JP4925184B2 - 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

Description

この発明は、発光素子から発した光ビームを、インク滴等の液体の吐出方向と直角に交差する方向に向け、発光素子から発した光ビームを受光素子で受光し、その受光データから液体吐出不良を光学的に検出する液吐出不良検出装置に関する。および、そのような液吐出不良検出装置を用いて液体吐出不良を光学的に検出可能として、インクジェットヘッドから吐出するインク滴で、用紙等の記録媒体に画像を記録するインクジェットプリンタ等のインクジェット記録装置に関する。

従来、インクジェット記録装置では、微細なノズルから微小なインク滴を吐出するインクジェットヘッドを備え、そのインクジェットヘッドと用紙等の記録媒体とを相対的に移動しながら、ノズルからインク滴を吐出して記録媒体に画像を記録していた。この種のインクジェット記録装置は、高速かつ低騒音であり、記録媒体の種類に制約が少なく、カラー化も容易であるなどの利点があることから、現在広く普及している。

ところが、微細なノズルからインク滴を吐出することから、停止時にインクが乾燥しやすく、またインクでノズル面が濡れてノズル面に紙粉等の粉塵が付着しやすく、さらにノズルから空気が入ることがあるなどの問題があり、これらに起因して不吐出となったり吐出方向が曲がったり液滴サイズが小さくなったりしてインク滴の吐出不良が発生し、画像にドット抜けや白筋などを生じて画像品質が低下する不具合があった。

このような不具合の発生を防止すべく、従来のインクジェット記録装置の中には、ＬＥＤ等の発光素子とフォトダイオード等の受光素子とを備え、発光素子から、インク滴の吐出方向と直交する方向に光ビームを発してその光ビームを受光素子で受ける構成とし、受光素子の受光光量の変化から、液体の吐出不良を光学的に検出する液吐出不良検出装置を備えるものがある。

具体的に、液吐出不良を検出するときには、発光素子から光ビームを発して後、端のノズルから順にインク滴を吐出し、例えば光ビームがインク滴に衝突することに起因する受光素子の受光光量の低下からインク滴の吐出を確認し、衝突することなくそのまま通過して受光光量に低下がないことからインク滴の吐出不良を検出していた。吐出不良を検出したときには、インクジェットヘッドを吐出不良回復位置へと移動し、吐出不良を生じたノズルからインクを吸引して復旧していた。

このような液吐出不良検出装置として使用することができるものには、従来、例えば下記の特許文献１や特許文献２に記載のものがある。特許文献１に記載のものでは、不動作ノズルの検出精度を向上するために、ＬＤのビームウエストを検知位置に合わせて移動していた。特許文献２に記載のものでは、光路上のビームウエストの位置をずらした２本の平行なＬＤ光を用いていた。

特開２００１−２９３８４９号公報 特許３５０１５９９号公報

ところが、特許文献１に記載のものでは、不動作ノズルの検出精度を向上するために、ＬＤのビームウエストを検知位置に合わせて移動するため、その駆動機構を必要とし、また液体吐出との同期が必要であり、構造の複雑化と装置コストの増大を招いていた。他方、特許文献２に記載のものでは、特に長いヘッドの場合には、液吐出不良検出を確実に行うために、第１ビーム受光手段に近い側の一端から中央部までの半分のノズルと、第２ビーム受光手段に近い側の一端から中央部までの残りの半分のノズルの検知を分割して行っており、構造が複雑化し、コストの増大を招いていた。

そこで、この発明の目的は、構成が複雑となることなく、低コストで、インク滴等の液体の吐出不良を正確に検出可能として信頼性を向上することにある。

かかる目的を達成すべく、この発明の第１の態様は、発光素子から発した光ビームを液吐出方向と交差する方向に向け、発光素子から発した光ビームが液滴に衝突することにより生ずる散乱光を受光素子で受光し、その受光データから液体吐出不良を検出する液吐出不良検出装置において、受光素子を、発光素子から発した光ビームから外れた位置であって、光ビームに沿った少なくとも２ヶ所以上の異なる位置において散乱光を受光可能に備え、それらの異なる位置で受光した受光素子の光出力値の差から吐出不良を検出するものである。

１つの受光素子を光ビームに沿って移動自在として、光ビームに沿った少なくとも２ヶ所以上の異なる位置で散乱光を受光可能に備えるようにしたり、また複数の受光素子を光ビームのまわりに角度を設けて配置し、光ビームに沿った少なくとも２ヶ所以上の異なる位置で散乱光を受光可能に備えるようにしたりするとよい。

受光素子の受光データに基づき吐出不良の程度を判別して吐出不良回復方法を選定する制御手段を備えるとよい。また、他の液吐出ノズルは塞いで吐出不良の液吐出ノズルからのみ液体を吸引して吐出不良を回復する吸引キャップを備えるとよい。

この発明の第２の態様は、上述した第１の態様である液吐出不良検出装置を備えるインクジェット記録装置にある。そして、インクジェット記録装置において、インク滴サイズに応じて、より大きな出力波形を呈する位置にある受光素子によりインク滴の吐出不良を検出する。

この発明の第１の態様によれば、例えば１つの受光素子を光ビームに沿って移動自在としたり、複数の受光素子を光ビームのまわりに角度を設けて配置したりして、光ビームに沿った少なくとも２ヶ所以上の異なる位置で散乱光を受光可能とするので、構成が複雑となることなく、低コストで、検出精度の向上を図り、インク滴等の液体の吐出不良を正確に検出可能として信頼性を向上することができる。

受光素子の受光データに基づき吐出不良の程度を判別してその吐出不良に応じて吐出不良回復方法を選定し、例えば吸引圧を調整したり、吸引時間をコントロールしたりすると、無駄のないクリーニングを行い、液滴を無駄に消費することなく液体の吐出不良を回復することができる。また、例えば吐出不良ノズルの数が少ないときには、他の液吐出ノズルは塞いで吐出不良の液吐出ノズルからのみ液体を吸引すると、クリーニングで吐出不良を回復する効率を向上することができる。

この発明の第２の態様によれば、インクジェット記録装置において、インク滴サイズに応じて、より大きな出力波形を呈する位置にある受光素子によりインク滴の吐出不良を検出するので、構成が複雑となることなく、低コストで、検出精度の向上を図り、インク滴の吐出不良を正確に検出可能として信頼性を向上したインクジェット記録装置を提供することができる。

以下、図面を参照しつつ、この発明の実施の最良形態につき説明する。
図１（Ａ）にはこの発明による液吐出不良検出装置を備えるインクジェットプリンタを正面から見て示し、（Ｂ）にはその一部を斜め上から見て示す。

図中符号１０は、筐体である。筐体１０の左右の側板１１、１２には、ガイドシャフト１３とガイド板１４を平行に掛け渡して設ける。それらガイドシャフト１３とガイド板１４で、キャリッジ１５を支持する。キャリッジ１５には、不図示の無端ベルトを取り付ける。無端ベルトは、筐体１０内の左右に設ける図示しない駆動プーリと従動プーリに掛けまわす。そして、駆動プーリの回転とともに従動プーリを従動回転して無端ベルトを走行し、キャリッジ１５を図中矢示するごとく左右に移動自在に備えてなる。

キャリッジ１５には、イエロ、シアン、マゼンタ、ブラックの４色のインクジェットヘッド１６ｙ、１６ｃ、１６ｍ、１６ｂをキャリッジ１５の移動方向に並べて搭載する。各インクジェットヘッド１６は、下向きに複数のノズルを直線状に並べてノズル列を有する。図示しないが、直線状のノズル列は、キャリッジ１５の移動方向と直交する方向に設けてなる。

そして、キャリッジ１５が図示する右端のホームポジションにあるときには、各インクジェットヘッド１６を、筐体１０内の底板１７上に設置する回復装置１８と対向する。回復装置１８は、インク滴吐出不良のノズルからインクを吸い出し、吐出不良を回復する装置である。

筐体１０内の底板１７上には、回復装置１８の隣りに、この発明に係る液吐出不良検出装置２０を設ける。液吐出不良検出装置２０については、図２以下を用いて詳しくは後述する。

液吐出不良検出装置２０に隣接する位置には、板状のプラテン２２を設置する。そのプラテン２２の背面側には、プラテン２２上に記録媒体である用紙２３を供給する給紙台２４を斜めに立てて設ける。また、図示省略するが、給紙台２４上の用紙２３をプラテン２２上に送り出す給紙ローラを備える。さらには、プラテン２２上の用紙２３を矢示方向に搬送して正面側に排出する搬送ローラ２５を設けてなる。

筐体１０内の底板１７上には、さらに左端に駆動装置２６を設置する。駆動装置２６は、不図示の給紙ローラや搬送ローラ２５などを駆動するとともに、上述した駆動プーリを駆動することにより無端ベルトを走行してキャリッジ１５を移動する。

そして、記録時は、不図示の制御部に基づき駆動装置２６で駆動して用紙２３をプラテン２２上に移動し、所定位置に位置決めするとともに、キャリッジ１５を移動して用紙２３上を走査し、左方向に移動しながら４色のインクジェットヘッド１６ｙ、１６ｃ、１６ｍ、１６ｂを用いて順にそれぞれのノズルからインク滴を吐出して用紙２３上に画像を記録する。画像記録後、キャリッジ１５を右方向に戻すとともに、用紙２３を矢示方向に所定量搬送する。

次いで、再びキャリッジ１５を左方向に移動しながら往路で４色のインクジェットヘッド１６ｙ、１６ｃ、１６ｍ、１６ｂを用いて順にそれぞれのノズルからインク滴を吐出して用紙２３上に画像を記録する。そして、同様に画像記録後、キャリッジ１５を右方向に戻すとともに、用紙２３を矢示方向に所定量搬送する。以下同様に繰り返し、１枚の用紙２３上に画像を記録する。

図２には、１つのインクジェットヘッド１６と液吐出不良検出装置２０との関係を、インクジェット記録装置の側方から見て示す。

図中符号３０は、発光素子であるレーザダイオードである。レーザダイオード３０からの光は、コリメートレンズ３１で平行光として、レーザ光よりなる光ビーム３２を形成する。発光素子であるレーザダイオード３０から発した光ビーム３２は、インクジェットヘッド１６の各ノズルｎ１〜ｎＸからの、図中矢示するインク滴吐出方向と直角に交差する方向に向ける。

光ビーム３２の出射方向において、インクジェットヘッド１６の下流には、ビーム径から距離Ｙ外れた位置に１つの受光素子３３を配置する。受光素子３３は、レーザダイオード３０から発した光ビーム３２がインク滴に衝突することにより生ずる散乱光を受光し、その受光データからインク滴の吐出不良を検出するものであり、光ビーム３２に沿って移動自在として、インク滴のサイズに応じて、光ビーム３２に沿った少なくとも２ヶ所以上の異なる位置で散乱光を受光可能に備えてなる。この受光素子３３の配置位置は、光ビーム３２の光出力の影響をできるだけ受けず、散乱光の光出力を高ＳＮ比で受ける位置とすることが好ましく、図示例では、ａ位置と、それから下流側に距離Ｌ離れたｂ位置の２ヶ所で受光可能としている。

図３には、受光素子３３がａ位置とｂ位置にあるとき、それぞれインクジェットヘッド１６のノズルから大小のインク滴を吐出したときの受光素子３３の受光波形を示す。

そして、図３から判るとおり、大のインク滴（大滴）の場合のａ位置の最大光出力をＳＤａ、ｂ位置の最大光出力をＳＤｂとし、ＳＤｂとＳＤａとの差をΔＤとする一方、小のインク滴（小滴）の場合のａ位置の最大光出力をＳＳａ、ｂ位置の最大光出力をＳＳｂとし、ＳＳａとＳＳｂとの差をΔｄとする。

すると、ＳＤａ＞ＳＳａ、ＳＤｂ＞ＳＳｂとなり、滴サイズが小さくなれば、光出力値も小さくなる。また、ＳＤｂ＞ＳＤａ、ＳＳａ＞ＳＳｂとなり、液滴が小さいほど、インクジェットヘッド１６に近い位置にピーク位置が存在することが判る。このことから、一般に、レーザ光を粒子に照射したとき、その粒子が小さくなると散乱強度が小さくなり、前方散乱も弱くなる一方、粒子が大きくなると、散乱強度も強くなり、特に前方散乱が強くなるといわれることが理解できる。

したがって、液吐出不良を検出するための液滴サイズを大滴とした場合は、受光素子３３をｂ位置とし、小滴とした場合は、受光素子３３をａ位置とすることで、高ＳＮ比の検知が可能となり、性能向上につなげることができる。

図４には、液滴サイズに応じて受光素子３３を予め設定されたａ位置またはｂ位置に移動して吐出不良ノズルの検知、回復、再検知を行う場合のルーチンワークを示したフローを示す。

図５には、１つのインクジェットヘッド１６と別の液吐出不良検出装置２０との関係を、インクジェット記録装置の下方から見て示す。

液吐出不良検出装置２０は、複数の受光素子３３を光ビーム３２のまわりに角度を設けて配置し、液滴サイズに応じて、光ビーム３２に沿った少なくとも２ヶ所以上の異なる位置で散乱光を受光可能に備えるものである。この図５では、２つの受光素子３３ａ、３３ｂを光ビーム３２のまわりに１８０度の間隔を設けて、ビーム径から距離Ｙ離れた位置に互いに距離Ｌ隔てて散乱光を同時に受光可能に備えてなる。すなわち、この例では、図３に示すような波形を同時に得ることができる。

図６には、図５に示す場合の吐出不良ノズルの検知、回復、再検知を行う場合のルーチンワークを示したフローを示す。

図７〜９には、代表的な不良波形の一例を示す。
図７の例は、検知液滴として大滴を吐出したときに不吐出がある不良波形であり、ａ位置およびｂ位置にある受光素子３３の出力波形がともにノズルｎ２が不吐出であることを示している。

図８の例は、検知液滴として大滴を吐出したときに吐出不良がある不良波形であり、ａ位置およびｂ位置にある受光素子３３の出力波形が、他のノズルｎ２、ｎ３では光出力差が＋ΔＤ（ＳＤａ＜ＳＤｂ）で大滴の正常波形を示しているが、ノズルｎ１の光出力差が＋ΔＳ（ＳＤａ＜ＳＤｂ）を示している場合である。この場合には、ノズルｎ１は、図１０に示すように曲がり不良が発生し、光ビーム３２の中心から外れて通過していることにより検知散乱光低下が生じていると判断できる。

図９の例も、検知液滴として大滴を吐出したときに吐出不良がある不良波形であるが、この図９の例では、ａ位置およびｂ位置にある受光素子３３の出力波形が、他のノズルｎ１、ｎ２では光出力差が＋ΔＤ（ＳＤａ＜ＳＤｂ）で大滴の正常波形を示しているが、ノズルｎ３の光出力差が−ΔＳ（ＳＤａ＞ＳＤｂ）を示している場合である。この場合には、ノズルｎ３は、図１１に示すように滴サイズ不良が発生し、光ビーム３２の中心を通過しているが、滴サイズが小さくなっていることから、散乱光の低下を生じていると判断できる。

図１２には、吐出不良回復方法の１例を示す。
この例では、上述した液吐出不良検出装置２０に基づき記憶する不良ノズルのナンバーを基に吸引キャップ３５を位置合わせしてインクジェットヘッド１６のノズル吐出面１６ａに吸引キャップ３５を被せ、そのシール部３５ａで他のノズルｎ１、ｎ２、ｎ４、ｎ５を塞ぎ、吐出不良のノズルｎ３に吸引孔３５ｂを連通する。これにより、インクジェットヘッド１６外から外気を吸引して圧力を低下することなく吸引動作を行うことができ、吐出不良のノズルｎ３からのみ液体３６を吸引して、詰まりの原因物質を吸い出すことにより吐出不良を回復することができる。

また、受光素子３３の受光データに基づき、吐出不良の程度を判別して吐出不良回復方法を選定する制御手段を備えるとよい。これにより、吐出不良の程度の違いに応じて、例えば吸引圧を調整したり、吸引時間をコントロールしたりなどして、吐出不良回復方法を選定することでクリーニングによる吐出不良の回復効率を向上することができる。

当然のことながら、不吐出ノズルが多い場合には、従来通り、吸引やワイピングによる回復を行う方が、クリーニングによる吐出不良の回復効率を向上することができる。

（Ａ）はこの発明による液吐出不良検出装置を備えるインクジェットプリンタの正面図、（Ｂ）はその一部を斜め上から見て示す斜視図である。 １つのインクジェットヘッドと液吐出不良検出装置との関係を、インクジェット記録装置の側方から見て示す図である。 受光素子がａ位置とｂ位置にあるとき、それぞれインクジェットヘッドのノズルから大小のインク滴を吐出したときの受光素子の受光波形図である。 液滴サイズに応じて受光素子を予め設定されたａ位置またはｂ位置に移動して吐出不良ノズルの検知、回復、再検知を行う場合のルーチンワークを示したフロー図である。 １つのインクジェットヘッドと別の液吐出不良検出装置との関係を、インクジェット記録装置の下方から見て示す図である。 図５に示す場合の吐出不良ノズルの検知、回復、再検知を行う場合のルーチンワークを示したフロー図である。 代表的な不良波形の一例を示す図である。 代表的な不良波形の他例を示す図である。 代表的な不良波形のさらに他例を示す図である。 曲がり不良の説明図である。 滴サイズ不良の説明図である。 吸引キャップによる吐出不良回復状態の説明図である。

符号の説明

３０ レーザダイオ−ド（発光素子）
３２ 光ビーム
３３、３３ａ、３３ｂ 受光素子
ｎ１〜ｎＸ ノズル列
１６、１６ｙ、１６ｃ、１６ｍ、１６ｂ インクジェットヘッド
２０ 液吐出不良検出装置
３５ 吸引キャップ

Claims (6)

1. 発光素子から発した光ビームを液吐出方向と交差する方向に向け、前記発光素子から発した光ビームが液滴に衝突することにより生ずる散乱光を受光素子で受光し、その受光データから液体吐出不良を検出する液吐出不良検出装置において、
   前記受光素子を、前記発光素子から発した光ビームから外れた位置であって、光ビームに沿った少なくとも２ヶ所以上の異なる位置において前記散乱光を受光可能に備え、
   それらの異なる位置で受光した前記受光素子の光出力値の差から吐出不良を検出することを特徴とする、液吐出不良検出装置。
2. １つの前記受光素子を光ビームに沿って移動自在として、光ビームに沿った少なくとも２ヶ所以上の異なる位置で散乱光を受光可能に備えてな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。
3. 複数の前記受光素子を光ビームのまわりに角度を設けて配置し、光ビームに沿った少なくとも２ヶ所以上の異なる位置で散乱光を受光可能に備えてな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。
4. 前記受光素子の受光データに基づき吐出不良の程度を判別して吐出不良回復方法を選定する制御手段を備えてなることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１に記載の液吐出不良検出装置。
5. 他の液吐出ノズルは塞いで吐出不良の液吐出ノズルからのみ液体を吸引して吐出不良を回復する吸引キャップを備えてなることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１に記載の液吐出不良検出装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか１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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