(57)【要約】【課題】２以上のノズル列のノズルから吐出される液滴の状態を検出する液滴吐出状態検出装置を提供するに際し、コストアップすることなく散乱光を検出する。【解決手段】２以上のノズル列を構成する各ノズルから吐出される液滴に光ビームが衝突することにより発生する散乱光により液滴の吐出状態を検出する液滴吐出状態検出装置であって、光ビームを発光する発光手段と、発光手段による光ビームのビーム径から外れた位置に配置された受光手段とを備え、発光手段による光ビームの光軸が、液滴の吐出位置から受光手段へ散乱光が照射される方向と、発光手段による光ビームの光軸とのなす角が小さいノズル列と前記なす角が大きいノズル列との中心を基準として、前記なす角が大きいノズル列側にシフトしているように発光手段を配置する。【選択図】図２
2014117809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２以上のノズル列を構成する各ノズルから吐出される液滴に光ビームが衝突することにより発生する散乱光により液滴の吐出状態を検出する液滴吐出状態検出装置であって、
光ビームを発光する発光手段と、
前記発光手段による光ビームのビーム径から外れた位置に配置された受光手段とを備え、
前記発光手段による光ビームの光軸が、液滴の吐出位置から前記受光手段へ散乱光が照射される方向と、前記発光手段による光ビームの光軸とのなす角が小さいノズル列と前記なす角が大きいノズル列との中心を基準として、前記なす角が大きいノズル列側にシフトしているように前記発光手段を配置することを特徴とする液滴吐出状態検出装置。
【請求項２】
前記発光手段は、前記発光手段による光ビームを絞る絞り手段を備えることを特徴とする請求項１記載の液滴吐出状態検出装置。
【請求項３】
前記発光手段による光ビームの光軸が、液滴の吐出位置から前記受光手段へ散乱光が照射される方向と、前記発光手段による光ビームの光軸とのなす角が小さいノズル列と前記なす角が大きいノズル列との中心を基準として、前記なす角が大きいノズル列側にシフトするように前記発光手段を移動させる第１の移動手段をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２記載の液滴吐出状態検出装置。
【請求項４】
前記発光手段による光ビームの光束が平行光であ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。
【請求項５】
前記発光手段による光ビームの光束が収束光であ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。
【請求項６】
前記発光手段を前記発光手段による光ビームの照射方向前後に移動させる第２の移動手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の液滴吐出状態検出装置。
【請求項７】
前記２以上のノズル列を構成する少なくとも２つのノズルから同時に吐出される液滴の吐出状態を検出することを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の液滴吐出状態検出装置。
【請求項８】
請求項１から７の何れか１項に記載の液滴吐出状態検出装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
一般に、記録ヘッドが主走査方向に移動しながら液滴を吐出して画像を形成するシリアル型画像形成装置や、記録ヘッドが移動しない状態で液滴を吐出して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が知られている。
【０００３】
こうした液滴吐出により画像形成を行う画像形成装置では、インク記録ヘッドのノズルから記録媒体に吐出させて記録を行う関係上、ノズルからの溶媒の蒸発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などにより吐出不良が発生すると、画像品質が低下することになる。
【０００４】
このため、記録ヘッドからの液滴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射出し、他方側における光ビームの光軸から外れた位置に液滴からの散乱光を受光する受光素子を配置して液滴吐出の有無を検出する前方散乱光方式の技術がある。
【０００５】
上記に関し、特許文献１には、インク液滴の液吐出状態を検出する時間を短縮する目的で、１つの発光素子からの収束光により、２つのノズル列の同じノズル番号の２つのノズルから同時に吐出されたインク液滴に入射して、インク液滴から散乱された散乱光を１つの受光素子で検出して検出時間を短縮する構成が開示されている。
【０００６】
また、特許文献２には、インク液滴の液吐出状態を検出する液吐出不良検出装置の出力調整を低コストで容易に行う目的で、発光素子からの光ビームの光軸から、受光素子への高さを調整することにより、ノズル列の各ノズルから吐出された液滴からの散乱光量が同程度になるよう受光素子の高さを調整する構成が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、液滴が光ビームと交わったときに発生する散乱光の強度は、入射する光ビームの光軸に対して角度依存性がある。つまり、特許文献２に示すように、光軸Ｌに近いところ（θ＝０）では散乱光強度が高く、光軸Ｌから離れるにつれ、散乱光強度が低くなる強度分布１−１となっていることがわかる。
【０００８】
上記の点に関し、特許文献１では、散乱光の強度について、入射する光ビームの光軸に対する角度依存性について言及していない。
【０００９】
また、特許文献２では、各インク吐出位置での散乱光出力値を均一化できるものの、１つのノズル列にのみ対応したものである。また、所定の出力を得られない場合は、発光素子の出力値が目標値となるように、発光素子への駆動電流の値を増大しなければならない。しかし、発光素子の発光量を大きくすれば、コストアップとなり、オフセット光量の増大による検出回路の飽和により散乱光の検出ができない、という問題が発生する。
【００１０】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、２以上のノズル列のノズルから吐出される液滴の状態を検出する液滴吐出状態検出装置を提供するに際し、コストアップすることなく散乱光を検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するため、本発明の液滴吐出状態検出装置は、２以上のノズル列を構成する各ノズルから吐出される液滴に光ビームが衝突することにより発生する散乱光により液滴の吐出状態を検出する液滴吐出状態検出装置であって、光ビームを発光する発光手段と、発光手段による光ビームのビーム径から外れた位置に配置された受光手段とを備え、発光手段による光ビームの光軸が、液滴の吐出位置から受光手段へ散乱光が照射される方向と、発光手段による光ビームの光軸とのなす角が小さいノズル列と前記なす角が大きいノズル列との中心を基準として、前記なす角が大きいノズル列側にシフトしているように発光手段を配置することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、２以上のノズル列のノズルから吐出される液滴の状態を検出する液滴吐出状態検出装置を提供するに際し、より一層のコストダウンを図ることができるとともに、散乱光を的確に検出することができるため、液滴の吐出不良を正確に検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態の液滴吐出記録方式の画像形成装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態の液滴吐出状態検出装置の概略構成例を示す図である。
【図３】受光素子と光ビームの光軸Ｌとの間の角度θ１と受光素子の出力電圧との関係を示す図である。
【図４】光ビームの強度分布と各ノズル列との関係を示す模式図である。
【図５】各ノズル列から受光素子への散乱光の入射角度と受光光量との関係を示した図である。
【図６】本発明の第１実施形態を適用した場合の光ビームの強度分布と各ノズル列との関係を示す模式図である。
【図７】本発明の第１実施形態を適用した場合の各ノズル列から受光素子への散乱光の入射角度と受光光量との関係を示した図である。
【図８】本発明の第２実施形態の液滴吐出状態検出装置の概略構成図である。
【図９】本発明の第２実施形態を適用した場合の受光素子と光ビームの光軸Ｌとの間の角度θ３と受光素子の出力電圧との関係を示す図である。
【図１０】本発明の第３実施形態の液滴吐出状態検出装置の概略構成図である。
【図１１】本発明の第４実施形態の液滴吐出状態検出装置の概略構成図である。
【図１２】本発明の第５実施形態の液滴吐出状態検出装置の概略構成図である。
【図１３】本発明の第５実施形態を適用した場合の受光素子と光ビームの光軸Ｌとの間の角度θ９と受光素子の出力電圧との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態の画像形成装置について以下図面を用いて説明するが、本発明の趣旨を越えない限り、何ら本実施形態に限定されるものではない。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。
【００１５】
〔画像形成装置〕
本発明の各実施形態が適用される画像形成装置の構成について図１を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態としての液滴吐出記録方式の画像形成装置を側面方向から概略的に示す図である。
【００１６】
液体吐出記録方式の「画像形成装置」（以下は、単にインクジェット方式印刷装置ともいう。）の一例についての概略図を図１に示す。点線で示す１０３、１１３、…１ｎ３が本発明の液滴吐出状態検出装置を示している。
【００１７】
記録媒体Ｗは不図示の給紙モータに連結された給紙搬送ローラ１０１と、給紙搬送従動ローラ１０２により給紙部から、記録媒体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（以下はエンコーダと略す）１０４を備えた記録媒体の搬送に従動する従動ローラ１０５上を搬送されて、走行プレート１０６へと搬送される。
【００１８】
走行プレート１０６に対向する位置にあるインクジェットヘッドアレイ１０７のインクジェットヘッド１００、１１０、…１ｎ０より記録媒体Ｗにインク滴吐出を行う。その後、走行プレート１０６上を搬送された記録媒体Ｗは、不図示の排紙モータに連結された排紙搬送ローラ１０８と、排紙搬送従動ローラ１０９によって搬送され、インクジェット方式印刷装置の外へと排出される。なお、エンコーダ１０４は給紙搬送ローラ１０１と走行プレート１０６の間に搭載しているが、走行プレート１０６と排紙搬送ローラ１０８の間に搭載してもよい。
【００１９】
なお、本願において、液体吐出記録方式の「画像形成装置」は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の媒体にインクを着弾させて画像形成を行う装置を意味する。また、「画像形成」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与すること、つまり、単に液滴を媒体に着弾させることをも意味する。
【００２０】
また、「インク」とは、インクと称されるものに限らず、記録液、定着処理液、樹脂、液体などと称されるものなど、画像形成を行うことができるすべての液体の総称として用いる。また、「用紙」とは、材質を紙に限定するものではなく、上述したＯＨＰシート、布なども含み、インク滴が付着されるものの意味であり、被記録媒体、記録媒体、記録紙、記録用紙などと称されるものを含むものの総称として用いている。
【００２１】
さらに、「画像」とは平面的なものに限らず、立体的に形成されたものに付与された画像、また立体自体を３次元的に造形して形成された像も含まれるものである。
【００２２】
〔第１実施形態〕
次に、本発明の第１実施形態の液滴吐出状態検出装置の概略構成について図２を参照して説明する。図２（ａ）は、インクジェットヘッド１００と液滴吐出状態検出装置１０３を側面方向から概略的に示したものである。また、図２（ｂ）は、液滴吐出状態検出装置１０３を上方から俯瞰したものである。さらに、図２（ｃ）は、インクジェットヘッド１００を上方から俯瞰した半断面図である。
【００２３】
本実施形態の液滴吐出状態検出装置１０３は、発光部Ａと受光部Ｂとを備えている。図２（ａ）に示すように、発光部Ａと受光部Ｂは、光ビーム２０３の光軸Ｌがインクジェットヘッド１００のヘッドノズル面２０１のノズル〔１、２、…ｎ〕から吐出されたインク液滴２０２と垂直方向となる位置に配置する。
【００２４】
また、図２（ｂ）に示すように、光ビーム２０３の光軸Ｌが記録媒体Ｗの搬送方向に対して角度θ２０〔０°≦θ２０＜３６０°〕となる位置に配置する。この角度θ２０は、０°≦θ２０＜３６０°の範囲で任意であるが、ノズルの配列方向に光ビーム２０３を射出するように発光部Ａが配置されるよう設定されることがより好ましい。このように配置することにより、複数の液滴吐出状態検出装置を好適に配置することができる。
【００２５】
なお、以下においては、図２（ｃ）に示すように、本実施形態の画像形成装置に含まれるインクジェットヘッド１００が、例えば２列のノズル列から構成されるものとして説明するが、本発明がこれに限定されるものでないことは言うまでも無い。例えば、３列以上のノズル列から構成されるインクジェットヘッドに本発明が適用されるものであってもよい。
【００２６】
発光手段としての発光部Ａは、光ビームを発光する半導体レーザを使用して構成する発光素子２０４と、発光素子２０４で発光した光ビームを平行光に絞ってビーム径φ１、φ２の光ビーム２０３にするコリメートレンズ２０５とで構成される。ここで、φ１はビーム径の長径を示し、φ２はビーム径の短径を示す。
【００２７】
なお、発光素子２０４としては、半導体レーザに限定せず、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）等を使用して構成することも可能である。発光素子２０４とコリメートレンズ２０５は発光ユニット２０８に搭載されている。
【００２８】
なお、ビーム径φ１、φ２のどちらを長径とするか、あるいはφ１＝φ２とするかは、諸々の条件により変わる。諸々の条件としては、光ビームの波長と強度分布、ノズル列１とノズル列２の間隔、液滴の形状とサイズ、発光素子の種類と放射角、発光素子とコリメータレンズとの間隔、発光素子と液滴との間隔、液滴と受光素子との間隔、受光素子の位置とサイズ、ヘッドと印刷媒体の間隔などがある。
【００２９】
受光手段としての受光部Ｂは、フォトダイオード等を使用して構成する受光素子２０６で構成する。受光部Ｂは、受光素子２０６の受光面２０７が光ビーム２０３のビーム径φ２内に入らないように、光ビーム２０３のビーム径φ２から外れた位置に配置する。但し、受光部Ｂは、ビーム径φ２に隣接する位置に配置することが好ましい。
【００３０】
受光部Ｂは、光ビーム２０３の光軸Ｌに対して角度θ１開いた位置で、且つ、光軸Ｌの垂直方向に対してθ２（０≦θ２≦θ１）の角度をもった位置に配置する。角度θ１は、吐出されるインク液滴２０２の位置から受光素子２０６の方向と、光ビーム２０３の光軸Ｌとの間の角度である。
【００３１】
ここで、θ１１Ｎはノズル列１のインク液滴の位置から受光素子のノズル列１側に近い端面への方向と光軸Ｌとの角度を表し、θ１１Ｆはノズル列１のインク液滴の位置から受光素子のノズル列１側に遠い端面への方向と光軸Ｌとの角度を表している。また、θ１２Ｎはノズル列２のインク液滴の位置から受光素子のノズル列２側に近い端面への方向と光軸Ｌとの角度を、θ１２Ｆはノズル列２のインク液滴の位置から受光素子のノズル列２側に遠い端面への方向と光軸Ｌとの角度を示している。
【００３２】
本実施形態の画像形成装置は、インクジェットヘッド１００のヘッドノズル面２０１の各ノズル〔１、２、…ｎ〕からインク液滴２０２を吐出し、そのインク液滴２０２に光ビーム２０３が衝突することで散乱光Ｓが発生する。
【００３３】
本実施形態の液滴吐出状態検出装置１０３は、散乱光Ｓのうち、受光素子２０６の受光面２０７に到達して得られた受光光量を受光素子２０６において光−電圧変換し、その光−電圧変換した出力電圧Ｖを計測する。こうして散乱光Ｓの受光データを取得し、その受光データを基に、インク液滴２０２の吐出の有無、インク液滴２０２の吐出ずれ等の液滴吐出状態を検出する。こうして検出された液滴吐出状態を液滴吐出状態検出データとして使用する。
【００３４】
本実施形態では、光軸Ｌをシフト量Ｍ分、ノズル列１側へシフトさせるように発光部Ａを移動させる。光軸Ｌをシフト量Ｍ分シフトさせた場合の効果については後述する。
【００３５】
図３は、受光素子２０６と光軸Ｌとの間の角度θ１と受光素子２０６の出力電圧Ｖとの関係を示したものである。図３において、横軸は受光素子２０６と光軸Ｌとの間の角度θ１を示し、縦軸は、受光素子２０６の出力電圧Ｖを示す。
【００３６】
図３に示すように、散乱光Ｓによる出力電圧Ｖは角度依存性をもっており、θ１が大きくなるに従い、散乱光Ｓによる出力電圧Ｖは小さくなる。ここで、角度θ１ｍｉｎは、光ビーム２０３のビーム径φ１内に受光素子２０６が存在しない場合の受光素子２０６と光軸Ｌとの間の最小角度を表す。
【００３７】
但し、光ビーム２０３のビーム径φ１内に受光素子２０６が存在すると、光ビーム２０３が受光素子２０６に直接入ることになる。そうなると、光ビーム２０３による出力電圧Ｖは、散乱光Ｓによる出力電圧Ｖ１よりも大きく、インク液滴２０２を吐出しない状態においても飽和状態Ｖｍａｘとなるため、散乱光Ｓを検出できなくなる。
【００３８】
このため、受光素子２０６と光軸Ｌとの間の角度θ１は、光ビーム２０３のビーム径φ１内に受光素子２０６が存在しない角度『θ１＞θ１ｍｉｎ』でなければならない。
【００３９】
次に、光ビームの強度分布と各ノズル列との関係について図４を用いて説明する。上側の図が、光ビームの強度分布を示しており、横軸が上述した図２のＸ方向を、縦軸が光の強度をそれぞれ示している。下側の図が、光ビームの断面を示している。光軸Ｌで最も光の強度が強く、ビーム径の端に行くに従い強度は低下する。インクジェットヘッド１００の２つのノズル列１、ノズル列２は光軸Ｌから等距離に位置しており、各列から吐出されるインク液滴２０２での光ビームの強度は同じである。
【００４０】
次に、各ノズル列から受光素子２０６への散乱光の入射角度θ１と受光光量Ｓｉｎとの関係について図５を参照して説明する。ノズル列１から受光素子２０６への散乱光の入射角度がθ１１Ｎ〜θ１１Ｆの範囲にあるとき、Ｓ１がノズル列１から受光素子２０６に入射する散乱光の受光光量を示している。また、ノズル列２から受光素子２０６への散乱光の入射角度がθ１２Ｎ〜θ１２Ｆの範囲にあるとき、Ｓ２がノズル列２から受光素子２０６に入射する受光光量を示している。
【００４１】
受光光量は、以下の式１により求められる。式１において、発光光量は発光素子による光ビームの光量を、入射率は発光光量に対する、インク液滴に入射する光ビーム光量の割合を、散乱光量率は入射光量に対する散乱光量の割合を、受光素子入射率は全散乱光量に対する、受光素子に入射する散乱光量の割合をそれぞれ示している。
【００４２】
受光光量＝発光光量×入射率×散乱光量率×受光素子入射率・・・〔式１〕
【００４３】
なお、本図では、右下がりの曲線で示しているが、液滴の形状とサイズによっては、波動形状の右下がりの曲線となることもある。
【００４４】
図４に示したように、インクジェットヘッド１００が少なくとも２つのノズル列１、ノズル列２から構成され、各ノズル列の中心に光ビームの光軸Ｌがあり、各列の光ビームの強度が同じである場合、ノズル列１、列２からの液滴に入射する入射光量は同じである。また、インク液滴が同じ種類で同じ形状である場合、散乱光量率も同じである。
【００４５】
そのため、光ビームが２つのノズル列１、列２からの液滴に入射することで発生する散乱光によって吐出状態を検出する場合、各列と受光素子との角度の違いにより、受光素子への散乱光の入射率がかわり、受光光量Ｓ１とＳ２とに差が出てくることになる。つまり、『θ１１Ｎ＞θ１２Ｎ、θ１１Ｆ＞θ１２Ｆ、Ｓ１＜Ｓ２』の関係となる。すなわち、ノズル列１から受光素子へ入射する散乱光量は、ノズル列２から受光素子へ入射する散乱光量より小さくなる。
【００４６】
ノズル列１から受光素子に入射する散乱光量を大きくするため、従来のように、発光量を大きくするなどにより対応すればコストアップとなってしまう。また、発光量を大きくすると、記録媒体Ｗ、インクジェットヘッド１００、その他の周辺部品等からの反射光が大きくなる。そのため、光ビームの一部、反射光などのオフセット光が増大すると、オフセット光による検出回路の飽和により散乱光の検出ができないことになる。
【００４７】
次に、本発明の実施形態の液滴吐出状態検出装置を適用した場合の光ビームの強度分布と各ノズル列との関係について図２及び図６を参照して説明する。なお、図６では、光軸Ｌをシフト量Ｍ分シフトさせた場合に、各ノズル列におけるビーム光量の相対的な変化を表している。
【００４８】
本図では、光軸シフト前のビーム光量を各ノズル列『○』から引き出した１点鎖線とビーム光量の強度分布を表す曲線との交点で示す。また、光軸シフト後のビーム光量を各ノズル列『●』から引き出した破線とビーム光量の強度分布を表す曲線との交点で示す。図のように、光軸シフト後のノズル列１のビーム光量Ｆ１が光軸シフト前のノズル列１のビーム光量Ｅ１より大きくなっている。一方で、光軸シフト後のノズル列２のビーム光量Ｆ２が光軸シフト前のノズル列２のビーム光量Ｅ２より小さくなっている。
【００４９】
本実施形態においては、光ビームの光軸Ｌをノズル列から受光素子への散乱光の入射角度が大きい列１側にシフト量Ｍだけシフトする。つまり、発光部Ａをシフト量Ｍだけシフトする。これにより、上述したようにノズル列１の液滴に入射するビーム光量は大きくなる。一方で、光ビームの光軸Ｌから遠くなるノズル列２の液滴に入射するビーム光量が小さくなる。言い換えると、本実施形態においては、発光素子による光ビームの光軸が、液滴の吐出位置から受光素子へ散乱光が照射される方向と、発光素子による光ビームの光軸とのなす角が小さいノズル列と前記なす角が大きいノズル列との中心を基準として、前記なす角が大きいノズル列側にシフトしているように発光手段を配置している。
【００５０】
その結果、ノズル列１から受光素子に入射する散乱光光量と、ノズル列２から受光素子に入射する散乱光の光量を同程度にすることができる。
【００５１】
次に、本発明の実施形態を適用した場合の各ノズル列から受光素子２０６への散乱光の入射角度θ１と受光光量Ｓｉｎとの関係について図７を参照して説明する。曲線７０１がノズル列１での受光光量と角度θとの関係を示したものであり、曲線７０２がノズル列２の受光光量と角度θとの関係を示したものである。
【００５２】
ノズル列１から受光素子２０６への入射角度がθ１１Ｎ〜θ１１Ｆの範囲にあるとき、Ｓ１がノズル列１から受光素子２０６に入射する受光光量を示している。また、ノズル列２から受光素子２０６への入射角度がθ１２Ｎ〜θ１２Ｆの範囲にあるとき、Ｓ２がノズル列２から受光素子２０６に入射する受光光量を示している。
【００５３】
上述した式１の関係より、本実施形態においては、光ビームの光軸Ｌを受光素子２０６との角度が大きくなるノズル列１側にシフト量Ｍ分シフトする。これによりノズル列１は光ビームの光軸に近くなるため、ノズル列１側のノズルから吐出されたインク液滴に入射するビーム光量が大きくなり、受光素子２０６に入射する受光光量Ｓ１が光軸Ｌのシフト前より大きくなる。
【００５４】
一方、ノズル列２は光ビームの光軸から遠くなるため、ノズル列２側のノズルから吐出されたインク液滴に入射するビーム光量が小さくなり、受光素子２０６に入射する受光光量Ｓ２が光軸Ｌのシフト前より小さくなる。その結果、受光素子２０６との角度が大きいノズル列１側から受光素子２０６に入射する受光光量Ｓ１と、受光素子２０６との角度が小さいノズル列２側から受光素子２０６に入射する受光光量Ｓ２が同程度になる。
【００５５】
なお、シフト量Ｍは、光ビームの波長と強度分布、ノズル列１とノズル列２の間隔、液滴の形状とサイズ、発光素子の種類と放射角、発光素子とコリメータレンズとの間隔、発光素子と液滴との間隔、液滴と受光素子との間隔、受光素子の位置とサイズ、ヘッドと印刷媒体の間隔などの条件により変わる。
【００５６】
なお、上述した図５同様に、図７においても、曲線７０１及び曲線７０２とも右下がりの曲線で示しているが、液滴の形状とサイズによっては、波動形状の右下がりの曲線となる。
【００５７】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態の液滴吐出状態検出装置の概略について図８を用いて説明する。本実施形態の液滴吐出状態検出装置は、第１実施形態の構成に加え、新たに絞り手段としての絞り部材８０１を設けている。絞り部材８０１は、光ビーム２０３の照射方向を基準としてコリメートレンズ２０５より下流側に設けられている。絞り部材８０１は、発光素子２０４が発光した光ビーム２０３を絞る部材である。なお、発光素子２０４、コリメートレンズ２０５、絞り部材８０１は発光ユニット２０８に搭載される。絞り部材８０１としては、例えばアパーチャやスリットなどが挙げられる。
【００５８】
受光部Ｂは、受光素子２０６の受光面２０７が、光ビーム２０３のビーム径φ４内に入らないように、光ビーム２０３のビーム径φ４から外れた位置に配置する。但し、受光部Ｂは、ビーム径φ４に隣接する位置に配置することが好ましい。
【００５９】
また、受光部Ｂは、光ビーム２０３の光軸Ｌに対して角度θ３開いた位置で、且つ、光軸Ｌの垂直方向に対してθ４（０≦θ４＜θ３）の角度をもった位置に配置する。本実施形態における角度θ３は第１実施形態における角度θ１より小さくする。
【００６０】
受光素子２０６と光軸Ｌとの間の角度θ３は、光ビーム２０３のビーム径φ４内に受光素子２０６が存在しない角度『θ３＞θ３ｍｉｎ』でなければならない。なお、本図において、φ４はビーム径の長径を示し、φ３はビーム径の短径を示す。
【００６１】
また、本図において、θ３１Ｎはノズル列１と受光素子のノズル列１側に近い端面との角度を、θ３１Ｆはノズル列１と受光素子のノズル列１側に遠い端面との角度をそれぞれ示している。また、θ３２Ｎはノズル列２と受光素子のノズル列２側に近い端面との角度を、θ３２Ｆはノズル列２と受光素子のノズル列２側に遠い端面との角度をそれぞれ示している。
【００６２】
第１実施形態の構成例に加え、新たに設けた絞り部材８０１により、光ビーム２０３を絞ることにより、光ビーム２０３のビーム径φ３、φ４を小さくすることができる。すなわち、本実施形態のビーム径φ３及びφ４は、第１実施形態のビーム径φ１及びφ２より小さいこととなる。その結果、受光素子２０６と光軸Ｌとの間の角度θ３を第１実施形態のθ１より小さくすることができる。
【００６３】
なお、ビーム径φ３及びφ４のどちらを長径とするか、または両者を同径とするか、またはビーム形状を矩形にするかは、光ビームの波長と強度分布、ノズル列１とノズル列２の間隔、液滴の形状とサイズ、発光素子の種類と放射角、発光素子とコリメータレンズとの間隔、発光素子と液滴との間隔、液滴と受光素子との間隔、受光素子の位置とサイズ、ヘッドと印刷媒体の間隔などの条件により変わる。
【００６４】
次に、本実施形態を適用した場合の、受光素子２０６と光ビーム２０３の光軸Ｌとの間の角度θ３と受光素子２０６の出力電圧Ｖとの関係について図９を参照して説明する。図９において横軸は、受光素子２０６と光軸Ｌとの間の角度θ３を示し、縦軸は、受光素子２０６の出力電圧Ｖを示す。
【００６５】
図９に示すように、散乱光Ｓによる出力電圧Ｖは角度依存性をもっており、角度θ３が大きくなるに従い、散乱光Ｓによる出力電圧Ｖは小さくなる。ここで、角度θ３ｍｉｎは、光ビーム２０３のビーム径φ４内に受光素子２０６が存在しない場合の受光素子２０６と光軸Ｌとの間の最小角度を表す。
【００６６】
このため、角度θ３がθ３＜θ１の条件では、散乱光Ｓによる受光光量が大きくなり、受光素子２０６において光−電圧変換された角度θ３での出力電圧Ｖ３は、第１実施形態における角度θ１での出力電圧Ｖ１より大きいものとなる。
【００６７】
また、本実施形態においては、光ビーム２０３を絞ることにより、発光素子２０４から発光する光ビーム２０３の光強度のばらつき、波面ズレなどが抑えられる。このため、光ビーム２０３がインク液滴２０２と衝突することで発生する散乱光Ｓにおいても、光強度のばらつき、波面ズレなどが抑えられた散乱光Ｓとなる。
【００６８】
本実施形態の上述の構成により、光ビームのビーム径が細くなるため、受光素子と光ビームの光軸との角度を小さくすることができる。これにより、光ビームの記録媒体、液滴吐出ヘッド等での反射光、外乱光などのノイズ光Ｎによる受光素子の受光光量に対する、インク吐出時に光ビームがインク液滴に入射することにより生ずる散乱光Ｓによる受光素子での光量が大きくなる。その結果、ＳＮ比が大きくなりインク吐出不良の検知が確実となる。
【００６９】
また、発光素子の光ビームの周辺部やレンズ周辺部では収差の影響を小さくできるため、光ビームは光強度のばらつき、波面ズレなどが抑えられ、光ビームが液滴に入射することにより生ずる散乱光においても光強度のばらつき、波面ズレなどが抑えられる。そのため、受光素子の受光光量のばらつきや変化などが抑えられ、検出精度が向上してインク吐出不良の検知が確実となる、という効果がある。
【００７０】
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態の液滴吐出状態検出装置の構成例について図１０を参照して説明する。本実施形態の液滴吐出状態検出装置は、上述した第１及び第２実施形態の構成に加え、発光ユニット２０８を移動させる第１の移動手段としての移動機構１００１を設けている。
【００７１】
受光部Ｂは、受光素子２０６の受光面２０７が、光ビーム２０３のビーム径φ４内に入らないように、光ビーム２０３のビーム径φ４から外れた位置に配置する。但し、受光部Ｂは、ビーム径φ４に隣接する位置に配置することが好ましい。
【００７２】
受光部Ｂは、光ビーム２０３の光軸Ｌに対して角度θ５開いた位置で、且つ、光軸Ｌの垂直方向に対してθ６（０≦θ６＜θ５）の角度をもった位置に配置する。本実施形態における角度θ５は第１実施形態における角度θ１より小さくする。
【００７３】
受光素子２０６と光軸Ｌとの間の角度θ５は、光ビーム２０３のビーム径φ４内に受光素子２０６が存在しない角度『θ５＞θ５ｍｉｎ』でなければならない。なお、第２実施形態と同様、θ５ｍｉｎは、光ビーム２０３のビーム径φ４内に受光素子２０６が存在しない場合の受光素子２０６と光軸Ｌとの間の最小角度を示す。
【００７４】
また、本図において、θ５１Ｎはノズル列１と受光素子のノズル列１側に近い端面との角度を、θ５１Ｆはノズル列１と受光素子のノズル列１側に遠い端面との角度をそれぞれ示している。また、θ５２Ｎはノズル列２と受光素子のノズル列２側に近い端面との角度を、θ５２Ｆはノズル列２と受光素子のノズル列２側に遠い端面との角度をそれぞれ示している。
【００７５】
上述の各実施形態の構成例では、受光素子２０６との角度が大きいノズル列と小さいノズル列から入射する受光光量が同程度になるように、光ビーム２０３の光軸Ｌを受光素子２０６との角度が大きくなるノズル列１側にシフト量Ｍ分シフトしている。
【００７６】
しかし、ノズル１からノズルｎでは、最適なシフト量Ｍが変わる場合がある。そのため、ノズル１からノズルｎの各々について、移動機構１００１により発光ユニット２０８を移動しながら、受光素子２０６の出力電圧Ｖを計測して最適な移動量Ｍを決定して設定する。
【００７７】
移動機構１００１としては、例えば不図示の駆動モータによりモータギア１００１Ａを駆動させ、これと連結されたスライダ杆１００１Ｂを上下させることで、スライダ杆１００１Ｂに指示された発光ユニット２０８を移動させるものを採用できる。なお、モータギア１００１Ａとスライダ杆１００１Ｂは、例えばスライダ杆１００１Ｂの下端側の不図示のラックと噛み合わされている。但し、本発明の移動機構がこれに限定されることは言うまでもなく、発光ユニット２０８を移動させることができる周知の機構を採用することとしてよい。
【００７８】
移動量Ｍの決定は、液滴吐出状態検出毎に行うか、イニシャル動作時に行い、その後の液滴吐出状態検出時は移動のみを行うこととしてもよい。なお、本実施形態では、絞り部材８０１を搭載した場合について説明しているが、絞り部材８０１を未搭載の場合も同様に動作可能である。
【００７９】
上述した本実施形態の構成により、光ビームの光軸を固定位置から移動できるようにすることにより、液滴を吐出するノズル１、２・・・ｎ番目での最適位置が変わった場合においても、各々の最適位置に光軸をシフトさせることが可能となる。よって、受光光量は大きくなり、ノイズ光Ｎよる受光光量と散乱光Ｓによる受光光量とのＳＮ比が大きくなることで検出精度が向上し、その結果インク吐出不良の検知が確実となる、という効果がある。
【００８０】
〔第４実施形態〕
次に、本発明の第４実施形態の液滴吐出状態検出装置の構成例について図１１を参照して説明する。本実施形態の液滴吐出状態検出装置としては、上述の各実施形態の構成に加え、光ビームの光束を平行光から収束光とするための構成を採用する。なお、本図において、φ６はビーム径の長径を示し、φ５はビーム径の短径を示す。
【００８１】
受光部Ｂは、受光素子２０６の受光面２０７が、光ビーム２０３のビーム径φ６内に入らないように、光ビーム２０３のビーム径φ６から外れた位置に配置する。但し、受光部Ｂは、ビーム径φ６に隣接する位置に配置することが好ましい。
【００８２】
また、受光部Ｂは、光ビーム２０３の光軸Ｌに対して角度θ７開いた位置で、且つ、光軸Ｌの垂直方向に対してθ８（０≦θ８＜θ７）の角度をもった位置に配置する。本実施形態における角度θ７は第３実施形態における角度θ５より小さくする。
【００８３】
受光素子２０６と光軸Ｌとの間の角度θ７は、光ビーム２０３のビーム径φ６内に受光素子２０６が存在しない角度『θ７＞θ７ｍｉｎ』でなければならない。なお、第３実施形態と同様、θ７ｍｉｎは、光ビーム２０３のビーム径φ６内に受光素子２０６が存在しない場合の受光素子２０６と光軸Ｌとの間の最小角度を示す。
【００８４】
また、本図において、θ７１Ｎはノズル列１と受光素子のノズル列１側に近い端面との角度を、θ７１Ｆはノズル列１と受光素子のノズル列１側に遠い端面との角度をそれぞれ示している。また、θ７２Ｎはノズル列２と受光素子のノズル列２側に近い端面との角度を、θ７２Ｆはノズル列２と受光素子のノズル列２側に遠い端面との角度をそれぞれ示している。
【００８５】
なお、φ５、φ６のどちらを長径とするか、両者を同径とするか、またはビーム形状を矩形にするかは、光ビームの波長と強度分布、ノズル列１とノズル列２の間隔、液滴の形状とサイズ、発光素子の種類と放射角、発光素子とコリメータレンズとの間隔、発光素子と液滴との間隔、液滴と受光素子との間隔、受光素子の位置とサイズ、ヘッドと印刷媒体の間隔などの条件により変わる。
【００８６】
上述した各実施形態においては、ノズル１からｎでの発光光量の入射率は同程度である。また、受光素子２０６への散乱光の入射率は、光ビーム２０３の光軸Ｌに対する角度θ７とインク液滴から受光素子２０６までの距離により決定する。そして、インク液滴２０２から受光素子２０６までの距離が長いと入射率が減少する。
【００８７】
しかし、インク液滴２０２から受光素子２０６までの距離が長いと、光ビーム２０３の光軸Ｌに対する角度θ７（θ７１Ｎ、θ７１Ｆ、θ７２Ｎ、θ７２Ｆ）が小さくなるため、散乱光の入射率が増加する。例えば、散乱光量の大きいθ７＜１０°程度にて受光素子２０６を設置した場合、角度による増減が、距離による増減を上回る。そのため、受光素子２０６への散乱光の入射率は、発光素子２０４側に近いノズル１から受光素子２０６側に近いノズルｎに向かって減少する。
【００８８】
受光光量は、上述の式１により求められるため、上述の各実施形態の構成例においては、ノズル１からｎでのノズルから吐出されたインク液滴への光ビーム２０３の入射率は同程度で、受光素子２０６への散乱光の入射率が減少するので、ノズル１からｎに向かって受光光量は減少する。
【００８９】
本実施形態では、光ビーム２０３を平行光から収束光にすることにより、ノズル１からｎに向かってノズルから吐出されたインク液滴への入射率は増加させる。これにより、受光素子への入射率の減少を抑えるので、受光光量の変動を抑えることができる。なお、収束率を最適値にすることにより、受光光量は同程度にすることができる。
【００９０】
〔第５実施形態〕
次に、本発明の第５実施形態の液滴吐出状態検出装置の構成例について図１２を参照して説明する。本実施形態の液滴吐出状態検出装置は、上述の第４実施形態を発展させたもので、光ビームを平行光から収束光とするための発光素子２０４の移動機構１２０１を設けている。なお、本図において、φ８はビーム径の長径を示し、φ７はビーム径の短径を示す。なお、本発明において、移動機構１２０１を第２の移動手段とする。
【００９１】
受光部Ｂは、受光素子２０６の受光面２０７が、光ビーム２０３のビーム径φ８内に入らないように、光ビーム２０３のビーム径φ７から外れた位置に配置する。但し、受光部Ｂは、ビーム径φ８に隣接する位置に配置することが好ましい。
【００９２】
また、受光部Ｂは、光ビーム２０３の光軸Ｌに対して角度θ９開いた位置で、且つ、光軸Ｌの垂直方向に対してθ１０（０≦θ１０＜θ９）の角度をもった位置に配置する。本実施形態における角度θ９は第３実施形態における角度θ５より小さくする。
【００９３】
受光素子２０６と光軸Ｌとの間の角度θ９は、光ビーム２０３のビーム径φ８内に受光素子２０６が存在しない角度『θ９＞θ９ｍｉｎ』でなければならない。なお、第３実施形態と同様、θ９ｍｉｎは、光ビーム２０３のビーム径φ８内に受光素子２０６が存在しない場合の受光素子２０６と光軸Ｌとの間の最小角度を示す。
【００９４】
また、本図において、θ９１Ｎはノズル列１と受光素子のノズル列１側に近い端面との角度を、θ９１Ｆはノズル列１と受光素子のノズル列１側に遠い端面との角度をそれぞれ示している。また、θ９２Ｎはノズル列２と受光素子のノズル列２側に近い端面との角度を、θ９２Ｆはノズル列２と受光素子のノズル列２側に遠い端面との角度をそれぞれ示している。
【００９５】
なお、φ７、φ８のどちらを長径とするか、両者を同径とするか、またはビーム形状を矩形にするかは、光ビームの波長と強度分布、ノズル列１とノズル列２の間隔、液滴の形状とサイズ、発光素子の種類と放射角、発光素子とコリメータレンズとの間隔、発光素子と液滴との間隔、液滴と受光素子との間隔、受光素子の位置とサイズ、ヘッドと印刷媒体の間隔などの条件により変わる。
【００９６】
上述の第４実施形態においては、収束率は一定であるが、本実施形態においては発光素子２０４を光ビーム２０３の照射方向に沿って前後移動させる移動機構１２０１を設けることにより収束率を変更することが可能となる。そのため、ノズル１からｎでの入射率が最適値となるように収束率を設定可能となる。最適値とは、ノズル列１とノズル列２でのインク液滴への光ビームの入射率が大きく、液滴の有無、曲がりが検出可能なビーム径での入射率である。
【００９７】
受光光量は、上述した式１により求められるので、ノズル１からｎでの入射率を最適値に設定することにより、受光光量は大きくなる。なお、本実施形態では発光素子２０４の移動機構を備えているが、コリメータレンズ２０５の移動機構を備えることでも同様の効果が得られる。また、移動機構としては、発光素子が光ビームの照射方向に沿って前後移動されるように、上述の第３実施形態で説明した移動機構と同様の機構を採用してよい。
【００９８】
本実施形態では、ノズル１からｎの各々について、移動機構１２０１により発光素子２０４を移動しながら、受光素子２０６の出力電圧Ｖを計測して最適な移動量を決定する。移動量の決定を液滴吐出状態検出毎に行うこととしてもよく、また移動量の決定をイニシャル動作時に行い、その後の液滴吐出状態検出時は移動のみを行うこととしてもよい。
【００９９】
上述した本実施形態によれば、ノズル１からｎでの入射光量を最適値に設定することにより、受光光量は大きくなる。その結果、ノイズ光Ｎよる受光光量と散乱光Ｓによる受光光量とのＳＮ比が大きくなり、検出精度が向上し、インク吐出不良の検知が確実となる。
【０１００】
一方、受光光量を上げない場合は、発光素子の定格出力を下げることで発光光量を下げることが可能となる。また、コストを下げる効果も期待できる。
【０１０１】
〔第６実施形態〕
次に、本発明の第６実施形態について説明する。本実施形態においては、ノズル列１とノズル列２の同じノズル番号のノズルから吐出されるインク滴２滴を同時に検出する構成をとる。そして、本実施形態を適用した場合における、受光素子２０６と光ビームの光軸Ｌとの間の角度θ９と受光素子２０６の出力電圧Ｖとの関係について図１３を参照して説明する。図１３において、横軸は受光素子２０６と光軸Ｌとの間の角度θ９を示し、縦軸は受光素子２０６の出力電圧Ｖを示す。なお、本実施形態の説明において、上述した第５実施形態の液滴吐出状態検出装置での構成例を示す図１２も合わせて参照する。
【０１０２】
図１３に示すように、散乱光Ｓによる出力電圧Ｖは角度依存性をもっており、角度θ９が大きくなるに従い、散乱光Ｓによる出力電圧Ｖは小さくなる。本図において、曲線１３０１は、ノズル列１またはノズル列２の何れかのノズル１個から吐出されたインク適１滴での散乱光Ｓによる出力電圧Ｖを示している。また、曲線１３０２は、ノズル列１とノズル列２の同じノズル番号のノズル２個から吐出されたインク滴２滴での散乱光Ｓによる出力電圧Ｖを示している。
【０１０３】
図に示すように、インク滴１滴を吐出した場合の角度θ９における出力電圧Ｖ３１に比べ、インク滴２滴を吐出した場合の同角度θ９における出力電圧Ｖ３２の方が大きいことがわかる。インク滴２滴を同時に吐出することにより、２滴の吐出の有無を検出することが可能となる。
【０１０４】
本実施形態においては、ノズル列１のノズル１個から吐出されたインク適１滴での散乱光Ｓによる出力電圧Ｖ３１と、ノズル列２のノズル１個から吐出されたインク適１滴での散乱光Ｓによる出力電圧Ｖ３１との間に差がある場合には、その電圧差からノズル列１とノズル列２のどちらのノズルが不吐出であるかを判断する。
【０１０５】
一方、ノズル列１のノズル１個から吐出されたインク適１滴での散乱光Ｓによる出力電圧Ｖ３１と、ノズル列２のノズル１個から吐出されたインク適１滴での散乱光Ｓによる出力電圧Ｖ３１との間に、差がない場合には、例えばノズル列１のノズルから吐出を行い、ノズル列１とノズル列２のノズルのどちらが不吐出であるかを判断する。
【０１０６】
上述した本実施形態によれば、各ヘッド列の同じノズル番号の２滴を同時に吐出して散乱光Ｓを検出することにより、検知時間を短縮することができる。
【０１０７】
なお、上述する実施形態は、本発明の好適な実施形態であり、上記実施形態のみに本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を施した形態での実施が可能である。
【０１０８】
例えば、上述した本実施形態の画像形成装置や液滴吐出状態検出装置を構成する各部における制御動作は、ハードウェア、または、ソフトウェア、あるいは、両者の複合構成を用いて実行することも可能である。
【０１０９】
なお、ソフトウェアを用いて処理を実行する場合には、処理シーケンスを記録したプログラムを、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータ内のメモリにインストールして実行させることが可能である。あるいは、各種処理が実行可能な汎用コンピュータにプログラムをインストールして実行させることが可能である。
【０１１０】
例えば、プログラムは、記録媒体としてのハードディスクやＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）に予め記録しておくことが可能である。あるいは、プログラムは、リムーバブル記録媒体に、一時的、あるいは、永続的に格納（記録）しておくことが可能である。このようなリムーバブル記録媒体は、いわゆるパッケージソフトウエアとして提供することが可能である。なお、リムーバブル記録媒体としては、フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＭＯ（Ｍａｇｎｅｔｏ  ｏｐｔｉｃａｌ）ディスク、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）、磁気ディスク、半導体メモリなどが挙げられる。
【０１１１】
なお、プログラムは、上述したようなリムーバブル記録媒体からコンピュータにインストールすることになる。また、ダウンロードサイトから、コンピュータに無線転送することになる。また、ネットワークを介して、コンピュータに有線で転送することになる。
【０１１２】
また、本実施形態における画像形成装置や液滴吐出状態検出装置は、上記実施形態で説明した処理動作に従って時系列的に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力、あるいは、必要に応じて並列的にあるいは個別に実行するように構築することも可能である。
【符号の説明】
【０１１３】
１００、１１０、…１ｎ０    インクジェットヘッド（液滴吐出手段）
１０３、１１３、…１ｎ３    液滴吐出状態検出装置
２０２    インク液滴
２０３    光ビーム
２０４    発光素子
２０５    コリメートレンズ
２０６    受光素子
２０７    受光面
２０８    発光ユニット
８０１    絞り部材
１００１、１２０１    移動機構
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１１４】
【特許文献１】特開２０１２−１０６４４６号公報
【特許文献２】特開２０１２−３５５２２号公報
【図１】
2014117809.tif 000003
【図２】
2014117809.tif 000004
【図３】
2014117809.tif 000005
【図４】
2014117809.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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