(57)【要約】【課題】同一の記録ヘッドに対して供給するインクタンクを交換することにより、記録するインク色を変更するインクジェット記録装置において、インク色の異なるインクタンクの交換時に無駄なインク消費を抑える。【解決手段】記録ヘッド１０１の液室２０３内のインクの色を検出する色検出手段として、発光素子２０５と、補色フィルタ２０６付きの受光素子２０７とを有する。インクタンクの交換時に液室内のインクを強制的に外部へ排出するとともに、液室内でインクの混色がなくなったと判定された時点で排出動作を停止させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一の記録ヘッドに対して供給するインクタンクを交換することにより、記録するインク色を変更するインクジェット記録装置において、
前記記録ヘッド内の液室内のインクの色を検出する色検出手段と、
インク色の異なるインクタンクの交換時に液室内のインクを強制的に外部へ排出するインク排出手段と、
前記インクタンクの交換時に前記色検出手段の出力に基づいて液室内でインクの混色がなくなったと判定された時点で前記インク排出手段の排出動作を停止させる制御手段と
を備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項２】
前記検出手段は、白色光を発する発光素子と、黒色以外の利用インク色に対応する個数の受光素子と、各受光素子に対して適用される当該インク色の補色フィルタとを有することを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置。
【請求項３】
前記インクタンクはそのインク色を示す識別情報を有し、
前記制御手段は、前記インクタンクの色識別情報を読み取る手段を有し、この読み取った色識別情報と前記受光素子の出力とに応じて液室内のインクの色を判定することを特徴とする請求項２記載のインクジェット記録装置。
【請求項４】
前記インクタンクは、黒を含む４色用意され、前記受光素子および前記補色フィルタは黒以外の３色に対応してそれぞれ３個設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
【請求項５】
前記発光素子は２個設けられ、第１の発光素子の光は第１および第２の受光素子へ照射され、第２の発光素子の光は第２および第３の受光素子へ照射されるよう、前記３個の受光素子および前記２個の発光素子が配置されることを特徴とする請求項４に記載のインクジェット記録装置。
【請求項６】
同一の記録ヘッドに対して供給するインクタンクを交換することにより、記録するインク色を変更するインクジェット記録装置において用いられる記録ヘッドであって、
液室内のインクに対して白色光を発する発光素子と、前記インクジェット記録装置で用いられる黒色以外の利用インク色に対応する個数の受光素子と、各受光素子に対して適用される当該インク色の補色フィルタとを有することを特徴とする記録ヘッド。
【請求項７】
前記発光素子は２個設けられ、第１の発光素子の光は第１および第２の受光素子へ照射され、第２の発光素子の光は第２および第３の受光素子へ照射されるよう、前記３個の受光素子および前記２個の発光素子が配置されることを特徴とする請求項６に記載の記録ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は インク交換によりインク色変更の可能なインクジェット記録装置であって、例えば、単色による印刷に用いられるインクジェット記録装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
記録装置の記録方式の一つであるインクジェット方式は、高速、低騒音、カラー化の容易さ、低ランニングコストなどの利点を有し、各種用途の記録手段として急速に普及してきている。特に、用紙の幅全体に亘って記録素子を配列したラインヘッドを用いたインクジェット記録装置は、その高速性により、産業用印刷機としての利用が拡大している。
【０００３】
特定の用途に使用されるインクジェット記録装置は、必要な機能のみを備えてコストパフォーマンスを高める必要がある。このような観点から、従来、記録ヘッドを単一個のみ搭載し、使用するインクタンクの交換により印字色の変更が可能である記録装置が知られている。印字色は、使用可能なインク色により決まり、典型的には、赤、緑、青、黒の４色である。
【０００４】
インクタンクを交換した場合、記録ヘッドの内部の液室において一時的に旧インクタンクのインクと新インクタンクのインクとが混じり合うため、インク色が混色状態となる。したがって、インク色の異なるインクタンクの交換時には液室からインクを強制的に外部へ排出するいわゆる回復動作を行うことにより、速やかに混色状態を解消し、新たなインク色での印字が行えるようにする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記回復動作は混色状態から確実に抜け出すために、十分な時間をもって行われているのが実情である。しかし、回復動作において旧インクタンクのインクのみを外部へ排出することはできず、新インクも混じった状態で排出されるので、回復動作を必要以上に長時間実行すると、新インクタンクからの新たなインク色のインクも相当量排出されることになり、無駄なインク消費が発生する。
【０００６】
本発明はこのような背景においてなされたものであり、その目的は、同一の記録ヘッドに対して供給するインクタンクを交換することにより、記録するインク色を変更するインクジェット記録装置において、インク色の異なるインクタンクの交換時に無駄なインク消費を抑えることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によるインクジェット記録装置は、同一の記録ヘッドに対して供給するインクタンクを交換することにより、記録するインク色を変更するインクジェット記録装置において、前記記録ヘッド内の液室内のインクの色を検出する色検出手段と、インク色の異なるインクタンクの交換時に液室内のインクを強制的に外部へ排出するインク排出手段と、前記インクタンクの交換時に前記色検出手段の出力に基づいて液室内でインクの混色がなくなったと判定された時点で前記インク排出手段の排出動作を停止させる制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
インク色の異なるインクタンクの交換時に、記録ヘッドの液室内には旧色インクが残っているため、新旧のインクの混色が起こる。そこで、インク排出手段が排出動作を行うことにより、旧インクを強制的に排出し、早急に新インクの色で記録が行えるようにする。この際、インク色の変化を色検出手段で検出することにより、制御手段は液室内のインクの色変化を開始し、混色状態がなくなったと判定した時点で直ちに排出動作を停止させることができる。
【０００９】
前記検出手段は、白色光を発する発光素子と、黒色以外の利用インク色に対応する個数の受光素子と、各受光素子に対して適用される当該インク色の補色フィルタとにより構成することができる。白色光はすべての色成分を含むが、色つきのインクを透過する際にその色の色成分のみが透過する。この光が補色フィルタに照射されると、透過光がなくなる。したがって、このときのインク色は当該フィルタの補色の色かまたは黒と判断できる。
【００１０】
前記インクタンクはそのインク色を示す識別情報を有し、前記制御手段は、前記インクタンクの色識別情報を読み取る手段を有することが好ましい。これにより、この読み取った色識別情報と前記受光素子の出力とに応じて液室内のインクの色を判定することができる。
【００１１】
一実施の形態として、前記インクタンクは、黒を含む４色用意され、前記受光素子および前記補色フィルタは黒以外の３色に対応してそれぞれ３個設けられる。
【００１２】
この場合、前記発光素子は２個設けられ、第１の発光素子の光は第１および第２の受光素子へ照射され、第２の発光素子の光は第２および第３の受光素子へ照射されるよう、前記３個の受光素子および前記２個の発光素子が配置するようにしてもよい。この配置により第２の受光素子は複数の発光素子からの光を受けることになる。したがって、光の透過性が比較的低い色のインク検知用の受光素子を第２の受光素子とすれば、インク色による光の透過性の影響が軽減される。
【００１３】
本発明による記録ヘッドは、同一の記録ヘッドに対して供給するインクタンクを交換することにより、記録するインク色を変更するインクジェット記録装置において用いられる記録ヘッドであって、液室内のインクに対して白色光を発する発光素子と、前記インクジェット記録装置で用いられる黒色以外の利用インク色に対応する個数の受光素子と、各受光素子に対して適用される当該インク色の補色フィルタとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、記録ヘッド内のインクが混色インクであるか新色インクであるかを記録装置自らが判断するため、排出動作の終了を適正に判断し新色インクを無駄に廃液として捨てることを抑え、インクランニングコストを低減できる。また、インク色の異なるインクタンクの交換時の従来の画一的な排出動作時間に比べて、排出動作時間を必要最小限に短縮できるので、インクタンク交換から記録開始までの待ち時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明を適用可能なライン型の記録ヘッド（ラインヘッド）１０１を用いたインクジェット記録装置の構成を示す概略図である。ラインヘッドの特徴は用紙搬送方向にほぼ直交する用紙幅方向に沿って、記録幅全域に亘って配列された複数の記録要素を備える。これらの記録要素を駆動することにより、記録要素に対応した印字ノズルよりインクを吐出し、一度に用紙幅分の印字を行う。
【００１７】
また記録ヘッド１０１の位置は固定で、この記録ヘッド１０１に対して搬送ローラ１０２によって用紙１０３を用紙搬送方向に搬送する。この用紙の搬送に同期して、記録ヘッド１０１から各ラインの画像に応じたインクを吐出することにより、１ページの画像の印字が行われる。ヘッドを固定し用紙を一定方向に搬送するラインヘッドを用いた記録装置は、ヘッドを用紙幅方向に往復させることにより印字するシリアルプリンタに比べて高速印字が可能である。
【００１８】
本実施の形態におけるインクジェットプリンタには単一個の記録ヘッド１０１が搭載されており、インクタンクの交換により印字色の変更が可能である。インクタンクは使用するインク色が選択可能であり、選択された単色のインクで印字を行う。インク色は特定の目的で使用されるため、一般に使用するインク色は限られている。本実施の形態では、赤、緑、青、黒の４色から選択が可能であり、インク色変更のためのインクタンク交換時にはこの４色のうちの１色から他の１色へ変更が行われる。
【００１９】
図２は本実施の形態に係る記録ヘッド１０１の概略構成を示す断面図である。記録ヘッド１０１は、用紙幅方向に配列されインクを吐出する複数のヘッドノズル２０１を有する。インクタンクからのインクはインク入口２０３からチューブ２１３を介して液室２０３に導入される。液室２０３には各ヘッドノズル２０１に対応する記録要素が形成され、個々の記録要素が駆動されることにより液室２０３内に溜められたインクが当該ヘッドノズル２０１からインク滴が外部へ吐出されるようになっている。液室２０３の一端から流入したインクはヘッドノズル２０１の列に沿って液室２０３の他端からチューブ２１４を介してインク出口２０４へ排出しうるようになっている。液室２０３は封止処理をされた基板(封止部は黒の太線で示す)と台座モールドにより形成される。記録ヘッド１０１には図示しないが、印字データの取り込みや、個々の記録要素のヒートを制御する電気回路部品を搭載した基板が内蔵されている。
【００２０】
本実施の形態では、記録ヘッド１０１の液室２０３の回りは光を通さないプラスチック等の材質及び電気基板で密封され暗室となっている。この材質は黒色であり反射光を抑え白色光を吸収する。液室２０３の流路の下流端部側において、液室内部に白色発光ダイオードなどの発光素子２０５、特定の光を吸収する補色フィルタ２０６、および、フォトセンサなどの受光素子２０７を搭載している。すなわち、この暗室内に白色光を発する２個の発光素子２０５と、液室２０３のインク流路を挟んで反対側には３個の受光素子２０７が設置され、それぞれの受光素子２０７には使用するインク色の補色（つまり使用するインク色のインクを透過する光を吸収する色）のフィルタ２０６が取り付けられている。本実施の形態で使用するインク色である赤、緑、青のぞれぞれの補色としてシアン、マゼンタ、黄のフィルタを採用している。
【００２１】
白色に発光する発光素子２０５の光は特定の角度で放出され、２個の発光素子２０５からの光線と３つの受光素子２０７の位置関係は、光の透過性が強い赤インク検知用及び光の透過性が比較的強い緑インク検知用の受光素子２０７は一つの発光素子からの光線があたる場所（つまり３つのうちの端部）、光の透過性が比較的低い青インク検知用の受光素子２０７は２つの受光素子２０７の光線が重なる場所（つまり３つのうちの中央部）に設置してあり、色による光の透過性の影響を受けにくい構成となっている。
【００２２】
発光素子２０５から放出された白色光はインクを透過し補色フィルタ２０６を通して受光素子２０７に届くように配置されている。旧色インク又は混色インクが補色フィルタ２０６に付着していても、インクにより補色フィルタ２０６は洗浄され、常に流路における現状のインク色の透過光を読み取ることができる。
【００２３】
補色フィルタ２０６を通った光は受光素子２０７によりアナログ電圧として検出される。この電圧値は、後述するように、増幅回路によりインク色毎に適量な値に補正され所定の閾値処理を経て、“Ｈ”と“Ｌ”のデジタル信号として制御部に入力される。
【００２４】
図３にインクタンク４３の概略構成を示す。インクタンクは赤、緑、青、黒の４色がある。インクタンクには設置時期や色等の情報を記憶するメモリ（ＲＯＭ）３１１が搭載されている。メモリ３１１は、インクタンク４３を接続部３０２を介して記録装置に設置することにより、記録装置からアクセスすることができる。インクタンク４３のインク色情報は、記録装置内部のメモリまたは制御部内部レジスタに保存され、後述するインク色の判別および色変化判定において利用される。
【００２５】
図４（ａ）は、一般的な光と色の関係を表した図である。本発明では、光の加法混色と減法混色の原理を利用し、インク色の判別を行う。図４（ａ）における加法減色とは赤、緑、青の光を混ぜ合わせることにより色を作る方法である。減法混色とは白色より特定の波長を持つ光を吸収することにより色を表現することである。赤、緑、青の補色はそれぞれシアン、マゼンタ、黄となる。加法混色においてある色とその色の補色を混ぜると白色になり、減法混色においてある色とその色の補色を混ぜると黒色になる。色は光の波長により変化し波長は約３８０ｎｍから７８０ｎｍが可視光線となる。このうち波長の短いものが青紫となり順に緑、黄、赤、橙とスペクトルで形成される。また、白色光は可視光線の全波長域がほぼ同じ強さの光である。
【００２６】
白色光を色のついたフィルタ等に通過させることにより、光の一部の波長が吸収され、透過光はフィルタ色の光となる。つまり液室という暗室において発光素子から発せられた白色光は、インクを通過することによりインク色の光となる。インク色の光に対し補色のフィルタ(赤インクに対してはシアン、緑インクに対してはマゼンタ、青インクに対しては黄のフィルタ)を通過させると、透過光は全ての可視光がインクとフィルタにより吸収され、無くなる。本発明では、この現象を利用し、発光素子の白色光をインクとそのインクの補色フィルタを透過させることにより、色成分を無くして受光素子で検出を行う。
【００２７】
例えば青インクに白色光を透過させると青い光となり、次に黄色い補色フィルタを透過させると前記青い光が吸収され、黄の補色フィルタと対になる受光素子に光は届かなくなる。マゼンタの補色フィルタと対になる受光素子はインクを透過した青い光の透過により青い色を検知する。同様にシアンの補色フィルタと対になる受光素子はインクを透過した青い光の透過により、青い光を検知する。
【００２８】
このようにある色のインクとそれぞれの補色フィルタを透過した光をフォトダイオード等の受光素子で電圧変換した場合、電圧値が最も低下した受光素子のフィルタ色の補色がインク色となり、インク色を検出できる。また、赤インク、緑インクを図２における方法で検出したときに同様に受光素子の電圧値の変化によりインク色の検知が可能となる。黒インクの検出において、シアン、マゼンタ、黄の補色フィルタを透過した光はすべての受光素子において光を検出しない(黒色の透過率は０％である)ため、黒インクも検出可能となる。
【００２９】
図４（ｂ）に示した赤インクから青インクへの変更の場合、最初液室２０３内には赤インクが残り、赤の補色であるシアンのフィルタを持つ受光素子２０７の出力のみが“Ｌ”レベルとなる。回復動作（排出動作）が進んでいくと液室２０３内のインクは青色が主となってくる。回復動作が完了すると、青の補色である黄のフィルタを持つ受光素子２０７の出力のみがＬレベルとなる。
【００３０】
図４（ｃ）に示した青インクから黒インクへの変更の場合、最初液室２０３内には青インクが残り、青の補色である黄のフィルタを持つ受光素子２０７の出力のみが“Ｌ”レベルとなる。回復動作が進んでいくと液室２０３内のインクは黒色が主となってくる。回復動作が完了すると、全ての受光素子２０７の出力が“Ｌ”レベルとなる。
【００３１】
図５は本実施の形態におけるアナログ電気回路部の構成例を示す。各受光素子２０７により検出された光はその強さに応じた電圧のアナログ信号に変換され、それぞれ対応する増幅回路３０１により増幅される。受光素子２０７に使用されるフォトダイオードの特性により色によって相対感度が異なるため、増幅回路３０１はインク色により設定増幅値が異なる値に設定されている。具体的には、受光素子２０７の感度が高い赤インクの増幅率は低く設定され、受光素子２０７の感度が低い緑インク、青インクの増幅率は高く設定される。
【００３２】
Ａ／Ｄ変換回路３０３は、増幅回路３０１にて適切な値に調整されたアナログ値をＡ／Ｄ変換によりデジタル値に変換する。本実施の形態ではＡ／Ｄ変換回路３０３から出力される信号は“Ｈ”と“Ｌ”で表される１ビットのデジタル信号であり、後述する制御部４０（図６）へ送られる。したがって、図５のＡ／Ｄ変換回路３０３は二値化回路ともいえる。
【００３３】
図７に、ＹＭＣの各フィルタ出力に対応するデジタル信号の出力レベルの組み合わせと対応するインク色とを示す。デジタル信号３０４の“Ｈ”はその受光素子２０７の補色フィルタに対応するインク色でない場合を示し、“Ｌ”はその受光素子２０７の補色フィルタに対応するインク色か黒色インクを示している。
【００３４】
一方、上述したようにインクタンクには情報を記録するメモリ３１１が搭載されており、インクタンク４３を記録装置に設置することにより、インク色の情報が制御部４０で判断できる構成となっている。制御部はＡＳＩＣやＦＰＧＡ等で構成することができる。
【００３５】
インクタンクを交換した直後は記録ヘッド内部及びインク流路は旧色インクで満たされている状態つまり旧色インクの色が検出される状態である。次に回復動作によりインクの混色が始まると旧色インクおよび新色インクのいずれも検出されない状態となる。さらに回復動作が進むと、新色インクが検出される状態となる。制御部４０はこの状態を検出したらインクの回復動作を停止する。
【００３６】
図６は制御部４０の内部の機能を示した図である。制御部４０は、インク色判定部４０１、レジスタ部４０３および回復動作制御部４０７を有する。レジスタ部４０３は旧インク色の情報と新インク色の情報を保存する記憶部であるレジスタ部（またはメモリ）である。インクタンクが交換された直後、レジスタ部４０３は旧色インクの色情報を保存するとともに、新色インクの色情報を新たに保存する。インク色判定部４０１は、３つのデジタル信号３０４に基づいて現在のインク色が何であるかを判定するとともに、レジスタ部４０３の出力に基づいて、当該現在のインク色が旧インク色および新インク色のいずれに該当するかを判定する。すなわち、インク色判定部４０１は、液室２０３内のインク色の変化を監視し、旧色インクから新色インクへの切り替わりを検知すると、色変化完了信号を出力して回復動作制御部４０７に割り込み処理を行う。回復動作制御部４０７はインクタンクの交換時にユーザの指示に従って、図示しないポンプ等を用いて液室２０３内のインクを強制的に外部へ排出する回復動作（排出動作）を開始している。回復動作制御部４０７に割り込みが入ると、インク色交換直後の記録装置が回復動作中でも回復を終了して印刷可能な状態になる。インク色判定部４０１および回復動作制御部４０７は主制御部４１の制御下で動作する。
【００３７】
図８は本実施の形態における異なる色へのインクタンク交換時に実行される処理のフローチャートである。この処理は主制御部４１による制御プログラムの実行により実現される。
【００３８】
ある色から異なる色へのインクタンクの交換が検出されると（Ｓ１１）、以下の動作が行われる。主制御部４１は、例えばインクタンクの色情報の検出に基づいて、または、ユーザによる指示に基づいて、インクタンクの交換を検出することができる。このとき、主制御部４１は、回復動作制御部４０７に指示をして、回復動作を開始させる（Ｓ１２）。その後、インク色判定部４０１を動作させて、インク色の判定を行わせる（Ｓ１３）。この判定の結果を監視し、新旧のインク色の混色がなくなった（すなわち、新インク色になった）ことが検出されたら（Ｓ１４，Ｙｅｓ）、回復動作制御部４０７が回復動作を終了させる（Ｓ１５）。これにより、記録装置は印刷待機状態となる。
【００３９】
図９は、図８のステップＳ１３におけるインクタンク変更時のインク色判定の処理、すなわちインク色判定部４０１の動作を示している。インク色判定中は、フィルタ出力Ｙ，Ｍ，Ｃ（デジタル信号３０４）に基づいて現在のインク色が何であるかを判定する（Ｓ２１）。この判定されたインク色が新インク色と一致するまで（Ｓ２２）、インク色の判定を継続する。判定されたインク色が新インク色と一致したら、色変化完了信号を出力する（Ｓ２３）。
【００４０】
本実施の形態のようなインク色判定のための構成を記録装置に搭載することにより、インク色の切り替わりを迅速に判断し、回復動作を必要最小限にすることができ、インクのランニングコストが軽減できる。
【００４１】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、上記で言及した以外にも種々の変形、変更を行うことが可能である。例えば、ラインヘッドに適用した例を示したが、本発明はラインヘッドへの適用に限定されるものではない。また、インクの色は黒を含めた４色についてのみ説明したが、４色に限定されるものでもない。色数に応じて、使用する発光素子や受光素子の個数も変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明を適用可能なライン型の記録ヘッド（ラインヘッド）を用いたインクジェット記録装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る記録ヘッドの概略構成を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態において用いられるインクタンクの概略構成を示す図である。
【図４】一般的な光と色の関係を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態におけるアナログ電気回路部の構成例を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態における制御部の内部の機能を示した図である。
【図７】本発明の実施の形態におけるＹＭＣの各フィルタ出力に対応するデジタル信号の出力レベルの組み合わせと対応するインク色とを示す図である。
【図８】本発明の実施の形態における異なる色へのインクタンク交換時に実行される処理のフローチャートである。
【図９】図８のステップＳ１３におけるインクタンク変更時のインク色判定の処理の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４３】
４１…主制御部
４３…インクタンク
１０１…記録ヘッド
１０２…搬送ローラ
１０３…用紙
２０１…ヘッドノズル
２０３…液室
２０４…インク出口
２０５…発光素子
２０６…補色フィルタ
２０７…受光素子
２１３…チューブ
２１４…チューブ
３０１…増幅回路
３０２…接続部
３０３…Ａ／Ｄ変換回路
３０４…デジタル信号
３１１…メモリ
４０１…インク色判定部
４０３…レジスタ部
４０７…回復動作制御部
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図９】
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