(57)【要約】【課題】  インクジェット記録ヘッドからの吐出状態について、吐出、不吐出、吐出不良のいずれであるかを高精度に検知可能な、液体吐出状態検知装置を提供する。【解決手段】  記録ヘッドから液体を吐出する場合に、液体が記録ヘッド表面から離れる前に接触可能な位置に、記録ヘッド表面からの距離が異なるよう複数の電極を設け、記録ヘッドと電極間に所定電圧を印加して、記録ヘッドから吐出された液柱状の液体と複数の電極それぞれとの通電の有無によりノズル吐出状態を判断する【選択図】        図１
2006130769.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数ノズルから液体を吐出して記録を行う記録ヘッドと、前記記録ヘッドから前記液体が離れる前に接触し、且つ記録ヘッド表面からの距離が異なる位置に設置された複数の電極と、前記記録ヘッドと前記電極間に所定電圧を印加する電圧印加手段と、前記記録ヘッドから吐出された液柱状の液体と前記複数の電極との通電の有無によりノズル吐出状態を検知するノズル吐出状態検知手段を有することを特徴する液体吐出状態検知装置。
【請求項２】
前記複数の電極の内、一つの電極とヘッド表面の間の距離Ｌａは５μｍ＜Ｌａ＜＝２０μｍ、その他の電極とヘッド表面の間の距離Ｌｚは２０μｍ＜Ｌｚ＜＝２００μｍとなるよう電極を設置することを特徴とする請求項１記載の液体吐出状態検知装置。
【請求項３】
複数ノズルから液体を吐出して記録を行う記録ヘッドと、記録ヘッドから液体が離れる前に接触可能な位置に設置された可動式の電極と、前記記録ヘッドと前記電極間に所定電圧を印加する電圧印加手段と、前記記録ヘッドから吐出された液柱状の液体と電極との通電の有無によりノズル吐出状態を検知するノズル吐出状態検知手段を有することを特徴する液体吐出状態検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は記録媒体にインクを吐出する記録部を備え、前記記録部より微小なインク滴を記録媒体に着弾させることで、高画質の画像を形成するインクジェット方式のプリンターにおける、液体吐出状態検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、インクジェットプリンターの記録ヘッドからのインク吐出／不吐出やインク吐出状態を検知する方法が提案されている。吐出状態を検知する方法としては、例えば、インク滴検知器を用いて記録ヘッドからのインク吐出状態を判定する機能を有し、不吐出ノズルを検知した場合、エラー警告等を、そのインクジェットプリンターを使用するユーザーに通知するなどして、記録される画像の不良を未然に防ぐことなどを可能としたものが知られている（例えば特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平１１−１７０５６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、この公報に記載されたインクの吐出状態を検知する技術によれば、以下のような問題があった。
【０００４】
（１）インク液滴に電荷をチャージし、その電荷（誘導電荷）を検知してインク吐出／不吐出を検知している。しかし、インク液滴にチャージされる電荷は、そのインク液滴の表面に集中するため、インク液滴の検知能力が小さく、特に吐出量が少ない場合には微小の出力しか得られず、信頼性の点で問題があった。
【０００５】
（２）上述の（１）の課題を解決するために、１００Ｖ程度の高電圧をインクジェットヘッドとインク検知器との間に印加して、この間の電界を高めることによって、インク液滴にチャージされる電荷量を多くすることが考えられる。しかしながら、それに要するコストが膨大なものになり、装置コストを増大させてしまうために問題となる。
【０００６】
（３）更に、インク液滴にチャージされた電荷をより多く捕集する必要があるために複数のインク液滴からの電荷を検知する必要がある。このため、より多くの時間を要す、廃インク量が多くなる等の問題があった。また、複数のインク液滴の検知値が平均化されて検知結果となるため、各インク液滴の変動やばらつきなどを検知するのが困難であった。
【０００７】
（４）更に、吐出／不吐出の検知は可能であるが、吐出はするが不良な状態にある場合の検知が困難であるという問題がある。
【０００８】
本発明は、高電圧を用いることなく、少ない液体量で、ヘッドからの吐出液体が吐出／不吐出／吐出不良であるかを高精度に検知できる、液体吐出状態検知装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、複数ノズルから液体を吐出して記録を行う記録ヘッドと、前記記録ヘッドから前記液体が離れる前に接触し、且つ記録ヘッド表面からの距離が異なる位置に設置された複数の電極と、前記記録ヘッドと前記電極間に所定電圧を印加する電圧印加手段と、前記記録ヘッドから吐出された液柱状の液体と前記複数の電極との通電の有無によりノズル吐出状態を検知するノズル吐出状態検知手段を有することを特徴とするものである。
【００１０】
また、前記複数の電極の内、一つの電極とヘッド表面の間の距離Ｌａは５μｍ＜Ｌａ＜＝２０μｍ、その他の電極とヘッド表面の間の距離Ｌｚは、２０μｍ＜Ｌｚ＜＝２００μｍとなるよう電極を設置することを特徴とするものである。
【００１１】
更に、複数ノズルから液体を吐出して記録を行う記録ヘッドと、記録ヘッドから液体が離れる前に接触可能な位置に設置された可動式の電極と、前記記録ヘッドと前記電極間に所定電圧を印加する電圧印加手段と、前記記録ヘッドから吐出された液柱状の液体と電極との通電の有無によりノズル吐出状態を検知するノズル吐出状態検知手段を有することを特徴するものである。
【発明の効果】
【００１２】
以上、説明したように本発明では、吐出状態に応じた吐出滴の液柱の長さを電極との通電により電気信号に変換する。このため、本発明では、高電圧を用いることなく、少ない液体量で、吐出液体が吐出／不吐出／吐出不良のどの状態にあるかを高精度で検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。
【実施例１】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施例１を詳細に説明する。
【００１５】
図１は本実施例の吐出状態検知装置の構成を示している。図１中の１は、インクジェット方式の記録ヘッドであり、記録ヘッド１下面には等間隔に配列されたノズル列２があり、４つのノズル列に対応した異なるインクが入ったインクタンク３が設置されている。記録ヘッド１の下には、ノズル列２と同じ幅をもつ先細の銅板電極４Ａ、４Ｂが置かれている。電極４Ａは、電極４Ｂより高さ方向に短く、電極４Ａ先端とノズル面の距離が遠くなるように設置されている。電極４Ｂの先端は、ノズル面と直接設置しない位置で、電極４Ａの先端よりノズル面に近くになるように設置されている。電極が先細の板状となっているのは、先端でのインク溜りを防ぐためである。
【００１６】
図２に吐出状態検知の構成を示す。図２は図１を縦方向に切断し横方向に見た側面図である。図２中のインクタンク３には、インク５と吸収体６があり、吸収体６の毛細管力によってインクが吸収、保持されている。吸収体の下には吸収体６から吐出口１０までインクを供給するインク供給路７、インク供給路７の異物を除去するのフィルタ８がある。各ノズルには発泡用の泡を形成するヒータ９、吐出口１０が対に設置されている。インク５のインクは吸収体６、インク供給路７、フィルタ８を通り、ヒータ９により押し出され、吐出口１０より外部へと吐出される。こうして吐出されたインクは、吐出当初は吐出口１０と物理的に接触した液柱１３を形成している。その後、インクの表面張力等で液柱がちぎれ球状となり、記録ヘッド２から分離する。
【００１７】
次に、図２の吐出状態検知装置の電気回路部について説明する。インクタンク内のインクに電圧を与えるため電源１１と電極１２と接続している。また、電源１１、電極４Ａの間に分圧抵抗１４が接続され、分圧抵抗１４は電圧検知手段１５と接続されている。また、電源１１と電圧検知手段１５の−極側はＧＮＤに接続されている。ここで図２のように液柱１３と電極４Ａが接触している場合の等価回路を図３に示す。なお、図３中のＲは、電極１２、タンク内のインク、液柱１３、電極４Ａの合成抵抗を示している。電圧検知手段１５に現れる検知電圧Ｖは、図３の等価回路よりＶ＝Ｅ×ｒ／（Ｒ＋ｒ）となる。液柱１３と電極４Ａが接触していない場合、Ｒ＝∞Ωとなるから検知電圧Ｖは０Ωとなる。吐出口１０から電極４Ａの上端までの距離ｌとした場合、ｌ＝５０μｍの場合で、Ｅ＝２０Ｖ、ｒ＝１４ＭΩ、Ｒ＝９２０ＭΩの条件でＶ＝３００ｍＶの検知電圧を示している。
【００１８】
次に、吐出／不吐出ノズルの判定方法について説明する。吐出時の電圧波形を図４に示す。ここで記録ヘッドの駆動周波数ｆ＝１０ｋＨｚであり、この周波数のタイミングでノズル列の先頭から終端ノズルまで順次吐出される。図４（ａ）の波形を見ると、１０ＫＨｚの間隔で電圧ピークが観測されている。この電圧ピーク値は、液柱と電極が接触、通電した時であり、その検知電圧値はＶ＝Ｅ×ｒ／（Ｒ＋ｒ）となる。また、電圧が０Ｖとなるのは液柱と電極が離れている場合である。図４（ｂ）の波形では、図４（ａ）と比較して三番目の波形に山がないことから、３ノズル目は不吐出ノズルとなる。このように通電による電圧変化を利用し、ある電圧にしきい値を設定する。検知電圧が、しきい値に達したノズルは吐出ノズルと判定、しきい値に達しないノズルは不吐出ノズルと判定する。
【００１９】
次に吐出不良ノズルの判定方法について説明する。図５は、吐出時の液柱の振る舞いについて示しており、図中に吐出口１０、液柱１３、電極４Ａが示してある。通常吐出の場合は吐出力があるため図５（ａ）のように長い液柱１３ができる。その後、図５（ｂ）のように液柱１３と電極４Ａと接触、通電した状態となる。その後、図５（ｃ）のように液柱１３はちぎれ、通電しなくなる。
【００２０】
図６は吐出不良時の液柱の振る舞いについて示している。吐出不良状態はインクの固着、吐出口のごみの付着、ノズル自体の故障などが主な原因で、吐出力が弱くなる。そのため、図６（ａ）のように図５（ａ）の通常吐出と比較して液柱１３が短くなる。その後、図６（ｂ）のように液柱１３はちぎれ、球状となり図６（ｃ）のように電極４Ａ上に付着する。このように吐出不良時は、液柱が短く電極４Ａに接触するより前にちぎれてしまうため通電することはない。この吐出状態の違いによる液柱の長さの違いを吐出不良ノズルの判定に利用する。液柱の長さは通常、正常吐出で約５０〜２００μｍ、吐出不良時では約１０〜３０μｍである。また、印刷してから数分間印刷を休止すると、インクの固着により一発目の吐出の液柱が短くなる現象が顕著に現れる。
【００２１】
吐出／不吐出／吐出不良を判定する場合は、図１のように吐出／不吐出を判定するために、ヘッド表面からの距離が近い電極４Ａと、吐出不良を判定するために、ヘッド表面までの距離が遠い電極４Ｂを設置する。なお本実施例では、記録ヘッド表面から電極４Ａまでの距離を５０μｍ、電極４Ｂまでの距離を１０μｍとしている。
【００２２】
図７は、本実例の形態に係るインクジェット方式のプリンター１６の構成図で、図７（ａ）はプリンター正面図、図７（ｂ）はプリンター側面図で、正面図と側面図とで共通する部分は同じ数字で示している。
【００２３】
図７において、記録ヘッド１は、インク吐出方向を下に向けて軸１７に取付けられており、モータの回転に応じて、図の矢印で示す方向に往復移動される。１８は紙送りローラ、１９はプラテンで、これらプラテン１９と紙送りローラ１８の間を送出される記録媒体に向かって吐出口からインクが吐出され、そのインクが記録媒体に着弾することにより、記録媒体に画像が印刷される。記録ヘッド１のホームポジションには、ヘッドの回復系ユニット２０等があり、回復系ユニット２０と逆側に電極４Ａ、４Ｂが設けてある。吐出状態検知用の電極を４Ａ、４Ｂの位置にしているのは、印字途中での検知も考慮し、記録媒体への検知吐出インクの付着を防止するためである。ここで、電極４Ａ、４Ｂは１ノズル列の間隔で置かれている。
【００２４】
吐出／不吐出時には、電極４Ａ上に記録ヘッド１の第一ノズル列が位置するようにする。第一ノズル列の先頭ノズルから順次吐出し、液柱と電極４Ａの通電により吐出／不吐出を判定する。第一ノズルの終端ノズルまで吐出した後、電極４Ｂ上に第一ノズル列が位置するように記録ヘッド１を動作させる。この時、第ニノズル列は電極４Ａ上に位置することになる。第一ノズルの先頭ノズルを吐出し、液柱と電極４Ｂの通電により吐出／吐出不良を判定する。終端ノズルまで吐出して、吐出／吐出不良判定した後、続いて第二ノズル列を吐出し吐出／不吐出を判定する。最終ノズルまで同様の検知を行い、最終ノズル列の終端ノズル列の吐出不良を判定終了により吐出状態検知は終了となる。
【００２５】
吐出状態検知により、全てが吐出ノズルであった場合は、吐出状態検知は終了となり次のプリント動作へと移る。しかし、不吐出ノズルがあった場合には、回復系ユニット２０によりそのノズルに対して回復制御を行う。吐出不良ノズルがあった場合には、予備吐出などそのノズルに対する吐出不良回復制御を行う。
【００２６】
ここで、検知に要する時間は、検知時間＝（全ノズル数／吐出周波数）×２＋記録ヘッド移動時間、となる。ここで×２となっているのは、１ノズルに対して吐出／不吐出検知と吐出不良検知を行うためである。例えば全ノズル数が５０００、吐出周波数が１０ｋＨｚ、記録ヘッド位置移動時間が２ｓだとすると、検知時間は２．５ｓとなる。また、電極４Ａ、４Ｂを１ノズル列間隔に置くことにより、記録ヘッドの位置合わせが短縮されるため、検知時間が短くなる。更に、検知用電極を増やすことにより検知時間を更に短くすることも可能である。
【００２７】
検知タイミングは、前述したように数分間の印刷休止で吐出不良になる可能性があることから、数分以上の印刷休止をした場合に行うのが望ましい。
【００２８】
検知に使用するインク量は、検知インク量＝全ノズル数×吐出滴量×２である。全ノズル数が５０００、吐出適量が３０ｐｌであった場合で、０．３μｌと極めて少ない。
【００２９】
図８は、本実施の形態に係るプリンターのプリントシステムの構成を示すブロック図である。
【００３０】
図８において、ホストコンピュータ８０とプリンター８１とが、直接或はＬＡＮ等を介して接続されている。ホストコンピュータ８０は、各種アプリケーションプログラムやＯＳなどを実行して、このホストコンピュータ８０の動作を制御するＣＰＵ８２を備えている。更に、ホストコンピュータ８０は、このプリンター８１によるプリント動作を制御するためのプリンタドライバ８３を有しており、このプリンタドライバ８３は、アプリケーションプログラム８４からプリントデータを受け取り、それをプリンター８１が解釈できるコマンドやデータフォーマットに変換してプリンター８１に出力している。
【００３１】
このプリンター８１は、前述した記録ヘッドの各ノズルの吐出／不吐出．／吐出不良を検知する機能を有しており、この検知した結果は、プリンター８１からホストコンピュータ８０に送られ、プリンタドライバ８３によりユーザーに対して報知されるようにしても良い。
【００３２】
図９に吐出状態検知を行った場合のフローチャートを示す。ここで電極Ａは吐出／不吐出検知を検知用の電極Ａであり、電極Ｂは吐出不良検知用の電極である。
【００３３】
吐出状態検知を開始すると、まず吐出／不吐出検知したいノズル（列）、吐出順序を選択する。選択したノズルがあるノズル列を電極Ａ上に移動する。選択したノズルを順次吐出し、液柱と電極Ａの通電による検知電圧の変化を読取り、検知電圧がしきい値に達しないノズルは不吐ノズルとしてノズル番号をメモリに記録する。続いて、吐出不良検知をしたいノズル（列）・吐出順序を決定する。選択したノズルがあるノズル列を電極Ｂ上に移動する。選択したノズルを順次吐出し、検知電圧がしきい値に達しているかを測定する。検知電圧がしきい値に達してしなかった場合は、そのノズル番号を吐出不良ノズルとしてメモリに記憶する。検知したい全ノズルの検知が終了したかを判定し、終了していない場合は、検知終了していないノズルを検知する。検知する全ノズルの検知が終了した場合は、その後不吐出ノズルがあったかを検知する。不吐出ノズルがあった場合には、回復ユニットにて回復制御を行う。不吐出ノズルがなかった場合は、吐出不良ノズルがあったかを判定する。吐出不良ノズルがあった場合は、予備吐出を行う。その後、再度吐出不良検知を行う。吐出不良ノズルがなかった場合は検知したノズルは全て吐出良好ノズルであるから、吐出状態検知終了となる。なお、回復制御を数回しても吐出とならない場合は、完全不吐ノズルとしてユーザーに知らせるなどの対応をとる。
【実施例２】
【００３４】
次に、図面を参照して本発明の実施例２を説明する。
【００３５】
図１０は本実施例の吐出状態検知装置の構成を示している。本実施例では図１０に示すように、実施例１で用いた異なる長さの電極二つに対し、一つだけの電極１００で吐出状態検知を行う。電極１００は上紙送りまたは回復制御用のパルスモータで駆動され段階的に上下に移動できる構成となっている。吐出状態検知を行う際、電極１００は、図１の電極４Ａと同じ高さになるように位置が合わせられている。その高さで吐出／不吐出検知を行い、その後電極１００の位置を図１の電極４Ｂと同じ高さになるようにモータを駆動させ、吐出不良検知を行う。吐出状態検知後の制御は、実施例１と同様となる。一つの電極で吐出状態を検知する、また備え付けのモータを使用するためコスト面、スペース面で実施例１の場合よりメリットがある。
【００３６】
なお、本発明の実施の形態では、検知対象の液体としてインクを用いたが、他に反応液や薬品などインク以外の液体の場合にも適用することができる。また、インクジェットヘッドもバブルジェット（登録商標）方式のインクジェットに限らず、ピエゾ方式などのインクジェットヘッドにも適応可能である。
【００３７】
また、本発明は記録ヘッドが上下移動可能な場合、吐出／不吐検知検知、不吐／不良検知をする際に電極と記録ヘッド間の距離を変えることにより単一電極で、吐出状態検知をすることが可能である。
【００３８】
また、実施例１では、２つの電極を用いたが、同様の構成で電極数を更に増やすことにより検知時間を短縮することが可能である。
【００３９】
また本発明は、複数の機器（例えばホストコンピュータ、インターフェース機器、リーダ、プリンターなど）から構成されるシステムに適用しても、一つの機器からなる装置（例えば、複写機、ファクシミリ装置など）に適用してもよい。
【００４０】
本発明の実施の形態は、その代表的な構成や原理については、液柱と電極の通電による吐出／不吐出検知についての発明、特開２００３−１９１４６３号公報に開示されている基本的な原理に基づいている。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施例１に係る吐出状態検知の構成図である。
【図２】本発明の実施例１に係る吐出状態検知の構成を説明する概念図である。
【図３】本発明の実施例１に係る吐出状態検知の等価回路である。
【図４】本発明の実施例１に係る吐出状態検知時の検知電圧の波形図である。
【図５】本発明の実施例１に係る吐出時の液柱の振る舞いについての説明図である。
【図６】本発明の実施例１に係る吐出不良時の液柱の振る舞いについての説明図である。
【図７】本発明の実施例１に係るインクジェット方式のプリンターの構成図である。
【図８】本発明の実施例１に係るプリンターのプリントシステムの構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の実施例に係る出状態検知のフローチャートである。
【図１０】本発明の実施例２に係る吐出状態検知の構成図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  記録ヘッド
２  ノズル列
３  インクタンク
４Ａ  電極（低）
４Ｂ  電極（高）
５  インク
６  吸収体
７  フィルタ
８  供給路
９  ヒータ
１０  吐出口
１１  電源
１２  電極
１３  液柱
１４  分圧抵抗
１５  電圧検知手段
１６  プリンター
８０  ホストコンピュータ
８１  プリンター
８２  ＣＰＵ
８３  プリンタドライバ
８４  アプリケーションプログラム
１００  可動式電極
【図１】
2006130769.tif 000003
【図２】
2006130769.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2006130769.tif 000010
【図９】
2006130769.tif 000011
【図１０】
2006130769.tif 000012