。そのため、温度検出素子に異常が生じた場合は、その異常を検出する必要がある。

温度検出素子の異常を検出するための構成として、特許文献１には、所定時間記録ヘッドを駆動し、その駆動前と駆動後の記録ヘッド温度を温度検出素子で検出し、その差分が所定値以内であると、温度検出素子が異常状態であると判断することが記載されている。

特開２００３−２９１４６６号公報

しかしながら、温度検出素子の検出温度は、温度検出素子自身の特性のバラツキや、温度検出素子の検出値を処理する回路構成の特性バラツキ、外部からのノイズが乗る等によって、実際の記録ヘッド温度が同じであっても、検出値にバラつきが生じることがある。さらに、所定時間駆動する前の記録ヘッド温度も、記録ヘッドの温度履歴によっても変化することがある。

上記特許文献１のように、駆動前後の温度差で判定する場合は、基準となる駆動前の温度が、前記の検出値のバラつきや記録ヘッドの温度履歴によって変化してしまう。そのため、温度検出素子の状態を誤検知する可能性がある。

本発明の目的は、温度検出素子の異常を検出し、かつその誤検知を抑制できるインクジェット記録装置を提供することにある。

本発明のインクジェット記録装置は、記録ヘッドの温度を検出する温度検出手段と、前記記録ヘッドを加熱するための加熱手段と、前記温度検出手段によって検出された温度に基づいて前記温度検出手段の状態を判断する判断手段とを有し、前記判断手段は、前記加熱手段により前記記録ヘッドを第一の所定時間加熱した後に、前記温度検出手段によって検出された温度が第一の所定温度以下である場合に、前記温度検出手段が異常な状態であると判断することを特徴とする。

本発明のインクジェット記録装置によれば、温度検出手段の検出温度のバラつきや記録ヘッドの温度履歴によって生じる誤検知を抑制しながら、温度検出手段の異常状態を判定できる。

本発明を適用可能な記録装置の装置構成図である。 本発明を適用可能な記録ヘッドの構成を示す構成概略図である。 本発明を適用可能な記録装置の制御構成を示すブロック図である。 本発明を適用可能なヘッド温度制御回路内の処理の流れを示すブロック図である。 本発明の第一の実施形態におけるヘッド温度検出素子の異常判定を行う動作を示すフローチャートである。 本発明の第四の実施形態におけるヘッド温度検出素子の異常判定を行う動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態のインクジェット記録装置（以下記録装置と記す）の概略を示す装置構成図である。図１（ａ）は、記録装置の上面図であり、図１（ｂ）は、記録装置のＹ−Ｚ断面を示す断面図である。

記録ヘッド１０１は、ブラックインク、シアンインク、マゼンタインク、イエローインクを収容するインクタンクを搭載する。記録ヘッド１０１は、ブラックインクの吐出口を複数配列した記録チップ１０２と、シアンインク、マゼンタインク、イエローインクの吐出口を複数配列した記録チップ１０３（不図示）を有している。

排出ローラ１０４および拍車１０５は、協働して記録媒体Ｐを抑えながら、記録媒体Ｐを副走査方向（図中、Ｙ方向）に随時搬送する。搬送ローラ１０６とピンチローラ１０７は、記録媒体Ｐの搬送を行なうと共に、排出ローラ１０４および拍車１０５と同様に、記録媒体Ｐを抑える役割も果たしている。

キャリッジ１０８は、記録ヘッド１０１を支持し、記録とともに主走査方向（図中、Ｘ方向）にキャリッジベルト１０９に沿って記録ヘッド１０１を移動させる。キャリッジ１０８は、記録を行っていないとき、あるいは記録ヘッドの回復動作などを行うときには、ホームポジションｈ（図中、点線で示された位置）に待機する。プラテン１１０は、記録位置において記録媒体Ｐを安定的に支える役割を果たしている。

図２は、本実施形態の記録ヘッド１０１の構成を示す概略構成図である。なお、図２（ａ）は、記録ヘッド１０１を示す斜視図を、図２（ｂ）は、記録ヘッド１０１をＺ方向に見たときを示す下面図を、図２（ｃ）は、記録ヘッド１０１のブラックインクの吐出口列２０２を示す拡大図である。

記録ヘッド１０１は、コンタクトパッド２０１を介して記録装置本体から記録信号を受信し、記録ヘッドの駆動に必要な電力が供給される。記録チップ１０２には、ブラックインクを吐出する吐出口列２０２が配置されている。記録チップ１０３には、シアンインクを吐出する吐出口列２０３、マゼンタインクを吐出する吐出口列２０４、イエローインクを吐出する吐出口列２０５が配置されている。記録チップ１０２と１０３それぞれに、記録ヘッドの温度検出素子に相当するダイオードセンサ２０６、２０７が配置されている。また、記録チップ１０２と１０３それぞれに、抵抗３４０Ωのインク加熱用のサブヒータ２０８、２０９が設けられている。このサブヒータ２０８、２０９は、３２Ｖの電圧を印加するか否かによって、記録ヘッド基板を加熱、若しくは非加熱とする。

図２（ｃ）は、ブラックインクを吐出する吐出口列２０２の拡大図である。インク液室２１０の両側にはインクを吐出する吐出口２１１が配置されている。それぞれの吐出口の直下（＋Ｚ方向側）には吐出用ヒータ２１２が配置されている。ヒータ２１２は、ともに３２Ｖの電圧がかかると発熱して気泡を発生させ、それぞれの吐出口からインクを吐出させる。吐出口２１１の口数は１２８０個であり、吐出口の間隔が１／１２００インチである。よって、本実施形態の記録ヘッドは、記録画素密度が１２００ｄｐｉになるように構成されている。

ヒータ２１２は、インクが吐出しない程度の駆動パルスを与えられることで、インクを保温することも可能である。以下、このような保温制御を短パルス加熱制御と呼ぶ。シアンインク、マゼンタインク、イエローインク（以下、３色まとめてカラーインクと記す）を吐出する吐出口列にも吐出ヒータ２１３が配置されており（不図示）、それぞれの吐出ヒータで短パルス加熱制御が実施可能である。本実施形態の記録装置は、サブヒータと短パルス加熱制御により記録ヘッド温度（インク温度）を調整している。本実施形態の記録装置は、ダイオードセンサ２０６、２０７および環境温度検知手段であるサーミスタ３１５によって検知される温度情報を基に、調整温度に近づくように記録ヘッド基板の加熱／非加熱を切換えて、フィードバック制御する。

この記録ヘッド１０１を搭載したキャリッジの主走査方向への速度は、主走査方向にインク滴を６００ｄｐｉ間隔に記録する場合、２４０００（ドット／秒）÷６００（ドット／インチ）＝４０インチ／秒となる。

図３は、本実施形態の記録装置の制御構成を示すブロック図である。本制御構成の各構成要素は、ソフト系制御手段とハード系処理手段とに大別することができる。ソフト系制御手段には、メインバスライン３０５に対してそれぞれアクセスする画像入力部３０３、それに対応する画像信号処理部３０４、中央制御部ＣＰＵ３００といった処理手段が含まれる。また、ハード系処理手段には、操作部３０８、回復動作制御回路３０９、ヘッド温度制御回路３１４、ヘッド駆動制御回路３１６、主走査方向へのキャリッジ駆動制御回路３０６、副走査方向への搬送制御回路３０７といった処理手段が含まれる。

ＣＰＵ３００は、通常ＲＯＭ３０１とＲＡＭ３０２とを有し、入力情報に対して適正な記録条件を与えて、記録ヘッド１０１内のインク吐出用ヒータ２１２および２１３を駆動して記録を行なう。また、ＲＯＭ３０１内には、予め記録ヘッドの回復タイミングチャートを実行するプログラムが格納されており、必要に応じて予備吐出条件等の回復条件を回復動作制御回路３０９、記録ヘッド１０１に与える。回復モータ３１０は、記録ヘッド１０１と、これに対向離間するワイピングブレード３１１、キャップ３１２、吸引ポンプ３１３を駆動する。

ヘッド温度制御回路３１４は、記録ヘッドの周辺の温度である環境温度を検知するサーミスタ３１５や記録ヘッド温度を検知するダイオードセンサ２０６、２０７の出力値に基づいて、記録ヘッド１０１上のサブヒータ２０８、２０９の駆動条件を決定する。そして、駆動制御回路３１６は、決定された駆動条件に基づきヘッドサブヒータ２０８、２０９の駆動を行う。ヘッド駆動制御回路３１６はまた、記録ヘッド１０１上の吐出用ヒータ２１２、２１３の駆動も行う。このヒータ２１２、２１３の駆動により、予備吐出やインク吐出、および温調制御のためのインク温度調整を記録ヘッド１０１に行なわせる。

温調制御を実行するためのプログラムは、例えばＲＯＭ３０１内に格納されており、記録ヘッド温度の検知およびサブヒータ２０８、２０９の駆動等をヘッド温度制御回路３１４およびヘッド駆動制御回路３１６等を介して実行させる。なお、ヘッド駆動制御回路３１６は、プレパルスとメインパルスとからなる駆動信号によってインク吐出用ヒータ２１２、２１３を駆動することで、ＰＷＭ制御を行なうことも出来る。
次に、本実施形態の記録ヘッド温度取得制御について説明する。

図４は、ヘッド温度制御回路３１４内の処理およびＲＯＭ３０１／ＲＡＭ３０２を通してソフト上で行なわれる処理の流れを示すブロック図である。記録ヘッド１０１に設けられたダイオードセンサ２０６、２０７から記録ヘッド温度に基づく電圧がヘッド温度制御回路３１４に入力されると、増幅器４０１において電圧値を増幅する。そして、増幅された電圧値をＡＤコンバータ４０２によりデジタル化を行なう。デジタル化されたダイオードセンサ電圧値ＡＤｄｉは、ＲＯＭ３０１内に記憶されているＡＤｄｉ−温度変換式４０３によりダイオード温度Ｔｄｉに変換される。

一方、サーミスタ３１５から記録装置の環境温度に基づく電圧がヘッド温度制御回路３１４に入力されると、ＡＤコンバータ４０５によりデジタル化を行なう。デジタル化されたサーミスタ電圧値ＡＤｔｍは、ＲＯＭ３０１内のＡＤｔｍ−温度変換テーブル４０６によりサーミスタ温度Ｔｔｍに変換される。

以上のようにして得られたダイオード温度Ｔｄｉとサーミスタ温度Ｔｔｍはヘッド温度検出部４０４に入力される。

ヘッド温度検出部４０４は、記録ヘッド装着時において、サーミスタ温度Ｔｔｍを用いてダイオード温度Ｔｄｉのオフセット値Ｔａｄｊ＝Ｔｔｍ−Ｔｄｉを設定する。その後ヘッド温度検出部４０４は、記録ヘッド温度ＴｈとしてＴｈ＝Ｔｄｉ＋Ｔａｄｊを取得する。Ｔａｄｊは、ダイオードセンサの製造バラツキによる特性値であるオフセット誤差と、増幅器の製造バラツキによる誤差によって決まり、その取りうる範囲は−４２℃から＋４２℃である。

次に、上記構成の記録装置における本発明の第一の実施形態記録について説明する。図５は、記録ヘッド１０１から画像の記録に寄与しないインクを適確に吐出（予備吐出）するために記録ヘッド１０１を加熱する場合における、ダイオードセンサ２０６の異常判定処理を説明するためのフローチャートである。なお、本実施形態では、以下に記載する同様の手段によって、ダイオードセンサ２０７の異常判定処理も実行している。

記録ヘッド１０１に予備吐実行命令が入ると（不図示）、ステップ５００で記録ヘッド１０１にヘッド加熱命令が入り、ステップ５０１において加熱回数ｎを０にリセットする。次にステップ５０２において、ダイオードセンサ２０６で検出したヘッド温度を、ヘッド温度検出部４０４でＴｈとして検出する。

次にステップ５０３において、温度Ｔｈが加熱目標温度Ｔ１以上であるかを判定し、Ｔ１以上であれば加熱を終了し、Ｔ１未満であればステップ５０４に進む。ステップ５０４では、加熱回数ｎが所定値Ａ１と等しいかの判定を行い、等しければステップ５０５へ、等しくなければステップ５０７へ進む。

ステップ５０５では、温度Ｔｈが異常閾値温度Ｔｔｈ未満かの判定を行い、Ｔｔｈ以上であればステップ５０７へ、Ｔｔｈ未満であればダイオードセンサ２０６が異常状態であるとし、ステップ５０６でエラーが表示され、動作が終了する。ステップ５０７では記録ヘッド１０１をｔ１ｍｓ加熱し、ステップ５０８で加熱回数を＋１する。その後ステップ５０９でｔ２ｍｓウェイトした後にステップ５０２に戻る。

次に、ステップ５０３、５０４、５０５、５０７、５０９の具体的な制御方法・パラメータの設定方法を記載する。ステップ５０３の加熱目標温度Ｔ１は、本実施形態ではインク吐出に好適な温度として５０〜５５℃で設定している。当然ながらその値以外でも設定可能である。

ステップ５０５の異常閾値温度Ｔｔｈは、ダイオードセンサ２０６が異常な状態であるときのヘッド温度検出部４０４の出力温度から求められる。本実施形態では、ダイオードセンサ２０６が異常な状態とは、ダイオードが何らかの原因によりオープン故障（抵抗が実質無限大）し、ダイオードセンサ２０６の出力電圧値が通常動作時よりも異常に大きくなる場合を想定している。本実施形態では、ダイオードセンサ２０６の出力電圧値が異常に大きい場合に計算されるダイオード温度ＴＤｉは、−２０℃で一定となる構成を有している。この場合、ヘッド温度検出部４０４の出力温度ＴｈはＴｈ＝−２０℃＋Ｔａｄｊである。異常閾値温度Ｔｔｈは、Ｔａｄｊの最大値＋４２℃を代入したＴｈ＝２２℃より大きい値に設定し、Ｔｔｈ＝２５℃としている。Ｔｔｈ＞（ダイオードセンサ２０６が異常時のＴＤｉ）＋（Ｔａｄｊの最大値）を満たすことで、ダイオードセンサ２０６の製造バラツキと、増幅器４０１の製造バラツキによらず、ダイオードセンサ２０６が異常状態であることを判別可能になる。

ステップ５０４の所定値Ａ１は以下の２条件を満たすように設定する。第一の条件は、所定値Ａ１の回数分記録ヘッド１０１を加熱し続けても、記録ヘッド１０１にダメージを与える虞がある温度まで至らないことである。これにより、ダイオードセンサ２０６が異常状態となり、正確にヘッド温度を検出できずに記録ヘッドを加熱し続けた場合でも、記録ヘッド１０１がダメージを与える虞が発生する前にステップ５０６でエラー状態にし、記録ヘッド１０１の駆動を止めることができる。

第二の条件は、記録装置の使用環境が低温環境であっても、所定値Ａ１の回数分記録ヘッド１０１を加熱した時の到達温度が、異常閾値温度Ｔｔｈにヘッド温度検出器４０４のヘッド温度取得誤差の最大値を足した値より大きいことである。これにより、低温環境で記録ヘッド１０１の加熱時の昇温量が小さい場合でも、その到達温度が異常閾値温度Ｔｔｈ以上となるため、記録装置の使用環境に関係なくステップ５０５でダイオードセンサ２０６が異常状態であることを判別可能になる。

さらに上記到達温度を、異常閾値温度Ｔｔｈにヘッド温度検出器４０４のヘッド温度取得誤差の最大値を足した値以上にすることで、ヘッド温度検出器４０４のヘッド温度取得誤差に関係なくダイオードセンサ２０６が異常状態であることを判別可能になる。本実施形態では、上記低温環境として、動作保障環境の下限である５℃を想定している。また本実施形態におけるヘッド温度検出器４０４のヘッド温度取得誤差とは、ダイオードセンサ２０６の製造バラツキによる温度特性誤差、増幅器４０１の基準抵抗誤差、ＡＤコンバータ４０５のＡＤ変換誤差、サーミスタ３１５の温度取得誤差の合計値を指す。本実施形態では、上記２条件を満たす所定値Ａ１としてＡ１＝１００を設定しているが、上記２条件を満たせばＡ１の値は限定されない。

ステップ５０７の記録ヘッド１０１の加熱は、本実施形態では短パルス加熱制御によって行い、加熱時間ｔ１は１５〜６０ｍｓである。記録ヘッド１０１の加熱は、サブヒータ等を用いてもよく、加熱時間ｔ１も上記の値に限定されない。

ステップ５０９のウェイト時間ｔ２は、記録ヘッド１０１を加熱したことでダイオードセンサ２０６に発生するノイズが緩和する時間を想定しており、本実施形態では１５〜２０ｍｓを設定している。

第一の実施形態では予備吐出するために記録ヘッド１０１を加熱する場合における、ダイオードセンサ２０６の異常判定処理を示したが、吐出口内の気泡を膨張させて除去する（加熱回復）ために、記録ヘッドを加熱する場合でも実施可能である。図５のフローチャートにおける第一の実施形態との差分は、ステップ５０３の加熱目標温度Ｔ１が９０℃である、の１点である。その他の動作は第一の実施形態と等しいため、説明は省略する。

第一の実施形態では予備吐出するために記録ヘッド１０１を加熱する場合における、ダイオードセンサ２０６の異常判定処理を示したが、印字スキャン間で記録ヘッド１０１を加熱する（スキャン間加熱）場合でも実施可能である。図５のフローチャートにおける第一の実施形態との差分はないため、説明は省略する。

次に本発明の第四の実施形態について説明する。図６は、印字スキャン前に記録ヘッド１０１を予熱するために、給紙動作と並行して記録ヘッド１０１を加熱し、一定温度に保ち続ける場合における、ダイオードセンサ２０６の異常判定処理を説明するためのフローチャートである。なお、本実施形態では、以下に記載する同様の手段によって、ダイオードセンサ２０７の異常判定処理も実行している。また、図６のステップ６００、６０１、６０２、６０５、６０６、６０８、６０９、６１０は、それぞれ図５のステップ５００、５０１、５０２、５０５、５０６、５０７、５０８、５０９と動作が等しいため、説明は省略する。

ステップ６０３では、ステップ６０２で検出された温度Ｔｈが加熱目標温度Ｔ１以上であり、かつ給紙動作が終了している場合に加熱を終了する。温度Ｔｈが加熱目標温度Ｔ１未満、または給紙動作が終了していない場合は、ステップ６０４に進む。ステップ６０４では、加熱回数ｎを所定値Ａ１で割った余りが０の場合の時のみステップ６０５に進み、それ以外の場合はステップ６０７に進む。これにより、例えば加熱回数ｎ＝Ａ１のときはダイオードセンサ２０６が正常であったが、その後、給紙終了までにダイオードセンサ２０６が異常状態になった場合でも、加熱回数ｎ＝２×Ａ１の時に、その異常状態を検出できるようになる。ステップ６０７では、温度Ｔｈが加熱目標温度Ｔ１以上であるかの判定を行い、Ｔ１未満であればステップ６０８で記録ヘッド１０１をｔ１ｍｓ加熱してからステップ６０９に進み、Ｔ１以上であれば加熱をせずにステップ６０９に進む。

ステップ６０３、６０４、６０５、６０８、６１０のパラメータの設定方法は、それぞれ図５のステップ５０３、５０４、５０５、５０７、５０９と等しいため、説明は省略する。

第四の実施形態では、給紙中に記録ヘッド１０１を加熱継続する場合における、ダイオードセンサ２０６の異常判定処理を示したが、インクによる記録チップの濡れを防止するために、記録ヘッド１０１を加熱継続しながらワイピングする場合でも実施可能である。第四の実施形態の差分は、図６のステップ６０３の給紙動作終了か否かの判定条件がワイピング動作終了か否かである、の１点である。その他の動作は第四の実施形態と等しいため、説明は省略する。

第一〜第五の実施形態では、ダイオードセンサ２０６および２０７の異常判定処理を示したが、吐出ヒータ２１２および２１３の故障状態を判定する場合でも実施可能である。すなわち、ダイオードセンサ２０６および２０７が正常状態でも吐出ヒータ２１２、２１３が故障していれば記録ヘッド１０１を加熱してもＴｈが上昇しないことを利用して、Ｔｈ＜Ｔｔｈの時は吐出ヒータ２１２もしくは２１３が故障していると判定してもよい。

１０１ 記録ヘッド、２０６，２０７ ダイオードセンサ、２１２ 吐出用ヒータ

Claims (3)

1. 複数の吐出ヒータを有する記録ヘッドと、
   前記記録ヘッドの温度を検出する温度検出手段と、
   前記記録ヘッドを加熱するための加熱手段と、
   前記温度検出手段によって検出された温度に基づいて前記温度検出手段の状態を判断する判断手段と、
   を有するインクジェット記録装置において、
   前記判断手段は、
   前記加熱手段が前記複数の吐出ヒータに吐出しない程度の駆動パルスを印加することにより前記記録ヘッドを第一の所定時間加熱した後に、
   前記温度検出手段によって検出された温度が第一の所定温度以下である場合に、
   前記温度検出手段が異常な状態であると判断することを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 前記第一の所定時間は、前記加熱手段により前記記録ヘッドを前記第一の所定時間にわたって加熱継続した場合に、前記記録ヘッドにダメージを与える虞のある温度に達しない時間であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置。
3. 前記温度検出手段の検出温度を補正する構成を有し、前記第一の所定温度は、前記温度検出手段が異常な状態に出力される温度に、前記温度検出手段の補正量の最大値を足した値以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインクジェット記録装置。