JP4931759B2 - 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

液吐出不良検出装置、およびインクジェット記録装置 Download PDF

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Description

この発明は、ヘッドノズル面等の液滴吐出面から吐出するインク滴等の液滴の液滴吐出方向に対して、発光素子からの光ビームの光軸が直角に交差する方向から当てられ、その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てその受光データから、不吐出や曲がりなどの液吐出不良が光学的に検出され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が備えられ、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が記録され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、例えば特許文献1に記載のものでは、記録ヘッドから吐出されたインク滴が通過する領域を挟んで、対向するように発光素子と受光素子が配置されており、それぞれの前面近傍に、アパーチャが形成された絞り板と、アパーチャが吐出方向に間隔をおいて並ぶように形成された絞り板が設けられている。そして、発光素子からの光で各アパーチャを通して受光素子に入射する2本の光束が、吐出されたインク滴に遮光されることにより受光素子の受光量が変化し、その変化に応じた出力変化に基づいて、不吐出、ヨレ吐出および吐出速度を検出することができる。
また、特許文献2に記載のものでは、液滴を吐出する液滴吐出面を有する液滴吐出手段と、発光素子と受光素子との間に形成される光束中を、光束の光軸と液滴吐出面から飛翔する液滴の飛翔方向とがほぼ直交するようにし、かつ光軸が液滴吐出面にほぼ平行となるように発光素子と受光素子を配置した検出手段と、光束を、光軸と直交する方向から光軸を見たときにほぼ平行光とし、光束の光軸に垂直な断面形状が液滴の飛翔方向に長くなるように形成する光学系と、光束中に液滴を吐出した際の検出手段の検出信号を基に、液滴の吐出状態を判定する吐出判定手段を備えて液滴検出を行う。
特開2006−346906号公報 特開2005−280351号公報
ところが、特許文献1に記載のものでは、アパーチャを外れたときに受光量が変化するため、アパーチャ内でのインク滴のずれ量(変化)を見ることができず、精度が悪く、これを解決するためには、様々なアパーチャを用意しなければならなかった。そして、この特許文献1に記載のものや特許文献2に記載のものでは、曲がり検出の場合、ヘッドノズル面近傍では、液滴の曲がり量が少なく、検出信号に大きな変化が現れないことから、吐出の良/不良の判定が難しい問題があった。
そこで、この発明の第1の目的は、不吐出などとともに、曲がりによる液吐出不良も正確に検出することができる液吐出不良検出装置を提供することにある。
この発明の第2の目的は、吐出液滴の径の大きさに基づき、曲がりによる液吐出不良も正確に検出することができる液吐出不良検出装置を提供することにある。
この発明の第3の目的は、液滴の吐出速度に基づき、曲がりによる液吐出不良も正確に検出することができる液吐出不良検出装置を提供することにある。
この発明の第4の目的は、曲がりによる液吐出不良をもっとも正確に判別できる状態で検出することができる液吐出不良検出装置を提供することにある。
この発明の第5の目的は、曲がりによる液吐出不良も正確に検出することができる液吐出不良検出装置を備えたインクジェット記録装置を提供することにある。
この発明の第1の態様は、ヘッドノズル面等の液滴吐出面から吐出するインク滴等の液滴の液滴吐出方向に対して、半導体レーザやLEDなどの発光素子からの光ビームの光軸が直角に交差する方向から当てられ、その光ビームが液滴に衝突することにより生ずる散乱光をフォトダイオード等の受光素子で受光してその受光データから液吐出不良が検出される液吐出不良検出装置において、上述した第1の目的を達成すべく、液滴吐出面からレーザ光の光軸までの距離を変更する距離変更手段が備えられていることを特徴とする。
そして、吐出液滴の曲がりを検出するときは、液滴吐出面を移動したり、発光素子や受光素子などからなる光学装置を移動したりして、距離変更手段で、液滴吐出面からレーザ光の光軸までの距離を変更し、曲がりをもっとも正確に検出できる最適位置として液吐出不良を検出する。
距離変更手段は、液滴吐出面からレーザ光の光軸までの距離を、上述した第2、3の目的を達成すべく吐出液滴の径の大きさまたは吐出速度に基づき変更するものであったり、上述した第4の目的を達成すべく液滴吐出面から吐出した液滴が自由落下をはじめる直前の位置に変更するものであったりするとよい。
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が備えられているインクジェットプリンタなどのインクジェット記録装置である。そして、吐出液滴の曲がりを検出するときは、距離変更手段で、液滴吐出面からレーザ光の光軸までの距離を、曲がりをもっとも正確に検出できる最適位置として液吐出不良を検出する。
この発明の第1の態様によれば、吐出液滴の曲がりを検出するとき、距離変更手段で液滴吐出面からレーザ光の光軸までの距離を最適位置とすることにより受光素子による検知出力差を大きくして液吐出不良を検出するので、少ない光学部品で低コストである液吐出不良検出装置により、曲がりによる液吐出不良も正確に検出することができる。
距離変更手段が、吐出液滴の径の大きさに基づき、液滴吐出面からレーザ光の光軸までの距離を変更するものであると、吐出液滴の径が大きいときには距離を大きく、小さいときには距離を小さく変更したりし、また吐出液滴の吐出速度に基づき、液滴吐出面からレーザ光の光軸までの距離を変更するものであると、吐出速度が速いときには距離を大きく、遅いときには距離を小さく変更したりして、それぞれ受光素子による検知出力差を大きくして液吐出不良を検出し得る最良な状態として、特に曲がりによる液吐出不良を正確に検出することができる。
距離変更手段が、液滴吐出面からレーザ光の光軸までの距離を、液滴吐出面から吐出した液滴が自由落下をはじめる直前の位置に変更するものであると、液滴の径や速度が小さいため、ファンや熱源による空気の対流の影響を受けて浮遊する前に、液滴の曲がりによる液吐出不良を、検知出力差が大きくもっとも正確に判別できる状態で検出することができる。
この発明の第2の態様によれば、第1の態様である液吐出不良検出装置が備えられているインクジェット記録装置であるので、曲がりによる液吐出不良も正確に検出することができる液吐出不良検出装置を備え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には、インクジェット記録装置に備えられている、この発明に係る液吐出不良検出装置の一例を示す。
図中符号10は、インクジェット記録装置のインクジェットヘッドである。図示例のインクジェットヘッド10には、下向きに液滴吐出面であるヘッドノズル面11が設けられている。液滴吐出面11には、複数のノズルN1、N2、………Nx、………Nnを直線的に並べてあけてノズル列が形成されている。各ノズルからは、選択的に液滴であるインク滴12が吐出される。
また、液滴吐出装置に備えられている図示液吐出不良検出装置には、半導体レーザやLED等の発光素子13、その発光素子13から発した光を平行なレーザ光LBとするコリメートレンズ14、フォトダイオード等の受光素子15などが設けられている。
発光素子13は、ヘッドノズル面11からの距離hが、例えば1mm離れた通常印字面Mにおいて、そのレーザ光LBの光軸Lが、ノズル列と平行となり、ヘッドノズル面11から吐出するインク滴12の液滴吐出方向に対してほぼ直角に交差する方向から当てられるように配置されている。
一方、受光素子15は、レーザ光LBの光径を外れた、図ではレーザ光LBの下に配置されており、レーザ光LBの光径と受光素子15の受光面17が重ならない位置で、できるだけレーザ光LBの光軸Lの中心近くに配設され、これにより効率の良い検知が可能とされている。
そして、ヘッドノズル面11のノズルからインク滴Bを吐出し、そのインク滴12にレーザ光LBが衝突することにより散乱光Sを生じ、その散乱光Sの、特に前方散乱光を受光素子15の受光面17で受光してその受光素子15の光出力を電圧値として計測することにより受光データを得、その受光データから、インク滴12の吐出の有無、曲がりなどの液吐出不良が検出される。
図2には、図1に示す液吐出不良検出装置16に設けられている距離変更手段20を示す。
図示距離変更手段20には、ベース21が設けられ、そのベース21上に、LD部22とPD部23よりなる光学装置24が設置されている。LD部22には、LDケース25内に、上述した発光素子13とコリメートレンズ14とともに、LD駆動回路26が収納されている。他方、PD部23には、PDケース27内に、上述した受光素子15とともに、PD駆動回路28が収納されている。
一方、ベース21は、インクジェットヘッド10に向けて立てた支柱30上に支持されている。支柱30には、ラック31が設けられてそのラック31にピニオン32がかみ合っている。ピニオン32は、制御装置33に基づき駆動モータ34により駆動されるようになっている。
そして、吐出するインク滴12の径の大きさや吐出速度などの上方が制御装置33に入力されると、その情報に基づいて制御装置33により駆動モータ32を駆動してピニオン30を回転し、ベース21を上下動してヘッドノズル面11からレーザ光LBの光軸Lまでの距離hを変更するようになっている。
図3には、図1に示す液吐出不良検出装置16により、インクジェット記録装置の1のノズルNxから吐出したインク滴12の液吐出不良を、ヘッドノズル面11からの距離が通常印字面Mの位置と、それより下方のNの位置とで検出する場合を示す。
図中一点差線で示したものが正常吐出時のインク滴12の軌跡、二点鎖線で示したものが曲がり発生時のインク滴12の軌跡である。また、図中破線で示したものが通常印字面Mの位置にあるレーザ光LBm、実線のものがNの位置にあるレーザ光LBnである。図から判るとおり、曲がりが発生した場合、通常印字面Mの位置では正常吐出したときに比べ距離aだけズレが生じるが、Nの位置では、その距離が広くなり、b(>a)となる。
図4には、レーザ光LBの光強度分布を示す。
図示するように、レーザ光LBの光強度分布は、ガウシアン分布になっており、光強度は、中心がもっとも強く、円の縁にいくにしたがい低下している。これにより、レーザ光LBmの場合とレーザ光LBnの場合に、変化が出てくる。すなわち、図3に示すようにレーザ光LBmによる検出において、正常吐出した場合は、レーザ光LBの光強度が最も強いところを通過するため、光出力値はVであるが、曲がりが発生した場合には、正常吐出したインク滴12より距離aだけ離れるので、光出力値は、Vとなり、低下する(V>V)。レーザ光LBnの場合は、ズレ量がさらに大きくなり、距離b(>a)だけ離れる。したがって、光出力値は、Vとなり、さらに低下する(V>V>V)。
図5には、通常印字面Mの位置にあるレーザ光LBmの検出結果と、Nの位置にあるレーザ光LBnの検出結果を示す。横軸にはインク滴12の吐出時からの時間tを、縦軸には光出力値Vを示す。
図から判るとおり、通常印字面Mの位置での検出結果では、曲がりが発生した場合、ΔVの差だが、Nの位置での検出結果では、ΔV(>ΔV)となり、通常印字面Mのわずかなズレ量も大きな変化として捉えることができる。なお、極小径のレーザ光LBを使用すれば、通常印字面Mでの検知でも同じ効果出すことはできるが、極小径のレーザ光LBの使用は、高コスト化の懸念があり、低コストな方法として、上記方法が最適である。
図6には、横軸にはヘッドノズル面11からの距離h、縦軸にインク滴速度を取り、インク滴の径が40μmの場合と20μmの場合の各インク滴の速度変化の例を示す。
この図6から、径の変化により速度変化の割合が異なっていることが分かる。つまり、径が大きい40μmのインク滴12aでは、速度変化はほぼ無いので、ヘッドノズル面11からの距離hが大きくても検出は可能だが、径が小さい20μmのインク滴12bでは、大滴に比べ速度が遅く、速度変化が大きいため、5mm付近で浮遊を始める。ここで、浮遊とは、液滴径や速度が小さいため、ファンや熱源による空気の対流の影響を受けて、インク滴が飛翔していないことを示す。
インク滴12の径が小さい場合や吐出速度が低い場合、途中で浮遊し始めることがあり、レーザ光LBの位置を、各インク滴の径の大きさや吐出速度に関係なく一定にしておくと、検出ができなくなってしまう。そこで、各インク滴径や吐出速度に応じてレーザ光LBの位置を最適化する必要があり、径が小さいインク滴12bの時は、ヘッドノズル面11からの距離hを、径が大きいインク滴12bに比べ小さくしなければならない。
図7には、例として径が小さいインク滴12bの検知構成を示す。
径が小さいインク滴12bの場合、速度低下が大きく、吐出してから短い距離で浮遊を始めてしまう。そこで、レーザ光LBを距離yだけヘッドノズル面11に近付け、浮遊し始める前のYの位置で検出を行えるようにする。曲がり角が図3の時と同じ場合、レーザ光LBをヘッドノズル面11に近付けた分、ズレ量cは図3の時のズレ量bに比べて小さくはなるが、通常印字面Mの位置でのズレ量aに比べたら大きいので、光出力値の低下も大きくなる。
図8には、レーザ光LBが通常印字面Mの位置にあるときの検出結果と、Nの位置より距離yだけヘッドノズル面11に近づけたYの位置にあるときの検出結果を示す。横軸には径が小さいインク滴12bの吐出時からの時間tを、縦軸には光出力値Vを示す。
図から判るとおり、通常印字面Mでのレーザ光LBmによる検出では、正常吐出した場合、レーザ光LBmの光強度が最も強いところを通過するため、光出力値はVとなる。しかし、曲がりが発生した場合は、正常吐出した場合より距離aだけ離れるので、光出力値がVとなり、ΔV低下する(V>V)。Yの位置のレーザ光LByの場合は、ズレ量は大きくなり、距離c(>a)だけ離れる。したがって、光出力値もVとなり、ΔV低下する(V>V>V)。
通常印字面Mでの検出結果では曲がりが発生した場合、ΔVの差であるが、通常印字面Mより下にした場合、ΔV(>ΔV)となり、通常印字面Mのわずかなズレ量も大きな変化として捉えることができる。したがって、径が小さいインク滴12bを検出する場合、レーザ光LBは、径が大きいインク滴12aを検出するときよりもヘッドノズル面11に近付けた方がいいことになる。
以上のとおり、例えばインクジェット記録装置の液吐出不良検出装置16に、液滴吐出面であるヘッドノズル面11からレーザ光LBの光軸Lまでの距離hを変更する距離変更手段20が備えられる。そして、同一機種のインクジェット記録装置で、例えば高画質の印字を行うべく、インク滴12の滴径を小さくしたときは、距離変更手段20で、ヘッドノズル面11からレーザ光LBの光軸Lまでの距離hを小さく変更し、曲がりをもっとも正確に検出できる最適位置として液吐出不良を検出する。
距離変更手段20は、液滴吐出面からレーザ光の光軸までの距離を、吐出液滴の径の大きさの他、吐出速度に基づき変更するものであったり、液滴吐出面から吐出した液滴が自由落下をはじめる直前の位置に変更するものであったりするとよい。液滴の径や吐出速度を変更するごとに液滴吐出面からレーザ光の光軸までの距離を可変とするが、例えば大滴、中滴、小滴と3種類ある場合に設定を3種類用意せずに、大滴および中滴の場合と小滴の場合のように2つの設定に分けるようにしてもよい。
上述した距離変更手段20では、発光素子LDと受光素子PDよりなる光学装置24を1つのユニットとして、それを液滴吐出方向に上下するようにしたが、光学装置は固定として、液滴吐出面の方を移動するようにしてもよい。また、発光素子と受光素子とを複数段用意しておき、液滴の径や吐出速度に応じて適宜段の発光素子と受光素子とに切り替えて使用するようにしてもよい。このようにすると、部品が増えてコスト高になることが多いが、一組の発光素子と受光素子とを移動させるよりも安価になる場合もある。
さらにこの他にも、複数個の発光素子と1つの受光素子とを設け、または1つの受光素子を設けるとともに、1つの発光素子を上下に移動できる構成とすることも有効である。これは、散乱光Sを検出する場合、受光素子は必ずしもレーザ光の光軸上になく、受光素子にレーザ光が直接入光しなくてもよいからである。この構成を、図9に示す。図示するように、例えば受光素子15を、移動前後の2つのレーザ光LBの光軸Lの概ね中間配置し、散乱光Sを均等に受光できるようにする。
このようにして、液滴吐出面からレーザ光の光軸までの距離を離すと、受光素子の検知出力差が大きくなり、曲がりの判別が容易となるので、液滴径や液滴吐出速度に応じて、液滴吐出面とレーザ光の光軸との間の距離を離せるところまで離すようにする。
図10には、ヘッドノズル面11から各レーザ光LBの光軸Lまでの距離hにおける、インクジェットヘッド10のノズルNxから吐出するインク滴12の曲がりの様子を示す。ここで、曲がり角とは正常吐出したときを0°とし、その吐出方向からの角度を示している。
図10から判るように、ヘッドノズル面11からの距離hが5mm付近のところにレーザ光LBがある場合、曲がり角が約4°まではインク滴12の検出をしているが、ヘッドノズル面11からの距離hが8mm付近と10mm付近のところにレーザ光LBがある場合、曲がり角が約4°のインク滴12の検出はしていない。8mmの地点を境に重力が大きく影響し、インク滴12は、8mmを境に徐々にまっすぐに落下する。
また、図11には、径が大きいインク滴と、径が小さいインク滴の曲がり角が約2°のときのヘッドノズル面11からの距離hと光出力値の関係を示す。
この曲がり角約2°を印字限界曲がり角(これ以上の角度の場合、紙面上では曲がりと判断される値)とすると、ヘッドノズル面11からの距離hが9mm付近のところで、途中から鉛直方向のみの飛翔(これを自由落下という)をするため、光出力値に変化がなくなってくる。したがって、この位置よりヘッドノズル面11に近いところにレーザ光を配置する必要がある。また、径が小さいインク滴の場合、ヘッドノズル面11からの距離hが5mm付近で浮遊を始める。このため、この位置より、ヘッドノズル面11に近いところにレーザ光を配置する必要がある。
ヘッドノズル面11より遠い位置にレーザ光を配置しても、曲がりを発生したことを検知することはできる。しかし、この場合は、紙面上での曲がり量を計算することができないことから、ヘッドノズル面11に近いところにレーザ光を配置する必要がある。
これより、インク滴の径が約40μm、吐出速度が約10mm/sの場合、レーザ光のヘッドノズル面11からの距離hが約9mm以上のときに検知性能としては最適となる。また、インク滴の径が約20μm、吐出速度が約6mm/sの場合、レーザ光のヘッドノズル面11からの距離hが約5mm以上のときに検知性能としては最適となる。
レーザ光のヘッドノズル面11からの距離hが9mmより小さい場合、広い範囲でインク滴hの検出ができるが、光出力の変化が緩やかになってしまい、精度面で低下してしまう。反対に、レーザ光のヘッドノズル面11からの距離を9mm付近にした場合、インク滴の検知範囲は狭くなるが、正常吐出方向からのわずかな変化量で大きく光出力が変化しているので、条件の厳しい検出が可能である。
なお、不良検出箇所の単独回復装置の例としては、上記方法により不良吐出箇所を検出し、その検出結果に基づき、ノズルの清掃、連続吐出、または部分吸引などを行うことが考えられる。これらの方法により、インクの無駄な消費と、時間の節約を行うことができる。
以上、インク滴に曲がりが発生した場合について説明したが、ノズルからインク滴が吐出しない不吐出の場合にも、受光素子の光出力値が変化しないことから、不良を検出することが可能である。
インクジェット記録装置に備えられている、この発明に係る液吐出不良検出装置の一例を示す図である。 図1に示す液吐出不良検出装置に設けられている距離変更手段を示す図である。 図1に示す液吐出不良検出装置により、インクジェット記録装置の1のノズルから吐出したインク滴の液吐出不良を、ヘッドノズル面からの距離が通常印字面の位置と、それより下方の位置とで検出する場合を示す図である。 レーザ光の光強度分布を示す図である。 通常印字面の位置にあるレーザ光の検出結果と、Nの位置にあるレーザ光の検出結果を示す図である。 横軸にはヘッドノズル面からの距離、縦軸にインク滴速度を取り、インク滴の径が40μmの場合と20μmの場合の各インク滴の速度変化の例を示す図である。 例として径が小さいインク滴の検知構成図である。 レーザ光が通常印字面の位置にあるときの検出結果と、Nの位置より距離yだけヘッドノズル面に近づけたYの位置にあるときの検出結果を示す図である。 インクジェット記録装置に備えられている、この発明に係る液吐出不良検出装置の他例を示す図である。 ヘッドノズル面から各レーザ光の光軸までの距離における、インクジェットヘッドのノズルから吐出するインク滴の曲がりの様子を示す図である。 径が大きいインク滴と、径が小さいインク滴の曲がり角が約2°のときのヘッドノズル面からの距離と光出力値の関係を示す図である。
符号の説明
10 インクジェットヘッド
11 ヘッドノズル面(液滴吐出面)
12 インク滴(液滴)
13 発光素子
14 コリメートレンズ
15 受光素子
16 液吐出不良検出装置
17 受光素子の受光面
20 距離変更手段
21 ベース
22 LP部
23 PD部
24 光学装置
25 LPケース
26 LP駆動回路
27 DPケース
28 DP駆動回路
30 支柱
31 ラック
32 ピニオン
33 制御装置
34 駆動モータ
LB レーザ光
L レーザ光の光軸
M 通常印字面
N1、N2、………Nx、………Nn ノズル
S 散乱光
h 液滴吐出面からレーザ光の光軸までの距離

Claims (5)

  1. 液滴吐出面から吐出する液滴の液滴吐出方向に対して、発光素子からの光ビームの光軸が直角に交差する方向から当てられ、その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てその受光データから液吐出不良が検出される液吐出不良検出装置において、
    前記液滴吐出面から前記レーザ光の光軸までの距離を変更する距離変更手段が備えられていることを特徴とする液吐出不良検出装置。
  2. 前記距離変更手段が、吐出液滴の径の大きさに基づき、前記液滴吐出面から前記レーザ光の光軸までの距離を変更するものであ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. 前記距離変更手段が、液滴の吐出速度に基づき、前記液滴吐出面から前記レーザ光の光軸までの距離を変更するものであ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. 前記距離変更手段が、前記液滴吐出面から前記レーザ光の光軸までの距離を、前記液滴吐出面から吐出した液滴が自由落下をはじめる直前の位置に変更するものであ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. 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が備えられていることを特徴とする、インクジェット記録装置。
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