JP2004058529A - 記録ヘッドの駆動パルス幅調整方法および、記録ヘッドの吐出状態検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】記録ヘッドの吐出パルス幅の調整に要する時間及びコストを削減するとともに、ノズルの構造上の要因に左右されず、正確に最適駆動パルス幅を設定することができる記録ヘッドの駆動パルス幅調整方法および、記録ヘッドの吐出状態検出装置を提供する。
【解決手段】駆動パルス設定部は全ノズルがインクを吐出するのに十分な長さのパルス幅を初期駆動パルス幅とし、ここから所定単位でパルス幅を小さくして記録ヘッドを駆動させ、毎回吐出されるインク滴を光電センサで検出する。全てのノズルが不吐出と検知された時点のパルス幅を吐出臨界パルス幅とし、実際に記録動作で用いる駆動パルス幅は吐出臨界パルス幅を１．４倍したものとする。
【選択図】　　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット記録ヘッドにおける駆動パルス幅を調整する方法および、記録ヘッドの吐出状態を検出する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、手軽にカラープリントが楽しめるなどの理由により、インクジェット記録装置が普及している。フルカラー記録を行う装置では、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色に、ライトマゼンタ、ライトシアンを加えた６色のインクそれぞれに対応して複数の記録ヘッドが設けられているのが一般的である。
【０００３】
記録ヘッドはそれぞれ、複数のノズルが配列されたノズル面を有し、記録時は、このノズルから記録媒体に対しインク滴を吐出する。
【０００４】
インクの吐出方法の一つとしては、記録ヘッド内に各ノズルに対応して発熱ヒータなどの吐出エネルギー発生素子が設けられており、これに電気を印加することで発熱させ、インク中に瞬間的に気泡を発生させ、この気泡の生成圧力によってインクを吐出する、いわゆるバブルスルー方式が挙げられる。
【０００５】
ここで、吐出エネルギー発生素子に印加される電気パルスの電圧値は、各色ヘッド管で等しく設定されている。また、この電気パルスのパルス幅は、ヘッドごとに吐出エネルギー発生素子やインクの吐出特性に応じて、調整された最適値が用いられている。
【０００６】
この最適値とは、すなわち、各ノズルが吐出可能となる最小のパルス幅である吐出臨界駆動パルス幅である。吐出臨界駆動パルス幅で吐出エネルギー発生素子を駆動させると、電気を印加するのが必要最低限で済むので、吐出エネルギー発生素子に過剰なエネルギーを印加しないことになる。必要以上のエネルギーを印加されると、吐出エネルギー発生素子の寿命は極端に短縮されてしまうので、度重なる使用によっては不吐出などの問題が発生する可能性がある。しかしながら、このように吐出臨界駆動パルス幅で駆動させることにより、このような問題が起きるのを防止できる。
【０００７】
しかしながら、各ノズルが吐出可能となる最小のパルス幅はノズルごとに異なっており、ノズルそれぞれに適した値は、ノズルごとに測定する必要がある。
【０００８】
パルス幅の最適値を測定するために、従来では、大きなパルス幅から小さなパルス幅へ徐々にパルス幅を小さくさせていき、各パルス幅ごとにテストパターンを紙に記録し、その記録結果を目視で判定していた。パルス幅を変えたテストパターンの記録は記録ヘッドの全てのノズルに対して行われ、パルス幅を小さくしていき、吐出されなかった最初のパルス幅の値を求める。そして、吐出の安定性を考慮して、この吐出されなかった最初のパルス幅を１．４倍したものをその記録ヘッドの吐出臨界駆動パルス幅として、ヘッドのＥＥＰＲＯＭなどに設定していた。
【０００９】
また、特開平７−６０９６５号公報に記載されているように、ノズルごとに、吐出エネルギー発生素子の抵抗値を抵抗検出部で検出し、その値に基づいて通電時間、すなわち吐出パルス幅を補正する方法も用いられている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の方法では次のような問題があった。
例えば、パルス幅を変化させて実際に記録媒体に記録を行い、その結果を目視で判定する方法では、該当するノズルが吐出している、あるいは吐出していないにかかわらず、予め設定した大きなパルス幅から小さなパルス幅までの全ランクのパルス幅で吐出動作を行うので、紙送りも含めた記録動作に費やされる時間は多大である。また、記録する用紙も記録ヘッド一個に対し、Ａ４サイズ一枚は必要となるため、コストもかなり要する。
【００１１】
また、特開平７−６０９６５号公報に記載の吐出エネルギー発生素子の抵抗値を抵抗検出部で検出する方法では、実際にインクを吐出させるわけではなく、抵抗値のみでは正確な吐出臨界駆動パルス幅は得られない。なぜならば、吐出エネルギー発生素子を覆う保護膜の厚さや吐出するインクの種類によって、同じ抵抗値であっても吐出状況が異なる場合があるからである。特に保護膜の厚さは、製造上ノズルごとにばらつきが発生するが、各ノズルの保護膜の厚さをそれぞれ測定するには多大な時間を要する上、その測定自体もかなり難しいものとなるため、効率的ではない。
【００１２】
本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであり、記録ヘッドの吐出パルス幅の調整に要する時間及びコストを削減するとともに、ノズルの保護膜の厚さのばらつき等の要因に左右されず、正確に最適駆動パルス幅を設定することができる記録ヘッドの駆動パルス幅調整方法および吐出状態検出装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の記録ヘッドの駆動パルス幅調整方法は、所定のパルス幅の電気信号を印加されることによって駆動する、複数のノズルを有する記録ヘッドの駆動パルス幅を調整する方法であって、前記記録ヘッドに駆動パルス信号を送る信号送信工程と、前記信号送信工程にて送信されたパルス信号に基づき前記記録ヘッドを駆動させ、インクを吐出するインク吐出工程と、前記インク吐出工程にて駆動された前記複数のノズルそれぞれがインクを吐出しているか否かを測定する吐出有無測定工程と、前記吐出有無測定工程にて測定された吐出状態の結果に応じて、記録ヘッドの駆動パルス幅を決定する駆動パルス幅設定工程とを具え、前記吐出有無測定工程にて前記記録ヘッドのノズル全てが不吐出状態で検知されるまで、前記信号送信工程では、所定単位でパルス幅を変化させた前記駆動パルス信号が送られ、前記吐出有無測定工程にて前記記録ヘッドのノズル全てが不吐出状態で検知されると、前記駆動パルス幅設定工程では、前記ノズル全てが不吐出状態となったパルス幅を吐出臨界パルス幅とされ、前記記録ヘッドの駆動パルス幅を前記吐出臨界パルス幅に基づいて決定されることを特徴とする。
【００１４】
また、上記記録ヘッドの駆動パルス幅調整方法に使用する記録ヘッドの吐出状態検出装置は、前記記録ヘッドの複数のノズルから吐出されたインク滴の軌道を遮るように光を照射する照明と、前記照明が照射する光が前記記録ヘッドから吐出されたインク滴によって遮られたか否かを検出する光電センサと、前記光電センサが検出した結果からインクが吐出されたノズル数を推定する吐出有無測定手段とを具え、前記吐出有無測定工程にて、前記照明は点灯するとともに、前記光電センサが作動し、前記吐出有無測定手段が推定した吐出ノズル数の結果に基づき、前記駆動パルス幅決定工程では、駆動パルス幅が決定されることを特徴とする。
【００１５】
以上の構成によれば、前記信号送信工程にて送信されたパルス信号に基づき、記録ヘッドが駆動され、全ノズルからインク滴が吐出されると、前記光電センサがそれを検知し、吐出されたノズル数を推定する。パルス信号の幅を変化させて、インク滴吐出、光電センサによる検出を繰り返し、全てのノズルからインクが吐出されなくなったパルス幅を吐出臨界パルス幅と決定し、この吐出臨界パルス幅に所定の処理を施した値を駆動パルス幅とし、このパルス幅で記録ヘッドを駆動させることにより、常に安定したインク吐出を得ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について、以下に図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、本実施形態のインクジェット記録装置の電気的構成を示すブロック図である。
【００１８】
１は記録ヘッドである。本実施形態の記録ヘッド１は、インク色別にノズル列が配されたノズル面を有し、このノズル面が記録媒体に対峙するように設置されている。さらに、着脱可能なインクタンクが接続されている。記録ヘッドとインクタンクとから成る記録ヘッドユニットが不図示のキャリッジに搭載されており、このキャリッジが不図示のガイドレールに沿って記録媒体上を移動し、移動の際に記録ヘッド１の各ノズルよりインクが吐出される。記録ヘッドが記録媒体の一方端から他方端まで走査したら、記録ヘッドの走査方向に対して垂直な方向に、記録媒体が所定量だけ搬送される。この記録ヘッドの走査と記録媒体の搬送（以下「紙送り」という）とを交互に繰り返すことにより、記録媒体全体に記録を行うことができる。なお、本実施形態ではこのようなシリアルスキャンの記録装置を用いたが、本発明に関わる記録ヘッドは、シリアルスキャン型のものに限らずフルライン型でもよい。
【００１９】
記録ヘッド１は、上述したように複数のノズルを配列しているが、その配列方向は紙送り方向である。すなわち、記録ヘッドの走査方向に対して垂直方向に配列されている。
【００２０】
インクジェット記録装置の各駆動部の制御は、制御部１０からの駆動指令に基づき、各駆動部が駆動信号を出力し、駆動される仕組みになっている。具体的には、次のようになっている。
【００２１】
記録ヘッド１の各ノズルには、吐出エネルギー発生素子であるヒータが設けられており、このヒータに電気信号を送ることにより、ヒータが発熱し、インク中に気泡を発生させ、その気泡の生成圧力によってインクを所定量だけ吐出する。このようなヘッド駆動では、まず画像データに基づき制御部１０が制御指令をヘッド駆動部８へ送る。そして制御指令を受けたヘッド駆動部８は、各ヒータに電気信号を送り、ヘッド駆動させる。ここで、ヒータへ送る電気信号のパルス幅を適切なものとするための駆動パルス幅の測定および設定は次のようにして行われる。
【００２２】
記録ヘッド１の各ノズルからインクが吐出されているか否かを検出するために本実施形態では次のようにして行う。
【００２３】
図１において、２は記録ヘッド１のノズル面と記録媒体との間の空間を水平方向に横断する光を射出する照明である。この照明２から射出された光束は集光レンズを介して１点に集められ、スリット４を通ることで、吐出されたインク滴の進行方向と直交する平面状の光束となる。さらに、この光束は集光レンズ３と記録ヘッドを介して対面する位置に設けられた撮像レンズ５を通して光電センサ６まで到達している。スリット４は、記録ヘッド１の複数のノズル列の配列方向に平行する細長い形状であるため、このスリット４を設けることによって照明２の光束を平面状の光束に制限できる。したがって、各ノズルの吐出したインク滴が確実に光束を遮るので、光束を遮断した時とそうでない時の信号比が明確になり、吐出の有無の検出の確実性が高くなる。
【００２４】
吐出されたインク滴がこの光束を遮ると、光電センサ６がそれを検知し、インク吐出の有無が測定される。このインク吐出の有無の測定結果は光電センサ６から吐出有無測定部９へ送られる。
【００２５】
一方、照明２の点灯／消灯の制御は、制御部１０からの駆動指令を受けた照明駆動部７からの信号に基づいて行われる。さらに、ノズルの吐出臨界駆動パルス幅を測定するために、パルス幅を変えて順に記録ヘッドを駆動させる駆動パルス幅設定部１１が設けられている。
【００２６】
図２は、吐出駆動パルス幅と光電センサの出力との関係を示すグラフ図である。
【００２７】
記録ヘッドの全ノズルを吐出状態にして、吐出駆動パルス幅を大きい値から所定の値ずつ小さくしていくと、インクを吐出するノズルがあるパルス幅から急激に減少し、ついには全ノズルが不吐出となる。したがって、インクの吐出量の変化に応じてインク吐出を検出する光電センサの出力も、ある地点を境に急激に変化している。そして、全てのノズルが不吐出となった地点の吐出駆動パルス幅はＰｔｈとなる。このＰｔｈが吐出臨界駆動パルス幅である。実際に記録ヘッドを駆動させる際に印加する駆動パルス幅Ｐｏｐは、吐出の安定性等を考慮して吐出臨界駆動パルス幅Ｐｔｈを１．４倍したものが設定される。
【００２８】
図３は駆動パルス幅を決定する処理ルーチンである。
【００２９】
まず駆動パルス幅設定部は、最初に記録ヘッド中の全ノズルが駆動する上で十分余裕のある駆動パルス幅を初期駆動パルス幅として設定する（ステップ３０１）。続いて、初期駆動パルス幅でヘッド駆動部は全ノズルを駆動させ、インクを吐出させる（ステップ３０２）。同時に照明部は照明を点灯し、光電センサ６が吐出状態を測定する（ステップ３０３）。このセンサの測定をもとに吐出有無測定部が吐出ノズル数を推定する（ステップ３０４）。このとき、１ノズルでも吐出していると判定すれば、駆動パルス幅設定部は、駆動パルス幅を所定のパルス幅（以下、これを１ランクとする）だけ下げて（ステップ３０５）、ステップ３０２に戻り、再び全ノズルを駆動させる。このように、駆動パルス幅を下げては、全ノズルを駆動させ、吐出状態を測定するという処理を繰り返す。そして、ステップ３０４で、吐出しているノズルが１ノズルも検出されなかった場合、全ノズルの駆動を終了する（ステップ３０６）。このとき、吐出しているノズルが１ノズルも検出されなかったパルス幅を吐出臨界駆動パルス幅Ｐｔｈとして判定する。そして、駆動パルス幅設定部は、この吐出臨界駆動パルス幅Ｐｔｈを１．４倍したパルス幅を記録ヘッドの駆動パルス幅Ｐｏｐとして決定する（ステップ３０７）。そして、実際の記録動作の際は、この駆動パルス幅Ｐｏｐをヒータに印加して、記録ヘッドを駆動させる。
【００３０】
なお、この照明、集光レンズ、スリット、撮像レンズ、光電センサ等の部材は、記録領域外に設けられていてもよい。例えば、予備吐出領域に設けられていれば、吐出状態を検出するために吐出されるインク滴を予備吐出領域で受けることができるので、記録媒体を汚すことなく、検出処理を実施することができる。
【００３１】
このように、インクの吐出状態を光電センサによって検知するので、テストパターンを記録し、目視で検出する方法に比べて、検出時間を短縮することができる上に、記録紙を消費しないので、記録紙の消費コストを抑えることができる。また、駆動パルス幅を変えて実際に吐出を行い、その結果を検出しているので、吐出エネルギー発生素子の抵抗値を検出する方法に比べ、個々のノズルの保護膜の厚さにばらつき等の変動に左右されず、最適な駆動パルス幅を正確に算出することができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明を用いることにより、前記信号送信工程にて送信されたパルス信号に基づき、記録ヘッドが駆動され、全ノズルからインク滴が吐出されると、前記光電センサがそれを検知し、吐出されたノズル数を推定する。パルス信号の幅を変化させて、インク滴吐出、光電センサによる検出を繰り返し、全てのノズルからインクが吐出されなくなったパルス幅を吐出臨界パルス幅と決定し、この吐出臨界パルス幅に所定の処理を施した値を駆動パルス幅とし、このパルス幅で記録ヘッドを駆動させることにより、常に安定したインク吐出を得ることができるので、記録ヘッドの吐出パルス幅の調整に要する時間及びコストを削減するとともに、ノズルの保護膜の厚さのばらつき等の要因に左右されず、正確に最適駆動パルス幅を設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を含むインクジェット記録装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】吐出駆動パルス幅と光電センサ出力との関係を示すグラフ図である。
【図３】記録ヘッドの駆動パルス幅を決定するための処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１　記録ヘッド
２　照明
３　集光レンズ
４　スリット
５　撮像レンズ
６　光電センサ
７　照明駆動部
８　ヘッド駆動部
９　吐出有無測定部
１０　制御部
１１　駆動パルス幅設定部

Claims (6)

1. 所定のパルス幅の電気信号を印加されることによって駆動する、複数のノズルを有する記録ヘッドの駆動パルス幅を調整する方法であって、
   前記記録ヘッドに駆動パルス信号を送る信号送信工程と、
   前記信号送信工程にて送信されたパルス信号に基づき前記記録ヘッドを駆動させ、インクを吐出するインク吐出工程と、
   前記インク吐出工程にて駆動された前記複数のノズルそれぞれがインクを吐出しているか否かを測定する吐出有無測定工程と、
   前記吐出有無測定工程にて測定された吐出状態の結果に応じて、記録ヘッドの駆動パルス幅を決定する駆動パルス幅設定工程とを具え、
   前記吐出有無測定工程にて前記記録ヘッドのノズル全てが不吐出状態で検知されるまで、前記信号送信工程では、所定単位でパルス幅を変化させた前記駆動パルス信号が送られ、
   前記吐出有無測定工程にて前記記録ヘッドのノズル全てが不吐出状態で検知されると、前記駆動パルス幅設定工程では、前記ノズル全てが不吐出状態となったパルス幅を吐出臨界パルス幅とされ、前記記録ヘッドの駆動パルス幅を前記吐出臨界パルス幅に基づいて決定されることを特徴とする記録ヘッドの駆動パルス幅調整方法。
2. 前記インク吐出工程では、前記記録ヘッドに具わる全てのノズルが吐出動作を行うことを特徴とする請求項１に記載の記録ヘッドの駆動パルス幅調整方法。
3. 前記信号送信工程では、全ノズルがインクを吐出するのに十分なパルス幅から、所定単位でパルス幅を小さくさせていくことを特徴とする請求項１または２に記載の記録ヘッドの駆動パルス幅調整方法。
4. 前記記録ヘッドは、ノズルごとに吐出エネルギー発生素子を具え、前記駆動パルス信号が印加されると、前記吐出エネルギー発生素子が駆動し、インク中に気泡を発生させ、該気泡の生成圧力によって所定量のインクを滴として吐出することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の記録ヘッドの駆動パルス幅調整方法。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の記録ヘッドの駆動パルス幅調整方法に使用する記録ヘッドの吐出状態検出装置であって、
   前記記録ヘッドの複数のノズルから吐出されたインク滴の軌道を遮るように光を照射する照明と、
   前記照明が照射する光が前記記録ヘッドから吐出されたインク滴によって遮られたか否かを検出する光電センサと、
   前記光電センサが検出した結果からインクが吐出されたノズル数を推定する吐出有無測定手段と
   を具え、
   前記吐出有無測定工程にて、前記照明は点灯するとともに、前記光電センサが作動し、
   前記吐出有無測定手段が推定した吐出ノズル数の結果に基づき、前記駆動パルス幅決定工程では、駆動パルス幅が決定されることを特徴とする記録ヘッドの吐出状態検出装置。
6. 前記照明は、前記記録ヘッドが吐出するインク滴の吐出方向に直交する面に平面状の光束を照射することを特徴とする請求項５に記載の記録ヘッドの吐出状態検出装置。

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