JP7451196B2 - 記録装置及び判定方法 - Google Patents

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Description

本発明は記録装置及びその制御方法に関する。
熱エネルギーを発生させることによってノズルからインク液滴を吐出させるインクジェット記録装置において、ノズルの目詰まりなどによりインクの吐出不良が発生することがある。吐出不良は画像品位の低下につながるため、画像品位の低下を抑制するためにはインクの吐出状態を回復させる回復動作や、他のノズルなどによる補完動作を速やかに実行することが好ましい。これらの動作を速やかに行うためには、インクの吐出状態を正しく判定することが必要となる。
特許文献1には記録ヘッドからのインク吐出不良を検出するために、熱エネルギーを発生させるヒータ付近の温度変化を検出する方法が開示されている。具体的には、正常吐出時は検出温度が最高温度に到達した時刻から一定時間後に温度の降下速度が変化するポイントが出現するが、吐出不良時は出現しないことを利用し、このポイントの有無を検知することで、インクの吐出状態を判定することが開示されている。
特開2008-000914号公報
ところで、インクは液体であるため気圧の影響を受けやすく、記録ヘッドからインクを吐出する際のインクの挙動は記録装置の周囲の気圧によって変化する。例えば、特許文献1の方法によってインクの吐出状態を判定しようとする場合には、気圧によって、熱エネルギーを発生させる記録素子付近の検出温度が最高温度に到達した時刻から温度の低下速度が変化するポイントが出現するまでの時間や温度の降下速度の変化量が変わる。そのため、周囲の気圧によっては吐出状態を正しく判定できない虞がある。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、周囲の気圧が変化してもインクの吐出状態を判定することを目的とする。
本発明は、複数の吐出口と、各々の前記吐出口に対応する位置に設けられた熱エネルギーを発生する記録素子を備え、前記記録素子の駆動によりインクを前記吐出口から吐出する記録ヘッドと、前記記録素子を駆動するための駆動パルスを印加する駆動手段と、インクを吐出するための駆動パルスを印加して前記記録素子を駆動したときの、前記記録素子付近の温度変化を検知する温度検知手段と、前記温度検知手段によって検知した温度変化に基づいて前記吐出口のインクの吐出状態を判定する判定手段と、を備える記録装置であって、前記記録ヘッドの周囲の気圧の情報を取得する取得手段と、前記取得手段が取得した前記気圧の情報に基づいて、前記駆動手段が、前記判定手段によってインクの吐出状態を判定するときに前記記録素子に印加する駆動パルスを設定する設定手段と、を有し、前記駆動手段は、前記判定手段によってインクの吐出状態を判定するときには前記記録素子に、インクを吐出させるための第1の駆動パルスと、前記第1の駆動パルスの後に第2の駆動パルスを印加することを特徴とする。
本発明によれば、周囲の気圧に応じてインク吐出後の記録素子に印加するパルスを変えることによって周囲の気圧が変化してもインクの吐出状態を正しく判定することができる。
本実施形態に係る記録装置の内部の模式図である。 本実施形態に係る記録装置の内部構造を模式的に示す斜視図である。 本実施形態に係る記録装置の制御回路の構成を示すブロック図である。 本実施形態に係るシリコン基板に形成された記録素子近傍の多層配線構造を示す図である。 本実施形態に係る素子基板を用いた温度検知の制御構成を表すブロック図である。 本実施形態における正常吐出時の吐出状態を示す模式図である。 本実施形態における気圧が1atmのときの温度波形と温度変化信号の波形を表した図である。 1atm時と0.7atm時に同じ駆動パルスを印加したときの温度波形と温度変化信号を示す図である。 気圧が0.7atm時に正常吐出をした場合の温度波形と温度変化信号の波形を示す図である。 本実施形態におけるインクの吐出状態を判定する処理のフローチャートである。 本実施形態における駆動パルスを設定するためのテーブルである。 本実施形態における気圧が1atmのときの温度波形と温度変化信号の波形を表した図である。 気圧が0.7atm時に正常吐出をした場合の温度波形と温度変化信号の波形を示す図である。 本実施形態における駆動パルスを設定するためのテーブルである。 気圧0.7atm時の第2の駆動パルスを印加するタイミングを変化させた時の温度波形と温度変化信号を示す図である。 本実施形態における駆動パルスを設定するためのテーブルである。
以下添付図面を参照して実施形態を説明する。
なお、この明細書において、「記録」(「プリント」という場合もある)とは、文字、図形等有意の情報を形成する場合のみならず、有意無意を問わない。また人間が視覚で知覚し得るように顕在化したものであるか否かを問わず、広く記録媒体上に画像、模様、パターン等を形成する、または媒体の加工を行う場合も表すものとする。
また、「記録媒体」とは、一般的な記録装置で用いられる紙のみならず、広く、布、プラスチックフィルム、金属板、ガラス、セラミックス、木材、皮革等、インクを受容可能なものも表すものとする。
さらに、「インク」(「液体」と言う場合もある)とは、上記「記録(プリント)」の定義と同様広く解釈されるべきものである。従って、記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成または記録媒体の加工、或いはインクの処理(例えば記録媒体に付与されるインク中の色剤の凝固または不溶化)に供され得る液体を表すものとする。
またさらに、「ノズル」とは、特に断らない限り吐出口ないしこれに連通する液路であり、「記録素子」は吐出口に対応して設けられ、インク吐出に利用されるエネルギーを発生する素子を指すものとして用いる。例えば吐出口と対向する位置に記録素子が設けられることがある。
以下に用いる記録ヘッド用の素子基板(ヘッド基板)とは、シリコン半導体からなる単なる基体を指し示すものではなく、各素子や配線等が設けられた構成を差し示すものである。
さらに、基板上とは、単に素子基板の上を指し示すだけでなく、素子基板の表面、表面近傍の素子基板内部側をも示すものである。
<記録装置の構成>
図1は本実施形態に係る記録装置1000の内部の模式図である。
図2は本実施形態に係る記録装置1000の内部構造を模式的に示す斜視図である。図1に示すように、記録装置1000は、記録媒体2を積載する積載部15と、記録媒体2をY方向に搬送する搬送部1と、記録ヘッド3と、インクタンク200と、プリントエンジンユニット417とを備えている。図1に示すように、搬送部1は、Y方向に長さFの距離だけ離して設けられた2つの搬送ローラ81、82を備え、搬送ローラ81、82を回転することにより記録媒体2が搬送される。記録ヘッド3は記録媒体2の搬送方向であるY方向と交差する方向であるX方向にインクを吐出する吐出口が記録媒体2の幅に亘って配列される吐出口列を有する所謂フルラインヘッドである。記録ヘッド3は複数の色のインクを吐出可能であり、各色のインクを吐出する吐出列がY方向に配置されている。本実施形態では記録ヘッド3はシアン(C)、マゼンタ(M)、イエロ(Y)、ブラック(K)を吐出可能である。画像の記録は、搬送部1が記録媒体2を搬送しながら、記録ヘッド3が記録媒体2にインクを吐出することによって行う。なお、記録媒体2は、カットシートでも、連続したロールシートであっても良い。
記録ヘッド3の筐体80には負圧制御ユニット230と液体供給ユニット220と液体接続部111とが備えられる。インクタンク200(図1参照)から液体供給ユニット220へインクを供給または排出する液体接続部111を通じてインクが液体供給ユニット220に供給される。液体供給ユニット220は記録ヘッド3の各吐出口へインクを供給する。負圧制御ユニット230はインクの供給経路内の負圧を制御する。また、記録ヘッド3には、記録ヘッド3へ電力および吐出制御信号を伝送する電気制御部(不図示)が電気的に接続される。
本実施形態の記録ヘッドは、インクを吐出させるための記録素子309(図4参照)として電気熱変換素子(以下、ヒータとも称する。)が記録ヘッド3の基板上に設けられている。電気熱変換素子は各吐出口のそれぞれに対応して設けられている。記録信号に応じて、記録信号に対応する電気熱変換素子にパルス電圧を印加することによって電気熱変換素子は熱エネルギーを発生させてインクを加熱し、吐出口からインクを吐出する。本実施形態において電気熱変換素子に印加する電圧は24Vである。
また、記録装置1000には記録ヘッド3からの吐出状態を回復させるための回復ユニット(不図示)が設けられている。回復ユニットは、記録ヘッド3の吐出口面を払拭する払拭部材と、吐出口面を吸引する吸引部を備えている。回復ユニットが動作することによって吐出口面に付着したインクを除去し、インクの吐出状態を回復することができる。また、インクの吐出状態を回復させる方法として、画像の記録とは関係なく、記録媒体外にインクを吐出させる予備吐出がある。回復動作は記録を開始する前や記録後に行うことができる。なお、記録装置は、上述した記録媒体の幅に相当する記録幅をもつフルライン記録ヘッドを用いた記録装置に限定するものではない。例えば、記録媒体の搬送方向に吐出口を配列した記録ヘッドをキャリッジに搭載し、そのキャリッジを往復走査しながらインクを記録媒体に吐出して記録を行ういわゆるシリアルタイプの記録装置にも適用できる。
<制御構成の説明>
図3は記録装置1000の制御回路の構成を示すブロック図である。
図3に示すように、記録装置1000は、主に記録部を統括するプリントエンジンユニット417と、スキャナ部を統括するスキャナエンジンユニット411と、記録装置1000の全体を統括するコントローラユニット410によって構成されている。MPUやEEPROMなどの不揮発性メモリを内蔵したプリントコントローラ419は、コントローラユニット410のメインコントローラ401の指示に従ってプリントエンジンユニット417の各種機構を制御する。スキャナエンジンユニット411の各種機構は、コントローラユニット410のメインコントローラ401によって制御される。
以下、制御構成の詳細について説明する。
コントローラユニット410において、CPUにより構成されるメインコントローラ401は、ROM407に格納されているプログラムや各種パラメータに従って、RAM406を作業領域としながら記録装置1000の全体を制御する。例えば、ホストI/F402またはワイヤレスI/F403を介してホスト装置400から印刷ジョブが入力されると、メインコントローラ401の指示に従って、画像処理部408は受信した画像データに対して所定の画像処理を施す。そして、メインコントローラ401はプリントエンジンI/F405を介して、画像処理を施した画像データをプリントエンジンユニット417へ送信する。
なお、記録装置1000は無線通信や有線通信を介してホスト装置400から画像データを取得しても良いし、記録装置1000に接続された外部記憶装置(USBメモリ等)から画像データを取得しても良い。無線通信や有線通信に利用される通信方式は限定されない。例えば、無線通信に利用される通信方式として、Wi-Fi(Wireless Fidelity)(登録商標)やBluetooth(登録商標)が適用可能である。また、有線通信に利用される通信方式としては、USB(Universal Serial Bus)等が適用可能である。また、例えば、ホスト装置400から読取命令が入力されると、メインコントローラ401は、スキャナエンジンI/F409を介してこの命令をスキャナエンジンユニット411に送信する。
操作パネル404は、ユーザが記録装置1000に対して入出力を行うためのユニットである。ユーザは、操作パネル404を介してコピーやスキャン等の動作を指示したり、記録モードを設定したり、記録装置1000の情報を認識したりすることができる。
プリントエンジンユニット417では、CPUにより構成されるプリントコントローラ419は、ROM420に記憶されているプログラムや各種パラメータに従って、RAM421を作業領域としプリントエンジンユニット417が備える各種機構を制御する。
コントローラI/F418を介して各種コマンドや画像データが受信されると、プリントコントローラ419は、これを一旦RAM421に保存する。記録ヘッド3が記録動作に利用できるように、プリントコントローラ419はRAM421に保存された画像データを画像処理コントローラ422によって記録データへ変換させる。記録データが生成されると、プリントコントローラ419は、ヘッドI/F427を介して記録データに基づいて記録ヘッド3に駆動パルスを印加し、インクを吐出させる。この際、プリントコントローラ419は、搬送制御部426を介して不図示のモータを動作させることで搬送ローラ81、82を駆動させ、記録媒体2を搬送する。記録ヘッド3からのインクの吐出は記録媒体2の搬送動作に連動して実行され、記録が行われる。
ヘッドキャリッジ制御部425は、記録装置1000のメンテナンス状態や記録状態に応じて記録ヘッド3の向きや位置を変更する。インク供給制御部424は、記録ヘッド3へ供給されるインクの圧力が適切な範囲に収まるように、液体供給ユニット220を制御する。メンテナンス制御部423は、記録ヘッド3に対するメンテナンス動作を行う際に、メンテナンスユニット(不図示)におけるキャップユニットやワイピングユニットの動作を制御する。
気圧センサ428は、記録装置1000のプリントエンジンユニット417の基板上に設置され、設置環境の気圧を測定することができる。記録ヘッド周囲の気圧も設置環境と大きな差がないため、この取得した気圧の情報を記録ヘッド周囲の気圧の情報として用いることができる。気圧センサ428は例えばピエゾ抵抗方式の圧力センサを使用することができる。ピエゾ抵抗方式の圧力センサはSi単結晶板をダイヤフラム(受圧素子)とし、その表面に不純物を拡散させ抵抗ブリッジ回路を形成している。ダイヤフラムは圧力が加わるとひずむみ、抵抗ブリッジの抵抗値が変化する。この抵抗ブリッジを電気変換素子として電気信号を出力することで圧力を測定することができる。また、気圧センサとしてダイヤフラムの変位を捕える静電容量式を用いてもよい。
尚、設置環境の気圧を類推できれば気圧センサでなくともよく、例えば、標高、緯度経度、地域名称等の情報を取得することによって設置場所の気圧を類推してもよい。緯度、経度などの情報は、GPS等のデバイス、或いはユーザが操作パネル404から直接入力する方法により取得することができる。
スキャナエンジンユニット411においては、メインコントローラ401が、ROM407に記憶されているプログラムや各種パラメータに従って、RAM406を作業領域としながら、スキャナコントローラ415のハードウェア資源を制御する。これにより、スキャナエンジンユニット411が備える各種機構は制御される。例えば、コントローラI/F414を介してメインコントローラ401がスキャナコントローラ415内のハードウェア資源を制御して、ユーザによってADF(不図示)に積載された原稿を搬送制御部413を介して搬送し、センサ416によって読取る。そして、スキャナコントローラ415は読取った画像データをRAM412に一時保存する。
なお、プリントコントローラ419は、スキャナエンジンユニット411によって取得された画像データを記録データに変換することで、記録ヘッド3にスキャナコントローラ415で読取った画像データに基づく記録動作を実行させることが可能である。
<温度検知素子の構成の説明>
図4はシリコン基板301に形成された記録素子近傍の多層配線構造を示す図である。
図4(a)は温度検知素子306を記録素子309の下層に層間絶縁膜307を介してシート状に配置した上面図である。図4(b)は図4(a)に示した上面図における破線x-x’に沿って垂直にシリコン基板301を切った場合の断面図であり、図4(c)は図4(a)に示した破線y-y’に沿って垂直にシリコン基板301を切った場合の断面図である。
図4(b)に示すx-x’断面図と図4(c)に示すy-y’断面図において、シリコン基板上に積層した絶縁膜302の上にアルミニウム等からなる配線303が形成され、さらに配線303の上に層間絶縁膜304が形成されている。層間絶縁膜304は厚さt1の蓄熱層として機能する。配線303と、チタン及び窒化チタン積層膜等からなる薄膜抵抗体の温度検知素子306とが、層間絶縁膜304に埋め込まれたタングステン等からなる導電プラグ305(図4(c)参照)を介して電気的に接続される。
記録素子309の直下に金属層315が配置されている。また、金属層315の表面と接し、熱伝導させるための放熱用のプラグ314が配置されている。金属層315とプラグ314が記録素子309からの放熱経路を構成している。放熱用の金属層315は、積層方向から見て記録素子309及び温度検知素子306の少なくとも一部と重なる位置に配置されており、記録素子309と同様の形状となっている。
温度検知素子306の図4(b)中上側に層間絶縁膜307が形成されている。層間絶縁膜307は記録素子309の直下に配置され、厚さt2の蓄熱層として機能する。そして、配線303と、タンタル窒化珪素膜等からなる発熱抵抗体の記録素子309とが、層間絶縁膜304及び層間絶縁膜307を貫通するタングステン等からなる導電プラグ308を介して電気的に接続される。本実施形態では、下層の導電プラグと上層の導電プラグを接続するために、層間絶縁膜304及び層間絶縁膜307を貫通させた導電プラグを採用している。
また、プラグの深さに応じて導通の信頼性を確保するために、本実施形態では層間絶縁膜が一層の導電プラグ305は口径0.4μmとし、層間絶縁膜が二層を貫通する導電プラグ308ではより大きい口径0.6μmにしている。
導電プラグ308の図4(b)中上側にシリコン窒化膜などの保護膜310、そして保護膜310の上にタンタルなどの耐キャビテーション膜311が形成されている。さらに、感光樹脂等からなるノズル形成材312で吐出口313が形成されている。
このように、本実施形態のシリコン基板301は、配線303の層と記録素子309の層の中間に独立した温度検知素子306の中間層を設けた多層配線構造としている。
シリコン基板301は、以上のような構成の記録素子を複数配置することにより構成されている。このような素子基板を使用することにより各記録素子に対応して設けられた温度検知素子から温度情報を得ることができる。
そして、その温度検知素子により検知された温度情報とその温度変化とから、素子基板の内部に設けられた論理回路(検査部)により対応する記録素子309からのインク吐出状態を示す判定結果信号RSLTを得ることができる。判定結果信号RSLTは1ビットの信号であり、本実施形態では、“1”が吐出正常を示し、“0”が吐出不良を示す。
<温度検知構成の説明>
図5は図4に示す素子基板を用いた温度検知の制御構成を表すブロック図である。
図5に示すように、プリントエンジンユニット417は、素子基板5に設けられた記録素子309の温度を検知するために、MPUを内蔵したプリントコントローラ419と、記録ヘッド3と接続するヘッドI/F427と、RAM421とを備える。また、ヘッドI/F427は素子基板5に送信するための種々の信号を生成する信号生成部7と、温度検知素子306が検出した温度情報に基づいて素子基板5から出力される判定結果信号RSLTを入力する判定結果抽出部9とを含む。
温度検知のため、プリントコントローラ419は信号生成部7に指示を発行する。信号生成部7は、クロック信号CLK、ラッチ信号LT、ブロック信号BLE、記録データ信号DATA、ヒートイネーブル信号HE、センサ選択信号SDATA、定電流信号Diref、吐出検査閾値信号Ddthを生成し、素子基板5に入力する。このうち、ラッチ信号LT、ブロック信号BLE、センサ選択信号SDATAはプリントエンジンユニット417の判定結果抽出部出力9にも入力する。
センサ選択信号SDATAは、温度情報を検出する温度検知素子を選択する選択情報と選択された温度検知素子への通電量指定情報、判定結果信号RSLTの出力指示に関わる情報を含む。例えば、素子基板5が複数の記録素子309からなる記録素子列を5列備える構成であるとする。この場合、センサ選択信号SDATAに含まれる選択情報は記録素子列を指定する列選択情報と、選択した記録素子列の記録素子を指定する記録素子選択情報とを含む。
素子基板5に信号生成部7から信号が入力されると、素子基板5はセンサ選択信号SDATAにより指定された1つの記録素子309に対応する温度検知素子306が検知した温度情報に基づく1ビットの判定結果信号RSLTを出力する。出力された判定結果信号RSLTは判定結果抽出部9に入力される。
判定結果信号RSLTの信号は、温度検知素子306から出力される温度情報と吐出検査閾値信号Ddthが示す吐出検査閾値電圧(TH)とを素子基板5の内部で比較することにより得られる。この比較については後で詳述する。
なお、本実施形態では、記録素子列5列分あたり、1ビットの判定結果信号RSLTが出力される構成を採用している。従って、素子基板5が記録素子列を10列備える構成では判定結果信号RSLTは2ビットとなり、この2ビット信号が1本の信号線を介してシリアルに判定結果抽出部9へと出力される。
判定結果抽出部9は、温度検知素子306が検出した温度情報に基づいて素子基板5から出力される判定結果信号RSLTを受信し、ラッチ信号LTの立下りと同期して各ラッチ期間に判定結果を抽出する。そして、その判定結果を検査した記録素子と紐づけてRAM421に格納する。また、判定結果が吐出不良だった場合に判定結果に対応するブロック信号BLE、センサ選択信号SDATAをRAM421に格納するようにしてもよい。
プリントコントローラ419は、RAM421に格納された吐出不良ノズルに対応するブロック信号BLE、センサ選択信号SDATAに基づいて、吐出不良ノズルに該当するブロックの記録データ信号DATAから吐出不良ノズルに対する信号を消去する。そして、代わりに不吐補完用のノズルを該当ブロックの記録データ信号DATAに追加して、信号生成部7に出力する。
<吐出状態の判定方法の説明>
図6に、平地(気圧1atm)と高地(0.7atm)時の正常吐出時の吐出状態の模式図を示す。
図6(a)は、気圧1atm時の吐出状態を示す図である。ヒータを加熱するための駆動パルスが印加されたタイミングを0μsecとする。1.5μsec経過後にはインクの発泡が始まり、3.0μsecを経過したところでインクが吐出口の外に飛び出す。この時点では運動方向に移動するインクは外気圧から力を受けるも、インクの運動エネルギーが勝り、インクは飛翔方向へと移動しき、それに引っ張られるように泡は大きくなり続ける。一方、泡の中はほぼ真空状態であり、外気圧の方が高いため、泡の成長はある程度で止まる。ここで、成長した気泡の中はほぼ真空状態のため、外気圧との圧力差によりインク液滴の尾引が記録素子309側引き込まれ、4.5μsec付近で記録素子309の界面に着滴する。そして6.0μsec以降になるとインクがリフィルされ、発泡開始前の状態に戻る。図6(b)については後述する。
図7に気圧が1atmのときに、記録素子309にヒートイネーブル信号HEを入力したときの温度検知素子306から出力される温度波形と温度変化信号の波形を表した図を示す。図7(a)は温度波形のグラフであり、図7(b)は温度変化信号のグラフである。駆動パルスはパルスの立ち上がりの時間と立ち下がりの時間を決定することによってパルス幅を設定する。第1の駆動パルス211の立ち上がり時間をPT0、立ち下がり時間をPT1とする。パルス幅はこのときのPTOからPT1までの長さである。
なお、図7(a)では温度波形は温度(℃)で示されているが、実際には温度検知素子に定電流が供給され、温度検知素子の端子間電圧(V)が検出される。この検出電圧は温度依存性があるので、図7には検出電圧を温度に変換し、温度として表記している。また、図7(b)の温度変化信号(dT/dt)は検出電圧の時間変化(mV/sec)として表記している。
図7(a)に示すように、記録素子309にヒートイネーブル信号HEの駆動パルス211を印加すると、インクが正常に吐出される場合には温度検知素子306の出力波形は波形201のようになる。波形201が示す温度検知素子306により検知される温度の降温過程において、正常吐出時に記録素子309の界面に吐出されたインク液滴の尾引が発泡圧と外気圧との差によって引き戻されて記録素子309の界面(最表面)に接触して記録素子309の界面が冷却される。界面の冷却により波形201に特徴点209が出現する(図6(a)の4.5μsecを参照)。そして、特徴点209以降で波形201は降温速度が急激に増大する。これに対して、吐出不良の場合、インクが吐出されないため図6(a)の4.5μsecに示すような着滴がなく、記録素子309の界面は冷却されない。そのため、正常吐出時の波形201のように特徴点209は現れず、温度検知素子306の出力波形は波形202のように降温過程において降温速度は徐々に低下していく。
図7(a)の温度変化信号のグラフは、温度変化信号(dT/dt)を示しており、温度検知素子の出力波形201、202を温度変化信号に変換した後の波形203、204を示している。波形203は正常吐出時の温度波形201を変換した波形、波形204は吐出不良時の温度波形202を変換した波形である。温度変化信号への変換方法はシステムに応じて適切に選択される。本実施形態の温度変化信号は、温度波形をフィルタ回路(この構成では1回微分)と反転アンプを通した後に出力される波形である。
さて、波形203には、波形201の特徴点209以降の最大降温速度に起因するピーク210が出現する。波形(dT/dt)203は、素子基板5に設けられているコンパレータに予め設定された吐出検査閾値電圧(TH)と比較される。正常吐出時には、波形203が吐出検査閾値電圧(TH)を上回る区間(dT/dt≧TH)があり、判定信号(CMP)にパルス213が現れる。
一方、波形202には特徴点209が現れないため降温速度も低く、波形204に現れるピークは吐出検査閾値電圧(TH)よりも低くなる。波形(dT/dt)202も、素子基板5に設けられているコンパレータに予め設定している吐出検査閾値電圧(TH)と比較される。吐出不良時には、波形203が吐出検査閾値電圧(TH)を上回る区間はないため、判定信号(CMP)にパルス213は現れない。
以上のように、この判定信号(CMP)を取得することで各ノズルの吐出状態を把握することが可能となる。この判定信号(CMP)が検出した結果を判定結果信号RSLTとして出力する。
記録装置のプリントエンジンユニット417のROM420では正常吐出時のピーク210の電圧に相当する値(Dref)を予め保持しており、吐出検査閾値電圧(TH)はその値に対する相対値として設定する。本実施形態では、吐出検査閾値電圧はDrefからの相対ランクで設定する。なお、正常吐出時のピーク210の電圧に相当する値(Dref)は所定タイミング毎に測定し更新してもよい。ここでいう所定タイミングとは、通紙枚数、記録ドット数、時刻、前回検査からの経過期間、印刷ジョブ毎、印刷ページ毎、記録ヘッドの交換時、記録ヘッドの回復処理時などであり、システムに応じて適切に設定するものである。
本実施形態において、インクの吐出状態を判定するときには、インクを吐出させるために1つの駆動パルスとして、図7においては駆動パルス211、を印加している。一方、記録媒体に画像を記録する場合には、インクを吐出させるための駆動パルスの前にインクを吐出しない程度のプレパルスを印加して記録素子付近のインクを加熱しておいてから駆動パルスを印加する。プレパルスを印加することによってそれに続くメインパルスを印加したときに瞬間的に膜沸騰する温度に達するインク領域を広くすることができる。なお、本実施形態においても、吐出状態を判定する場合にプレパルスとメインパルスとのダブルパルスを印加するようにしてもよい。
<吐出状態の判定の課題について>
図6(b)は、気圧0.7atm時の吐出状態を示す図である。図6(a)と同様にヒータを加熱するための駆動パルスが印加されたタイミングを0μsecとする。図6(a)と同様に1.5μsec経過後にインクの発泡が始まり、3.0μsec付近でインクが外に飛び出す。このとき、気圧が1atmより低いため図6(a)の時よりも発泡が大きくなる速度が速く、インクは早く吐出される。インクを吐出した後、尾引が着滴するが、外気圧が低いため尾引を引き込む力が気圧が1atmの場合よりも小さくなる。そのため、1atmのときには尾引が着滴する4.5μsec付近ではまだ尾引は記録素子309の界面に着滴しない。その後、6.0μsec付近でインク液滴の尾引が記録素子309の界面に着滴する。そして7.5μsec以降になるとインクがリフィルされ、発泡開始前の状態に戻る。
図8は、平地(気圧1atm)と高地(0.7atm)とで同じ第1の駆動パルス211を印加して吐出を行ったときの温度波形(センサ温度:T)とその波形の温度変化信号(dT/dt)を示した図である。この時の吐出状態は上述した図6のようになる。
図8(a)は図7と同じ、気圧1atm時のセンサ温度波形とその温度変化信号の波形を示す図である。インクが正常に吐出される場合のセンサ温度の温度波形201とその時の温度変化信号の波形203は実線で示す。点線で示す温度波形202、温度変化信号の波形204は気圧1atm時の吐出不良の場合の波形である。
図8(b)は気圧0.7atm時のセンサ温度波形とその温度変化信号の波形を示す図である。インクが正常に吐出される場合のセンサ温度の温度波形205とその時の温度変化信号の波形207は実線で示す。点線で示す温度波形206と温度変化信号の波形208は気0.7圧tm時の吐出不良の場合の波形である。正常吐出時に現れる特徴点209は、1atm時の正常吐出の波形201の特徴点209よりも0.7atm時の正常吐出の波形205の特徴点209の方が、出現タイミングが遅い。また、正常吐出時の温度変化信号の波形のピーク210は、1atm時の温度変化信号の波形203よりも0.7atm時の温度変化信号の波形207の方が低くなる。これらの原因は以下のように考えられる。図6で説明したように、気圧が低い方がインク液滴の尾引が記録素子309の界面に着滴するタイミングが遅くなるため、駆動パルス211を印加してから尾引が着滴するまでの時間が長くなる。そのため0.7atm時の着滴時の記録素子309の温度は1atm時よりも低くなり、降温速度の変化量が小さくなる。
図8(b)の波形207のピークよりも吐出検査閾値電圧(TH)は高く設定されているため、図8(b)の場合には正常吐出であっても吐出不良として判別される。また、吐出不良の場合はインクが吐出されないためインク尾引が現れず、外気圧の影響が少ないため気圧が1atm時と0.7atm時でセンサの温度波形、温度変化信号の波形はほとんど変化しない。図8(b)に示すように正常吐出時と吐出不良時の温度変化信号(dT/dt)のピーク値の差はほとんどなく、正常吐出時と吐出不良時の温度変化信号の波形の間に適当な吐出検査閾値電圧(TH)を設定することができない。そのため、気圧が1atmと同じ方法では気圧が0.7atmの場合には吐出状態を正しく判定することができない。
以上説明したように、所定の気圧を想定した駆動パルスや吐出検査閾値電圧を用いて、所定の気圧とは異なる気圧のときに吐出状態を判定しようとしても正しく判定することができない虞がある。正しく吐出状態を判定できない場合には吐出状態を回復させる回復処理や、不吐補完処理を適切に行うことができず、画像品位の低下の発生に繋がる。本実施形態では、気圧が変化しても正しく吐出状態を判定することを目的とする。
<吐出状態の判定>
本実施形態では、インク液滴の尾引が記録素子309に着滴するときの記録素子309の温度を高く保つことで、着滴による降温速度の変化量を大きくする。
図9に気圧が0.7atm時に正常吐出をした場合の温度波形と温度変化信号の波形を示す。
本実施形態で印加する駆動パルス221を実線で、図8の駆動パルス211を点線で示す。図9(a)は温度波形のグラフであり、図9(b)は温度変化信号のグラフである。それぞれ、実線で示す波形は駆動パルス221で駆動した時の波形であり、点線で示す波形は駆動パルス211で駆動した時の波形である。図9の駆動パルス221の方が図8の駆動パルス211よりもパルス幅、すなわち立ち上がりエッジから立下りエッジまでの幅が長くなっている。低圧時の特徴点209が現れるタイミングは気圧1atmの場合よりも遅いため、駆動パルス221のようにパルス幅を長くすることで尾引が着滴するときに記録素子309の温度が低下していることを防ぐことができる。図9(a)に示すように、着滴タイミングである特徴点209のタイミングの記録素子309の温度は駆動パルス221で駆動した波形222の方が、駆動パルス211で駆動した波形205よりも高い。図9(b)に示すように、記録素子309の温度を高く保った状態で着滴した時の温度波形222を微分処理した温度変化信号の波形223のピーク値は図8の場合の温度変化信号の波形207のピーク値よりも大きい。駆動パルス221を印加したときに、吐出不良であった場合には、温度変化信号の波形は図8の吐出不良時の波形208と同じような波形となる。駆動パルス221を印加して駆動することで温度変化信号の波形において正常吐出時のピーク値と吐出不良時のピーク値とで差が出るため、2つのピーク値の間に吐出検査閾値電圧(TH)を設定することで吐出状態が判定できる。
図10は気圧によって異なる駆動パルスを設定してインクの吐出状態を判定する処理のフローチャートである。この処理は例えばプリントコントローラ419がROM420に格納されたプログラムをRAM421に読み出して実行することで実現される。
まず、ステップS11では、検査対象となる記録素子309をプリントコントローラ419から指示し、この指示に従って信号生成部7はセンサ選択信号SDATAを生成して検査対象の記録素子を選択する。次に、ステップS12では、選択された記録素子309の吐出検査閾値電圧(TH)を設定する。吐出検査閾値電圧(TH)は、ROM420に予め保持している正常吐出時の各ノズルの温度変化信号のピーク値Drefの値を読み出し、ピーク値Drefよりも所定量低い電圧を設定する。温度変化信号のピーク値Drefは記録装置の使用状況に応じて変化する可能性があるため、所定タイミング毎に更新するのが望ましい。所定タイミングとは、通紙枚数、記録ドット数、時刻、前回検査からの経過期間、印刷ジョブ毎、印刷ページ毎、記録ヘッドの交換時、記録ヘッドの回復処理時などである。
次に、ステップS13では気圧センサ428により気圧を取得する。なお、気圧を類推できる情報を取得できればセンサを備えていなくてもよく、例えば、標高、緯度経度、地域名称等の情報を取得してもよい。これらの情報に基づいて取得した位置の気圧をホストコンピュータ等から取得するようにしてもよいし、取得する情報に対応する気圧の情報を予めROM407に保持することで、標高などの情報から気圧を類推できる。これらの情報は、GPS等のデバイスやユーザが操作パネル404から入力する方法により取得することができる。
ステップS14ではステップS13で取得した気圧の情報に応じて吐出状態を判定するために印加する駆動パルスを設定する。駆動パルスは図11に示すようなテーブルに従って設定する。図11のテーブルは、気圧が低くなる毎に特徴点209が出現するタイミングが遅くなるのでそれに合わせて印加するパルス幅を大きくし、発泡後の加熱量を増やすようなテーブルとなっている。また、駆動パルスは図11に示すテーブルに代えて、一次曲線、二次曲線などの関数に従って設定してもよい。
ステップS15では、ステップS14で設定した吐出検査閾値電圧(TH)に基づいて吐出状態の検査を実行する。吐出検査は、図9で説明した駆動パルス221を印加してインクを吐出する。インクを吐出したときの温度変化信号の波形と、設定した吐出検査閾値電圧(TH)により判定信号が得られる。素子基板5は、得られた判定信号に基づいて判定結果信号RSLTを生成し、判定結果抽出部9に入力する。
ステップS16において、判定結果抽出部9は、ステップS15にて素子基板5から入力された判定結果信号RSLTが“0”であるか、又は、“1”であるかを判定する。尚、判定結果信号RSLTが“1”であれば、温度変化信号のピーク値Drefが吐出検査閾値電圧(TH)に対して上回っていることを示し、“0”であれば下回っていることを示す。
ステップS17では、判定結果抽出部9はステップS16にて判定した結果を、選択した記録素子309と紐づけてRAM421に格納する。
ステップS18に進むと、検査の対象となるノズルの全ての記録素子309について検査が全て終了したかどうかを判定する。全ての検査対象について検査が終了していないと判定されるとステップS11に戻り、検査されていない別の記録素子309を選択し、ステップS12以降の処理を実行する。一方、全ての検査対象について検査が終了したと判定されると図10の吐出状態の判定処理を終了する。吐出状態の判定処理が終了した後は、各記録素子309の判定結果信号RSLTに応じて、吐出状態を回復するための回復処理などを実行する。
以上説明したように、吐出状態の判定を行うために印加する駆動パルスを気圧に応じて切り替えることにより、記録素子に尾引が着滴するときの温度を高く保つことができる。これにより記録素子の降温速度を急激に増大させることができるため、気圧によらず吐出状態を正しく判定することができる。吐出状態を正しく判定することにより、回復処理や不吐補完処理を適切に行うことができ、画像品位の低下を抑制することができる。
(第2の実施形態)
本実施形態では、吐出状態の判定において印加する駆動パルスについて、インクを吐出するための第1の駆動パルスとは別の第2の駆動パルスを印加する形態を説明する。第1の実施形態と同様の箇所については説明を省略する。
図12に気圧が1atmのときに、記録素子309に本実施形態のヒートイネーブル信号HEを入力したときの温度検知素子306から出力される温度波形と温度変化信号の波形を表した図を示す。図に示すように、本実施形態では吐出状態の判定を行う際に、インクを吐出させるための第1の駆動パルスとは別に第2の駆動パルスを印加する。第1の駆動パルス211の立ち上がり時間をPT0、立ち下がり時間をPT1とし、第2の駆動パルス212の立ち上がり時間をPT2、立ち下がり時間をPT3とする。
第2の駆動パルスを印加することにより、記録素子309の界面に尾引が着滴する直前に記録素子309は再加熱される。そのため、第1の実施形態の図7のように第1の駆動パルスのみを印加した場合よりも降温速度の増大の仕方が急激になり、正常吐出の場合の温度変化信号の波形233のピーク210も図7の波形203のピークよりも大きくなる。一方で吐出不良の場合の温度変化信号の波形234のピークは図7の波形204のピークとほぼ同じである。このことより、正常吐出の場合と吐出不良の場合とでピーク値の差が第1の実施形態よりも大きく出ることが分かる。これにより、ノイズなどにより吐出状態の誤判定をする可能性の低い値に吐出検査閾値(TH)を設定することができるため、第1の実施形態よりも誤判定する可能性を低くすることができる。
図12のように第2の駆動パルスを印加する系においても図8で説明したように気圧によって正しく吐出状態が判定できない虞がある。本実施形態では、気圧が低い場合には、第2の駆動パルスのパルス幅を長くする。
図13に気圧が0.7atm時に正常吐出をした場合の温度波形と温度変化信号の波形を示す。
本実施形態で印加する第2の駆動パルス214を実線で、図12の第2の駆動パルス212を点線で示す。図13(a)は温度波形のグラフであり、図13(b)は温度変化信号のグラフである。それぞれ、実線で示す波形は第2の駆動パルス214で駆動した時の波形であり、点線で示す波形は第2の駆動パルス212で駆動した時の波形である。図13の第2の駆動パルス214の方が図12の第2の駆動パルス212よりも長いパルス幅となっている。低圧時の特徴点209が現れるタイミングは気圧1atmの場合よりも遅いため、パルス幅を長くすることで尾引が着滴するときに記録素子309の温度が低下していることを防ぐことができる。図13(a)に示すように、着滴タイミングである特徴点209のタイミングの記録素子309の温度は第2の駆動パルス214で駆動した波形235の方が、第2の駆動パルス212で駆動した波形237よりも高い。図13(b)に示すように、記録素子309の温度を高く保った状態で着弾した時の温度波形235を微分処理した温度変化信号の波形238のピーク値は第2の駆動パルス212を用いた場合の温度変化信号の波形236のピーク値よりも大きい。第2の駆動パルス214を用いて駆動したときに、吐出不良であった場合には、温度変化信号の波形のピーク値は波形236のピーク値とほぼ同じ値となる。第2の駆動パルス214を印加して駆動することで温度変化信号の波形において正常吐出時のピーク値を吐出不良時のピーク値とで差が出るため、2つのピーク値の間に吐出検査閾値電圧(TH)を設定することで吐出状態が判定できる。
吐出状態の判定処理については第1の実施形態の図10と同様の処理を行うため、ここでは説明を省略する。ただし、ステップS14にてステップS13で取得した気圧に応じた駆動パルスを設定する際には、図14のテーブルに基づいて設定を行う。図14のテーブルでは、第1の駆動パルスは気圧によって変えず、第2の駆動パルスについては気圧が低いほどパルス幅が長くなるようなテーブルとなっている。他の形態として、気圧によって第1の駆動パルスを変更するようにしてもよい。また、第2の駆動パルスについて、図14では第2の駆動パルスの立下り時間PT3を同じ時間とし、立ち上がり時間PT2を変化させている。第2の駆動パルス幅を長くする方法はこれに限られず、立ち上がり時間PT2を同じ時間とし立下り時間PT3を変えるようにしてもよいし、立ち上がり時間PT2、立下り時間PT3の両方を変えるようなテーブルとしてもよい。また、第1の実施形態と同様に、駆動パルスはテーブルではなく関数によって設定されてもよい。
(第3の実施形態)
第2の実施形態では、第2の駆動パルスのパルス幅を長くすることによって尾引着滴時の記録素子309の温度を高く保った。本実施形態では第2の駆動パルスを印加するタイミングを変化させることで温度を高く保ち、特徴点における降温速度の変化量を大きくする。上述の実施形態と同様の部分については省略する。
図15は気圧0.7atm時の第2の駆動パルスを印加するタイミングを変化させた時の温度波形とその波形の温度変化信号を示した図である。図15(a)の点線の波形237は気圧1atm時と同じタイミングで第2に駆動パルスを印加した場合の、気圧0.7atm時の波形である。温度波形237を微分処理した波形が図15(b)の温度変化信号の波形236である。また、図15(a)の実線の波形241は第2の駆動パルス212よりも遅いタイミングで第2の駆動パルス215を印加して駆動した場合の温度波形である。温度波形241を微分処理した波形が図15(b)の温度変化信号の波形242である。特徴点209の出現タイミングに第2の駆動パルスを印加するタイミングを近づけることで記録素子309の温度が高い状態で特徴点209の出現タイミングを迎えることができる。これにより温度波形237よりも温度波形241の方が特徴点209における降温速度の変化量が大きくなっている。そのため、温度変化信号の波形についても波形242のピーク値は波形236のピーク値よりも大きくなる。第2の実施形態で説明したように、気圧0.7atm時に第2の駆動パルス215を印加して駆動した時に吐出不良だった場合のピーク値は波形236のピーク値とほぼ同じ値である。そのため正常吐出時のピーク値と吐出不良時のピーク値との間に吐出検査閾値電圧(TH)を設定することで、吐出状態が判定できる。
吐出状態の判定処理については第1の実施形態の図10と同様の処理を行うため、ここでは説明を省略する。ただし、ステップS14にてステップS13で取得した気圧に応じた駆動パルスを設定する際には、図16のテーブルに基づいて設定を行う。図16のテーブルでは、第1の駆動パルスは気圧によって変えず、第2の駆動パルスについては気圧が低いほど第2の駆動パルスの立ち上がり時間PT2のタイミングが遅くなる。図16のテーブルにおいて第2の駆動パルスの幅は気圧によらず0.30μsecであるが、パルス幅を変更してもよい。また、第1の実施形態と同様に、駆動パルスはテーブルではなく関数によって設定されてもよい。
(その他の実施形態)
上述の実施形態においては、印加する駆動パルスの印加開始時間、印加終了時間を変化させることで特徴点209の出現タイミング付近の記録素子309の温度を制御した。しかし、制御する対象は時間のみに限定するものではない。例えば記録素子309に印加するパルスの電圧を大きくしても同様の効果が得られる。
3 記録ヘッド
5 素子基板
7 信号生成部、
9 判定結果抽出部
417 プリントエンジンユニット、
419 プリントコントローラ
420 ROM
421 RAM
427 ヘッドI/F

Claims (12)

  1. 複数の吐出口と、各々の前記吐出口に対応する位置に設けられた熱エネルギーを発生する記録素子を備え、前記記録素子の駆動によりインクを前記吐出口から吐出する記録ヘッドと、
    前記記録素子を駆動するための駆動パルスを印加する駆動手段と、
    インクを吐出するための駆動パルスを印加して前記記録素子を駆動したときの、前記記録素子付近の温度変化を検知する温度検知手段と、
    前記温度検知手段によって検知した温度変化に基づいて前記吐出口のインクの吐出状態を判定する判定手段と、
    を備える記録装置であって、
    前記記録ヘッドの周囲の気圧の情報を取得する取得手段と、
    前記取得手段が取得した前記気圧の情報に基づいて、前記駆動手段が、前記判定手段によってインクの吐出状態を判定するときに前記記録素子に印加する駆動パルスを設定する設定手段と、
    を有し、
    前記駆動手段は、前記判定手段によってインクの吐出状態を判定するときには前記記録素子に、インクを吐出させるための第1の駆動パルスと、前記第1の駆動パルスの後に第2の駆動パルスを印加することを特徴とする記録装置。
  2. 前記温度検知手段は、前記温度変化を検知するために1つの第1の駆動パルスを印加して前記記録素子を駆動し、
    前記設定手段は、前記取得手段が取得した前記気圧の情報に基づいて前記第1の駆動パルスのパルス幅を変更することを特徴とする請求項1に記載の記録装置。
  3. 前記設定手段は、前記取得手段が取得した前記気圧の情報が示す気圧が第1の気圧の場合に設定する前記第1の駆動パルスのパルス幅よりも、前記取得手段が取得した前記気圧の情報が示す気圧が前記第1の気圧よりも低い第2の気圧の場合に設定する前記第1の駆動パルスのパルス幅の方が長いように1第の駆動パルスを設定することを特徴とする請求項2に記載の記録装置。
  4. 前記設定手段は、前記取得手段が取得した前記気圧の情報に基づいて前記第2の駆動パルスのパルス幅を変更することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の記録装置。
  5. 前記設定手段は、前記取得手段が取得した前記気圧の情報が示す気圧が第1の気圧の場合に設定する前記第2の駆動パルスよりも、前記取得手段が取得した前記気圧の情報が示す気圧が前記第1の気圧よりも低い第2の気圧の場合に設定する前記第2の駆動パルスの方がパルス幅が長いように駆動パルスを設定することを特徴とする請求項に記載の記録装置。
  6. 前記設定手段は、前記取得手段が取得した前記気圧の情報に基づいて、第1の駆動パルスの印加から前記第2の駆動パルスを印加するまでの時間を変更することを特徴とする請求項乃至のいずれか1項に記載の記録装置。
  7. 前記設定手段は、前記取得手段が取得した前記気圧の情報が示す気圧が第1の気圧の場合に設定する前記第2の駆動パルスよりも、前記取得手段が取得した前記気圧の情報が示す気圧が前記第1の気圧よりも低い第2の気圧の場合に設定する前記第2の駆動パルスの方が前記第1の駆動パルスの印加から前記第2の駆動パルスの印加までの時間が長くなるように駆動パルスを設定することを特徴とする請求項に記載の記録装置。
  8. 前記設定手段は、印加する前記駆動パルスの電圧を変更することを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の記録装置。
  9. 前記取得手段は、気圧を測定するセンサであることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の記録装置。
  10. 前記取得手段は、前記記録装置の設置場所の情報を取得し、前記設置場所の情報に基づいて気圧を決定することを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の記録装置。
  11. 前記設置場所の情報は、設置場所の標高、緯度、経度、地域名称のいずれかを含む情報であることを特徴とする請求項1に記載の記録装置。
  12. 複数の吐出口と、各々の前記吐出口に対応する位置に設けられた熱エネルギーを発生する記録素子を備え、前記記録素子の駆動によりインクを前記吐出口から吐出する記録ヘッドの前記記録素子にインクを吐出するための駆動パルスを印加し、
    前記駆動パルスを印加して前記記録素子を駆動したときの、前記記録素子付近の温度変化を検知し、
    検知した温度変化に基づいて前記吐出口のインクの吐出状態を判定する、インクの吐出状態の判定方法であって、
    前記記録ヘッドの周囲の気圧の情報を取得し、
    取得した前記気圧の情報に基づいて、前記インクの吐出状態を判定するときに前記記録素子に印加する前記駆動パルスを設定し、
    前記駆動パルスの印加において、判定によってインクの吐出状態を判定するときには前記記録素子に、インクを吐出させるための第1の駆動パルスと、前記第1の駆動パルスの後に第2の駆動パルスを印加することを特徴とするインクの吐出状態の判定方法。
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