JP4188667B2 - 記録ヘッド、記録装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はインクジェット方式の記録ヘッド、及びインクジェット記録ヘッドを有する記録装置に関するものである。
【０００２】
さらに詳しくは、インクノズルの不吐検知技術に関するものである。
【０００３】
【従来の技術】
駆動パルスに応じた熱エネルギーをインクに供給して膜沸騰による気泡を形成し、気泡の形成に基づいてインクを記録ヘッドのノズルから記録媒体上に吐出して記録を行なうインクジェット記録装置で、記録速度向上の為記録ヘッドのノズルが通紙方向とは垂直に多数配列されたラインヘッドを固定し、記録媒体を一定速度で搬送、記録するインクジョットラインヘッド記録装置（インクジェットラインプリンタ）がよく知られている。
【０００４】
また、インクジェット記録装置では、液体インクを使用して記録を行なうため長期の間使用されずに放置された場合には、インクの乾燥や増粘などにより記録ヘッドの不健全（不吐など）なノズルが発生するのを防ぐため、主として次のような対策が為されていた。
【０００５】
記録ヘッドを保護するために、記録（印刷）していないときは、記録ヘッドにキャップを施してノズル部分の乾燥を防ぎ、また、長期にわたって使用されていない場合は記録ヘッドのノズルからインクを強制的に吸引したり、さらにまた、記録中には定期的に記録ヘッドのノズル近傍に溜まった気泡を吐き出すためにキャッピング機構に記録ヘッドを移動させ、記録動作とは異なった予備吐出と呼ぶ動作をキャップ内で行ない、記録動作の安定性を保っていた。
【０００６】
しかしながら、定期的に回復動作を行なっても、必ずしも全てのノズルが健全な状態に回復できるとは限らない。また、逆に健全な状態にもかかわらず無駄に回復動作を行なってしまうこともあった。
【０００７】
したがって、不吐出を検知する機構を設けた記録装置を提供する事が望ましい。
【０００８】
しかし、ラインヘッド記録装置等、多数のインクノズルを持つ記録ヘッドの全てのノズルが健全か否かを正確に検知するのは物理的にも回路的にも複雑かつ大規模になり実現は困難であった。
【０００９】
バースト的に噴出したインクのぶつかりを電気的な信号に変換する方法によるものがある。
（例えば特許文献１参照）。
【００１０】
【特許文献１】
特開平11−170569（第１頁、図１）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この方法では吐出するインク滴がある一定以上の質量をもたないと測定が難しいという問題点と、外来ノイズの影響を受けやすい懸念がある。
【問題を解決する為の手段】
このため本発明の記録装置は、
複数のノズルからインクを吐出させる為にインクを加熱する複数のノズルヒータと、
前記複数のノズルヒータを駆動するドライバと、前記ドライバを制御する制御回路と、前記前記制御回路の近傍に組み込み可能な音波検出素子とを有する記録ヘッドと、
前記ノズルを駆動するドライブパルスからの遅延時間を設定する同期手段と、
前記同期手段により設定された遅延時間に基き、前記音波検出素子の出力を読み出す読み出し手段とを更に備えたことを特徴とする。
【００１２】
又、本発明の記録装置は、
前記同期手段により設定された遅延時間とは、前記ドライブパルスで駆動されるノズルの位置に関連する値であることを特徴とする。
【００１３】
又、本発明の記録装置は、
前記音波検出素子の出力には、利得を制御可能な利得制御手段を備え、前記利得制御手段はドライブされるノズルの位置に関連して前記利得を制御することを特徴とする。
【００１４】
【作用】
正確にインクの不吐出を検知する事により、記録安定性、及び記録品位の向上が図れる。
【００１５】
又偶発的に不健全なノズルが発生したような場合でも、無駄な用紙を多量に発生させるのを防止できる。
【００１６】
また、無駄な回復動作を防ぐ事ができる。
【００１７】
とりわけ記録動作中記録ヘッドが静止するラインヘッドを使ったラインプリンタ等多数のノズルを持った記録ヘッドでも、簡単な構成でより正確に不吐出を検知することができる。
【００１８】
【実施例】
＜記録装置の説明＞
図１は本発明を実施したインクジェット記録装置の例で、
図１ａは待機中の状態を示し、カラー記録する複数の記録ヘッド（１０１K、C，LC，M，LM，１０１Y）はキャッピング機構（１０２）によりキャップ（密閉）されている。
【００１９】
ここでK：ブラック、C：シアン、LC：淡シアン、M：マジェンタ、LM：淡マジェンタ、そしてY：イエローを示す。待機状態では全てのモータ、アクチュエータ類は停止している。
【００２０】
図１ｂは記録動作中の状態を示し、キャッピング機構（１０２）は左方向に移動し記録ヘッド（１０１）は上下方向に移動、記録位置迄移動後、静止状態を保つ。給紙部（１０７）から記録媒体（１０６）が１枚毎ピックされ本体（１００）に給送される。
【００２１】
記録装置本体（１００）内では搬送部（１０４）の搬送ベルト（１０５）によって記録媒体（１０６）が一定速度で記録ヘッド（１０１K、C，LC，M，LM，１０１Y）下部を順次通過しカラー記録される。記録するためのインクは各記録ヘッドに対応する独立したインクカートリッジ（１０３）からチューブ（不図示）を介して記録ヘッド（１０１）に供給される。
【００２２】
記録動作が完了すると再び図１ａの待機状態に戻る。
本発明を実施した記録ヘッドの構造的な模式図を図2−1〜図2−3に示す。
【００２３】
各ノズル（２０２）には、それぞれに対応した発熱体（ノズルヒータ）（２０４）が設けられており、ドライバ回路からノズルヒータ（２０４）に所定の駆動パルスを印加することによりノズル内のインクを急激に加熱、沸騰させ、その作用でノズル（２０２）から選択的にインク滴（２０３）を吐出する。
【００２４】
急激な膜沸騰時のキャビテーション現象によりノズル内で僅かな低周波振動音が発生する。
ノズルヒータ（２０４）は例えばシリコン基板（２０５）上にパターニングされており、又ドライバ回路を含む制御回路の一部もシリコン基板（２０５）上の露光面（２１２）内にパターニングされる。
シリコン基板（２０５）はベースプレート（２０６）により構造的に支持される。
【００２５】
各ノズル（２０２）はノズル隔壁（２０７）で仕切られ、インクは共通液室（２０８）から供給される。上部から天板（２０９）と呼ぶ部材を密着することにより記録ヘッド（１０１）が形成される。
【００２６】
マイク素子（２０１）は図２−２に示す如く共通液室（２０８）に接する構造で形成され、シリコン基板（２０５）とはボンディングワイヤ（２１０）で電気的に接続された後絶縁部材（２１１）を注入、絶縁処理される。
マイク素子（２０１）は、キャビテーション現象による音を検知しやすくする為、ノズル（２０２）近傍に設置するのが好ましい。
又、変換素子を含む振動素子の一部はやはりシリコン基板（２０５）上の露光面（２１２）にパターニングする。
【００２７】
ノズルヒータ（２０４）を加熱し、近傍のインクが瞬時沸騰〜気泡の成長（インク吐出）〜気泡収縮（インクリフィル）の正常な過程を辿れば、キャビテーション現象が発生、その出力は僅かであるが本発明によるマイク素子（２０１）はインクの共通液室内部に接しているの良好なS／N比が得られる。
電気信号に変換後、出力波形がある領域を超えていれば正常な吐出であると判断出来る。
【００２８】
しかし出力が上記領域に達しなければ不吐、或いは、定量のインク滴吐出が為されていないと判断し回復動作の実行、場合によっては（ヒータ部断線による永久故障等）警報を送出する。
【００２９】
回復動作はノズルからのインクの強制的な吸引、或いは比較的短時間にノズル当り数十から数百発のインク滴をバースト的に吐出させ、その後クリーニングブレード（不図示）でノズル付近をワイプ（拭き取り）動作する。
本実施例では記録ヘッド（１０１）は例えば２５６０本（＃１〜＃２５６０）のノズルを持ちノズル間ピッチは４２.５[μm]、従って記録ヘッド（１０１）の分解能は６００[dpi]（dot／inch）、最大記録幅は約４.３[inch]である。
【００３０】
次に、キャビテーション現象による振動音の電気的な変換方法、及び判定方法について説明する。
【００３１】
図５はマイク（２０１）から出力される信号波形図を示す。
【００３２】
出力波形から、ノズルから正常なインク滴が吐出されたかを判定する。ノズルヒータ（２０４）に駆動パルスhpを印加してからキャビテーション現象の発生〜マイク出力ピーク値迄の時間tはノズルヒータ（２０４）への印加エネルギ、及び該当ノズル〜マイク間距離等によって実験的に予測できるので、この時刻近傍の出力が予め設定した閾値ｅより、大きければ正常吐出、小さければ吐出不良と判定する。
【００３３】
駆動パルスhp〜時間t経過時点の出力判定する事により、外来ノイズの影響を排除しやすい。又本実施例では密閉されたキャッピング機構内で測定するのでより正確な結果が得られる。
次にノズル＃２の測定に進み、順次＃２５６０まで実行し、全てのノズルの良否を判定する。
【００３４】
さらにノイズの影響を避けるため、一定回数を繰り返し判定することにより信頼性の高い結果を得る方法も考えられる。
図4は本発明を実施した記録装置の電気的なブロック図を示す。
【００３５】
ホストコンピュータ（３００）は、記録に使用する記録データを記録装置のインタフェース部（３０２）に転送して記録開始を指示する
また、記録する記録媒体の枚数、及び記録媒体の種類やサイズ等を指示するコマンドをインタフェース部（３０２）に転送して指示できる。
【００３６】
CPU（中央演算処理装置）（３０１）はプリンタの記録データの受信、記録動作、記録媒体のハンドリング等全般の制御を掌る演算処理装置でROM（３０３）に記憶された制御プログラムに基づいて制御を実行する。
CPU（３０１）は受信したコマンドを解析後、記録データの各色成分のイメージデータをイメージRAM（３０４）にビットマップ展開して描画する。
【００３７】
記録前の動作処理としてCPU（３０１）はモータ駆動部（３０７）を介してキャッピングモ−タ（３０８）、及びヘッドモータ（３１０）を相互に駆動、記録ヘッド（１０１）をキャッピング位置から記録位置へ移動させる。
【００３８】
ほぼ同時に記録媒体（１０６）を給紙するための給紙モータ（３１５）、そして搬送モータ（３０９）によって搬送部を駆動し記録媒体（１０６）を記録位置に搬送する。
【００３９】
定速度で搬送される記録媒体（１０６）の記録タイミングを決定するために用紙検出手段（不図示）で用紙の先端位置を検出する。用紙搬送に同期して、CPU（３０１）はイメージRAM（３０４）から対応する色のイメージデータを順次読み出し、記録ヘッド駆動回路（３１１）を介して、対応する色のインクを吐出する記録ヘッド（１０１）にデータ転送し、カラー記録する。
【００４０】
操作パネル（３１２）はインク無しなどの警告等の表示、また、リセット等の操作を行なう部分である。CPU（３０１）の動作はプログラムROM（３０３）に記憶された処理プログラムに基づき実行される。
【００４１】
又作業用のメモリとしてワークRAM（３０５）を使用する。EEPROM（３０６）は不揮発性のメモリで、記録ヘッド相互の微小記録位置調整値等装置特有のパラメータを保存する。
マイク（２０１）の出力はノイズフィルタ、アンプ等で構成される信号変換回路（３１３）で変換後ADコンバータ（３１４）にてディジタル値に変換され、CPU（３０１）にてほぼリアルタイムに読み込み可能である。
【００４２】
ノズルチェックに関わる以上の制御動作について図４のフローチャートを用いて説明する。
【００４３】
先ず記録動作中であれば動作を停止し（S４０１）、その後、キャッピング機構に記録ヘッドを移動させ、＃０００１ノズルを選択し（S４０２）、吐出させる（S４０３）。
【００４４】
このとき発生するキャビテーションの音響出力を伝播時間ｔｎだけ待って（S４０５）、A／Dコンバータを介して読み出す（S４０５）。
S４０４で設定される待ち時間ｔｎは測定するノズルとマイク間の距離に依存するのでマイク（２０１）がノズル列中央部にセットされた場合図８に示す様に両端のノズル部のｔｎが最も大きい値を示す。
これらは待ち時間テーブルとしてROM（３０３）のテーブル領域に予め記憶される。
マイク出力読み出しの結果正常に吐出されたと判断したなら（S４０６-Yes）ノズルNOをインクリメントし（S４０７）、全てのノズルの吐出チェックが済んでいなければ（S４０８-No）、S４０３に戻り次のノズルのチェックを開始する。
もしもマイク出力読み出しの結果正常に吐出されていないと判定した場合（S４０６-No）、最初に検出された不良であれば（S４０９-No）、記録ヘッドの回復動作を実行する（S４１０）。
回復動作が終了したならS４０２に戻りチェックを再開する。
S４０６にて不良判定が３回繰り返されると（S４０９-Yes）、ノズルの永久故障の可能性があるのでCPU（３０１）は動作を中断し、操作パネル（３１２）上の表示器（不図示）に警報を出力する。
図６は信号変換回路（３１３）の詳細例を示す。不吐が発生していなければ、駆動パルスに同期してｔ時間後に、マイク（２０１）から信号の最大値が出力される。
【００４５】
この出力信号をアンプ（５０１）で増幅〜ノイズフィルタ（５０２）でノイズをカット〜ADコンバータ（３１４）でディジタル値に変換する。
【００４６】
CPU（３０１）は、駆動パルスに同期した音響信号出力のピーク値を読み込む。
【００４７】
ここで測定ノズルに対するアンプ（５０１）の電圧増幅率について説明する。音圧は測定ノズル〜マイク（２０１）距離の２乗に反比例して減衰するためマイク（２０１）を記録ヘッド中央部に配置した場合、図９に示す様に中央部ノズル＃１２８０を測定する場合の利得を０[dB]とすると両端部（＃０００１、＃２５６０）では３０[dB]弱の利得を必要とする。
上記の補正は利得調整付きのアンプ（５０１）の制御端子をCPU（３０１）が不図示のD/Aコンバータを介して制御する。ノズルNoに対する電圧利得（図９）はテーブル形式でROM（３０３）のテーブル領域に予め記憶される。
【００４８】
図７は、検知精度を高める為、記録ヘッド内部にマイク（２０１）を複数設けた他の実施例を示す。
【００４９】
本例では、記録ヘッドが有する例えば２５６０本のノズルを、ノズル#１〜#６４０、#６４１〜#１２８０、#１２８１〜１９２０、#１９２１#２５６０にブロック分けし、各ブロックの中心部にマイク（２０１）を２０１a〜２０１ｄの4個設ける。
【００５０】
ノズル#１〜#６４０の不吐の検知をマイク２０１aで、#６４１〜#１２８０を２０１ｂ、#１２８１〜１９２０を２０１ｃ、#１９２１〜#２５６０を２０１ｄで各々分担して行なう。
【００５１】
この構成によれば、検知するノズルのより近傍にマイク（２０１）を設ける為、検知精度を高める事ができる。
【００５２】
本実施例ではノズルヒータへの駆動パルス〜マイク出力読み出し迄のノズルNOに対応する待ち時間テーブルは図８のテーブル値とは異なるが作成方法は同様である。
又、ノズルNOに対応するアンプ（５０１）の電圧利得テーブルも図９のテーブル値とは異なるが作成に関する考え方は同じである。
【００５３】
【発明の効果】
インク吐出時に発生するキャビテーションの音を電気信号に変換する変換手段と、変換された電気信号からインクが正常に吐出されているか否かを駆動パルスに同期したタイミングで判定する判定手段を設けることによって、多数のノズルを持つインクジェット記録ヘッドのノズル列に不吐が発生しているノズルが存在するか否かをより正確に判定することが可能となり、適切な回復動作を行なうことができる。
【００５４】
とりわけ、記録ヘッドが静止状態で記録動作するインクジェットラインプリンタにおいては簡単な構成でより正確に不吐を検知することができる。
【００５５】
本発明によればインクジェット記録方式の記録品位と動作信頼性の面で一層の向上を図れる。
【００５６】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施した記録装置の概略図である。
【図２】本発明を実施した記録装置の不吐を検知する概略イメージ図である。
【図３】本発明を実施したマイクの出力信号波形図である。
【図４】本発明を実施した記録装置の電気的なブロック図である。
【図５】本発明を実施した不吐検知に関する制御フローチャートである。
【図６】不吐を検知する信号変換方式の説明図である。
【図７】他の実施例を示す概略図である。
【図８】ノズル駆動パルス〜マイク出力値読み出し迄の各ノズルに対する待ち時間を示す図である。
【図９】測定するノズルに対して設定されるアンプの電圧利得を示す図である。
【符号の説明】
１００ 記録装置
１０１ 記録ヘッド
１０２ キャッピング機構
１０３ インクカートリッジ
１０４ 搬送部
１０５ 搬送ベルト
１０６ 記録媒体
１０７ 給紙部
２０１ マイク
２０２ ノズル
２０３ インク滴
２０４ 発熱体（ノズルヒータ）
２０５ シリコン基板
２０８ 共通液室
２０９ 天板
２１０ ボンディングワイヤ
２１１ 絶縁部材
３００ ホストコンピュータ
３０１ CPU
３０２ インタフェース部
３０３ プログラムROM
３０４ イメージRAM
３０５ ワークRAM
３０６ EEPROM
３０７ モータ駆動部
３０８ キャッピングモータ
３０９ 搬送モータ
３１０ ヘッドU/Dモータ
３１１ 記録ヘッド駆動回路
３１２ 操作パネル
３１３ 信号変換回路
３１４ A/Dコンバータ
３１５ 給紙モータ
５０１ アンプ
５０２ ノイズフィルタ

Claims (3)

1. 複数のノズルからインクを吐出させる為にインクを加熱する複数のノズルヒータと、前記複数のノズルヒータを駆動するドライバと、前記ドライバを制御する制御回路と、前記制御回路の近傍に組み込み可能な音波検出素子とを有する記録ヘッドと、
   前記ノズルを駆動するドライブパルスからの遅延時間を設定する同期手段と、
   前記同期手段により設定された遅延時間に基き、前記音波検出素子の出力を読み出す読み出し手段とを更に備えたことを特徴とする記録装置。
2. 前記同期手段により設定された遅延時間とは、前記ドライブパルスで駆動されるノズルの位置に関連する値であることを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
3. 前記音波検出素子の出力には、利得を制御可能な利得制御手段を備え、前記利得制御手段は前記ドライブパルスで駆動されるノズルの位置に関連して前記利得を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の記録装置。

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