(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の各ノズルから微小なインク滴を吐出する記録ヘッドと、
前記各ノズルからインク滴を吐出するために１つの前記記録ヘッドに対して１つの駆動条件を与える駆動制御手段と、
前記記録ヘッドの各ノズルから吐出されるインク滴の検出時間からインク滴の速度検出を行う速度検出手段と、
前記各ノズルからのインク滴の検出時間の平均値を算出する算出手段と、
前記速度検出手段により検出された各ノズルからのインク滴の検出時間が所定値以上逸脱しているか否かを判断する判断手段とを備え、
前記算出手段は、前記判断手段により所定値以上逸脱していると判断されたノズルからのインク滴の検出時間を算出平均に含めないと共に、
前記駆動制御手段は、前記算出手段により算出された平均値を予め決定された目標値と比較し、該平均値が目標値に一致するように前記記録ヘッドの駆動条件を変更することを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項２】
前記駆動制御手段は、前記目標値と前記算出手段により算出された平均値との差から求めた値により、前記記録ヘッドの駆動条件を決定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】
前記駆動制御手段は、前記目標値と前記算出手段により算出された平均値との差からルックアップテーブルを用いて、前記記録ヘッドの駆動条件を決定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４】
前記駆動制御手段は、前記決定された駆動条件がインクの安定吐出条件を逸脱する場合に、安定吐出を行う限界値付近の値を駆動条件として設定することを特徴とする請求項２又は３記載のインクジェット記録装置。
【請求項５】
前記記録ヘッドは複数有し、前記目標値は複数の記録ヘッド毎に設定されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はインクジェット記録装置に関し、詳しくは、記録ヘッドから吐出される微小液滴状のインク滴の速度検出を行うインクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット記録装置は、記録ヘッドに形成された多数の各ノズルからインクを微小な液滴状のインク滴として吐出し、記録ヘッドのノズル面に対向するように配置された記録媒体上に着弾させ、記録ヘッドが双方向に主走査する間に所望の画像を記録媒体上に記録形成していく。
【０００３】
かかるインクジェット記録装置において高品質の画像記録を行うためには、記録ヘッドの各ノズルから吐出されるインク滴の飛翔状態を把握することが必要であり、記録ヘッドの各ノズルから吐出されるインク滴の飛翔状態を一定に保ってやらないと、記録ヘッドの双方向の主走査時の着弾位置にズレが生じてしまう。例えば、記録ヘッドから吐出されるインク滴の飛翔速度が本来の速度よりも遅い場合には、図１２に示すように、記録媒体上の目標のラインＸ上に着弾させるべきインク滴ａは、飛翔速度が遅い分、目標のラインＸよりもズレた位置に着弾し、これが記録ヘッドの双方向の主走査（方向を矢印で示す）のたびに繰り返されることとなり、その結果、双方向の着弾位置のズレから記録画像の乱れが生じ、解像度を著しく低下させてしまう。
【０００４】
また、インク滴の飛翔速度の変化はインク滴量の変化となって現れるため、記録される画像の濃度が変わってしまい、色バランスの異なった画像になってしまう問題もある。
【０００５】
更に、記録ヘッドのインク滴吐出の安定駆動条件を逸脱する場合には、インク室にエアを巻き込み、インク滴の吐出が行われない不吐出状態となったり、インク滴の飛翔曲がりが生じてスジムラとなったりして、これも画像品質を著しく低下させる原因となる。
【０００６】
また、記録ヘッドが複数色のインク、例えばＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）等の各色のインクにより記録を行うための色毎の複数の記録ヘッドを有して構成されている場合には、記録ヘッド毎の記録媒体とヘッド面との間の距離のズレにより、色毎にインク滴の着弾位置のズレが生じてしまう問題もある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の課題は、記録ヘッドから吐出されるインク滴の飛翔速度を把握し、その結果から記録ヘッドの駆動条件を変更することで、画像悪化の原因を削減し、高品質の画像記録を行うことができるようにすることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する請求項１記載の発明は、複数の各ノズルから微小なインク滴を吐出する記録ヘッドと、前記各ノズルからインク滴を吐出するために１つの前記記録ヘッドに対して１つの駆動条件を与える駆動制御手段と、前記記録ヘッドの各ノズルから吐出されるインク滴の検出時間からインク滴の速度検出を行う速度検出手段と、前記各ノズルからのインク滴の検出時間の平均値を算出する算出手段と、前記速度検出手段により検出された各ノズルからのインク滴の検出時間が所定値以上逸脱しているか否かを判断する判断手段とを備え、前記算出手段は、前記判断手段により所定値以上逸脱していると判断されたノズルからのインク滴の検出時間を算出平均に含めないと共に、前記駆動制御手段は、前記算出手段により算出された平均値を予め決定された目標値と比較し、該平均値が目標値に一致するように前記記録ヘッドの駆動条件を変更することを特徴とするインクジェット記録装置である。
【００１０】
請求項２記載の発明は、前記駆動制御手段は、前記目標値と前記算出手段により算出された平均値との差から求めた値により、前記記録ヘッドの駆動条件を決定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である。
【００１１】
請求項３記載の発明は、前記駆動制御手段は、前記目標値と前記算出手段により算出された平均値との差からルックアップテーブルを用いて、前記記録ヘッドの駆動条件を決定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である。
【００１２】
請求項４記載の発明は、前記駆動制御手段は、前記決定された駆動条件がインクの安定吐出条件を逸脱する場合に、安定吐出を行う限界値付近の値を駆動条件として設定することを特徴とする請求項２又は３記載のインクジェット記録装置である。
【００１４】
請求項５記載の発明は、前記記録ヘッドは複数有し、前記目標値は複数の記録ヘッド毎に設定されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のインクジェット記録装置である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は、インクジェット記録装置における主要部の配置関係を示す概略構成図である。図中、１は記録ヘッドであり、その下面のヘッド面１ａには、多数のノズル１ｂ、１ｂ…が、記録ヘッド１の主走査方向と直交する方向に沿って一列に配列されており、各ノズル１ｂ、１ｂ…からそれぞれ所定のタイミングでインクを微小液滴状のインク滴ａとして、図１における下方向に吐出することで、図示しない記録媒体上に所望の画像を記録形成する。
【００１７】
２は記録ヘッド１の各ノズル１ｂ、１ｂ…から吐出されるインク滴ａの飛翔速度を検出するための速度検出手段であり、この速度検出手段２は、記録ヘッド１が記録媒体に対して記録を行わない位置に配設されており、検出光を出射する発光素子２１と、該発光素子２１から出射した検出光を受光する受光素子２２とが、その間に記録ヘッド１を配置可能となる距離をおいて対向状に設けられ、記録ヘッド１に対して、検出光の光軸２０が記録ヘッド１の主走査方向と直交し且つ記録ヘッド１のノズル１ｂ、１ｂ…の配列方向と平行となるように配置されている。これにより発光素子２１及び受光素子２２は、記録ヘッド１がこの発光素子２１と受光素子２２との間に位置したとき、各ノズル１ｂ、１ｂ…から吐出されるインク滴ａの進行経路は、検出光の光軸２０と交差する。
【００１８】
本実施形態では、このときのインク滴ａを発光素子２１及び受光素子２２により光学的に検出することで、インク滴ａの飛翔速度を検出するようにしている。即ち、記録ヘッド１のヘッド面１ａから検出光の光軸２０までの距離と、インク滴ａの吐出開始からそのインク滴ａが光軸２０を通過するまでにかかった時間とからインク滴ａの飛翔速度がわかる。この飛翔速度の検出は、上記距離及び時間に基づいて算出することにより行うようにしてもよいし、あるいは、記録ヘッド１のヘッド面１ａから検出光の光軸２０までの距離は一定であることから、インク滴ａの吐出開始からそのインク滴ａが光軸２０を通過するまでにかかった時間はインク滴ａの飛翔速度と等価とみなすことができるため、この検出時間＝飛翔速度とするようにしてもよい。本実施形態では後者の態様について説明する。
【００１９】
発光素子２１及び受光素子２２は、共に光学的に光を遮蔽する筐体２３、２４内に装着されており、発光素子２１側の筐体２３には発光素子２１からの検出光を受光素子２２側へ向けて出射させるための発光用開口部２３ａが形成されている。また、受光素子２２側の筐体２４には、発光素子２１からの検出光を取り込んで受光素子２２により検出可能とするための受光用開口部２４ａを有している。
【００２０】
この受光用開口部２４ａは、記録ヘッド１のヘッド面１ａと垂直な方向に沿う径（短径）ｄ１に対してそれと直交する方向に沿う径（長径）ｄ２が長い楕円形を呈している（図２）。一般に、受光用開口部２４ａは、記録ヘッド１のヘッド面１ａと垂直な方向、即ちインク滴ａの吐出方向に沿う幅が狭い方が、インク滴ａの速度を検出する場合の検出精度を向上させることができる点で有利である。しかし、これと直交する方向の幅を狭くすると、受光素子２２により検出される信号の出力が低下すると共に、主走査方向への記録ヘッド１の光軸ズレに対する余裕度の減少から、逆に安定な検出ができず検出誤差が大きくなるため、開口形状を図２に示すように楕円形状とし、その短径ｄ１が記録ヘッド１のヘッド面１ａと垂直な方向に沿うように受光素子２２側の筐体２４に開設することで、インク滴ａの検出精度の向上と検出誤差の低減化とを両立できるようにしている。この受光用開口部２４ａの形状の一例を挙げると、ｄ１＝１．５ｍｍ、ｄ２＝３ｍｍである。
【００２１】
なお、図１において、２５は記録ヘッド１のヘッド面１ａに対向して配置され、記録ヘッド１から吐出されたインク滴ａを受け入れるインク受け皿である。
【００２２】
本発明において、インク滴の速度検出動作時の記録ヘッド１は、速度検出手段２による検査位置、即ち記録ヘッド１のノズル列が光軸２０上に全て乗っている位置に停止した状態で、制御部３によってヘッドドライバ４が駆動制御されることにより記録ヘッド１に対して駆動電圧が印加され、インク滴ａの吐出が制御される。このとき記録ヘッド１から吐出されるインクは、１滴のインク滴ａとしてではなく、図３に示すように、複数の連続するインク滴ａにより構成される一塊のインク滴群Ａとして吐出制御される。一塊のインク滴群Ａにおける各インク滴ａ同士の吐出間隔αは、受光用開口部２４ａのインク滴吐出方向に沿う方向の距離（ｄ１）以下の値である。このようにすることで、受光素子２２からの信号出力は、各インク滴群Ａを一塊のまとまった信号として得られることになる。
【００２３】
一つのインク滴群Ａを構成するインク滴ａの数は、一塊のインク滴群Ａとなったときに速度検出手段２の検出距離（ｄ１）よりも短い距離となるように定められる数であり、インク滴ａの大きさと速度検出手段２の検出距離に応じて適宜決定することができる。
【００２４】
このようにして記録ヘッド１のノズル１ｂからインク滴群Ａとして吐出されたインク滴ａは、光軸２０の通過によって受光素子２２によってその影が捉えられ、受光素子２２の光量変化の検出信号として検出部５に出力される。
【００２５】
次に、この速度検出手段２によるインク滴ａの速度検出動作について、図１、図４〜図７を参照しつつ説明する。
【００２６】
まず、制御部３は、発光素子２１を点灯した後（Ｓ１）、ヘッドドライバ４を駆動させ、吐出開始信号（FIRE-M）を出力し（図６参照）、記録ヘッド１の多数のノズル１ｂ、１ｂ…のうちのNo.１ノズルからインク滴群Ａとしてインク滴ａの吐出を行う（Ｓ２及びＳ３）。
【００２７】
No.1ノズルから吐出されたインク滴群Ａは、速度検出手段２の光軸２０を通過することで、受光素子２２において検出光が一部遮られ、受光される光量信号が一時的に減少する。
【００２８】
検出部５は、図５に示すように、受光素子２２により受光された光量信号を電流増幅部５１で増幅し、次いでその変動分のみを交流増幅部５２において増幅し、基準信号と比較するための信号を得る。次いで、この信号を比較器５３において、低域フィルタ５４を経て生成された基準信号と比較する。比較器５３では、基準信号よりも大きな信号変化を検出する。即ち、No.1ノズルから速度検出用のインク滴群Ａが吐出され、光軸２０を通過すると、比較器５３において基準信号よりも大きな信号変化部分の存在を検出し、defect-out出力の立下りを生ずる（図６参照）。
【００２９】
制御部３では、図７に示すように、記録ヘッド１に吐出開始信号（FIRE-M）を出力した時点ｔ１から、defect-outの立ち上がりｔｆから立ち下りｔｂまでの中央値ｔｎまでの時間Ｔｎを検出して記憶しておく（Ｓ４）。記録ヘッド１のヘッド面１ａから検出光の光軸２０までの距離は一定であるから、この検出時間Ｔｎはインク滴ａの飛翔速度と等価であるとみなすことができる。その後、制御部３はNo.2ノズル、No.3ノズル…と順次上記Ｓ２、Ｓ３の検出動作を全ノズルに対して行われるまで繰り返す（Ｓ５）。
【００３０】
記録ヘッド１の全ノズルについて上記検出動作が終了すると、発光素子２１を消灯し（Ｓ６）、次いで、制御部３は、上述のようにして得られた記録ヘッド１のノズル毎の検出時間に基づいてその平均値を算出する（Ｓ７）。
【００３１】
ここで、記録ヘッド１のノズル１ｂ、１ｂ…毎のばらつきにより検出時間が極端に大きい又は小さいノズルが一部に含まれている場合がある。このようなノズルの検出時間を平均値の算出時に含めてしまうと、誤差が大きくなり、後述するように記録ヘッド１の駆動条件を変更しても着弾位置のズレを正確に是正することが困難となる。このため、制御部３には、速度検出手段２により検出された各ノズルの検出時間が所定値以上逸脱しているか否かを判断する判断手段を備えており、この判断手段により所定値以上逸脱していると判断されたノズルの検出時間を算出平均に含めないようにしている。
【００３２】
この各ノズルの検出時間が所定値以上逸脱しているか否かの判断は、例えば、全ノズルの検出時間からその平均値を一旦算出した後、その平均値に対して所定値（例えば±１５０μｓｅｃ）以上離れているか否かで行い、その後、その逸脱するノズルの検出時間を除いて平均値を算出し直すようにしたり、あるいは、全ノズルの検出時間からその平均値を算出する前に、そのノズル毎の検出時間を予め定められた値（例えば後述する目標値）と比較して、その値に対して所定値（例えば±１５０μｓｅｃ）以上離れているか否かで行い、その後、その逸脱するノズルの検出時間を除いて平均値を算出するようにする等、種々の方法が挙げられる。
【００３３】
このようにして平均値の算出が終了すると、制御部３は、予め決定されて制御部３内に記憶されている目標値と上記算出された平均値との比較を行う（Ｓ８）。この目標値とは、主走査方向の移動中に記録ヘッド１から吐出されたインク滴ａが記録媒体上の適正位置に着弾するためのインク滴ａの飛翔速度（＝飛翔時間）の理想値であり、記録ヘッド１の主走査速度及び記録ヘッド１のヘッド面１ａから記録媒体までの距離に基づいて予め決定される。
【００３５】
制御部３は、平均値と目標値との比較により目標値からの平均値の差を求める。この差が記録ヘッド１から吐出されたインク滴ａの着弾位置の適性位置からのズレであるため、この差を解消するべく、平均値が目標値と一致するように記録ヘッド１を駆動させるための駆動条件を決定する（Ｓ９）。この平均値が目標値と一致するように記録ヘッド１を駆動させるための駆動条件を変更することにより、各ノズル１ｂ、１ｂ…から吐出されるインク滴ａの記録媒体上への着弾位置を、記録ヘッド１全体として適正な位置にほぼ合わせることができる。
【００３６】
この駆動条件を決定する手段としては、目標値と平均値との差から演算処理して求めた値により決定するようにするほか、目標値と平均値との差からルックアップテーブルを用いて決定するようにすることもできる。前者の場合には、目標値との差に応じてきめ細かに変更すべき記録ヘッド１の駆動条件を決定することができ、より高精度な画像記録を行うことができる利点がある。また、後者の場合には、ルックアップテーブルを用いることにより迅速に決定することができる利点がある。
【００３７】
ところで、記録ヘッドの駆動条件には限界があり、例えば過大な駆動信号を与えた場合には吐出するインク滴量が増大し、インク滴吐出後のインク室内へのインク再充填に不具合を生じ、空気の混入等による吐出不安定状態をきたす問題がある。一方、駆動信号が小さすぎる場合には、インク滴そのものが吐出されない等、同様に吐出不安定状態をきたす問題がある。このため、制御部３には、図８に示すように、記録ヘッド１の安定吐出条件を逸脱しない範囲で駆動信号を制限し、それを逸脱する駆動信号が入力された場合にはその安定吐出を行う限界値付近の値を駆動信号として設定するリミッタ３１を備えておき、以上のようにして決定された駆動条件に相当する駆動信号が記録ヘッド１の安定吐出条件を逸脱する場合には、リミッタ３１によりヘッドドライバ４へ安定吐出を行う限界値付近の駆動信号を出力するようにして、いかなる場合にも安定な吐出状態を確保することにより、高品質の画像記録が行えるようにしている。
【００３８】
このリミッタ３１は、図８（ｂ）に示すように、環境温度に応じた適切な安定吐出条件の限界値を設定する複数のリミッタ３１１、３１２…３１ｎを用意しておき、温度検出手段６により検出された周囲の環境温度に応じて切替器３２により切り替え制御するようにしてもよい。このようにすれば、決定された駆動条件に相当する駆動信号が記録ヘッド１の安定吐出条件を逸脱する場合に、周囲の環境温度に応じてより適切な駆動信号の限界値を設定することが可能となり、より高品質の画像記録が行えるようになるために好ましい。
【００３９】
以上のようにして決定された駆動条件は、画像記録時に記録ヘッド１に与えられる駆動信号となり、画像記録時に制御部３はヘッドドライバ４へその駆動信号を出力することで、着弾位置ズレによる画像悪化の原因を削減し、高品質の画像記録を行うことができる。
【００４０】
なお、記録ヘッドは単一ヘッドに限らず、図９に示すように、例えばＹＭＣＫの色毎に独立した複数の記録ヘッド１１、１２、１３、１４からなるものであってもよく、このように複数の記録ヘッド１１、１２…からなるインクジェット記録装置の場合には、上記目標値は記録ヘッド１１、１２…毎に個別に設定されることが好ましい。このように複数の記録ヘッド１１、１２…を有する場合には、図１０に示すように、各記録ヘッド１１、１２…の取り付け精度のバラツキにより、各ヘッド面と記録媒体Ｐとの間の距離が一定せずにズレが生じている場合があり、各記録ヘッドからのインク適の飛翔速度を同一とすると、記録ヘッド毎の飛翔距離の相違によって色毎にズレが生じる問題がある。このような複数の記録ヘッド１１、１２…に対しては、予め記録ヘッド１１、１２…毎に設定された目標値を用いてそれぞれ上述のように駆動条件を変更してやることにより、色毎のインク滴の着弾位置にズレが生じてしまう問題を解消することができ、高品質のカラー画像を記録形成することが可能である。
【００４１】
また、以上の説明では、インク滴の飛翔速度を、記録ヘッドに与える吐出開始信号から速度検出手段２により検出されるまでの時間によって検出するようにしているが、図１１に示すように、インク滴ａの吐出方向に沿ってそれぞれ２つの発光素子２１ａ、２１ｂと受光素子２２ａ、２２ｂとを所定間隔をおいて配置させて速度検出手段２Ａを構成し、各発光素子２１ａ、２１ｂ及び受光素子２２ａ、２２ｂによってそれぞれ形成される２つの光軸２０ａと２０ｂとの間をインク滴ａが通過するのに要した時間によって検出するようにしてもよい。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、記録ヘッドから吐出されるインク滴の飛翔速度を把握し、その結果から記録ヘッドの駆動条件を変更することで、画像悪化の原因を削減し、高品質の画像記録を行うことができる。
【００４３】
特に、本発明によれば、１つの記録ヘッドに対して１つの変更された駆動条件を与えてやればよく、各ノズル個々に駆動条件を変更する等の煩雑な処理は不要である。
【００４４】
また、本発明によれば、１つの記録ヘッドに対して１つの駆動信号しか与えられないタイプの記録ヘッド、例えば多数の並列するインク室の各壁面を圧電素子により形成して、この圧電素子からなる各隔壁に電圧を印加することにより該隔壁をせん断変形させてインク滴の吐出を行うタイプの記録ヘッドを有するインクジェット記録装置の場合でも、インク滴の飛翔速度のズレによる画像悪化の原因を削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るインクジェット記録装置における主要部の概略構成を示す図
【図２】受光用開口部の形状を示す正面図
【図３】速度検出手段による検出動作時におけるインク滴の吐出の様子を示す図
【図４】速度検出手段による検出動作の制御フローを示す図
【図５】検出部の構成を示すブロック図
【図６】吐出開始信号と検出信号のタイミングチャート
【図７】吐出開始信号と検出信号のタイミングチャート
【図８】（ａ）（ｂ）はそれぞれリミッタを備えた制御部の構成を説明する図
【図９】色毎のヘッドを備えた記録ヘッドの概略を示す斜視図
【図１０】色毎のヘッドを備えた記録ヘッドと記録媒体との位置関係を説明する図
【図１１】速度検出手段の他の例を示す概略構成図
【図１２】記録ヘッドから吐出されるインク滴の着弾位置ズレの様子を示す説明図
【符号の説明】
１：記録ヘッド
１ａ：ヘッド面
１ｂ：ノズル
２：速度検出手段
２１：発光素子
２２：受光素子
２３：筐体
２３ａ：発光用開口部
２４：筐体
２４ａ：受光用開口部
２５：受け皿
２Ａ：速度検出手段
３：制御部
３１、３１１、３１２、３１ｎ：リミッタ
３２：切替器
４： ヘッドドライバ
５：検出部
６：温度検出手段
ａ：インク滴
Ａ：インク滴群
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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