JP4492073B2

JP4492073B2 - インクジェット記録装置

Info

Publication number: JP4492073B2
Application number: JP2003324267A
Authority: JP
Inventors: 裕明荒川
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2003-09-17
Filing date: 2003-09-17
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2023-09-17
Also published as: JP2005088338A

Description

本発明は、記録ヘッドのノズルからインク滴を吐出させて記録媒体上に画像を記録するインクジェット記録装置に関し、詳しくは、記録ヘッドのノズルから吐出されるインク滴の速度検出を正確に行うことのできるインクジェット記録装置に関する。

記録ヘッドに形成された多数のノズルから微小なインク滴を吐出し、記録ヘッドのノズル面に対向するように配置された記録媒体上に着弾させ、記録ヘッドが双方向に主走査する間に所望の画像を記録するインクジェット記録装置では、インク滴の吐出状態を一定に保ってやらないと、記録ヘッドの双方向の主走査時の着弾位置にずれが生じ、これが原因で記録画像の乱れが生じて画像品質を著しく低下させてしまう。また、インク滴の吐出速度の変化はインク滴量の変化となって現れるため、記録される画像の濃度が変わってしまい、色バランスの異なった画像になってしまう問題もある。

このインク滴の吐出速度の変化は、インク粘度の違いに関連し、また、インク粘度は、環境温度に影響されることから、インク滴の吐出速度は環境温度の変化により常に生じる。

このため、従来、記録ヘッドからのインク滴の吐出開始から該インク滴が検出光の光軸を通過するまでの時間に基づいてインク滴の速度検出を行い、その検出結果から記録ヘッドの駆動条件を変更制御する技術が特許文献１に記載されている。また、同じく、インク滴の吐出速度を検出するために、記録ヘッドからのインク滴の吐出開始から該インク滴が検出光の光軸を通過するまでの時間に基づいてインク滴の速度検出を行うことが特許文献２に記載されている。
特開平１１−３００９４４号公報特開２００３−３５７１９号公報

フルカラーの画像を記録するインクジェット記録装置では、一般にＹＭＣＫの各色に対応した複数の記録ヘッドが備えられている。これら複数の記録ヘッドは、通常、個別に交換可能なようにそれぞれ独立してキャリッジ上に搭載されているため、各記録ヘッドのノズル面と速度検出のための検出光の光軸との距離は、機械公差等に起因して全ての記録ヘッドで同一であるとは限らず、記録ヘッド毎にばらつきを有している。

従って、上記特許文献１、２に記載のように、インク滴の吐出開始から光軸通過までの時間を計測するのみでは、各記録ヘッドのノズル面から検出光の光軸までの距離のばらつきが速度誤差となって表れてしまう問題がある。例えば、ある記録ヘッドのノズル面と検出光の光軸との間の距離が５ｍｍであったと仮定して、その記録ヘッドに対して他の記録ヘッドのノズル面と光軸との間の距離のばらつきが±０．１ｍｍであったとすると、インク滴の吐出開始から光軸通過までの検出時間に誤差がないとしても、±２％の速度誤差となって表れてしまう。

このため、単にインク滴の吐出開始から光軸通過までの時間を計測するのみでは、正確なインク滴の吐出速度を把握することができなかった。

そこで、本発明は、複数の記録ヘッド毎に検出光の光軸までの距離のばらつきが存在していても、複数の記録ヘッド間の吐出速度差を把握して、吐出速度差によって生じる画像の濃度差による画質劣化を削減することのできるインクジェット記録装置を提供することを課題とする。

本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。

上記各課題は、以下の各発明により解決される。

請求項１記載の発明は、ノズル面に複数のノズルが配列された複数の記録ヘッドと、前記ノズルから記録媒体に向けてインク滴を吐出するよう制御する駆動制御手段と、発光素子及び受光素子を有し、該発光素子と該受光素子との間の検出光の光軸に交叉するように前記ノズルからインク滴を吐出してその吐出開始からインク滴の通過による陰影検出までの時間を検出することで、インク滴の吐出速度を検出する速度検出手段とを備え、前記速度検出手段の検出結果に基づいて前記駆動制御手段における駆動条件を変更するようにしたインクジェット記録装置において、前記インク滴の吐出方向に沿う高さ位置が前記各記録ヘッドのノズル面の位置よりも低い位置に配置された距離検出器を用いて、該距離検出器と前記各記録ヘッドのノズル面との間の距離をそれぞれ検出することにより、前記各記録ヘッドのノズル面と前記距離検出器との間の距離差を検出する距離差検出手段と、前記速度検出手段により検出された記録ヘッド毎の検出時間に対し、前記距離差検出手段により検出された距離差を補正する演算手段とを有し、前記駆動制御手段は、各記録ヘッドに対し、前記演算手段の演算結果に基づいてインク滴の吐出速度を変更するよう制御することを特徴とするインクジェット記録装置である。

請求項２記載の発明は、前記距離差検出手段は、複数の前記記録ヘッドのうちのいずれか一つを基準ヘッドとし、該基準ヘッドのノズル面と前記距離検出器との間の距離と、他の記録ヘッドのノズル面と前記距離検出器との間のそれぞれの距離との差によって前記距離差を検出することを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置である。

本発明によれば、インク滴の吐出方向に沿う高さ位置が各記録ヘッドのノズル面の位置よりも低い位置に配置された距離検出器を用いて、該距離検出器と各記録ヘッドのノズル面との間の距離をそれぞれ検出することにより、各記録ヘッドのノズル面と距離検出器との間の距離差を検出する距離差検出手段と、距離差検出手段により検出された距離差に基づいて、速度検出手段により検出された記録ヘッド毎の検出時間を補正する演算手段とを有し、速度検出手段は、演算手段により補正された検出時間に基づいて各記録ヘッドからのインク滴の吐出速度を検出するようにしたことにより、記録ヘッド毎に検出光の光軸までの距離のばらつきが存在していても、複数の記録ヘッド間の吐出速度差を把握して、吐出速度差によって生じる画像の濃度差による画質劣化を削減することのできるインクジェット記録装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係るインクジェット記録装置の主要部を示す概略構成図、図２は主要部の構成ブロック図である。

図１において、記録ヘッドは、ここでは４つの独立した記録ヘッド１Ａ〜１Ｄにより構成されているが、本発明では複数あればよく、具体的な数は問わない。各記録ヘッド１Ａ〜１Ｄの下面は、多数のノズル（図示せず）が主走査方向と直交する方向に沿って一列に配列されたノズル面とされており、図２に示すコントローラ（ＣＰＵ）５によって、所定の駆動条件（駆動電圧、駆動周波数）で駆動回路６が制御されることにより、該ノズル面の各ノズルからそれぞれ所定のタイミングで微小液滴状のインク滴ａを、図１における下方向に吐出することで、図示しない記録媒体上に所望の画像を記録する。

なお、各記録ヘッド１Ａ〜１Ｄは、図示しない共通のキャリッジ上に搭載され、このキャリッジが図示しない移動手段によって主走査方向に沿って往復移動することで、一体となって主走査方向に沿う双方向に往復移動可能とされている。

２は記録ヘッド１の各記録ヘッド１Ａ〜１Ｄの各ノズルから吐出されるインク滴ａの通過を検出するための液滴検出器であり、検出光を出射する発光ダイオード等からなる発光素子２１と、該発光素子２１から出射した検出光を受光するフォトダイオード等からなる受光素子２２と、図２に示す検出部２３とを有している。

この液滴検出器２おける発光素子２１及び受光素子２２は、ホームポジション等の記録ヘッド１が記録媒体に対して記録を行わない位置に配設されており、その間に記録ヘッド１を配置可能となる距離をおいて対向状に設けられている。

検出光の光軸２０は、記録ヘッド１の主走査方向と直交し且つ各記録ヘッド１Ａ〜１Ｄのノズルの配列方向と平行であって、インク滴ａの吐出方向に沿った高さ位置が各記録ヘッド１Ａ〜１Ｄのノズル面の位置よりも低い位置に配置されている。これにより、いずれかの記録ヘッド１Ａ〜１Ｄのノズル列がこの発光素子２１と受光素子２２との間の検出光の光軸２０上に位置したときに、各ノズルから吐出されるインク滴ａの進行経路は、該光軸２０と交叉するようになっている。

発光素子２１及び受光素子２２は、共に光学的に光を遮蔽する筐体２１ａ、２２ａ内に装着されており、発光素子２１側の筐体２１ａには発光素子２１からの検出光を受光素子２２側へ向けて出射させるための発光用開口部２１ｂが形成されている。また、受光素子２２側の筐体２２ａには、発光素子２１からの検出光を取り込んで受光素子２２により検出可能とするための受光用開口部２２ｂを有している。

この受光用開口部２２ｂは、記録ヘッド１のノズル面と垂直な方向に沿う径（短径）ｄ１に対してそれと直交する方向に沿う径（長径）ｄ２が長い楕円形を呈している（図３参照）。一般に、受光用開口部２２ｂは、記録ヘッド１のノズル面と垂直な方向、即ちインク滴ａの吐出方向に沿う幅が狭い方が、インク滴ａの速度を検出する場合の検出精度を向上させることができる点で有利である。しかし、これと直交する方向の幅を狭くすると、受光素子２２により検出される信号の出力が低下すると共に、主走査方向への記録ヘッド１の光軸ずれに対する余裕度の減少から、逆に安定な検出ができず検出誤差が大きくなるため、開口形状を楕円形状とし、その短径ｄ１が記録ヘッド１のノズル面と垂直な方向に沿うように受光素子２２側の筐体２２ａに開設することで、インク滴ａの検出精度の向上と検出誤差の低減化とを両立できるようにしている。この受光用開口部２２ｂの形状の一例を挙げると、ｄ１＝１．５ｍｍ、ｄ２＝３ｍｍである。

受光素子２２により検出された検出信号は、図２に示す検出部２３に送られる。検出部２３は、受光素子２２の検出信号を増幅する電流増幅部２３１と、この電流増幅部２３１により増幅された検出信号の変動分のみを増幅する交流増幅部２３２と、この交流増幅部２３２からの出力信号を、該出力信号を低域フィルタ２３３を経て生成された基準信号と比較し、基準信号レベルを越える信号をdefect-out信号としてコントローラ５へ出力する比較器２３４とを有している。

なお、液滴検出器２の発光素子２１は、コントローラ５によって点灯・消灯が制御される。

３はインク受け皿であり、記録ヘッド１Ａ〜１Ｄのうちで検出光の光軸上に配置された記録ヘッドのノズル面に対向するにように配置され、上記記録ヘッドから吐出されたインク滴ａを受け入れるようになっている。

４は距離検出器であり、各記録ヘッド１Ａ〜１Ｄとの間の距離を検出する。ここでは検出光を出射する発光ダイオード等からなる発光素子４１と、該発光素子４１から出射した検出光を受光するフォトダイオード等からなる受光素子４２とを有する反射型の距離センサからなるが、各記録ヘッド１Ａ〜１Ｄのノズル面との間の距離を検出可能であればその構成は特に問わない。

この距離検出器４は、液滴検出器２における発光素子２１及び受光素子２２の対の側方において、インク滴ａの吐出方向に沿った高さ位置が、各記録ヘッド１Ａ〜１Ｄのノズル面の位置よりも低い位置に固定状に配置されており、記録ヘッド１Ａ〜１Ｄが主走査方向に移動され、各記録ヘッド１Ａ〜１Ｄがそれぞれ上方に配置された時（図１において破線で示す。）に、発光素子４１から出射された検出光が各記録ヘッド１Ａ〜１Ｄのノズル面で反射した際の反射光を受光素子４２で捉えることにより、その距離検出器４の表面（発光素子４１と受光素子４２とが露呈する面）と各記録ヘッド１Ａ〜１Ｄのノズル面との間の距離をそれぞれ検出する。

この距離検出器４による各記録ヘッド１Ａ〜１Ｄのノズル面との間の距離の検出は、例えば工場出荷時やいずれかの記録ヘッドを交換した時等のタイミングで行うことができ、その距離の検出結果は、図２に示すコントローラ（ＣＰＵ）５に出力される。

コントローラ５は、図４に示すように、制御部５１、距離差検出部５２、時間検出部５３、演算部５４をそれぞれ有している。

制御部５１は、駆動回路６へ所定の駆動条件に従って吐出開始信号（FIRE-M信号）を出力することで、記録ヘッド１を駆動させる駆動制御手段を構成していると同時に、上記距離差検出部５２、時間検出部５３及び演算部５４の動作をそれぞれ制御する。

距離差検出部５２は、距離検出器４により検出された各記録ヘッド１Ａ〜１Ｄのノズル面と距離検出器４との間の距離の検出値が入力されることで、各記録ヘッド１Ａ〜１Ｄのノズル面と距離検出器４との間の距離差を検出する距離差検出手段を構成している。ここで検出された距離差のデータは、距離差検出部５２内の所定の領域に記憶される。

なお、この距離差の検出は、各記録ヘッド１Ａ〜１Ｄのうちのいずれか一つ（例えば記録ヘッド１ａ）を基準ヘッドとして、この基準ヘッド１ａのノズル面と距離検出器４との間の距離と、他の記録ヘッド１Ｂ〜１Ｄのノズル面と距離検出器４との間のそれぞれの距離との差によって求められる。

時間検出部５３は、制御部５１が駆動回路６に対してFIRE-M信号を出力した吐出開始から、吐出されたインク滴ａが液滴検出器２の受光素子２２を通過してその陰影が検出され、検出部２６からコントローラ５にdefect-out信号が入力されるまでの時間に基づいて求められる。具体的には、図５に示すように、検出対象となる記録ヘッドに対して吐出開始信号（FIRE-M）を出力した時点から、defect-out信号の立ち下がり（Tf）までと立ち上がり（Tb）までの中央値（Tn）の時間を検出する。

演算部５４は、上記時間検出部５３において検出された記録ヘッド１Ａ〜１Ｄ毎の検出時間に対し、上記距離差検出部５２で検出された距離差を補正する演算手段を構成している。

すなわち、記録ヘッド１Ａ〜１Ｄ毎にそのノズル面の高さ位置にばらつきがあると、仮に各記録ヘッド１Ａ〜１Ｄでのインク滴ａの吐出速度が同一であるとしても、液滴検出器２の光軸２０を通過するまでの検出時間に差が出てしまい、ノズル面の高さ位置のばらつきを勘案しないと現実の吐出速度に対して誤差が生じる。このため、演算部５４では、時間検出部５３において検出された記録ヘッド１Ａ〜１Ｄ毎の検出時間に対し、上記距離差検出部５２で検出された距離差を補正するようにすることで、記録ヘッドの本来望ましい検出時間を割り出す。

例えば、ある記録ヘッドのノズル面の高さ位置（h1）と基準ヘッドのノズル面の高さ位置（h2）との距離差の比（h1／h2）がＬ（mm）、上記記録ヘッドの現実の検出時間がＴ（ms）であった場合、上記記録ヘッドの本来望ましい検出時間はＬ・Ｔとされる。

この演算部５４の演算結果は制御部５１に送られ、制御部５１は、この演算結果から駆動回路６に出力する駆動条件（駆動電圧）を補正し、インク滴ａの吐出速度を変更制御する。

次に、図６に示すフロー図を用いて、具体的な処理動作について説明する。

インク滴ａの吐出速度の検出は主走査方向に沿う移動方向の先頭側のヘッド（以下、No.１ヘッドという。）から行われるため、コントローラ５は、発光素子２１の点灯の後（Ｓ１）、最初に検出を行う記録ヘッドを、複数の記録ヘッドのうちのNo.１ヘッドであると指定し（Ｓ２）、キャリッジを主走査方向に移動させて、No.１ヘッドのノズル列を液滴検出器２の検出光の光軸２０上に合わせる（Ｓ３）。

次いで、コントローラ５は、駆動回路６に吐出開始信号（FIRE-M）を出力し、正常なインク滴ａの吐出対策として、No.１ヘッドの全ノズルから連続して複数のインク滴ａの吐出（予備吐出）を行う（Ｓ４）。

予備吐出後、No.１ヘッドの全ノズルのうちの最初のノズル（以下、これをNo.1ノズルという。）から複数発のインク滴ａの吐出を行う（Ｓ５）。このように複数発の吐出を行うと、複数発のインク滴ａによって一つのインク滴群の塊とみなすことができるため、極めて微小なインク滴ａの吐出を検出するにもかかわらず、液滴検出器２によって検出される検出信号の出力レベルを高くすることができ、精度良く検出が行えるようになる。

吐出されたインク滴ａが液滴検出器２の光軸２０を通過すると、受光素子２２において検出光が一部遮られ、受光される光量信号が一時的に減少することで検出部２６からdefect-out信号が出力される。コントローラ５は、検出部２６からのこのdefect-out信号の入力の有無を判断している（Ｓ６）。

制御部５１は、インク滴ａを吐出した後、所定のタイムアウト時間、即ちインク滴ａを吐出してからそのインク滴ａが検出光の光軸２０を横切るであろうと十分に推測される時間の経過を検出しており、このタイムアウト時間が経過してもdefect-out信号が検出部２６から出力されない場合は、そのノズルはインク滴ａが吐出されない欠ノズルとしてエラー処理に移行する。

一方、コントローラ５は、検出部２６からdefect-out信号の入力があると、インク滴ａの吐出開始信号（FIRE-M）から検出部２６からのdefect-out信号検出までの時間（図５中のTn時間）を検出し、これをNo.1ノズルの検出時間として記憶しておく（Ｓ７）。

その後、コントローラ５は、No.1ヘッドのすべてのノズルからのインク滴ａの検出時間を検出し、続いてNo.2ヘッド、No.3ヘッド・・・と上記同様の処理を繰り返す（Ｓ８、Ｓ９）。

全ての記録ヘッドの検出が終了したら、コントローラ５は、発光素子２１を消灯し（Ｓ１０）、続いて、全ての記録ヘッド１Ａ〜１Ｄの検出時間と、予め演算されて求められた各記録ヘッド１Ａ〜１Ｄの距離差の検出結果に基づいて、演算部５４において記録ヘッド１Ａ〜１Ｄ毎のインク滴ａの平均吐出速度を算出する（Ｓ１１）。

この記録ヘッド１Ａ〜１Ｄ毎のインク滴ａの平均吐出速度は、コントローラ５内に記憶され、以後、コントローラ５は、この記憶された演算結果に基づいて、記録ヘッド１Ａ〜１Ｄ毎に駆動回路６への駆動条件（駆動電圧）を変更することで、記録ヘッド１Ａ〜１Ｄ毎にインク滴ａの吐出速度を変更制御する。

図７は、本発明に係るインクジェット記録装置の他の実施形態を示す概略斜視図である。図１と同一構成の部位には同一符号を付してあり、これらの詳細な説明は省略する。

この実施形態では、液滴検出器２の検出光の光軸２０の高さ位置を、画像記録時に各記録ヘッド１Ａ〜１Ｄから吐出されるインク滴ａによって画像記録される記録媒体（図示せず）の表面（画像記録面）の高さ位置に一致させたことを特徴としている。すなわち、図７中に示す各記録ヘッド１Ａ〜１Ｄのノズル面と液滴検出器２の検出光の光軸２０との間の距離Ｌ１（ここでは記録ヘッド１Ｄのノズル面と液滴検出器２の検出光の光軸２０との間の距離を示す。）は、画像記録時の各記録ヘッド１Ａ〜１Ｄのノズル面と記録媒体の表面との間の距離に等しくなっている。

このように液滴検出器２の検出光の光軸２０の高さ位置を記録媒体の表面の高さ位置に一致させたことで、インク滴ａの吐出開始からそのインク滴ａが光軸２０を通過するまでの時間（図５中のTn時間）を記録ヘッド１Ａ〜１Ｄ毎に合わせれば、仮に各記録ヘッド１Ａ〜１Ｄの機械公差等が存在していても、インク滴ａの記録媒体着弾までの時間は一定となるので、主走査方向に沿った双方向でのインク滴ａの着弾位置を容易に一致させることができる。

インク滴ａの吐出開始からそのインク滴ａが光軸２０を通過するまでの時間を記録ヘッド１Ａ〜１Ｄ毎に合わせるには、上述したように、コントローラ５の時間検出部５３において検出された記録ヘッド１Ａ〜１Ｄ毎の検出時間を求めた後、各記録ヘッド１Ａ〜１Ｄの検出時間の時間差に基づいて記録ヘッド１Ａ〜１Ｄ毎の吐出速度を変更するよう、駆動回路６への駆動条件（駆動電圧）を補正することにより行うことができる。

以上の構成を採ることで、各記録ヘッド１Ａ〜１Ｄ毎に有する高さ誤差に相当するインク滴ａの速度差が生じるが、これによる濃度差よりも双方向による着弾誤差による画質劣化を削減したい場合、及び、複数ヘッドが一体化され、ノズル面高さが一致した構成の記録ヘッドを使用する場合等は、図１に示したような距離検出器４を必要とせず、簡単な構成で双方向着弾位置の改善が実現できる。

本発明に係るインクジェット記録装置における主要部の概略構成を示す図インクジェット記録装置における主要部の構成ブロック図受光用開口部の形状を示す正面図コントローラの構成ブロック図吐出開始信号と検出信号のタイミングチャート検出動作の制御フローを示す図本発明に係るインクジェット記録装置の他の実施形態を示す概略斜視図

符号の説明

１Ａ〜１Ｄ：記録ヘッド
２：液滴検出器
２０：光軸
２１：発光素子
２２：受光素子
２３：検出部
３：受け皿
４：距離検出器
４１：発光素子
４２：受光素子
５：コントローラ
５１：制御部
５２：距離差検出部
５３：時間検出部
５４：演算部
６：駆動回路
ａ：インク滴

Claims

ノズル面に複数のノズルが配列された複数の記録ヘッドと、前記ノズルから記録媒体に向けてインク滴を吐出するよう制御する駆動制御手段と、発光素子及び受光素子を有し、該発光素子と該受光素子との間の検出光の光軸に交叉するように前記ノズルからインク滴を吐出してその吐出開始からインク滴の通過による陰影検出までの時間を検出することで、インク滴の吐出速度を検出する速度検出手段とを備え、前記速度検出手段の検出結果に基づいて前記駆動制御手段における駆動条件を変更するようにしたインクジェット記録装置において、
前記インク滴の吐出方向に沿う高さ位置が前記各記録ヘッドのノズル面の位置よりも低い位置に配置された距離検出器を用いて、該距離検出器と前記各記録ヘッドのノズル面との間の距離をそれぞれ検出することにより、前記各記録ヘッドのノズル面と前記距離検出器との間の距離差を検出する距離差検出手段と、
前記速度検出手段により検出された記録ヘッド毎の検出時間に対し、前記距離差検出手段により検出された距離差を補正する演算手段とを有し、
前記駆動制御手段は、各記録ヘッドに対し、前記演算手段の演算結果に基づいてインク滴の吐出速度を変更するよう制御することを特徴とするインクジェット記録装置。
前記距離差検出手段は、複数の前記記録ヘッドのうちのいずれか一つを基準ヘッドとし、該基準ヘッドのノズル面と前記距離検出器との間の距離と、他の記録ヘッドのノズル面と前記距離検出器との間のそれぞれの距離との差によって前記距離差を検出することを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置。