JP6500395B2 - 液滴吐出状態検出装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、液滴吐出状態検出装置及び画像形成装置に関する。

従来から、記録ヘッドが主走査方向を移動しながら液滴を吐出することにより画像を形成するシリアル型画像形成装置と、記録ヘッドが移動しない状態で液滴を吐出することにより画像を形成するライン型ヘッドを用いるライン型画像形成装置と、が知られている。

記録ヘッドは、インクをノズルから記録媒体に対して吐出させることにより記録を行うものである。したがって、ノズルから溶媒が蒸発することに起因するインク粘度の上昇や、インクの固化、塵埃の付着、さらには気泡の混入等によりインク吐出不良が発生すると、形成される画像品質が低下する。

そこで、記録ヘッドのノズルから吐出される液滴の吐出状態を検出する液滴吐出状態検出装置として、記録ヘッドのノズル列の一方側からノズル列に沿ってレーザ光を照射し、ノズル列の他方側に、光ビームの光軸からずれた位置に液滴からの散乱光を受光する受光手段を配置することにより、液滴吐出の有無を検出する前方散乱光方式と呼ばれる技術が存在する。

前方散乱光方式を用いた検出方式では、液滴が存在しない状態でも、照射されたレーザ光から光線が生じ、受光手段に到達するオフセット光と呼ばれる光が存在する。また、液滴が存在する場合、散乱光が、オフセット光に上乗せされた状態で受光手段において検知される。この様子を図１４に示す。

図１４は、前方散乱光方式を用いた検出方式において、散乱光とオフセット光の検知光量について説明する図である。散乱光を確実に受光するには、オフセット光の光量はできる限り低いほうが、散乱光を検知するのには有利である。オフセット光の光量を低減するため、照射されたレーザ光に対してスリットやついたて等を設けることにより、受光手段にオフセット光が到達しないように工夫することも行われている。

散乱光は、液滴に照射されるレーザ光の光量が大きいほど大きくなるものであるから、散乱光の光量が大きいほうが好ましい。しかしながら、レーザ光から照射される光量が大きいとオフセット光の光量も大きくなるので、両者のバランスが重要である。受光手段において、検知可能な光量の下限値は素子によって予め決まっているのであるから、所定の光量以上のレーザ光を液滴に照射する必要がある。

レーザ光の光量が変化すると散乱光の光量も変化する。何らかの原因により照射するレーザ光の光量が低下した場合、照射するレーザ光の出力に余裕があれば、レーザ光本体の光量を上昇させれば良いが、出力に余裕がない場合、散乱光の光量が不足することにより、液滴の存在を検知できないことになるため問題となる。

特許文献１の図６、特許文献２の図６には、レーザダイオードから発光された光がインク滴に当たり、インク滴部分で発せられる散乱光を受光する液滴吐出検知の構成が開示されている。これらの文献では、受光手段が検知光の下部に備えられ、インク滴は、レーザ光の広がり角の狭い方向をインク吐出方向としている。

特許文献１及び特許文献２に開示された液滴吐出検知の構成では、レーザ光の出射方向にばらつきがある場合や、レンズ直後のスリット開口位置にばらつきがある場合、スリット開口を通過する光量が低下してしまい、散乱光を検知するのに十分な光量が得られないという問題がある。

そこで、本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、レーザ光の出射方向にばらつきがある場合や、レンズ直後のスリット開口位置にばらつきがある場合であっても、スリット開口を通過する光量の低下を防ぐことが可能な液滴吐出状態検出装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の本発明における液滴吐出状態検出装置は、光源と、液滴を吐出する吐出手段と、前記光源が発する光線を、二次元方向において所定の寸法を有する開口を通過させることにより前記所定の寸法を有する光ビームにする開口手段と、前記吐出手段により前記液滴が吐出されない状態で、前記光ビームによって生成される検知光を受光する受光手段と、前記開口を通過する前記光ビームの光量が最大となるよう、前記開口手段の前記二次元方向における位置を調整する調整手段と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、レーザ光の出射方向にばらつきがある場合や、レンズ直後のスリット開口位置にばらつきがある場合であっても、スリット開口を通過する光量の低下を防ぐことが可能な液滴吐出状態検出装置を得ることができる。

本実施形態に係る液滴吐出状態検出装置を実装した画像形成装置の概略図である。 第１の実施形態に係る液滴吐出状態検出装置の概略図である。 第１の実施形態のスリット開口のＸ方向の調整固定方法を示す図である。 第１の実施形態のスリット開口のＹ方向の調整固定方法を示す図である。 第１の実施形態においてスリット位置の調整固定前の状態を示す図である。 第１の実施形態においてスリット位置の調整固定後の状態を示す図である。 第２の実施形態における光源部分を示す図である。 第２の実施形態における光源の調整固定方法の一例を示す図である。 第２の実施形態において光源位置の調整固定前の状態を示す図である。 第２の実施形態において光源位置の調整固定後の状態を示す図である。 第３の実施形態のスリット開口のＸ方向の調整固定方法を示す図である。 第３の実施形態のスリット開口のＹ方向の調整固定方法を示す図である。 第４の実施形態の光源調整固定方法を示す図である。 前方散乱光方式を用いた検出方式において、散乱光とオフセット光との検知光量について説明する図である。

次に、本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化乃至省略する。以下、本実施形態について説明するが、本実施形態は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。

＜第１の実施形態＞
図１は、本実施形態に係る液滴吐出状態検出装置を実装した画像形成装置の概略図である。図１において、四角の点線で示したものが、本実施形態の液滴吐出状態検出装置１−１、１−２、・・・、１−ｐを示している。記録媒体Ｗは、給紙モータに連結された給紙搬送ローラ３と、給紙搬送従動ローラ４とにより、記録媒体Ｗの搬送に従動する従動ローラ６上を搬送されて、走行プレート７へと搬送される。従動ローラ６は、給紙部から記録媒体Ｗの所定距離の移動に応じて検出信号を出力する記録媒体送り量検出エンコーダ５を備えている。

走行プレート７に対向する位置にあるインクジェットヘッドアレイ８のインクジェットヘッド９−１、９−２、・・・、９−ｑによって、記録媒体Ｗに対してインク液滴の吐出を行う。その後、走行プレート７上を搬送された記録媒体Ｗは、排紙モータに連結された排紙搬送ローラ１１と、排紙従動ローラ１２とによって搬送され、画像形成装置の外へと排出される。

図２は、第１の実施形態に係る液滴吐出状態検出装置の概略図であり、液滴吐出状態検出時の状態を示している。所定の位置に載置された発光素子であるＬＤ（Laser Diode）光源２０から光が照射されると、レンズ２１により略平行光となる。そして、スリット２２において所定の幅を有する光ビームとなり、検知光３１が生成される。

インク３２は、インクジェットヘッド２３から図２の吐出方向矢印の向きに吐出される。吐出されるインク３２に検知光３１が照射すると散乱光３３が発生し、受光素子基板２４に実装された受光素子２５に到達し検知される。インク３２が吐出されない場合、散乱光３３は発生しないので、受光素子２５において検知光３１に基づくオフセット光は検知されるが、散乱光３３は検知されない。また、インク３２が吐出された場合、散乱光３３は、オフセット光に上乗せされた状態で受光素子２５において検知される。なお、検知光３１は受光素子基板２４上の検知光到達点３１ａに到達する。

光源の広がる角度の大きさが異なる場合、広がる角度が大きい方向のオフセット光の方が、広がる角度が小さい方向のオフセット光より大きくなる。そのため、図２に示すように、広がる角度の大きい方向をＹ方向とし、受光素子２５は、検知する光線に対してＸ方向側に伸延するよう設けられている。レンズ２１、及びスリット２２に、点線を用いて広がる角度の大きい方向を図示している。

第１の実施形態のポイントは、スリット２２のスリット開口２８の位置を、Ｘ方向及びＹ方向に調整し固定する機構を設けたことである。図２の矢印に示すように、スリット２２のスリット開口２８の位置をＸ方向に調整するＸ方向調整２６ａと、Ｙ方向に調整するＹ方向調整２６ｂとがある。

スリット２２のスリット開口２８の位置調整固定方法は様々存在するが、一例を図３及び図４に示す。図３は、第１の実施形態のスリット開口のＸ方向の調整固定方法を示す図である。図４は、第１の実施形態のスリット開口のＹ方向の調整固定方法を示す図である。

スリット２２にはスリット開口２８が設けられており、スリット２２は、ねじ３４を用いて、スリット開口２８付近に大きな開口３５が設けられているスリットホルダ３０に固定される。ねじ３４の穴は、スリット開口２８の位置を調整できる程度に大きい穴としている。

例えば、Ｘ方向の調整をする場合、図３に示すようにＸ治具２９ａを用いてスリット２２全体を位置決めし、ねじ３４で固定する。Ｘ治具２９ａは液滴吐出状態検出装置に組み込む必要がないので、液滴吐出状態検出装置自体のコスト上昇を抑えることができる。

また、Ｙ方向の調整をする場合、図４に示すようにＹ治具２９ｂを用いてスリット２２全体を位置決めし、ねじ３４で固定する。Ｙ冶具２９ｂも液滴吐出状態検出装置に組み込む必要がないので、液滴吐出状態検出装置自体のコスト上昇を抑えることができる。

このように、本実施形態では、Ｘ方向、Ｙ方向といった二次元方向における開口の位置を調整することとしている。この調整方法により、スリット２２のスリット開口２８を通過する光ビームの光量を最大に調整できる理由を以下説明する。

図５は、第１の実施形態においてスリット位置の調整固定前の状態を示す図である。また、図６は、第１の実施形態においてスリット位置の調整固定後の状態を示す図である。図５、図６において、ＬＤ光源２０から照射される中心光は、液滴吐出状態検出装置の製造誤差等により、角度θだけ傾いている。また、レンズ２１を通過し、スリット開口２８を備えるスリット２２を通過する光線の光量を図５、図６の右側にグラフ化している。グラフのＹ軸は位置を示し、Ｘ軸は光量を示す。

スリット２２のスリット開口２８の中心と、レンズ２１の中心とが同じ光軸上にある、図５に示すスリット位置の調整固定前の状態では、ＬＤ光源２０が角度θだけ傾いていることにより、最大光量となる位置がずれる。そのため、スリット２２のスリット開口２８を通過する光量は、図５の右側のグラフに矢印で示した通過光線に示す範囲となり、最大光量と比較すると光量が低くなってしまう。

一方、図６に示すスリット位置の調整固定後の状態では、ＬＤ光源２０が角度θだけ傾いていたとしても、スリット２２のスリット開口２８の位置を、スリット開口２８を通過する光ビームの光量が最大となる位置に調整できる。よって、スリット２２のスリット開口２８を通過する光量は、図６の右側のグラフに矢印で示した通過光線に示す範囲となり、通過する光量を大きくすることができる。

この場合、レンズ２１の光軸と光線の位置との間にずれが生じる。この点は、ＬＤ光源２０、レンズ２１、スリット２２が一体となった液滴吐出状態検出装置の位置を微調整することにより、受光素子２５付近に到達する検知光を調整することにより解消される。この第１の実施形態の応用例として、スリット開口２８を通過する光ビームの光量が最大となる位置でスリット２２を接着剤等で固定すれば、さらに低コストで液滴吐出状態検出装置を実現することができる。

＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態について説明する。主要な構成は上記した第１の実施形態と同様である。第２の実施形態のポイントは、ＬＤ光源２０を、Ｘ軸を中心とする回転方向（以下、α回転ともいう。）、及びＹ軸を中心とする回転方向（以下、β回転ともいう。）に調整し、固定する機構を設けたことである。図７は、第２の実施形態における光源部分を示す図であり、図２のＬＤ光源２０の部分を示す図である。二次元方向のうち、Ｘ軸を中心とする回転方向（α回転）を２７ａ、Ｙ軸を中心とする回転方向（β回転）を２７ｂで示している。

調整固定方法は様々なものが考えられるが、その一例を図８に示す。図８は、第２の実施形態における光源の調整固定方法の一例を示す図であり、ＹＺ座標平面の図である。図８は、ＬＤホルダ４３にＬＤ光源２０をねじ３４で固定する様子を示している。なお、図８では、ＬＤ光源２０は、製造誤差等によりＬＤ光源２０の光線出射面に垂直な方向の直線３７に対して角度θだけ傾いた照射方向に光線３６が発する光線の最大光量が現れる様子を示している。

この傾きを補正するため、ＬＤ光源２０とＬＤホルダ４３との間にスペーサ等のシム３８を挟んで固定している。このような方法で、ＬＤ光源２０のＸ軸を中心とする回転方向（α回転）を調整し、固定することができる。この方法は、比較的簡単な部品で調整可能であるので、液滴吐出状態検出装置のコスト上昇を抑えることができる。次に、この調整方法を用いることにより、スリット２２のスリット開口２８を通過する光ビームの光量を最大に調整できる理由を説明する。

図９は、第２の実施形態において光源位置の調整固定前の状態を示す図である。また、図１０は、第２の実施形態において光源位置の調整固定後の状態を示す図である。図９、図１０において、ＬＤ光源２０からの中心光は、製造誤差等によりＬＤ光源２０の光線出射面に垂直な方向に対して角度θ傾いている。また、レンズ２１を通過し、スリット開口２８を備えるスリット２２を通過する光線の光量を右側にグラフ化している。グラフのＹ軸は位置を示し、Ｘ軸は光量を示す。

スリット２２のスリット開口２８がレンズ２１と同じ光軸上にあり、ＬＤ光源２０が傾いている図９に示す光源位置の調整固定前の状態では、ＬＤ光源２０が発する光線の最大光量となる位置が角度θだけ傾いている。これにより、スリット２２のスリット開口２８を通過する光量は、図９の右側のグラフに矢印で示した通過光線に示す範囲となり、最大光量と比較すると光量が低くなってしまう。

一方、図１０に示す光源位置の調整固定後の状態では、ＬＤ光源２０が発する光線の最大光量となる位置が角度θだけ傾いていたとしても、ＬＤ光源２０が発する光線の照射方向を、スリット開口２８を通過する光ビームの光量が最大となる位置に調整できる。よって、スリット２２のスリット開口２８を通過する光量は、図１０の右側のグラフに矢印で示した通過光線に示す範囲となり、通過する光量を大きくすることができる。なお、図８、図９、及び図１０では、α回転の方向について説明したが、β回転の方向についても同様の構成で実現可能である。

＜第３の実施形態＞
次に、第３の実施形態について説明する。主要な構成は第１の実施形態と同様である。第３の実施形態のポイントは、スリット２２のＸ方向、Ｙ方向の調整、及び固定機構を備えることであり、第１の実施形態と異なる調整固定形態である。

図１１は、スリット開口のＸ方向の調整固定方法を示す図である。図１１において、スリット２２ａは、スリットホルダ３０の内側にＸ方向にスライドするように実装されている。スリット２２ａの位置は、調整ねじ３９を用いて調整し、反対側をバネ４０で押し付ける構造である。このとき、スリットホルダ３０には開口３５が設けられており、また、開口２８ａは、調整固定するＸ方向には所定の寸法を有しているが、Ｙ方向は大きめの寸法に設定されている。

図１２は、スリット開口のＹ方向の調整固定方法を示す図である。図１２において、スリット２２ｂは、スリットホルダ３０の内側にＹ方向にスライドするように実装されている。スリット２２ｂの位置は、調整ねじ３９を用いて調整し、反対側をバネ４０で押し付ける構造である。このとき、スリットホルダ３０には開口３５が設けられており、また、開口２８ｂは、調整固定するＹ方向には所定の寸法を有しているが、Ｘ方向は大きめの寸法に設定されている。

この実施形態の場合、図１１及び図１２に示す２つのスリット調整固定機構を実装することにより、スリット２２のＸ方向及びＹ方向の調整及び固定が可能となる。この実施形態の場合、図８で説明した第２の実施形態におけるシム３８を使用した方法よりも調整を早く行うことができる。

＜第４の実施形態＞
次に、第４の実施形態について説明する。主要な構成は第２の実施形態と同様である。第４の実施形態のポイントは、ＬＤ光源２０のＸ軸を中心とする回転方向（α回転）、Ｙ軸を中心とする回転方向（β回転）の調整、及び固定機構を備えることである。第２の実施形態と異なる光源調整固定方法を図１３に示す。

図１３では、ステージ４１にステージ回動部４４が実装され、ステージ回動部４４の突起部４５を調整ねじ３９を用いて調整し、反対側に設けられたバネ４０で押し付けることにより固定する。これにより、ＬＤ光源２０の実装されたＬＤホルダ４３は、ステージ回動部４４に実装されているので、矢印４２のようにα回転（Ｘ軸を中心とした回転）の調整が可能となる。

この実施形態の場合、第２の実施形態におけるシム３８を使用した方法よりも調整を早く行うことができる。なお、図１３では、α回転の方向について説明したが、β回転の方向についても同様の構成で実現可能である。

このように、本実施形態では、スリット開口位置を光軸垂直方向に調整及び固定する機構、又は発光素子の光の照射方向を調整及び固定する機構を備えている。したがって、発光素子の光の照射方向ずれ、又はスリット開口位置ずれが生じたとしても、スリット開口を通過する光線の光量を大きくすることができる。これにより、十分な検知光量を得られないという課題が解消される。

本発明によれば、レーザ光の出射方向にばらつきがある場合や、レンズ直後のスリット開口位置にばらつきがある場合であっても、スリット開口を通過する光量の低下を防ぐことが可能な液滴吐出状態検出装置及び画像形成装置を得ることができる。

以上、これまで本発明の実施形態について説明してきたが、本発明の実施形態は上述した実施形態に限定されるものではない。すなわち、他の実施形態、追加、変更、削除等、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、何れの態様においても本発明の作用効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

１−１、１−２、・・・、１−ｐ 液滴吐出状態検出装置
３ 給紙搬送ローラ
４ 給紙搬送従動ローラ
５ 記録媒体送り量検出エンコーダ
６ 従動ローラ
７ 走行プレート
８ インクジェットヘッドアレイ
９−１、９−２、・・・、９−ｑ、２３ インクジェットヘッド
１１ 排紙搬送ローラ
１２ 排紙従動ローラ
２０ ＬＤ光源
２１ レンズ
２２ スリット
２２ａ Ｘ方向調整用スリット
２２ｂ Ｙ方向調整用スリット
２４ 受光素子基板
２５ 受光素子
２６ａ Ｘ方向に調整することを示す矢印
２６ｂ Ｙ方向に調整することを示す矢印
２７ａ Ｘ軸を中心とする回転方向（α回転）
２７ｂ Ｙ軸を中心とする回転方向（β回転）
２８ スリット開口
２８ａ Ｘ方向調整用開口
２８ｂ Ｙ方向調整用開口
２９ａ Ｘ冶具
２９ｂ Ｙ冶具
３０ スリットホルダ
３１ 検知光
３１ａ 検知光到達点
３２ インク
３３ 散乱光
３５ 開口
３４ ねじ
３６ 光線
３７ ＬＤ光源の光線出射面に垂直な方向の直線
３８ シム
３９ 調整ねじ
４０ バネ
４１ ステージ
４２ 回動の様子を示す矢印
４３ ＬＤホルダ
４４ ステージ回動部
４５ 突起部
θ 光源傾き角

特開２０１３−２３３６５５号公報 特開２０１１−０８３９６５号公報

Claims (8)

1. 光源と、
   液滴を吐出する吐出手段と、
   前記光源が発する光線を、二次元方向において所定の寸法を有する開口を通過させることにより前記所定の寸法を有する光ビームにする開口手段と、
   前記吐出手段により前記液滴が吐出されない状態で、前記光ビームによって生成される検知光を受光する受光手段と、
   前記開口を通過する前記光ビームの光量が最大となるよう、前記開口手段の前記二次元方向における位置を調整する調整手段と、
   を含むことを特徴とする液滴吐出状態検出装置。
2. 光源と、
   液滴を吐出する吐出手段と、
   前記光源が発する光線を、所定の寸法を有する開口を通過させることにより前記所定の寸法を有する光ビームにする開口手段と、
   前記吐出手段により前記液滴が吐出されない状態で、前記光ビームによって生成される検知光を受光する受光手段と、
   前記開口を通過する前記光ビームの光量が最大となるよう、前記光源が発する光線の照射方向を調整する調整手段と、
   を含むことを特徴とする液滴吐出状態検出装置。
3. 前記調整手段によって調整された位置に前記開口手段又は前記光源を固定する固定手段をさらに含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の液滴吐出状態検出装置。
4. 前記受光手段は、前記吐出手段により前記液滴が吐出された状態で、前記光ビームが前記液滴に照射することによって生成される散乱光を受光することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の液滴吐出状態検出装置。
5. 請求項１に記載の液滴吐出状態検出装置を含むことを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項２に記載の液滴吐出状態検出装置を含むことを特徴とする画像形成装置。
7. 前記調整手段によって調整された位置に前記開口手段又は前記光源を固定する固定手段をさらに含むことを特徴とする請求項５又は６に記載の画像形成装置。
8. 前記受光手段は、前記吐出手段により前記液滴が吐出された状態で、前記光ビームが前記液滴に照射することによって生成される散乱光を受光することを特徴とする請求項５から７の何れか１項に記載の画像形成装置。

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