JP2012035522A - 液吐出不良検出装置、その調整方法、およびインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液吐出不良検出装置の出力調整を低コストな構成でかつ容易に行うことが可能な液吐出不良検出装置、その調整方法、およびインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
【解決手段】発光素子が照射する光ビームに、ヘッドに設けられる各ノズルから吐出される液滴が衝突し、衝突後の光を受光素子で受光して、その受光結果に基づいて液滴の吐出不良を検出する液吐出不良検出装置であって、前記光ビームの光軸から前記受光素子までの高さを調整する第１の調整手段と、前記発光素子から照射される光ビームの光量を調整する第２の調整手段と、を備えている。
【選択図】図５

Description

本発明は、インク液滴の吐出不良を検出する液吐出不良検出装置、その調整方法、およびその装置を備えたインクジェット記録装置に関する。

インクジェット記録装置では、微細なノズルから微小な各色インク滴を吐出する各色のインクジェットヘッドを備え、用紙等の記録媒体に対してそのインクジェットヘッドを移動させながらインク滴を吐出することで記録媒体上に画像形成を行う。高解像度の画像形成のためには、ノズルを微細化してインク滴サイズを微小化する必要がある。この場合、ノズルが微細なため、印刷停止時にインクが乾燥するなどによりノズル詰まりが起きてインク滴の吐出不良が発生し、画像にドット抜けなどが生じて画像品質の低下を引き起こしてしまう。

従来より、このノズル詰まりによる画像品質の低下を防ぐために、液吐出不良を検出する液吐出不良検出装置がインクジェット記録装置に備えられていた。このような液吐出不良検出装置は、例えば、ノズルから吐出するインク滴などの液滴に、レーザダイオードなどの発光素子から射出したレーザ光を照射して散乱光を発生させ、その散乱光をフォトダイオードなどの受光素子で受光し、受光素子の出力に基づく出力電圧と基準電圧値とを比較して、インク滴が正常に吐出されたか否かを判定することで液吐出不良を検出する。

例えば、特許文献１では、記録ヘッドが長い場合においても、光の回折を受けずに確実な不吐出検出を行うために、２本のビームを検出する２つの受光素子を副走査方向の互いに反対の位置に設け、各受光素子に近い位置のノズルを用い、これらノズルからビームに向かってインク滴を順次時系列的に吐出制御しながら、そのインク滴の吐出タイミングと受光素子の検知タイミングとに基づいて吐出不良を特定する方法が提案されている。

しかしながら、特許文献１では、発光素子と受光素子を２組設ける必要があるので、コストが高くなり、また、制御が複雑になってしまう。

また、特許文献２では、不動作ノズルの検出の精度を高めるために、検査対象のノズル位置に応じて、インク滴の軌跡に光束点が位置するように、光束点を光軸に沿った方向に移動させる構成が開示されている。かかる光束点の移動は、発光素子とレンズの距離を変化させる駆動部により調整している。

しかしながら、特許文献１では、発光素子とレンズの距離を変化させる駆動部に高い位置精度が要求されるため、コストが高くなり、また、制御が複雑になってしまう。

特許第３５０１５９９号公報 特許第４２７３６２７号公報

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、液吐出不良検出装置の出力調整を低コストな構成でかつ容易に行うことが可能な液吐出不良検出装置、その調整方法、およびインクジェット記録装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、発光素子が照射する光ビームに、ヘッドに設けられる各ノズルから吐出される液滴が衝突し、衝突後の光を受光素子で受光して、その受光結果に基づいて液滴の吐出不良を検出する液吐出不良検出装置であって、前記光ビームの光軸から前記受光素子までの高さを調整する第１の調整手段と、前記発光素子から照射される光ビームの光量を調整する第２の調整手段と、を備えたことを特徴とする。

また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、発光素子が照射する光ビームに、ヘッドに設けられる各ノズルから吐出される液滴が衝突し、衝突後の光を受光素子で受光して、その受光結果に基づいて液滴の吐出不良を検出する液吐出不良検出装置の調整方法であって、前記ノズルのインク吐出位置と前記受光素子間の距離を決定する工程と、前記光ビームの焦点位置を決定する工程と、前記光ビームの光軸から前記受光素子までの高さを調整する工程と、前記発光素子から照射される光ビームの光量を調整する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明にかかる液吐出不良検出装置によれば、液吐出不良検出装置の出力調整を低コストな構成でかつ容易に行うことが可能な液吐出不良検出装置、その調整方法、およびインクジェット記録装置を提供することが可能になるという効果を奏する。

図１は、実施形態に係る液吐出不良検出装置を備えるインクジェットプリンタ（インクジェット記録装置）の一例の構造を正面から示す図である。 図２は、インクジェットプリンタの一部を斜め上から観察した図である。 図３は、本実施の形態にかかるインクジェットプリンタの要部構成の一例を示すブロック図である。 図４−１は、移動部の一構成例を示す図である。 図４−２は、移動部の他の構成例を示す図である。 図５は、液吐出不良検出装置の動作原理を説明するための説明図である。 図６は、光ビームの強度分布の一例を示す図である。 図７は、光ビームとノズルから吐出されたインク滴との位置関係を示す図である。 図８は、インク滴が光ビームと交わった時に発生する散乱光を受光素子で受光した場合に得られる電圧値を示す図である。 図９は、光ビームを平行（焦点が無限遠）にしている状態で、各ノズルｎ１〜ｎ５からインク滴を吐出して、それぞれのインク滴に対応する散乱光Ｓを任意の位置の受光素子ＰＤで計測した場合を示す図である。 図１０は、図９の場合の散乱光出力値の計測結果を示す図である。 図１１は、光軸Ｌからの各角度θにおける散乱光Ｓの強度分布１−１を示す図である。 図１２は、各インク滴吐出位置で発生した散乱光Ｓの受光素子の受光面への入射角度θを示す図である。 図１３は、散乱光出力値の強度分布１−１を示す図である。 図１４は、受光素子の光軸Ｌからの高さＨ_ＰＤを遠ざけたときにおける、各吐出位置からの散乱光Ｓの受光素子の受光面への入射角度を示す図である。 図１５は、受光素子ＰＤの光軸Ｌからの高さＨ_ＰＤと強度分布の関係を示す図である。 図１６は、光ビームＬＢの焦点を受光素子より後方に焦点ＳＴを結んだ場合における、インク滴の吐出位置と受光素子までのＸ方向距離Ｘ_ＰＤｎ１〜Ｘ_ＰＤｎ５と光ビーム強度の関係を示す図である。 図１７は、強度分布１と強度分布２を併せた図である。 図１８は、ヘッドの各インク吐出位置で散乱光出力を一定にする調整方法の処理手順を説明するためのフローの一例を示す図である。 図１９は、図４に示す液吐出不良判定装置の発光素子高さ調整処理および発光素子出力調整処理を説明するためのフローの一例を示す図である。 図２０は、変形例を示す図である。

以下に、この発明にかかる液吐出不良検出装置、その調整方法、およびインクジェット記録装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるものまたは実質的に同一のものが含まれる。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる液吐出不良検出装置、その調整方法、およびインクジェット記録装置の実施の形態を詳細に説明する。

［液吐出不良検出装置の構成］
図１は、実施形態に係る液吐出不良検出装置を備えるインクジェットプリンタ（インクジェット記録装置）１の一例の構造を正面から示す。また、図２は、インクジェットプリンタ１の一部を斜め上から観察した図を示す。

図１に示すように、インクジェットプリンタ１の筐体１０の左右の側板１１、１２には、ガイドシャフト１３とガイド板１４とが平行に掛け渡して設けられている。ガイドシャフト１３およびガイド板１４は、キャリッジ１５に摺動可能に貫通される。キャリッジ１５には、不図示の無端ベルトが取り付けられる。無端ベルトは、筐体１０内の左右に設けられる図示しない駆動プーリと従動プーリに掛けまわされる。そして、駆動プーリの回転と共に従動プーリが従動回転されて無端ベルトを走行する。これにより、キャリッジ１５が、図１の矢印で示されるよう左右に移動される。

キャリッジ１５には、イエロ、シアン、マゼンタ、ブラックの４色のインクジェットヘッド１６ｙ、１６ｃ、１６ｍ、１６ｂ（以下、ヘッド１６で代表させて記述する）が、キャリッジ１５の移動方向に並列配置されている。各ヘッド１６は、下向きのノズル面に複数のノズルを直線状に並べたノズル列を有する。図示しないが、直線状のノズル列は、キャリッジ１５の移動方向と直交する方向に設けられる。

そして、キャリッジ１５が図１のように右端のホームポジションに存在するときには、各ヘッド１６は、筐体１０内の底板１７上に設置する単独回復装置１８と対向する。単独回復装置１８は、液吐出不良検出装置２０でインク滴吐出不良を検出したノズルからインクを吸い出し、インクジェットプリンタ１自身で単独で液体吐出不良を回復する装置である。

液吐出不良検出装置２０は、筐体１０内の底板１７上に、単独回復装置１８に隣接して配置される。液吐出不良検出装置２０の詳細については後述する。

液吐出不良検出装置２０に隣接する位置には、板状のプラテン２２を設置する。プラテン２２の背面側には、記録媒体である用紙２３をプラテン２２上に供給する給紙台２４が斜めに立てて設けられる。また、図示を省略するが、給紙台２４上の用紙２３をプラテン２２上に送り出す給紙ローラが備えられる。さらに、プラテン２２上の用紙２３を矢示方向に搬送して正面側に排出する搬送ローラ２５が設けられる。

筐体１０内の底板１７上には、さらに左端に駆動装置２６が設置される。駆動装置２６は、不図示の給紙ローラや搬送ローラ２５などを駆動するとともに、上述した駆動プーリを駆動することにより無端ベルトを走行してキャリッジ１５を移動する。

そして、記録時は、駆動装置２６で駆動されることにより用紙２３がプラテン２２上に移動され、所定位置に位置決めされる。また、キャリッジ１５が移動されて用紙２３上を走査され、左方向に移動しながら４色のヘッド１６ｙ、１６ｃ、１６ｍ、１６ｂを用いて順にそれぞれのノズルからインク滴が吐出され、用紙２３上に画像が記録される。画像記録後、キャリッジ１５が右方向に戻されるとともに、用紙２３が図２の矢印の方向に所定量搬送される。

次いで、再びキャリッジ１５が左方向に移動されながら往路で４色のヘッド１６ｙ、１６ｃ、１６ｍ、１６ｂを用いて順にそれぞれのノズルからインク滴が吐出され、用紙２３上に画像が記録される。そして、同様に画像記録後、キャリッジ１５が右方向に戻されるとともに、用紙２３が図２の矢印の方向に所定量搬送される。以下同様の動作が繰り返され、１枚の用紙２３上に画像が記録される。

次に、本実施の形態にかかるインクジェットプリンタ１の構成について説明する。図３は、本実施の形態にかかるインクジェットプリンタ１の要部構成の一例を示すブロック図である。なお、図３では、主に液吐出不良検出装置に関連する構成を示しており、画像の記録に関連する構成は図示を省略している。本実施の形態にかかるインクジェットプリンタ１は、ヘッド１６と、発光素子３０と、吐出制御部１０１と、発光制御部１２０と、受光ユニット１０３と、良／不良判定部１０４と、移動制御部１０５と、移動部１０６とを主に備えている。

本実施の形態のインクジェットプリンタ１は、ノズルｎｘ（１≦ｘ≦Ｍ、Ｍはノズルの個数）からインク滴が正常に吐出するか否かを検出する液吐出不良検出処理を行う。液吐出不良検出処理では、インク滴の飛行経路に対して発光素子３０から光ビームを出射し、出射した光ビームにノズルｎｘからインク滴を吐出して、インク滴による散乱光を発生させる。この散乱光を受光素子ＰＤが受光し、受光して得られる出力電圧によって良／不良判定部１０４が、インク滴が正常に吐出されたか否かを検出する。

また、液吐出不良検出装置２０は、図３のうち、少なくとも発光素子３０と、発光制御部１２０と、受光ユニット１０３と、良／不良判定部１０４と、移動制御部１０５と、移動部１０６とを備えている。

吐出制御部１０１は、ヘッド１６の各ノズルからインク滴を吐出する吐出処理を制御する。また、吐出制御部１０１は、液吐出不良検出処理では、ヘッド１６のノズルｎｘから、発光素子３０とノズルｎｘとの距離、または、受光素子ＰＤとノズルｎｘとの距離に応じて定められる大きさのインク滴を吐出するように制御する。

発光制御部１２０は、第２の調整手段として機能する。発光制御部１２０は、発光素子３０を発光させる発光処理を制御する。発光制御部１２０は、液吐出不良検出処理では、一定電圧値の発光制御信号を送出して、発光素子３０を連続点灯させる。また、発光制御部１２０は、散乱光出力値と駆動電流の関係を規定するテーブルを備えており、後述する発光素子出力調整処理において、テーブルを参照して、フィードバックされるＴＰ２（散乱光出力値）に応じて駆動電流を変化させ、光ビームＬＢの光量を調整する。

発光素子３０は、例えば、半導体レーザ等の発光素子であって、発光制御部１２０から送出される発光制御信号にしたがって点灯し、光ビームＬＢを発生する。ヘッド１６が短尺である場合には、発光素子３０としてレーザダイオードを用いてコスト低減を図ることもできる。

受光ユニット１０３は、受光素子ＰＤと、Ｉ／Ｖ変換部１１１と、１段目増幅部１１２と、ハイパスフィルタ１１３と、２段目増幅部１１４と、を主に備えている。

受光素子ＰＤは、例えば、フォトダイオード等の光を受光する素子であって、受光する光の強度に比例して電流を発生させる。受光素子ＰＤは、図５に示すように、発光素子３０が発生した光ビームＬＢの光軸Ｌから角度θずれ、ノズル直下よりも発光素子３０から離れた位置に配置される。受光素子ＰＤは、液吐出不良検出処理では、インク滴３６が光ビームＬＢに照射されて散乱光Ｓ１〜Ｓ７が発生した場合に、光ビームＬＢの光軸方向に散乱された前方散乱光Ｓ１〜Ｓ３を受光し、受光した光の強度に応じた電流を発生させる。受光素子ＰＤは、他の態様として、発生させた電流を電圧に変換する電流電圧変換部を備え、電圧を出力するように構成してもよい。

Ｉ／Ｖ変換部１１１は、受光素子ＰＤで発生した電流を電流値の大きさに応じた電圧に変換する。

１段目増幅部１１２は、Ｉ／Ｖ変換部１１１で電流電圧変換された電圧を増幅して、出力信号ＴＰ１を出力する。この出力信号ＴＰ１によりオフセット電圧を計測することができる。

ハイパスフィルタ１１３は、出力信号ＴＰ１のＤＣ成分（ノイズ成分）を除去・低減する。

２段目増幅部１１４は、ハイパスフィルタ１１３で得られた電圧を増幅する。液吐出不良検出処理では、２段目増幅部１１４により散乱光に応じた出力電圧（散乱光出力値）を表す出力信号ＴＰ２が出力される。

なお、図３のような受光ユニット１０３の構成は一例であり、受光した光ビームＬＢに応じた出力電圧（出力信号ＴＰ１、ＴＰ２）を出力するものであれば、あらゆる構成を適用できる。

良／不良判定部１０４は、受光ユニット１０３から出力された出力信号ＴＰ２から、インク滴の吐出不良を検出する。例えば、良／不良判定部１０４は、出力信号ＴＰ２と、不良吐出を判定するための基準電圧として予め定められた閾値Ｖ_ＳＨとを比較し、出力信号ＴＰ２が閾値Ｖ_ＳＨより小さい場合に、インク滴に曲がりが発生したことを検出する。検出部１０４が、閾値Ｖ_ＳＨより小さい所定の閾値より出力信号ＴＰ２が小さい場合に、不吐出の状態であることを検出するように構成してもよい。また、良／不良判定部１０４が、散乱光のパルス波形と基準電圧（閾値Ｖ_ＳＨ）とを比較するときに、ヒステリシスを掛けることにより、ノイズ成分による出力のばたつきをなくすように構成してもよい。

移動部１０６は、移動制御部１０５の制御に従って、光軸Ｌに対して受光素子ＰＤを高さ方向（垂直方向）に移動させることが可能となっており、光軸−受光素子間距離Ｈ_ＰＤ
（「光ビームＬＢの光軸Ｌに対する受光素子高さＨ_ＰＤ」ともいう）を調整可能に構成されており、受光素子ＰＤを光軸Ｌに対して、近付けたり遠退けたりすることができるようになっている。

移動制御部１０５は、後述する、受光素子高さ調整処理において、受光ユニット１０３から出力された出力信号ＴＰ２に基づいて、受光素子ＰＤの移動方向および移動量を決定し、決定した移動方向および移動量で移動部１０６を移動させる。移動制御部１０５および移動部１０６は、第１の調整手段として機能する。

図４−１は、移動部１０６の一構成例を示す図である。図４−１に示すように、受光素子移動部４２は、受光面３７を有する受光素子３５を保持するホルダ４３と、そのホルダ４３に上端側が固定されてホルダ４３とともに自身の長さ方向にスライド自在に支持されているスライダ杆４４と、そのスライダ杆４４の下端側のラック４５と噛み合うモータギア４６を有する駆動モータ４７とで構成されている。そして、駆動モータ４７を駆動することにより、モータギア４６を回転してスライダ杆４４を長さ方向にスライドし、ホルダ４３を移動して、光ビームＬＢの光軸Ｌに対する受光素子高さＨＰＤを可変し、光軸Ｌに対して受光素子ＰＤを近付けたり遠退けたりすることができるようになっている。

図４−２は、移動部１０６の他の構成例を示す図である。図４−２に示すように、移動部１０６は、受光面ＰＤｍを有する受光素子３５を保持するホルダ４３と、そのホルダ４３に上端側のねじ部４８がねじ付けられているねじ軸４９と、そのねじ軸４９の下端側に設けられる外周ねじ５０と噛み合うモータギア４６を有する駆動モータ４７とで構成されている。そして、駆動モータ４７を駆動することにより、モータギア４６を回転してねじ軸４９をまわし、ホルダ４３を移動して、光ビームＬＢの光軸Ｌに対するオフセット高さＯＨを可変し、光軸Ｌに対して受光素子ＰＤを近付けたり遠退けたりすることができるようになっている。

［液吐出不良検出装置の動作原理および調整原理］
次に、図５〜図１９を用いて、液吐出不良検出装置２０の動作原理および調整原理について説明する。図５は、液吐出不良検出装置２０の動作原理を説明するための説明図である。図５のノズルｎ１、ｎ２、…、ｎｘ、…、ｎＮは、キャリッジ１５に搭載する１個のヘッド１６で、１つのノズル列を構成する。ヘッド１６において、各ノズルｎ１、ｎ２、…、ｎｘ、…、ｎＮのインク滴吐出口側の面３７を、ノズルヘッド面３７と呼ぶ。実施形態１の液吐出不良検出装置２０が備えられたインクジェットプリンタ１では、このノズル列のうち一度に１つのノズルｎｘからインク滴３６が吐出される。

発光素子３０で発光された拡散光は、コリメートレンズ３２で任意の位置に焦点ＳＴを結ぶ光ビームＬＢに変換される。同図に示す例では、焦点ＳＴは受光素子ＰＤの後方となっている。発光素子３０は、光ビームＬＢの光軸Ｌがインク滴３６の吐出方向と直交する方向に配置される。

受光素子ＰＤは、例えばフォトダイオード（ＰＤ）からなり、受光面ＰＤｍに受光した光量に比例する電流を発生する。受光素子ＰＤで発生された電流は、受光ユニット１０３内で電圧値に変換される。受光素子ＰＤは、発光素子３０から照射された光ビームＬＢがインク滴３６に衝突して生じる散乱光を受光可能なように、インクジェットプリンタ１の筐体１０内に配置される。

ここで、受光素子ＰＤは、光ビームＬＢのビーム径を外れた位置に配置される。具体的には、受光素子ＰＤは、受光面が光ビームＬＢのビーム径と重ならない位置で、できるだけ光軸Ｌの中心近くにオフセットして配設される。これにより、効率の良い検知が可能となる。図５では、光ビームＬＢの下部であって、ノズル直下よりも発光素子３０から離れた位置に受光素子ＰＤが配置された例が示されている。

図５に例示される構成で、ヘッド１６のノズルｎｘからインク滴３６が吐出され、光ビームＬＢと交わると、散乱光Ｓ１〜Ｓ７が発生する。受光素子ＰＤは、この散乱光Ｓ１〜Ｓ７のうち、特に光強度が強い前方散乱光Ｓ１〜Ｓ３を受光し、受光した散乱光の光強度を表す電圧値Ｖ_ＰＤを光出力値として出力する。光ビームＬＢの光強度が強い場合、散乱光Ｓ１〜Ｓ７の光強度も高くなる。

図６は、光ビームＬＢの強度分布の一例を示している。発光素子３０として半導体レーザを使用した場合、垂直および水平方向にそれぞれ角度を持って発光する。一般的な半導体レーザの垂直および水平方向の角度は、それぞれ１４°および３０°となっている。以下では、発光素子３０として半導体レーザを使用するものとして説明する。このような光をコリメートレンズ３２で平行光にした場合、その進行方向に対し垂直方向の断面は、図５にビーム断面４０として例示されるように、縦横比が異なる楕円形状となる。

ここで、図６において、Ｘ方向すなわち水平方向は、インク滴の吐出方向に対して直角の方向を示す。また、Ｙ方向すなわち垂直方向は、インク滴の吐出方向を示す。これにより、光ビームＬＢの中心（光軸Ｌ）で最も光強度が強く、縁に行くに従い光強度は低下しており、ガウシアン分布となっていることがわかる。

図７は、光ビームＬＢとノズルｎｘから吐出されたインク滴との位置関係を示す図であり、ノズルｎｘから吐出されたインク滴３６を吐出方向すなわち垂直下方向から観察した図である。図７では、光ビームＬＢ内に、図面奥手に配置されたノズルｎｘから吐出された、正常吐出時のインク滴３６ａおよび吐出不良時のインク滴３６ｂの一例が示されている。

ヘッド１６のノズル列が光ビームＬＢの光軸Ｌ上に存在する場合、正常吐出したインク滴３６ａはそのまま鉛直方向に飛翔する。このため、インク滴３６ａは光ビームＬＢの中心を通過する。一方、曲がりが発生したインク滴３６ｂは、光ビームＬＢの中心から外れた位置を通過する。また、不吐出のときはインク滴３６が吐出しないため、光ビームＬＢを通過しない。

図８は、インク滴３６が光ビームＬＢと交わった時に発生する散乱光を受光素子ＰＤで受光した場合に得られる電圧値Ｖ_{ＰＤＴＰ２}を示す図である。正常吐出されたインク滴３６ａは、光強度が最も高い光ビームＬＢの中心を通過するため、散乱光強度も高くなる。図８では、実線で表される電圧値の最大値Ｖ’が、この場合に出力される散乱光出力値（出力信号ＴＰ２）に相当する。

これに対し、曲がりが発生したインク滴３６ｂは、光ビームＬＢの中心から外れるため、散乱光強度が低くなる。図８では、破線で表される電圧値の最大値Ｖ’’（＜Ｖ’）が、この場合に出力される散乱光出力値を表している。

また、インク滴３６が不吐出の場合、インク滴３６が光ビームＬＢを通過しないため散乱光が発生せず、散乱光強度が計測されない。図８では、一点鎖線で表される電圧値が、この場合に出力される散乱光出力値（Ｖ０＝０）を表している。

ここで、不良吐出であるか否かを判定するための閾値をＶ_ＳＨとすると、インク滴３６ａに対する出力信号ＴＰ２＝Ｖ’は閾値Ｖ_ＳＨより大きいため、インク滴３６ａは正常吐出されていると判断できる。一方、インク滴３６ｂに対する出力信号ＴＰ２＝Ｖ’’は閾値Ｖ_ＳＨより小さいため、例えばインク滴３６ｂは曲がりが発生したと判断できる。上述のように、閾値Ｖ_ＳＨより低い閾値を用いれば、不吐出の状態を検出することができる。

以下の説明では、説明を簡単にするため、ヘッド１６のノズルが５つの場合について説明する。図９は、光ビームＬＢを平行（焦点が無限遠）にしている状態で、各ノズルｎ１〜ｎ５からインク滴３６を吐出して、それぞれのインク滴３６に対応する散乱光Ｓを任意の位置の受光素子ＰＤで計測した場合を示している。同図において、Ｘ_ＰＤｎ１は、ノズルｎ１のインク滴吐出位置と受光素子ＰＤの距離、Ｘ_ＰＤｎ５は、ノズルｎ５のインク滴吐出位置と受光素子ＰＤの距離、Ｈ_ＰＤは光ビームＬＢの光軸Ｌからの受光素子ＰＤの高さを示している。

図１０は、図９の場合の散乱光出力値の計測結果を示す図である。図１０において、横軸は、受光素子ＰＤとインク滴３６間の距離Ｘ_ＰＤ、縦軸は、散乱光出力値Ｖ_{ＰＤＴＰ２}を示している。図１０に示すように、ヘッド２の各ノズル位置（Ｘ_ＰＤｎ１〜Ｘ_ＰＤｎ５）で散乱光出力値が異なっている（強度分布１）。これは、（１）散乱光強度に角度依存性があること、（２）インク滴３６の吐出位置と受光素子ＰＤまでのＸ方向距離Ｘ_ＰＤｎ１〜Ｘ_ＰＤｎ５（光ビーム照射方向）が起因している。

まず、（１）の散乱光強度の角度依存性について説明する。光ビームＬＢが平行な場合、光ビームＬＢの光強度は場所に依存せずに一定であるが、散乱光Ｓは光軸Ｌからの角度θにより散乱光強度が異なる。図１１は、光軸Ｌからの各角度θにおける散乱光Ｓの強度分布１−１を示す図である。同図において、横軸は、散乱光Ｓの光軸からの角度θ、縦軸は散乱光強度を示している。同図に示すように、光軸Ｌに近いところ（θ＝０）では散乱光強度が高く、光軸Ｌから離れるにしたがい、散乱光強度が低くなる強度分布１−１となっていることがわかる。

次に、（２）のインク滴の吐出位置−受光素子Ｘ方向距離について説明する。図１２は、各インク滴吐出位置で発生した散乱光Ｓの受光素子ＰＤの受光面ＰＤｍへの入射角度θを示す図である。同図では、説明の簡単のために、受光素子ＰＤに最も近いノズルｎ５と、最も遠いノズルｎ１のそれぞれのインク滴吐出位置のみを示している。同図に示すように、各インク滴吐出位置により、受光素子ＰＤの受光面ＰＤｍに入射する角度θが異なっている。ノズルｎ１のインク滴吐出位置から受光面の上側に入る角度をθ１Ｕ、ノズルｎ１のインク滴吐出位置から受光面の下側に入る角度をθ１Ｄ、ノズルｎ５のインク滴吐出位置から受光面の上側に入る角度をθ５Ｕ、ノズルｎ５のインク滴吐出位置から受光面の下側に入る角度をθ５Ｄとする。受光素子ＰＤに近いインク吐出位置（ｎ５）では、入射角度（θ５＝θ５Ｄ−θ５Ｕ）が広く、反対に、受光素子ＰＤに遠いインク吐出位置（ｎ１）では、入射角度（θ１＝θ１Ｄ−θ１Ｕ）が狭いことがわかる。

上記（１）と（２）の条件が重なった結果、図１３のような散乱光出力値の強度分布１−１が発生する。これは、例えば、ノズル位置がＸ_ＰＤｎ５では、入射角度が広いとそれだけ多くの散乱光Ｓを取り入れることができるが（θ＝θ５）、取り入れている散乱光Ｓの光強度が弱いため、受光素子ＰＤで計測する散乱光出力値は高くならない（面積Ｓ＝Ｓ５）。これに対して、ノズル位置がＸ_ＰＤｎ１では、入射角度が狭くても（θ＝θ１）、取り入れている散乱光Ｓの光強度が高いため、散乱光出力値は高くなる（面積Ｓ＝Ｓ１）。

また、上記（１）と（２）に加え、（３）受光素子ＰＤの光軸Ｌからの高さＨ_ＰＤにより強度分布は変化する。図１４は、受光素子ＰＤの光軸Ｌからの高さＨ_ＰＤを遠ざけたときにおける、各吐出位置からの散乱光Ｓの受光素子ＰＤの受光面ＰＤｍへの入射角度を示している。図１５は、受光素子ＰＤの光軸Ｌからの高さＨ_ＰＤと強度分布の関係を示す図である。

図１４に示すように、受光素子ＰＤを光軸Ｌから遠ざけると（受光素子高さＨ_ＰＤ→Ｈ_ＰＤ’）入射角度が狭くなる（θ１＞θ１’、θ５＞θ５’）とともに、散乱光Ｓの弱い部分が受光面ＰＤｍに入射するため、受光素子ＰＤを光軸Ｌから遠ざけるほど、図１５に示すように、散乱光出力値は小さくなる。図１５において、光軸Ｌからの距離は、Ｈ_ＰＤ１＜Ｈ_ＰＤ２（強度分布（傾きα））＜Ｈ_ＰＤ３＜Ｈ_ＰＤ４の順に大きくなっている。

上記図５および図１６〜図１８を参照して、ヘッド１６の各インク吐出位置で散乱光出力を一定に調整する方法について説明する。まず、上記図５に示すように、発光素子３０から発した光をコリメートレンズ３２により受光素子ＰＤより後方に焦点ＳＴを結ぶようにする。図１６は、光ビームＬＢの焦点を受光素子ＰＤより後方に焦点ＳＴを結んだ場合における、インク滴３６の吐出位置と受光素子ＰＤまでのＸ方向距離Ｘ_ＰＤｎ１〜Ｘ_ＰＤｎ５と光ビーム強度の関係を示す図である。図１６に示すように、受光素子ＰＤより後方に焦点ＳＴを結んだ場合、光軸Ｌ方向にある傾斜をもった光強度分布２（傾きβ）となる。これは、焦点ＳＴの位置に近いところでは、光ビームＬＢの密度が高くなるため、光強度は高くなるためである。他方、コリメートレンズ３２側では密度が低いため、光強度は低くなる。

上述したように、散乱光Ｓの角度依存性とインク吐出位置から受光素子ＰＤまでの距離Ｘ_ＰＤにより、受光素子ＰＤで受光する散乱光出力値に強度分布１（図１０参照）がある。この強度分布１は、光ビームＬＢを集光したことによる強度分布２とは傾斜が反転している。図１７は、強度分布１と強度分布２を併せた図であり、強度分布１は、図１５の受光素子高さＨ_ＰＤ２の場合を示している。図１７において、受光素子ＰＤの光軸Ｌからの高さＨ_ＰＤを、光ビームＬＢを集光したことによる強度分布２の傾斜β（点線）と相反する傾斜（−β＝α）になるように調整する。これにより、実線で示すような、各インク滴吐出位置によらず、ほぼ均一な散乱光出力値を取得することが可能となる。なお、図５で示した例では、受光素子ＰＤの後方に焦点ＳＴを結んだ場合としているが、受光素子ＰＤで受光する散乱光出力値の強度分布１と相反する様な、光ビームＬＢを集光したことによる強度分布２であれば、焦点位置ＳＴは受光素子ＰＤの前方、後方、または受光素子ＰＤの近傍でも構わない。

図１８は、ヘッド１６の各インク吐出位置で散乱光出力を一定にする調整方法の処理手順を説明するためのフローである。実機や検査機に吐出不良検出装置２０を組み込む際には、機械的な制約上、ヘッド１６（インク滴吐出位置）と光学系の配置位置はおおよそ決定されてしまう。そこで、まず、インク吐出位置−受光素子距離ＸＰＤを決定する（ステップＳ１）。これにより、図１３に示すような受光素子ＰＤの受光面ＰＤｍに入射する散乱光の強度分布１の傾斜αを把握することができる。

次に、上記強度分布１と相反する傾斜（−α＝β）の強度分布２に近くなるような焦点ＳＴの位置を決定し、発光素子３０とコリメートレンズ３２間の距離を固定する（ステップＳ２）。これにより、機器の継続的な使用や振動による位置ズレを防ぐことができる。発光素子３０とコリメートレンズ３２間の距離を固定するのは、コリメートレンズ３２の数μｍのズレにより焦点ＳＴの位置が大きくずれてしまい、結果として強度分布が当初のものから崩れてしまうためである。コリメートレンズ３２の性能にもよるが、約１０μｍの位置ズレで、焦点距離は約１０ｍｍのズレが発生してしまう。発光素子３０とコリメートレンズ３２間の距離を固定する以外にも、距離を調整できる機構を設けることにしてもよいが、位置精度が良く、経時変化に強いものが望ましい。

コリメートレンズ３２の固定方法としては、メカ的にネジ締めする方法や接着剤を使用する方法などを使用することができる。コリメートレンズ３２を固定する際にはズレが発生してしまう。そこで、最終的には受光素子ＰＤを光軸Ｌから離す方向に移動させ（受光素子高さＨ_ＰＤ調節）、各インク滴吐出位置での散乱光出力値を調整する（ステップＳ３）。調整する方法としては、例えば、ヘッド１６の両端のノズル（図９のｎ１とｎ５）からインク滴３６を交互に吐出させ、それぞれの出力が同一になるように受光素子ＰＤを移動させる。

ここまでで、各インク滴吐出位置での散乱光出力値はほぼ均一化できることとなるが、所定の出力を得ることができていない可能性がある。欠損や曲がり判定では、図８に示したように、得られる散乱光出力値の値に対し、任意の閾値Ｖ_ＳＨとの比較により、欠損や曲がりを検出している。

そこで、閾値Ｖ_ＳＨに対し、適切な散乱光出力値が得られるように発光素子３０の光出力を調整する（ステップＳ４）。光ビームＬＢの光出力を調整する方法としては、散乱光出力値が目標値となるように、発光素子３０への駆動電流の値を増加／減少させる方法がある。また、受光素子ＰＤで得られる散乱光出力値の値をフィードバックさせ、駆動電流を自動的に調整するような方法を使用してもよい。

このように、発光素子３０の光出力を調整することにより、強度分布の傾斜を変化させずにインク滴吐出位置での光ビームＬＢの強度分布が変化させることができる。これにより、散乱光Ｓの光強度を調整することができ、結果として、受光素子ＰＤで得られる散乱光出力値を最適値にすることができ、欠損や曲がり判定を容易に行うことが可能となる。

一度、光学系を設定すると、各ノズルｎ１〜ｎ５の吐出毎に光学系の調整をせずに、ほぼ一定の散乱光出力値を得ることができる。ほぼ一定の散乱光出力値とすることにより、良／不良判定部１０４で用いる閾値を統一することができ、良／不良判定部１０４のプログラムを簡略化することが可能となる。また、散乱光出力値をデータ処理により均一化する方法では、必要な情報が削られてしまう可能性があるので、本実施の形態のように、光学的およびメカ的構成で散乱光出力値をほぼ均一化する方法の方が優れている。

図１９は、上記図１５は、上記図４に示す液吐出不良判定装置の発光素子高さ調整処理および発光素子出力調整処理を説明するためのフローの一例を示す図である。なお、光軸Ｌとヘッドノズル列は平行に配置されているものとする。

同図において、まず、発光制御部１２０は、発光素子３０を駆動して、発光素子３０からの光ビームの照射を開始させる（ステップＳ１１）。ヘッド制御部１６は、ノズルｎ１からインク滴を吐出させる（ステップＳ１２）。受光ユニット１０３は、その散乱光出力値Ｖ_ＰＤｎ１を測定して、移動制御部１０５は、ノズルｎ１の散乱光出力値Ｖ_ＰＤｎ１としてメモリに記録する（ステップＳ１３）。

次に、発光制御部１２０は、ノズルｎ５からインク滴を吐出させる（ステップＳ１４）。受光ユニット１０３は、その散乱光出力値Ｖ_ＰＤｎ５を測定して、移動制御部１０５は、ノズルｎ１の散乱光出力値Ｖ_ＰＤｎ５として記録する（ステップＳ１５）。移動制御部１０５は、ノズルｎ１の散乱光出力値Ｖｎ１＝ノズルｎ５の散乱光出力値Ｖ_ＰＤｎ５であるか否かを判断する（ステップＳ１６）。

ノズルｎ１の散乱光出力値Ｖ_ＰＤｎ１＝ノズルｎ５の散乱光出力値Ｖ_ＰＤｎ５でない場合には（ステップＳ１６の「Ｎｏ」）、Ｖ_ＰＤｎ１＞Ｖ_ＰＤｎ５の場合は、移動制御部１０５は、移動部１０６を制御して、所定量、受光素子ＰＤを光軸Ｌに近づける一方、Ｖ_ＰＤｍ１＜Ｖ_ＰＤｍ５の場合は、移動制御部１０５は、移動部１０６を制御して、所定量、受光素子ＰＤを光軸Ｌから遠ざける（ステップＳ１７）。この後、ステップＳ１２に戻り、ノズルｎ１の散乱光出力値Ｖ_ＰＤｎ１＝ノズルｎ５の散乱光出力値Ｖ_ＰＤｎ５となるまで（ステップＳ１６の「Ｙｅｓ」）、ステップＳ１２〜Ｓ１７の処理を繰り返し実行する。

他方、ノズル１の散乱光出力値Ｖ_ＰＤｎ１＝散乱光出力値Ｖ_ＰＤｎ５の場合は（ステップＳ１６の「Ｙｅｓ」）、発光制御部１２０は、ノズルｎ１の散乱光出力値Ｖ_ＰＤｎ１またはノズルｎ５の散乱光出力値Ｖ_ＰＤｎ５が目標値Ｖ_{ＴＡＲＧＥＴ}であるか否かを判断する（ステップＳ１８）。ノズルｎ１の散乱光出力値Ｖ_ＰＤｎ１またはノズルｎ５の散乱光出力値Ｖ_ＰＤｎ５が目標値Ｖ_{ＴＡＲＧＥＴ}でない場合には（ステップＳ１８の「Ｎｏ」）、発光制御部１２０は、ノズルｎ１の散乱光出力値ＶＰＤｎ１またはノズルｎ５の散乱光出力値Ｖ_ＰＤｎ５＞目標値Ｖ_{ＴＡＲＧＥＴ}の場合は、発光素子３０の出力を下げ、ノズルｎ１の散乱光出力値ＶＰＤｎ１またはノズルｎ５の散乱光出力値Ｖ_ＰＤｎ５＜目標値Ｖ_{ＴＡＲＧＥＴ}の場合は発光素子３０の出力を上げる（ステップＳ１９）。この後、ステップＳ１２に戻り、ノズルｎ１の散乱光出力値Ｖ_ＰＤｎ１またはノズルｎ５の散乱光出力値Ｖ_ＰＤｎ５＝目標値Ｖ_{ＴＡＲＧＥＴ}となるまで（ステップＳ１８の「Ｙｅｓ」）、ステップＳ１２〜Ｓ１９の処理を繰り返し実行する。

ノズルｎ１の散乱光出力値Ｖ_ＰＤｎ１またはノズルｎ５の散乱光出力値Ｖ_ＰＤｎ５＝目標値Ｖ_{ＴＡＲＧＥＴ}となった場合は（ステップＳ１８の「Ｙｅｓ」）、発光素子３０からの光ビームの照射を停止する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、光ビームＬＢの光軸Ｌから受光素子ＰＤまでの高さＨ_ＰＤを調整する第１の調整手段（移動制御部１０５，移動部１０６）と、発光素子３０から照射される光ビームＬＢの光量を調整する第２の調整手段（発光制御部１２０）と、を備えているので、液吐出不良検出装置の出力調整を低コストな構成（調整部を最小限とした構成）でかつ容易に行うことが可能となる。付言すると、各ノズルｎ１〜ｎ５の吐出毎に光学系の調整をせずに、出力調整を行うことが可能となる。ほぼ一定の散乱光出力値を得ることが可能となる。

また、光軸Ｌから受光素子ＰＤまでの高さＨ_ＰＤを調整した後に、光ビームＬＢの光量を調整する順番としたので、調整時間を短縮するが可能となる。

また、光軸Ｌから受光素子ＰＤまでの高さＨ_ＰＤの調整は、予め決定した焦点ＳＴの位置による光ビームＬＢの照射方向の強度分布と相反する傾きとなる受光感度の位置としたので、各ノズルｎ１〜ｎ５の吐出毎に光学系の調整をせずに、ほぼ一定の散乱光出力値を得ることが可能となる。

また、本実施の形態の液吐出不良検出装置をインクジェット記録装置に搭載することとしたので、吐出不良検知の判断が可能で、印字性能が安定した低コストなインクジェット記録装置を実現することが可能となる。

［変形例］
ここまでは、一度光学系を決定すれば、各ノズルｎ１〜ｎ５の吐出毎に光学系の調整をせずに、ほぼ一定の出力が得られる方法を示してきたが、構造は複雑になるが、インク滴Ｂの吐出位置により、光軸Ｌから受光素子ＰＤの受光面ＰＤｍまでの高さＨ_ＰＤや光ビームＬＢの出力を自動調整させる方法を使用することにしてもよい。また、位置精度は厳しくなるが、発光素子３０とコリメートレンズ３２の距離や光ビームＬＢの出力を自動調整する方法を使用することにしてもよい。

図２０は、変形例を示す図である。構造が大きくなるが、図２０に示すように、光ビームＬＢを略平行光にし、受光素子ＰＤから離れたところ（受光面ＰＤｍへの散乱光Ｓの入射角度分布の変化が少ないところ）にインク吐出場所（ヘッド１６）を配置する構成としてもよい。これにより、ヘッド１６内のインク滴吐出位置Ｘ_ＰＤ１‘〜Ｘ_ＰＤ５‘によらずに均一な散乱光出力値を得ることができる。この場合、受光素子ＰＤからインク滴Ｓまでの距離ＸＰＤｎ５‘が長いと、上記図９で説明したように、散乱光Ｓの受光面ＰＤｍへの入射角度θが小さくなるため、受光素子ＰＤで得られる散乱光出力値も小さくなってしまうが、受光面ＰＤｍを光軸Ｌに近いところにもってくることにより、散乱光Ｓの強いところを受光面ＰＤｍへ入射できるため、散乱光出力値を大きくすることができる。

１ インクジェットプリンタ
１６ ヘッド
３０ 発光素子
３１ 光ビーム
１０１ 吐出制御部
１０３ 受光ユニット
１０４ 良／不良判定部
１０５ 移動制御部
１０６ 移動部
１１１ Ｉ／Ｖ変換部
１１２ １段目増幅部
１１３ ハイパスフィルタ
１１４ ２段目増幅部
１２０ 発光制御部
ＰＤ 受光素子
ＰＤｍ 受光面
ＬＢ 光ビーム
Ｌ 光軸

Claims (6)

1. 発光素子が照射する光ビームに、ヘッドに設けられる各ノズルから吐出される液滴が衝突し、衝突後の光を受光素子で受光して、その受光結果に基づいて液滴の吐出不良を検出する液吐出不良検出装置であって、
   前記光ビームの光軸から前記受光素子までの高さを調整する第１の調整手段と、
   前記発光素子から照射される光ビームの光量を調整する第２の調整手段と、
   を備えたことを特徴とする液吐出不良検出装置。
2. 前記第１の調整手段と前記第２の調整手段は、いずれか一方が調整を行った後、他方が調整を行うことを特徴とする請求項１に記載の液吐出不良検出装置。
3. 前記第１の調整手段が前記光ビームの光軸から前記受光素子までの高さを調整した後、前記第２の調整手段が、発光素子から照射される光ビームの光量を調整することを特徴とする請求項２に記載の液吐出不良検出装置。
4. 前記第１の調整手段は、前記光ビームの光軸から前記受光素子までの高さを、予め定めた焦点位置による光ビームの照射方向の強度分布と相反する傾きとなる受光感度の位置に調整することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の液吐出不良検出装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の液吐出不良検出装置を備えることを特徴とするインクジェット記録装置。
6. 発光素子が照射する光ビームに、ヘッドに設けられる各ノズルから吐出される液滴が衝突し、衝突後の光を受光素子で受光して、その受光結果に基づいて液滴の吐出不良を検出する液吐出不良検出装置の調整方法であって、
   前記ノズルのインク吐出位置と前記受光素子間の距離を決定する工程と、
   前記光ビームの焦点位置を決定する工程と、
   前記光ビームの光軸から前記受光素子までの高さを調整する工程と、
   前記発光素子から照射される光ビームの光量を調整する工程と、
   を含むことを特徴とする液吐出不良検出装置の調整方法。

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