(57)【要約】【課題】無駄な資源消費をせずにノズルの吐出不良を検知する。【解決手段】インク液滴を吐出するノズルを有するヘッド１１０と、ヘッド１１０のノズル面に対向する位置に配置されるラインセンサ１２１と、読み取ったノズル面の画像と、正常時のノズル面の画像とを比較し、比較結果に基づいてノズル面の状態を判断する画像比較手段１０３と、を備えることを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インク液滴を吐出するノズルを有するヘッドと、
前記ヘッドのノズル面に対向する位置に配置される画像読取手段と、
前記画像読取手段が読み取った前記ヘッドのノズル面の画像と、正常時の前記ヘッドのノズル面の画像とを比較し、比較結果に基づいてノズル面の状態を判断する画像比較手段と、
を備えることを特徴とする、画像形成装置。
【請求項２】
発光手段を備え、
前記発光手段は、発した光が前記ヘッドのノズル面を照らすような位置に配置される
ことを特徴とする、請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記画像比較手段がノズル面に異常があると判断した場合に当該ノズル面の異物を除去するクリーニング手段を備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記ヘッドと前記画像読取手段の少なくともいずれか一方を駆動する手段を備え、
前記画像読取手段は、前記ヘッドのノズル面を二次元的に走査する
ことを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記画像読取手段は、前記ヘッドのノズル面に対して所定の角度を持って設置されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置に関し、特に、液滴吐出面の異常検知に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット式プリンタではヘッドのノズルが印刷物の１画素に相当し、直接画質に影響することがある。ノズルが吐出不良を起こした場合には、そのノズルが担当する画素を何らかの形で補正しなければ画質の悪化を招いてしまう。そのため、ノズルの吐出不良を把握することは重要な技術である。
【０００３】
また、ヘッドを複数並べることで高速化を図るライン式プリンタ（以下、「ラインプリンタ」と呼ぶ）では、シリアル機と比較してヘッドの駆動周波数が低くなる、そのため、印刷の高速化を図ることができる反面、印刷時にヘッドを印刷紙に対して走査させないため、各ヘッドのノズルが直接印刷物の画像に影響してしまう。そのため、ノズルの吐出不良を発生させない必要があり、ノズルのメンテナンスが必要不可欠となる。
【０００４】
特許文献１では、ノズルの吐出不良を判定する目的で、ヘッドを駆動させて紙に記録したライン状のテストパターンを読み取り、読取画像信号を得ることが開示されている。しかしながら、この方法によるノズル吐出不良の検知は、記載した紙に印刷した画像を読み取るため、インクと紙を無駄に消費するという問題点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術においては、ノズルのメンテナンス手段として、紙にテストモードで印刷したものを読み取って、ノズルの吐出不良を検出する技術が既に知られている。
【０００６】
しかし、今までの紙にテストモードで印字したものを読み取って、ノズルの吐出不良を検出する方法では確かにノズルの吐出不良を検出できるが、インクや紙を無駄に消費してしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、無駄な資源消費をせずにノズルの吐出不良を検知することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明の装置は、インク液滴を吐出するノズルを有するヘッドと、前記ヘッドのノズル面に対向する位置に配置される画像読取手段と、前記画像読取手段が読み取った前記ヘッドのノズル面の画像と、正常時の前記ヘッドのノズル面の画像とを比較し、比較結果に基づいてノズル面の状態を判断する画像比較手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、無駄な資源消費をせずにノズルの吐出不良を検知することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態の全体構成を概略的に示す図である。
【図２】実施形態のラインプリンタの吐出ヘッドの構成を示す図である。
【図３】実施形態の吐出不良検知部１０の外観構成を示す図である。
【図４】実施形態の吐出不良検知部１０の機能構成を示す図である。
【図５】実施形態における吐出検知動作時のヘッド１１０、ラインセンサ１２１、光源１２２の動作を示す図（その１）である。
【図６】実施形態における吐出検知動作時のヘッド１１０、ラインセンサ１２１、光源１２２の動作を示す図（その２）である。
【図７】実施形態における吐出検知動作のフローチャートである。
【図８】実施形態における吐出検知動作時に異常がある場合のヘッド１１０、ラインセンサ１２１、光源１２２の状態を示す図である。
【図９】実施形態における吐出検知動作時に気泡などにより異常がある場合のヘッド１１０、ラインセンサ１２１、光源１２２の状態を示す図である。
【図１０】実施形態において複数のヘッド１１０に対して吐出検知動作を行うための構成について説明するための図である。
【図１１】実施形態において吐出検知精度を向上させるための構成１を説明するための図（その１）である。
【図１２】実施形態において吐出検知精度を向上させるための構成１を説明するための図（その２）である。
【図１３】実施形態において吐出検知精度を向上させるための構成２を説明するための図（その１）である。
【図１４】実施形態において吐出検知精度を向上させるための構成２を説明するための図（その２）である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
なお、本明細書においては、「主走査方向」は、用紙搬送方向と直交する方向のことを言うこととする。ラインプリンタは、通常、用紙搬送方向に主に走査するが、本明細書においては、シリアルプリンタと対比させて説明する際に説明が簡便になるので、用紙搬送方向と直交する方向を「主走査方向」とする。また、用紙搬送方向を「副走査方向」とする。
また、本明細書においては、「印字」「印刷」「画像形成」をほぼ同様の意味で用いる。
【００１３】
＜全体構成例＞
本発明の実施形態に係るインクジェットプリンタは、装置本体と、装置本体に装着した記録媒体である用紙を装填するための給紙トレイと、装置本体に装着され画像が記録（形成）された用紙をストックするための排紙トレイとを備え、さらに、装置本体の前面の一端部側には、前面から前方側に突き出し、上面よりも低くなったカートリッジ装填部を有し、このカートリッジ装填部の上面に操作キーや表示器などの操作部を配置している。
【００１４】
給紙トレイの用紙積載部（圧板）上に積載した用紙を給紙するための給紙部として、用紙積載部から用紙を１枚ずつ分離給送する半月コロ（給紙コロ）及び給紙コロに対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッドを備え、この分離パッドは給紙コロ側に付勢されている。
【００１５】
そして、この給紙部から給紙された用紙を記録ヘッドの下方側で搬送するための搬送部として、用紙を静電吸着して搬送するための搬送ベルトと、給紙部からガイドを介して送られる用紙を搬送ベルトとの間で挟んで搬送するためのカウンタローラと、鉛直上方に送られる用紙を９０°方向転換させて搬送ベルト上に倣わせるための搬送ガイドと、押さえ部材で搬送ベルト側に付勢された先端加圧コロとを備えている。また、搬送ベルト表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラを備えている。
【００１６】
ここで、搬送ベルトは、無端状ベルトであり、搬送ローラとテンションローラとの間に掛け渡されて、ベルト搬送方向に周回するように構成している。帯電ローラは、搬送ベルトの表層に接触し、搬送ベルトの回動に従動して回転するように配置され、加圧力として軸の両端に各２．５Ｎをかけている。
【００１７】
また、搬送ベルトの裏側には、記録ヘッドによる印写領域に対応してガイド部材を配置している。このガイド部材は、上面が搬送ベルトを支持する２つのローラ（搬送ローラとテンションローラ）の接線よりも記録ヘッド側に突出している。これにより、搬送ベルトは印写領域ではガイド部材の上面にて押し上げられてガイドされるので、高精度な平面性を維持される。
【００１８】
さらに、このガイド部材の搬送ベルトの裏面と接触する面側には、主走査方向、すなわち搬送方向と直交する方向に複数の溝を形成して、搬送ベルトとの接触面積を少なくし、搬送ベルトがスムーズにガイド部材表面に沿って移動できるようにしている。
【００１９】
さらに、記録ヘッドで記録された用紙を排紙するための排紙部として、搬送ベルトから用紙を分離するための分離爪と、排紙ローラ及び排紙コロとを備え、排紙ローラの下方に排紙トレイを備えている。ここで、排紙ローラと排紙コロとの間から排紙トレイまでの高さは排紙トレイにストックできる量を多くするためにある程度高くしている。
【００２０】
また、装置本体の背面部には両面給紙ユニットが着脱自在に装着されている。この両面給紙ユニットは搬送ベルトの逆方向回転で戻される用紙を取り込んで反転させて再度カウンタローラと搬送ベルトとの間に給紙する。また、この両面給紙ユニットの上面には手差し給紙部を設けている。
【００２１】
＜ラインプリンタの構成例＞
図２に、本実施形態のラインプリンタの吐出ヘッドの配置例を示す。
ラインプリンタでは、図２に示すように複数個のヘッドが主走査方向に並んで配置されている。ヘッドが一つのシリアルプリンタではヘッドが主走査方向を移動して印字していくが、ラインプリンタでは主走査方向に並んだ複数のヘッドが動かさずにその場でインクを吐出することにより印刷を行う。
【００２２】
シリアルプリンタでは一つのヘッドが印字部分全体を印刷するが、ラインプリンタではヘッド一つあたりの印字部分はシリアルプリンタと比較して小さいため、ヘッドの駆動周波数も小さくなる。そのため、印刷の高速化を図ることができる反面、印刷時にヘッドを印刷紙に対して走査させないため、各ヘッドのノズルが直接印刷物の画像に影響してしまう。そのため、ノズルの吐出不良を発生させない必要があり、ノズルのメンテナンスが必要不可欠となる。
【００２３】
以下に、吐出不良を検知するための構成を説明する。本実施形態は、ラインインクジェットプリンタの吐出検知に際して、以下の特徴を有する。
すなわち、従来技術と異なり、吐出検出の際にノズル口に生成されるメニスカスに対して、ノズルを微駆動させることでメニスカスの状態を変動させ、その時のノズル口周辺の画像をＣＣＤなどのセンサなどで取得する。本実施形態は、その画像の陰影の違いなどから、吐出可能か否かを判断するので、従来技術よりもラインプリンタにおいて、吐出検出におけるインクおよび紙の消費を低減することができる。
【００２４】
＜吐出不良検知部＞
図３に、図１に示したライン型のインクジェットプリンタのインクノズルの吐出不良を検知するための構成（以下、吐出不良検知部１０と呼ぶ）の外観構成を示す。なお、図示の外観構成は一例であって、種々の変形実施が可能である。本実施形態では、図３に示すように、インクノズルを搭載したヘッド１１０に対して、ヘッド１１０下方にラインセンサ１２１を配置し、ラインセンサ１２１の画像データ取得のために同じくヘッド１１０下方に光源１２２を配置する。このヘッド１１０、ラインセンサ１２１、光源１２２は、これらを制御するための制御用基板であるエンジン制御基板１００に、ハーネスなどの電線によって接続されている。
【００２５】
図４に、吐出不良検知部１０の機能構成を示す。図示のように、エンジン制御基板１００にはＣＰＵ（中央演算装置）１０１やメモリ１０２、図示しないプログラムを内蔵した不揮発メモリ１０７を搭載する。また、エンジン制御基板１００は、ヘッド１１０のインクノズルからインクを射出する機能であるインク射出機能１１１を制御する駆動制御部１０６を搭載している。また、エンジン制御基板１００は、吐出検知部１２０に対してはラインセンサ１２１用として画像取込部１０４と画像比較部１０３を、光源１２２用として光源制御部１０５をそれぞれ搭載している。なお、駆動制御部１０６は、ヘッド１１０が搭載するように構成してもよい。
【００２６】
また、吐出不良検知部１０は、エンジン制御基板１００の制御を受けて駆動するクリーニング部１３０を備える。本実施形態においてクリーニング部１３０は、クリーニングブレードと呼ばれるプレート状のクリーニング装置である。ヘッド１１０のノズル面に異常が認められた場合にノズル面に付着していると考えられるゴミやインクかすなどの異物を除去する機能を備える。
【００２７】
＜吐出検知動作＞
以下、吐出不良検知部１０による吐出検知動作について、図５、図６、図７を参照して説明する。図５と図６は、吐出検知部１２０が吐出検知を行う際のヘッド１１０、ラインセンサ１２１、光源１２２の動作を示している。
【００２８】
図５及び図６に示すように、ヘッド１１０におけるインクノズル（以下、ノズル）に対して、インクはメニスカスと呼ばれる液滴の膜を形成している。ノズルは圧電素子などの電位を加えることにより伸縮を行うアクチュエータで構成されているため、ノズルからインクの液滴を射出する電位をアクチュエータに加えることにより、液滴を射出する。
【００２９】
また、液滴を射出しない範囲でアクチュエータに電位を加えることで、メニスカスの膜を振動させることが可能である。この動作のことを微駆動と呼び、図５に示すようにメニスカスをノズルの外へ向けて振動する場合を微駆動１と呼称し、図６に示すようにメニスカスをノズルの内側へ向けて振動する場合を微駆動２と呼称することとする。
【００３０】
以上の制御についてはエンジン制御基板１００における駆動制御部１０６にて制御されるものとする。ただし、駆動制御部１０６をヘッド１１０に搭載した場合には、駆動制御部１０６で制御を実施するため、ヘッド１１０にて制御を実施することも可能であり、前記エンジン制御基板１００での駆動制御部１０６の制御は一例として説明する。また、ノズルに対してラインセンサ１２１の解像度は十分に高いものを使用することとし、ここでは１ノズルに対して４画素での画像分解能で画像取得を行うものとして説明する。
【００３１】
図７は、吐出検知動作のフローチャートである。
メニスカスの振動による吐出検知動作は、頻繁に行わず、前回の印刷から所定の時間が経過した後などに行う（Ｓ１０１）。吐出検知を実施する場合には、駆動制御部１０６よりインク射出機構１１１に対して、微駆動１の制御信号を発信する（Ｓ１０２）。インク射出機構１１１は、ノズルに対して微駆動１に該当する動作を行い、ノズル口のインクのメニスカスを外向きに振動させる。駆動制御部１０６から微駆動１の制御信号を発信したタイミングにあわせて、光源制御部１０５は、光源１２２をＯＮにする信号を発信し、光源１２２を光らせる（Ｓ１０３）。また画像取込部１０４についても動作させ、ラインセンサ１２１から入力されるノズル画像データの情報の取込を行い（Ｓ１０４）、そのノズル画像データをメモリ１０２へと格納する（Ｓ１０５）。
【００３２】
メモリ１０２へと格納されたノズル画像データについては、不揮発メモリ１０７に格納されている正しい画像データとあわせて、画像比較部１０３に読み出され（Ｓ１０７）、正しい画像データとノズル画像データの比較を行う（Ｓ１０８）。
【００３３】
駆動制御部１０６が微駆動２の制御信号を発信した場合については前記の逆となり、ノズル口のインクのメニスカスを内向きに振動させ、光源制御部１０５及び画像取込部１０４においては同様のタイミングにて動作する。ノズル画像データについては、ここではラインセンサ１２１がモノクロの場合には８ｂｉｔの階調データとして保存されるものとして説明を行う。
【００３４】
ノズル画像データはラインセンサ１２１によって８ｂｉｔの階調データとしてデータ変換される。その際には、光源１２２からの光の反射によって、明るい場合には”０ｘ０”に近い値となり、暗い場合には”０ｘＦＦ”に近い値となる。図５に示すように、微駆動１によってメニスカスが外向きに振動した場合には光源からの反射が大きく明るい画像になる。逆に微駆動２によってメニスカスが内向きに振動した場合には光源からの光の反射が小さくなるため、暗い画像となる（図６）。前述のように取得したノズル画像データはメモリ１０２へと格納される。
【００３５】
画像比較部１０３は、メモリ１０２に格納されたノズル画像データと不揮発メモリ１０７に格納されている画像データを比較して、比較した結果に差がない場合には吐出検知としては正常と判断する（Ｓ１０９）。逆に比較したデータに差がある場合には、異常と判断し、ＣＰＵ１０１へと異常なノズルの情報を通知する（Ｓ１１０）。この際の異常なノズルの情報については、ノズルの位置（ナンバリングした場合にはそのナンバー）やデータの差の程度、過去の異常履歴など、故障を診断するための情報とし、ＣＰＵ１０１は、それらの情報を総合して、ノズルの故障レベルを決定する。これら故障を診断するための情報（以上情報）は、メモリ１０２に格納される（Ｓ１１１）。
【００３６】
＜異常がある場合＞
図８は、ノズルに異物が付着した際の吐出検知の状況を示している。
図７を参照しながら説明したような吐出検知動作を実施する。その際、画像取込部１０４にて取得したノズル画像データに対して正常な画像データを比較し、画像データの差が２倍以上になっていた場合には異物がノズル口に付着していると判断して、ヘッドのノズル口をクリーニング部１３０がクリーニングを実施する。
【００３７】
なお、異物付着の判断については画像データの差が２倍以上になった場合としたが、ある閾値以上の差の場合や、”０ｘＦＦ”や”０ｘ０”のような極端な値の場合など、検出したい異物に合わせて変更することができる。
【００３８】
図９は気泡などによる吐出検知の状況を示している。
図７を参照しながら説明したような吐出検知動作を実施する。その際、画像取込部１０４にて取得したノズル画像データに対して正常な画像データを比較し、画像データの差が連続してＮ回以上、異常と判断された場合にはノズルのメニスカスの状態が何らかの原因により変位量が小さくなっていると判断して、ノズルの空吐出を行い、インクの供給状態を正常な状態にする。その際、ラインセンサ１２１などの吐出検知部１２０は、ヘッド１１０の下方から退避し、ラインセンサ１２１や光源１２２がインクによって汚染されないようにする。
【００３９】
前述のＮ回についてはノズルに対するラインセンサ１２１の対応画素数によって変更することができ、本説明では１つのノズルに対して４つのラインセンサ画素で検知を行っているため、Ｎ＝４とする。
【００４０】
＜複数列のヘッド＞
次に、複数列のヘッド１１０に対して吐出検知動作を行うための構成について説明する。図１０は、複数列のインクヘッドに対する吐出検知の状況を示している。
図７を参照しながら説明したような吐出検知動作を、各インクヘッドのノズルに対して実施する。ここでは、複数列のインクヘッドとして、黒／黄／赤／青の４色カラーインクヘッドの場合について説明する。
【００４１】
各インクヘッドに対して、ラインセンサ１２１と光源１２２を搭載した吐出検知部１２０をモータなどの駆動源を使用してノズル面に平行に移動させる。各インクヘッドのノズルに対して微駆動１を行い、図１０の右側（ノズルの青側）から左に順次移動しつつラインセンサ１２１がノズル画像データの読み取りを実施する。読み取ったノズル画像データについてはメモリ１０２に格納し、吐出検知部１２０の移動速度から各ノズルのノズル画像データを抽出し、正常な画像データと比較することで異常の有無を検出する。
【００４２】
次に、各インクヘッドのノズルに対して微駆動２を行い、図１０の左側（ノズルの黒側）から右に順次移動しつつラインセンサ１２１がノズル画像データの読み取りを実施する。読み取ったノズル画像データは微駆動１のときと同様にメモリ１０２に格納し、正常な画像データと比較する。なお、吐出検知部１２０の移動方向については、上述した移動方向に対して逆になるように移動させてもよく、また、紙面手前から奥への移動でも問題ない。
【００４３】
＜吐出検知精度の向上＞
吐出異常を検知する精度を向上させるために、上述の実施形態の構成に加えて、さらに以下に述べる構成を備えることが好ましい。
【００４４】
図１１及び図１２にラインセンサ１２１を用いた場合での吐出検知精度を向上させるための構成１を示す。図１１は微駆動１の状態を、図１２は微駆動２の状態を示す。図示のように、ラインセンサ１２１は、ノズル面を走査するように振り子状の駆動をする。この駆動によって、ラインセンサ１２１はノズル面の画像を平面的に広範囲に読み取る。
【００４５】
このようにノズル面を平面画像データとして取得することにより、メニスカスの画像データを平面としてメモリ１０２に格納する。ノズル平面画像データを正常の画像データと比較することにより、ラインセンサ１２１が固定されている部分以外に異物の付着がある場合の検出が可能となり、クリーニングの実施をより正確に行うことができる。
【００４６】
なお、この構成の意義は、ヘッド１１０のノズル面を平面的に読み取ることにあるので、ラインセンサ１２１を動かさず、ヘッド１１０をラインセンサ１２１の画像取得面に対してスイング又は平行移動などさせてもよい。或いは、ヘッド１１０とラインセンサ１２１の双方を動かしてノズル面を二次元的に走査する構成としてもよい。
【００４７】
図１３及び図１４にラインセンサ１２１を用いた場合での吐出検知精度を向上させるための構成２を示す。図１３は微駆動１の状態を、図１４は微駆動２の状態を示す。図示のように、ラインセンサ１２１をヘッド１１０下方からノズルに対してある程度の角度を持って設置することにより、メニスカスの変位量を光の反射としてみているため、メニスカスの変位量を画像データとして取得する際の変位量の大小がより明確に取得することが可能となるため、気泡などによる異常に対して、空吐出を確実に実施することができる。
【００４８】
上述した本実施の形態は、ノズル先端のインク液滴のメニスカスを微小に隆起及び陥没させる微駆動を行い、当該微駆動時のノズル先端の様子を光学的手段により撮像する。撮像した画像を正常時の画像と比較することで異常を検知する。したがって、上述した本実施の形態によれば、インク液滴を用紙などに吐出させて異常があるか否かを判断するような従来技術の構成とは異なり、用紙などの資源消費を伴わない。上記実施形態によれば、無駄な資源消費をせずにノズルの吐出不良を検知することが可能となる。
【００４９】
光学的手段は、画像読取手段であり、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサなどを用いることができる。
また、本実施形態によれば、クリーニング部１３０を備えることにより、ノズル面の異常に合わせて、インクの消費を抑えた最適なメンテナンスが可能になる。
また、本実施形態によれば、吐出検知精度を向上させる構成１を備えることにより、ノズル面の画像を広範囲に読み取ることができ、ノズル面の異物検出をより正確に行うことができる。
また、本実施形態によれば、吐出検知精度を向上させる構成２を備えることにより、メニスカスの変位量を光の反射としてみているため、メニスカスの変位量を画像データとして取得する際の変位量の大小がより明確に取得することが可能となるため、気泡などによる異常に対して、異常検出をより正確に行うことができる。
【符号の説明】
【００５０】
１０    吐出不良検知部
１００    エンジン制御基板
１０１    ＣＰＵ
１０２    メモリ
１０３    画像比較部
１０４    画像取込部
１０５    光源制御部
１０６    駆動制御部
１０７    不揮発メモリ
１１０    ヘッド
１１１    インク射出機能
１２０    吐出検知部
１２１    ラインセンサ
１２２    光源
１３０    クリーニング部
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５１】
【特許文献１】特許第５２９６８２５号公報
【図１】
2016093949.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2016093949.tif 000007
【図６】
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【図７】
2016093949.tif 000009
【図８】
2016093949.tif 000010
【図９】
2016093949.tif 000011
【図１０】
2016093949.tif 000012
【図１１】
2016093949.tif 000013
【図１２】
2016093949.tif 000014
【図１３】
2016093949.tif 000015
【図１４】
2016093949.tif 000016