JP2013063578A - 液滴吐出検出装置およびインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インク液滴の吐出状態を検出するために必要な時間を短縮するに際して、レーザーの出力の安定を損なうことなく、レーザーダイオードよりの発光が可能であり、１ヘッドあたりのノズル列が２列より大きい場合においても、２列以下の場合の測定時間と同じ時間で測定可能となる構成を備えた液滴吐出検知装置を提供する。
【解決手段】光を単ヘッド又は複数個のヘッドによるヘッドアレイのノズル列に平行で且つ、ノズルより吐出されたインク滴の軌跡と光が交差するように照射し、該インク滴にレーザー光または光が当たった時に発生する散乱光の光強度を受光部として用いられるフォトダイオードＰＤにより検知する吐出検知装置であって、多数列のノズル列を持つ１個のヘッド又は１列のヘッド列を対象として、前記発光部および受光部を複数個交互に配置し、交互にレーザーダイオード２０１又はＬＥＤを発光し、フォトダイオードで液滴からの光を受光して吐出状態を検出することを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、液滴吐出検出装置およびインクジェット記録装置に関し、さらに詳しくは、液滴吐出不良を検出する装置に関する。

周知のように、プリンタ、ファクシミリ装置や複写装置あるいはプロッタさらにはこれら機能を併せ持つ複合機などの画像形成装置の一つに、インク液滴を吐出する記録ヘッドを用いた液体吐出記録方式によるインクジェット記録装置がある。

この液体吐出記録方式のインクジェット記録装置は、記録ヘッドからインク滴を、搬送される用紙に対して吐出して、画像形成（記録、印字、印写、印刷も同義語で使用する）を行ない、その型式として、記録ヘッドが主走査方向に移動しながら液滴を吐出して画像を形成するシリアル型画像形成装置と、記録ヘッドが移動しない状態で液滴を吐出して画像を形成するライン型ヘッドを用いるライン型画像形成装置がある。

なお、本発明における液体吐出記録方式の画像形成装置としては、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の媒体を対象として、インクを着弾させて画像形成を行う装置を意味し、また、画像形成とは、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与すること（単に液滴を媒体に着弾させること）をも意味する。

さらに、本発明の説明に用いるインクとは、インクと称されるものに限らず、記録液、定着処理液、樹脂、薬品、液体などと称されるものなど、画像形成を行うことができるすべての液体の総称として用いられているものが含まれる。

また、本発明で挙げる用紙とは、材質を紙に限定するものではなく、上述したＯＨＰシート、布なども含み、インク滴が付着されるものの意味であり、被記録媒体、記録媒体、記録紙、記録用紙などと称されるものを含むものの総称として用いる。

この液体吐出記録方式の画像形成装置は、製本や各種印刷物を少量生産するために使用される設備型のインクジェットプリンターの場合、高速で駆動させるため、サーマル型またピエゾ型のインクジェットヘッドを多数個配置し、紙搬送方向に対し直角方向の駆動(キャリッジ駆動)を持たず、紙搬送のみで画像を形成することができるようになっている。

この種のインクジェット記録装置は、高速かつ低騒音であり、記録媒体の種類に制約が少なく、カラー化も容易であるなどの利点があることから、現在広く普及している。

しかし、インクジェット記録装置では、微細なノズルからインク滴を吐出することから、停止時にインクが乾燥しやすく、またインクでノズル面が濡れてノズル面に紙粉等の粉塵が付着しやすく、さらにノズルから空気が入ることがあるなどの問題がある。これらに起因して不吐出となったり吐出方向が曲がったり液滴サイズが小さくなったりしてインク液滴の吐出不良が発生し、画像にドット抜けや白筋などを生じて画像品質が低下する不具合があった。
このような不具合の発生を検出する構成として、小型のインクジェットプリンターの場合では、電荷を検知する検知機構が配置されている位置まで駆動機構を介して紙方向に対し直角方向にヘッドを移動させた後に出射し、検知機構によりインク滴を検知する、インク滴検知機構が既に知られている。

しかし、今までの小型のインクジェットプリンターに採用されている検知機構は、紙搬送に対し直角方向の駆動（キャリッジ駆動）が必要であり、駆動機構を動作し、ヘッドを検知機構の箇所まで移動する必要があった。

そこで、検知機構の駆動を要しない構成として、発光素子から発した光ビームにヘッド面のノズルから吐出するインク滴等の液滴を衝突させて散乱光を発生し、その散乱光を受光素子で受光してその受光データから液滴吐出不良を光学的に検出する構成を備えた液滴吐出検出装置が提案されている（例えば、特許文献１）。

一方、ヘッドに複数列、例えば、2列のノズル列を備えた構成を対象として、1本のレーザー光を用いて液滴吐出不良を光学的に検出する方法も提案されている（例えば、特許文献２）。

特許文献１に開示されているように、ライン型ヘッドを用いるライン型画像形成装置では、インクジェットヘッドを多数個配置した構成を対象として散乱光による液滴吐出不良を検出する構成が用いられている。

この構成では、ノズルから吐出されたインク液滴の出射光路から外れた位置にフォトダイオードなどの受光部が配置され、インク液滴に当たった出射光から得られる前方散乱光の受光状態により吐出不良の判断するようになっている。このため、ヘッドのノズル数が多いと、順次、１つのノズル毎に検知していかなければならないため、検出に時間が係るという問題が生じる。

一方、特許文献２に開示されたような、ノズル列を多数列持つヘッドに前方散乱光方式の吐出検知方式を採用する場合、レーザー光を幅広にしても、１ヘッド幅分にいたらず、複数個並べて配置することになる。しかし、投光するレーザー光の幅より光学系の幅の方が広いため、光学系が並べて配置できず、ヘッド列の両側に対向して配置することとなる。

従って、吐出検知の場合にレーザー発光系を近接して対向させると、レーザー光の幅が広いため、対向するレーザー発光系の発したレーザーが、レーザーダイオードに入射し、レーザー出力が不安定になるという問題がある。

本発明の目的は、上記従来の液滴吐出検出装置における問題に鑑み、インク液滴の吐出状態を検出するために必要な時間を短縮するに際して、レーザーの出力の安定を損なうことなく、レーザーダイオードよりの発光が可能であり、１ヘッドあたりのノズル列が２列より大きい場合においても、２列以下の場合の測定時間と同じ時間で測定可能となる構成を備えた液滴吐出検知装置およびインクジェット記録装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、レーザー光を発生するためのレーザーダイオードまたは光を発生するためのＬＥＤからなる発光部と、前記レーザーダイオード又はＬＥＤが発した光を収束させるレンズとを備え、光を単ヘッド又は複数個のヘッドによるヘッドアレイのノズル列に平行で且つ、ノズルより吐出されたインク滴の軌跡と光が交差するように照射し、該インク滴にレーザー光または光が当たった時に発生する散乱光の光強度を受光部として用いられるフォトダイオードにより検知する吐出検知装置であって、多数列のノズル列を持つ１個のヘッド又は１列のヘッド列を対象として、前記発光部および受光部を複数個交互に配置し、交互にレーザーダイオード又はＬＥＤを発光し、フォトダイオードで検知することを特徴とする液滴吐出検知装置にある。

本発明によれば、多数列のノズル列を有する1列のヘッド列を対象として発光部および受光部を交互に配置し、交互にレーザーダイオード又はＬＥＤを発光し、フォトダイオードで検知するので、対向する発光部からのレーザー光が受光部のフォトダイオードに入射してしまうのを防止してレーザー出力が不安定となるのを防止しながら２列以下の場合の測定時間と同じ時間で２列以上のノズル列を対象とする測定が可能になる。

本実施例に係る液滴吐出検出装置を備えたインクジェット記録装置の一例を説明するための模式図である。 図１に示したインクジェット記録装置の平面視による模式図である。 図１に示したインクジェット記録装置の動作を説明するための模式図である。 図１に示したインクジェット記録装置に用いられるノズルヘッドの配列を説明するための図である。 図１に示した液滴吐出検出装置の液滴測定手順を説明するためのフローチャートである。 液滴吐出検出原理を説明するための模式図である。 発光・検知ユニットの構造を説明するための図である 図７に示した構造と方式を代えた発光・検知ユニットの構造を説明するための図である。 ＬＤ、ＰＤの動作タイミングを説明するためのタイミングチャートである。 ノズル列が２列のヘッドと、４列のヘッドの場合の測定配置状態を説明するための図である。

以下、図面に示す実施例により本発明を実施するための形態について説明する。
図１は、本発明による液滴吐出検出装置を用いた画像形成装置の一例であるインクジェット記録装置の構成を示す図である。作用と共に構成を説明すると次の通りである。
図１においてインクジェット記録装置１は、印字中、固定された記録ヘッドに対して印字対象となる用紙Ｐを移動させて液滴吐出動作を行うライン型であり、用紙Ｐを積載し給紙する給紙トレイ２と、印刷された用紙Ｐを排紙積載する排紙トレイ３と、用紙Ｐを給紙トレイ２から排紙トレイ３まで搬送する搬送部４と、搬送部４によって搬送される用紙Ｐに液滴を吐出し印字する記録ヘッドを構成するヘッド部５と、印刷終了後又は所要のタイミングでヘッド部５の各記録ヘッドの維持回復を行う維持回復機構であるメンテナンス装置６と、メンテナンス装置６のキャップ部材６１、ワイパー部材（図示されないブレード手段）を清掃（クリーニング）するクリーナ装置６０（詳細は図３に示す）を備えている。

インクジェット記録装置１は、図示しない前後側板及びステーなどで構成されており、給紙トレイ２上に積載されている用紙Ｐは、分離ローラ２１及び給紙ローラ２２によって１枚ずつ搬送部４に給紙される。

搬送部４は、搬送駆動ローラ４１Ａと搬送従動ローラ４１Ｂと、これらのローラ４１Ａ、４１Ｂ間に掛け回された無端状の搬送ベルト４３とを備えている。この搬送ベルト４３の表面には複数の図示しない吸引穴が形成されており、搬送ベルト４３の下部には用紙Ｐを吸引する吸引ファン４４が配置されている。また、搬送駆動ローラ４１Ａ、搬送従動ローラ４１Ｂ上部には、それぞれ搬送ガイドローラ４２Ａ、４２Ｂが図示しないガイドに保持されて、自重にてベルト４３に当接している。

搬送ベルト４３は、搬送駆動ローラ４１Ａが図示しないモータにより回転されることで周回移動し、用紙Ｐは搬送ベルト４３上に吸引ファン４４により吸い付けられ、搬送ベルト４３の周回移動によって搬送される。なお、搬送従動ローラ４１Ｂ、搬送ガイドローラ４２Ａ、４２Ｂは搬送ベルト４３に従動して回転する。

搬送部４の上部には用紙Ｐに印字する液滴を吐出するヘッドアレイユニット５０で構成されたヘッド部５が移動可能（ここでは昇降後、図の左右方向に移動可能）に配置されている。このヘッド部５は、維持回復動作時（メンテナンス時）にはヘッド部５がメンテナンス装置６の上部の高さまで持ち上がり、その後メンテナンス装置６の上迄横移動した後、メンテナンス装置が上昇し、メンテナンスを実施する。

図３は、上述したヘッド部５の移動経路および用紙Ｐの搬送経路を説明するための模式図であり、同図において被印字物となる用紙Ｐは搬送ベルト４３により搬送され、印字するヘッドアレイ１０１を装備しているヘッド部５は、印字中、固定されており、搬送ベルト４３の送りとヘッド部５の出射のみでインク滴のマトリックスを作り画像を形成する。

ヘッド部５には、ヘッドアレイ１０１の吐出面側から見た図である図４（Ｂ）に示すように、ヘッドアレイユニット５０に設けられている多数のヘッドアレイ１０１によりヘッド列５１Ａ〜５１Ｄが配置され、図４（Ｂ）の紙面において上下方向が相当する紙送り方向と直角な方向の紙幅方向にもヘッドアレイ１０１が多数配列されてノズル列（符号５１Ｋ，５１Ｍ，５１Ｃ，５１Ｙ，５１ＥＰで示す）が繋がるように構成されている。

図１に示すように、搬送ベルト４３の周回範囲内部には吸引ファン４４が設けられており、図１に示す搬送経路において、搬送ベルト４３に空けられた孔により用紙Ｐが搬送ベルト４３に吸引されて搬送されるようになっている。

なお、搬送ベルト４３に開けられている孔は、ヘッドアレイ１０１の乾き対策の空打ち時にも用いられる部分である。つまり、画像印字ではなく、ノズル部にある増粘したインクの廃棄を行う際には、用紙Ｐが搬送されていない時、例えば、穿孔する用紙Ｐと後続の用紙Ｐとの間で搬送ベルト４３の表面が露呈する時に、搬送ベルト４３の孔の位置とノズルの位置とが合致するタイミングによりインク液滴を吐出させ、吐出されたインク液滴が孔を通過して排出されるようになっている。

図１において搬送部４に対する用紙Ｐの搬送方向下流側（図１においては左側に相当）には、用紙Ｐを排紙トレイ３に排紙する搬送ガイド部４５が配置されている。搬送ガイド部４５にて搬送された用紙Ｐは排紙トレイ３に排紙される。

排紙トレイ３は、用紙Ｐの幅方向を規制する対のサイドフェンス３１と用紙Ｐの先端を規制するエンドフェンス３２を備えている。

一方、前述したメンテナンス装置６は、搬送部４の上方でヘッド部５の側方に設けられており、図１および２に示したヘッドアレイ１０１の各ヘッド列に対応してノズル面（吐出面）をキャッピングするキャップ６１と、各ヘッドアレイ１０１の各ヘッド列に対応してノズル面をワイピングする図示されないブレード状のワイパー部材（ワイパーブレード）と、１列分のキャップ内を吸引してクリーニングする図示しない吸引手段を備えた図示しないクリーニング装置を備えている。

メンテナンス装置６では、キャップ６１にてヘッドアレイ１０１のノズル面を密閉した状態でクリーニング装置側の吸引手段ＢＡによって吸引することでヘッドアレイ１０１に装備されているノズルから増粘したインクを排出させてヘッドアレイ１０１の吐出性能を回復させる。前述したワイパーブレードは図示しないブレードホルダに保持されている。

なお、メンテナンス装置６の吸引手段ＢＡやキャップ６１と吸引手段をつなぐ流路、その他圧力室等は、インクジェット記録装置１の後側板の外側に配置し、チューブ等の経路を使用して接続することもできる。また、維持回復時に吸引に代えて、あるいは吸引とともにヘッドアレイ１０１の上流側から加圧手段によってヘッドアレイ１０１内を加圧する構成とすることもできる。

前述したメンテナンス装置６は、図３に示すように、搬送部４の上方で用紙搬送方向に対して上下方向移動可能に配置され、ヘッドメンテナンス時には、ヘッド部５が上昇し、スライドしてメンテナンス装置６の上方に移動した後、ヘッド部５の下部にあるメンテナンス部が上昇し、メンテナンスを行う。印字中には、メンテナンス装置６が図１の位置に退避すると共に、ヘッド部５は図１に示す印字位置に移動する。

メンテナンス装置６は、図３(Ｃ）に示すように、メンテナンス装置６の上部に配置されているクリーナ装置６０によってキャップ６１およびワイパーブレードに付着した液滴（廃液）を清掃される。

クリーナ装置６０には、巻き取り側および繰り出し側に位置するローラ６１，６２にそれぞれ延長端部が取り付けられたウエブ６３が備えられている。
クリーナ装置６０は、メンテナンス装置６に対して接離する方向（図では縦方向）かつ、各キャップ６１と順序よく対面できる方向（図では水平方向）にそれぞれ移動可能であり、繰り出されたウエブ６３によりキャップ６１およびワイパーブレードを払拭することができる。なお、ウエブ６３はキャップ６１を払拭する前に、メンテナンス装置６に設けられているワイパーブレード６４と接触することにより汚れのない状態でキャップ６１やメンテナンス装置６側のワイパーブレードに接触するようになっている。

一方、図４は、ヘッド部５として用いられるヘッドアレイユニット５０の構成を示しており、（Ａ）は正面図、（Ｂ）はノズル面から見た図、（Ｃ）は用紙搬送方向と直角な方向からの図である。

ヘッドアレイユニット５０には、複数個のノズル列（５１Ｋ，５１Ｃ，５１Ｍ，５１Ｙ）を並置したヘッド（便宜上、各ヘッドを総括して符号１０１で示し、以後、ヘッドアレイとも表現する）が、ノズルの並置方向と平行および直角な方向に複数、図４に示す構成では並置方向と直角な方向に４列配列され、各ヘッドアレイ１０１には、上述した複数個、図４に示す構成では２列にノズル（便宜上、各ノズルを総括して符号１０２で示す）を並置してノズル列が構成されている。

ヘッド部５には、ヘッドアレイユニット５０の各ノズルにインクをそれぞれ供給する図示しない分岐部材が色毎に配列され、分岐部材上流側にはサブタンクが配置され、サブタンクとヘッドとの水頭差によって、ヘッドアレイ１０１のノズルのメニスカスを保持するのに適切な負圧が形成される。さらに、サブタンク上流側にはインクを貯蔵する交換可能なメインタンクが配置されている。

以上のような構成では、液滴吐出検知の際に要する検知時間が長くなるのを防止するようになっている。つまり、ノズル列の両側に発光源を設け、液滴に当たる照射光により生じる前方散乱光を受光する受光部をノズル列の双方において前記照射光の光路を挟んだ両側に配置することで異なった場所の液滴を同時に検出できる構成を備えている。この構成とする理由は次の通りである。

従来、液滴吐出検出に際する構成としては、紙搬送方向に対し直角方向のヘッド駆動（以下キャリッジ駆動）を元に開発されており、用紙Ｐへの印字範囲外の検知位置にキャリッジ駆動で移動した後、インク滴検知を実施するようになっている。これに対し、製本や各種印刷物を少量印刷する際の設備機器として使用されるインクジェット記録装置１は、ラインインクジェットヘッドを用いることが主流であり、キャリッジは存在せず、ヘッドアレイ１０１をキャリッジ駆動せずにインク滴検知を行うことが望まれる。

また、ラインインクジェット記録装置の場合、大量のノズル列５１を配列したヘッドアレイ１０１のため、インク滴の吐出検出を実行する際に大量の時間がかかる。このため、その他の時間（ここではキャリッジ駆動にかかる時間）を省く必要がある。そこで、液滴吐出検出に要する時間の短縮が望まれている。

このような現状を踏まえ、上述した液滴吐出検出に要する時間を短縮するための構成としては次の構成が用いられる。

つまり、複数のノズル列毎にその配列方向両側に発光源となるレーザーダイオード（以下、便宜上、ＬＤと表現する場合もある）と、受光部となるフォトダイオード（以下、便宜上、ＰＤと表現する場合もある）とをそれぞれ装備したユニットを対向させ、これら各ユニットを紙搬送方向に沿って交互に、つまり、紙搬送方向に沿ってＬＤを装備したユニットとＰＤを装備したユニットとを並べて配置する。そして、この構成において、ヘッドアレイ１０１の両側において２分割された発光源（ＬＤ）および受光部（ＰＤ）ユニットを用いて搬送ベルト４３に有する孔の位置がノズルに対向するタイミングに合わせて検出光を照射し、照射された光が液滴に当たった際に生じる前方散乱光を発光部（ＬＤ）と対向する位置に配置された受光部（ＰＤ）により検知することで異なった場所の液滴を同時に検出するようになっている。

しかし、以上のようなノズルの配列方向両側に発光部および受光部を設け、異なる場所での液滴を同時に検出する場合、次の問題が生じる。

２列のノズルを配列したヘッドを対象とした場合には、ひとつのレーザー光を光学部品によって幅を広げられた幅広のレーザー光を用いて２列のノズルから吐出される液滴に光を当てることが可能となる。しかし、２列以上のノズルを配列した場合、例えば、４列のノズルを対象とすると、２列の場合と同様に光の強度を維持しながら同一光源からの光の幅を広げることは難しく、一つのヘッドアレイ１０１に対して２列のレーザー光を照射することが必要となる。

レーザー光の直径（口径比）を制御するために用いられる光学系部品は、物理的にレーザー光の直径よりも大きい。そして、高密度化されたヘッドを対象とする場合には、図４に示したように、レーザー光の発光部および受光部をヘッド列の配列方向両側にて交互に配置することで対処するしかないのが現状である。このため、ヘッド列の両側で交互に配置されたＬＤより発行されるレーザー光は、幅の広いレーザー光で且つ、近接しているため、レーザー光の端部で対向側に位置する発光部のレーザーダイオードに幅を対して、広げられたレーザー光の一部が入射しやすくなる。このように不用意なレーザー光が入射すると、レーザーダイオードの発光強度を不安定にしてしまう虞がある。

そこで、本実施例においては、図４に示す発光部および受光部の構成を用いることにより上述した問題を解消する点を特徴としている。

本実施例における上記特徴に係る液滴吐出検出装置の構成を図４により説明すると次の通りである。なお、図４（Ａ）は、用紙搬送方向上流側からの図、図４（Ｂ）は、ヘッド部の平面視による図、図４（Ｃ）は、用紙搬送方向と直角な方向からみた図をそれぞれ示している。

ヘッドアレイユニット５０は、前述したように、ベース部において４列のヘッド列５１Ａ〜５１Ｄを配置し、互いに隣り合うヘッド列をノズル配列方向に沿って位置をずらして千鳥状に配置している。

そして、ヘッド列５１Ａ〜５１Ｄ毎に、ノズル配列方向に沿ってレーザー光２００を射出する発光素子としてレーザーダイオード（ＬＤ）２０１を含む発光部と、液滴によって生じるレーザー光２００の散乱光を受光するフォトダイオード（ＰＤ）２０３を含む受光部とが装備されて液滴吐出検出機構を構成する、発光・検知ユニット２０２，２０４が各ヘッド列の配列方向両側に配置されている。

液滴吐出検出機構の構成としては、図３，４に示した複数のノズル列毎にその配列方向両側にそれぞれ発光源となるレーザーダイオード（以下、便宜上、ＬＤと表現する場合もある）と、受光部となるフォトダイオード（以下、便宜上、ＰＤと表現する場合もある）とを交互に並べて配置したユニット構造が用いられる。

このような構成において、液滴吐出不良を検出するのは、ヘッドアレイ１０１の両側に配置されて発光源（ＬＤ）および受光部（ＰＤ）を装備しているユニットであり、これを用いた液滴吐出検出は、搬送ベルト４３に有する孔の位置がノズルに対向するタイミングに合わせて検出光を照射し、照射された光が液滴に当たった際に生じる前方散乱光を発光部（ＬＤ）と対向する位置に配置されている受光部（ＰＤ）により検知することで行われる。

つまり、ヘッドアレイユニット５０は、前述したように、ベース部材に４列のヘッド列を配置し、互いに隣り合うヘッド列をノズル配列方向に位置をずらして千鳥状に配置している。

そして、ヘッド列毎に、ノズル配列方向に沿ってレーザー光を射出する発光素子としてレーザーダイオード（ＬＤ）と、液滴によって生じるレーザー光の散乱光を受光するフォトダイオード（ＰＤ）を含む受光手段である検知ユニット２０２をベース部材に取り付けて配置している。

本実施例では、このような現状を踏まえ、レーザー光の発光強度を安定したままに、前述の様な相互配置を実現しようというものである。また、本発明は直接光方式と前方散乱光方式の吐出検知機構のどちらにも対応可能である。

ここで、前方散乱光方式と直接光方式の違いについて述べる。
図６の上側の図（図中、（直接光方式）と表示されている図）は、直接光方式のインク滴の検知について説明する図である。

まず、インク滴検知を直接光方式で行なう場合、図６に示すように、一方側に配置されたＬＤユニットから、ＬＤの射出光をレンズ及びアパーチャを介してレーザー光として、ヘッドから吐出される液滴に向けて出射し、インク滴により欠損したレーザー光をＰＤにより測定する。インク滴が無い場合の光強度に対し、インク滴がある場合の光強度の値の差により、インク滴が出射されたか否かを判定する。

図６の下側の図（図中、（前方散乱光方式）と表示されている図）は、散乱光方式のインク滴の検知について説明する図である。

まず、インク滴検知を散乱光方式で行なう場合、図６に示すように、一方側に配置されたＬＤユニットから、ＬＤの射出光をレンズ及びアパーチャ２１２を介してレーザー光として、ヘッドから吐出される液滴に向けて出射し、レーザー光の光軸から離間した位置に配置されたＰＤユニットのＰＤによって、レーザー光が液滴に当たることで生じる散乱光（図中角度θで示す方向への光）を受光することで、液滴が吐出されているか否かなどを検出する。

この散乱光方式では、ＰＤはレーザー光の光軸に対して一定の距離だけ離間させて（図中、符号αで示す位置）配置しなければ、レーザー光を直接受光し、あるいは、その影響を受けることになる。この距離を確保するためには、ヘッドのノズル（滴吐出位置）に対して所定の距離（図中、符号βで示す距離）だけＰＤのノズル配列方向の位置を離す必要がある。

本実施例では、光学系が近接した相互配置時の、レーザーの安定発光を目的としているため、図６に示すように、ＰＤが光軸より離間した前方散乱光の方が、よりレーザーを近接配置することが可能となる。

図４に示した構成を用いる液滴吐出検知機構でのＬＤユニットにおける発光タイミングは、図９に示すタイミングを設定されている。

光学方式の吐出検知方式では、ＬＤの光をＰＤで光強度を測定するか、ＬＤの光がインク滴に当たった時に生ずる前方散乱光をＰＤで受けて光強度を測定するかどちらかが主流となる。ここで、測定時間はＰＤの回路の処理時間がＬＤの必要発光時間に対し長いため、ＰＤの測定時間に合せて時間が決められてきた。

本実施例では、図６に示した前方散乱光方式において、対向するＬＤ同士の発光時間を重ならないように駆動し、ＰＤの駆動時間の約半分にすることで、対向するＬＤのレーザー光が、発光中のＬＤに入射することを防ぎ、ＬＤの発光が不安定にならないようにＬＤの発光時間を割り振るようになっている。

上述したように、前方散乱光方式において、対向するＬＤ同士の発光時間を重ならないように交互に駆動し、ＰＤの駆動時間の約半分とすることにより、僧検出時間を変えずに検出時間が長くなるのを防止しながら、レーザー光源への不用意なレーザー光の入射を防ぐことができる。これにより、レーザー光源の光強度が安定しなくなるのを防止することができる。

ここで、図６において説明した前方散乱光方式に関し、ノズル列が２列の場合および４列の場合での測定位置について図１０により説明すると次の通りである。

図１０（Ａ）は、１ヘッド辺り２列のノズル列を持ヘッドの場合を示し、図１０（Ｂ）は、１ヘッドあたり４列のノズル列を持つヘッドの場合を示している。
図１０（Ａ）においては、ヘッドあたり２列のノズル列を持つヘッドに関しての図となる。２列のノズル列の幅分、シリンドリカルレンズ２１３を用いて光の幅方向のみを広げ、光強度を検出に使用可能な強度のまま、２列のノズル列の検出領域を得る。

図１０（Ｂ）においては、ヘッドあたり４列のノズル列を持つヘッドに関しての図となる。４列のノズル列間隔が開いている場合は上図のような光学系を並べることになるが、ノズル列が近接している場合は光学系が干渉し、片側に収まらないため、下図の様に相互配置を取らなくては配置できなくなる。下図の様にＰＤを外側に配置することにより、光学系（ＬＤ発行系）とＰＤの干渉物理的干渉を避けることができる。

図１０に示す実施例においては、アパーチャ２１２がシリンドリカルレンズ２１３での光出射側に配置された発泡樹脂製部材で構成されており、出射したレーザー光のうちで余分な光が取り除かれるようになっている。この結果、制御不能な乱反射光によりＰＤに入射すべき液滴からの前方散乱光とは関係のない光の存在により検出値が不安定となるのを防止することができる。

しかも、発光部から出射されるレーザー光は、シリンドリカルレンズ２１３を通過するようになっているので、レーザー光の縦横比を変えることができ、これにより、レーザー光の光強度を保ちつつ、光幅を広げて複数列のノズル列を対象とした液滴吐出検出に要する時間を長くしないようにできる。

また、アパーチャ２１２が、図１０（Ｂ）に示すように、ＬＤなどの発光部前方に位置するシリンドリカルレンズ２１３の前方、換言すれば、ＰＤに対するレーザー光入射方向上流側に配置されているので、ＬＤの光強度が弱い周辺部の光、つまり、レーザー光の断面（ビームプロファイル）が崩れた部分がコリメートレンズ２１１に入射するのを防止することができる。これにより、コリメートレンズ２１１にレーザー光の断面が崩れた光が入射した際に発生するレンズ端面での反射現象を防止して不用意にＬＤへのレーザー光の入射が起こるのを防止することができる。この結果、不安定な光強度のレーザー光を検知することが原因となる検出値の不安定化を防ぐことができる。

次に、図４に示した、ユニットアレイの横位置に液滴吐出検出機構をなす発光部および受光部を備えたヘッドアレイ横位置配置構造に用いられるユニット構造について図７により説明すると次の通りである。なお、図７（Ａ）は、上記構造を斜め左側および斜め右側から見た図を示しており、図７（Ｂ）は横断面図、図７（Ｃ）はＰＤの位置調整機構を示している。

図７において、ユニット筐体をなすケース３００には、ＬＤチップ（便宜上、図４において用いたＬＤに対する符号２０１で示す）を半田付けされたＬＤ保持基板３０１が近傍に配置されて配線を介して電気的接続されているＬＤ基板３０２と、フォトダイオードが取り付けられているＰＤ保持基板３０９と電気的接続されているＰＤ基板３０３とが、図７（Ｂ）に示すように、縦方向に並べて設けられている。

ＬＤチップ２０１の前方には、図１０に示したコリメーターレンズ２１１，シリンドリカルレンズ２１３およびケース３００の底板３００Ａに設けられている発泡樹脂製部分からなるアパーチャ３００Ａ１（図７（Ｂ）参照）に向けレーザー光を反射させる表面蒸着ミラー３０４が配置されている。

レーザーチップ２０１からのレーザー光は、ケース３００の底板３００Ａに一体成形されたアパーチャ３００Ａ１に対してケース３００に設けられている表面蒸着ミラー３０４を介して、図７（Ｂ）において矢印で示すように、液滴に向け出射される。

レーザーチップ２０１からのレーザー光は、コリメーターレンズ２１１を通り、ほぼ平行光に近い光となり、シリンドリカルレンズ２１３を通り、図１０に示したように検出時の幅方向（副走査方向）はそのままに、ヘッド〜印字媒体の間隔方向のみ縮小される。

シリンドリカルレンズ２１３を通過したレーザー光は、図７（Ｂ）において矢印で示すように、表面蒸着ミラー３０４により方向を切り換えられてケース底板３００Ａに形成されているアパーチャ３００Ａ１を通過してインク液滴に照射される。なお、ＬＤからの光出射方向においてシリンドリカルレンズ２１３の前方には、ケース３００の底板３００Ａに一体成型されたアパーチャ３００Ａ１が設けられており、この位置でレーザー光の余分な部分が切り取られ、不要は反射光などのＰＤに入射するのを防止されてＰＤでの誤作動が生じないようにされている。

上述した表面蒸着ミラー３０４の角度および振れ角（副走査方向に沿った角度）は２方向に調整できる構成が用いられ、ＬＤにおいてもミラーに対する発光位置が調整され、また、ＰＤにおいても受光位置を調整できる構成が用いられている。

ミラーの調整機構は、表面蒸着ミラー３０４の一側面に一体のミラー振れ調整板３０５を調整治具（偏心軸）３０８で調整し、光軸下流側のネジで固定することで、レーザーの振れ（図１０（Ｂ）の下側に示す図においてレーザーの上下方向の振れ角度）を調整する。

また、ミラー角調整板３０７の上面に位置するネジ３０７Ａを調整することにより角度（図１０（Ｂ）の上側に示す図においてレーザーの上下方向の振れ角度）を調整し、接着固定する。

角度は、ヘッド交換毎に調整せず、吐出検知機構の組み込み時のみ調整するため、接着固定としている。

図７（Ｃ）にはＰＤの調整機構が示されており、その構成および作用を説明すると次の通りである。

図７（Ｃ）において、ＰＤ２０３は、ＰＤ保持台３１２にはめ込まれたＰＤ保持基板３０９に半田付けされており、ＰＤ保持台３１２の一部に形成されている立ち上がり片３１２Ａに当接可能な偏心ワッシャ３１０と偏心ワッシャ３１０に挿通される調整ボルト３１１が位置調整機構の部品として用いられる。

調整ボルト３１１は、ＰＤ保持基板３０９に締結される部材であり、緩めた状態で偏心ワッシャ３１０を回転させるのに応じてＰＤ保持基板３０９をＰＤ保持台３１２に対し図7（Ｃ）の紙面にて対して上下方向（矢印）に変位させることができる。

ＰＤ保持基板３０９には、長穴３０９Ａが形成されており、長穴３０９Ａ内には、ＰＤ位置調整治具（偏心軸）３０８’が挿通されている。ＰＤ位置調整治具（偏心軸）３０８’を回転させ、固定ボルト３１４を固定することにより、ＰＤ保持台３１２をケース３００に対し図7（Ｃ）の紙面に対して左右方向（矢印）に変位させることができる。よって、偏心ワッシャ３１０の回転およびＰＤ位置調整治具３０８’の操作により、図７（Ｃ）において矢印で示すように、２方向の位置調整が行える。

ＬＤ保持基板３０１は、ベース３００にネジ止めされており、組立て時、固定位置を治工具調整する。（ＬＤ位置は、ヘッド交換毎に調整せず、吐出検知機構の組み立て時のみ調整するため、工程調整としている。）
コリメーターレンズ２１１、シリンドリカルレンズ２１３は、ベース３００に治工具により位置調整され、接着固定されている。

従って、組立てられた吐出検知ユニット２０２を本体に組み込む時、表面蒸着ミラー３０４の角度および振れ角の調整に併せてＰＤの位置調整を行うことでレーザー光の光軸を最適化することができる。なお、図７（Ｃ）において符号３１１は、ＰＤ保持基板３０９をＰＤ保持台３１２に固定するためのボルトを示しており、符号３１４は、ＰＤ保持台３１２をベース３００に固定するためのボルトを示している。

図１０に示したレーザー光の幅方向の長さに関する調整は、コリメーターレンズ２１１〜ＬＤチップ２０１の距離で設定されるので、コリメーターレンズ２１１の光軸方向での設置位置を調整することで平行光が得られるように調整する。

また、シリンドリカレンズ２１３に関しては、本実施例の場合、調整を行わずに角度の調整に関し上述した表面蒸着ミラー３０４の２方向での調整で済ませる。

一方、図１０において説明したように、インク液滴にレーザー光が当たった際に得られる前方散乱光は、ＬＤを用いた発光部と対向したユニット内に設けられているＰＤ２０３に入射する。なお、この場合のＰＤ２０３は、ＬＤを用いた発光部に対してヘッドアレイ１０１を挟んで対面する側に位置するユニット内に配置されたＰＤ２０３が該当している。従って、前方散乱光は、図１０に示したように、この前方散乱光が得られるレーザー光を発光したユニットと対面する側のユニットに位置するＰＤ２０３に受光されることになる。

ＰＤ２０３により受光された前方散乱光は、ＰＤ２０３に接続されているアンプ回路を多段にすることで５００〜５０００倍に増幅された光電変換信号とされ吐出状態検知に用いられる。また、ＰＤ２０３を含む回路を構成する部材は、ノイズ対策として図示しない金属カバーにより覆われるようになっている。

なお、図８は、図３，４において示したヘッドアレイ１０１の横位置にＬＤ，ＰＤを備えるユニットを配置したヘッドアレイ横配置構造に代えて、シリアルプリンタのキャリッジ移動の代わりに検出装置をメンテナンス装置の横に配置した構成を示している。

シリアルプリンタでは、ヘッドに設けられているノズルの数に関係なくレーザー光の平行度を検出する平行検出装置を移動調整することでインク液滴吐出状況を測定可能であるが、検出装置側の移動時間は遅いため、検出に要する時間の総和は大きくなる。

そこで、いくつかのノズル列を対象に吐出状況を同時測定することが望ましいうことになる。

図８に示す構成は、この場合を対象としており、具体的には、４列のノズル列を対象としている。

つまり、図７において説明した場合と同様に、発光部および受光部に用いられるＬＤ２０１、ＰＤ２０３を備えたユニットが対構造で設けられており、各ユニットでの調整機構は図７に示す構成と同様である。

ヘッド〜印字媒体での間隔方向に関しては、ヘッド面より距離を開けて取り付けられているので一般公差でよく、調整機構は不要にできる。また同様に、ヘッド〜印字媒体の間隔方向であれば問題がなく、調整機構も不要になる。

以上のような構成を備えた本実施例の液滴吐出検出装置は、図５に示す手順により液滴吐出状況の測定が実行される。

図５（Ａ）は、図４および図７に示したヘッドアレイ横位置配置構造を対象とした電源オン時又はメンテナンス後（カバーオープン後）の動作を示しており、図５（Ｂ）は、印字終了時の動作を示し、図５（Ｃ）は、図８において説明したように、液滴吐出検出機構をメンテナンス装置６が相当する維持ユニット横に配置した構造を対象とした電源オン時又はメンテナンス後（カバーオープン後）の動作を示しており、図５（Ｄ）は、印字終了時の動作を示している。

まず、ヘッドアレイ横配置構造を対象として説明すると、図５（Ａ）において、電源がオンされると、ヘッドアレイユニット５０を含むヘッド部がメンテナンス装置によるキャッピング位置から印字位置へ移動されるとともに、搬送ベルト４３を駆動される。

インクの液滴吐出状態の検出動作が行われてインクの液滴を検知した正常吐出か否かが判別され、インクの液滴を検知したときには印字動作スタンバイとなり、インクの液滴を検知しないとき、つまり、吐出不良を検知したときには、画像形成に寄与しない液滴を吐出する空吐出動作を行なう。この空吐出動作では、搬送ベルト４３の吸引孔に向けて滴を吐出させる。

液滴吐出状態の検出動作に際しては、対向するユニット内の一方側にてＬＤの発光が行われるのに応じて他方側のＬＤでの発光が行われない状態が設定されている。これにより、対向するＬＤ内に発光されたレーザー光が入射することが原因となるＬＤの出力が不安定となるのを防止することができる。

この空吐出動作後に再度インクの液滴吐出状態の検出動作を行なってインクの液滴を検知したか否かを判別し、インクの液滴を検知したときには印字動作に移行する。

一方、上述した場合と違って、再度インクの液滴を検知しないときには、搬送ベルト４３を停止し、ヘッドアレイユニット５０を含むヘッド部をメンテナンス装置によるメンテナンス位置に移動させる。

そして、メンテナンス装置による維持回復動作を行ない、所定回数維持回復動作を行なうまでは維持回復動作後、上述した処理を繰り返し、所定回数維持回復動作を行なってもインクの液滴を検知できないときには動作を停止してエラーを表示し、ヘッドをキャッピングして待機する。

次に、印字終了後の滴吐出状態検出に関する処理について、図５（Ｂ）により説明する。
図５（Ｂ）において印字が終了すると、インクの液滴吐出状態の検出動作を行なってインクの液滴を検知（正常吐出）したか否かを判別し、インクの液滴を検知したときには搬送ベルト４３を停止し、ヘッド部をメンテナンス装置によるキャッピング位置に移動して待機状態に入り、インクの液滴を検知しないとき（吐出不良を検知したとき）には、画像形成に寄与しない液滴を吐出する空吐出動作を行なう。

この空吐出動作後に再度インクの液滴吐出状態の検出動作を行なってインクの液滴を検知したか否かを判別し、インクの液滴を検知したときには搬送ベルト４３を停止し、ヘッド部をメンテナンス装置によるキャッピング位置に移動して待機状態に入る。

これに対し、再度インクの液滴を検知しないときには、搬送ベルト４３を停止し、ヘッド部をメンテナンス装置によるメンテナンス位置に移動させる。そして、メンテナンス装置による維持回復動作を行ない、所定回数維持回復動作を行なうまでは維持回復動作後上述した処理を繰り返し、所定回数維持回復動作を行なってもインクの液滴を検知できないときには動作を停止してエラーを表示して、ヘッドをキャッピングして待機状態に入る。

次に、図８に示した構成である維持横配置構造を対象として図５（Ａ）、（Ｂ）と同じ状態時での処理について図５（Ｃ）、（Ｄ）により説明する。

電源オンにより、ヘッドアレイユニット５０を含むヘッド部がメンテナンス装置６によるキャッピング位置から印字位置へと移動されると共に搬送ベルト４３が駆動される。

インクの液滴吐出状態の検出動作を行なってインクの液滴を検知した正常吐出か否かを判別し、インクの液滴を検知したときにはヘッドアレイ１０１を印字位置に移動し、印字動作スタンバイとなり、インクの液滴を検知しないとき、つまり、吐出不良を検知したときには、画像形成に寄与しない液滴を吐出する空吐出動作を行なう。この空吐出動作では、搬送ベルト４３の吸引孔に向けて滴を吐出させる。

この空吐出動作後に再度インクの液滴吐出状態の検出動作を行なってインクの液滴を検知したか否かを判別し、インクの液滴を検知したときにはヘッドアレイ１０１を印字位置に移動し、印字動作スタンバイとなる。

一方、上述した場合と違って、再度インクの液滴を検知しないときには、ヘッドアレイユニット５０を含むヘッド部をメンテナンス装置によるメンテナンス位置に移動させる。
そして、メンテナンス装置による維持回復動作を行ない、所定回数維持回復動作を行なうまでは維持回復動作後、上述した処理を繰り返し、所定回数維持回復動作を行なってもインクの液滴を検知できないときには動作を停止してエラーを表示し、ヘッドをキャッピングして待機する。

次に、印字終了後の滴吐出状態検出に関する処理について、図５（Ｄ）により説明する。
図５（Ｄ）において印字が終了すると、ヘッドアレイ１０１を検知位置に移動し、インクの液滴吐出状態の検出動作を行なってインクの液滴を検知（正常吐出）したか否かを判別し、インクの液滴を検知したときには、ヘッド部をメンテナンス装置によるキャッピング位置に移動して待機状態に入り、インクの液滴を検知しないとき（吐出不良を検知したとき）には、画像形成に寄与しない液滴を吐出する空吐出動作を行なう。

この空吐出動作後に再度インクの液滴吐出状態の検出動作を行なってインクの液滴を検知したか否かを判別し、インクの液滴を検知したときには、ヘッド部をメンテナンス装置によるキャッピング位置に移動して待機状態に入る。

これに対し、再度インクの液滴を検知しないときには、ヘッド部をメンテナンス装置によるメンテナンス位置に移動させる。そして、メンテナンス装置による維持回復動作を行ない、所定回数維持回復動作を行なうまでは維持回復動作後上述した処理を繰り返し、所定回数維持回復動作を行なってもインクの液滴を検知できないときには動作を停止してエラーを表示して、ヘッドをキャッピングして待機状態に入る。

以上のような実施例においては、２列以上のノズル列を対象として液滴吐出状態の検出を行う場合、ＬＤ、ＰＤをそれぞれ備えたユニットを、ヘッドアレイ１０１を挟んで対向する位置にそれぞれ配置し、各ＬＤからの発光順序を交互とすることにより、ＬＤ，ＰＤの配置間隔が小さい場合でもＬＤ内への不用意なレーザー光の入射を押さえることができる。これにより、発光段階にあるＬＤの出力が不用意に入射したレーザー光により不安定となるのを防止することができる。

このような不用意なレーザー光の発生は、発光源からのレーザー光の光路に配置されているアパーチャによっても防ぐことができる、つまり、アパーチャにより余分な光が取り除かれることとなり、制御不能な乱反射光によりＰＤに入射すべき液滴からの前方散乱光とは関係のない光の存在により検出値が不安定となるのを防止することができる。

発光部のＬＥＤから出射されるレーザー光は、シリンドリカルを通過するようになっているので、レーザー光の縦横比を代えることができ、これにより、レーザー光の光強度を保ちつつ、光幅を広げて複数列のノズル列を対象とした液滴吐出検出に要する時間を長くしないようにできる。

１ インクジェット記録装置
５ ヘッド部
５１Ａ〜５１Ｆ ヘッド列
５１Ｋ〜５１ ノズル列
２０１ ＬＤ
２０２、２０４ ユニット
２０３ シリンドリカルレンズ
２１１ コリメーターレンズ
２１２ アパーチャ

特開２００８−１９４８２５号公報 特開２０１１−３７２０１号公報

Claims (9)

1. レーザー光を発生するためのレーザーダイオードまたは光を発生するためのＬＥＤからなる発光部と、前記レーザーダイオード又はＬＥＤが発した光を収束させるレンズとを備え、光を単ヘッド又は複数個のヘッドによるヘッドアレイのノズル列に平行で且つ、ノズルより吐出されたインク滴の軌跡と光が交差するように照射し、該インク滴にレーザー光または光が当たった時に発生する散乱光の光強度を受光部として用いられるフォトダイオードにより検知する液滴吐出検知装置であって、
   多数列のノズル列を持つ１個のヘッド又は１列のヘッド列を対象として、前記発光部および受光部を複数個交互に配置し、交互にレーザーダイオード又はＬＥＤを発光し、フォトダイオードで検知することを特徴とする液滴吐出検知装置。
2. 前記発光部および受光部は、前記ヘッドアレイを挟んで対面する位置にそれぞれ設けられたユニット内に纏めて設けられていることを特徴とする請求項１記載の液滴吐出検出装置。
3. 前記レーザーダイオード又はＬＥＤの発光時間が前記フォトダイオードによる検出時間の半分に設定されると共に、対面するユニット側のレーザーダイオード又はＬＥＤに対して交互に発光されることを特徴とする請求項１または２記載の液滴吐出検出装置。
4. 前記レーザーダイオード又はＬＥＤにおける光出射方向において、該レーザーダイオード又はＬＥＤからの出射光を収束するレンズの下流側にアパーチャを設けて出射光の打ちの余分な光を取り除くことを特徴とする請求項１乃至３のうちの一つに記載の液滴吐出検出装置。
5. 前記光出射方向において、前記レンズの下流側にシリンドリカルレンズを配置したことを特徴とする請求項４記載の液滴吐出検出装置。
6. 前記光出射方向において、前記レンズの下流側に出射光の向きを変えるミラーを配置したことを特徴とする請求項４又は５記載の液滴吐出検出装置。
7. 前記アパーチャに発泡樹脂製部材が用いられることを特徴とする請求項４記載の液滴吐出検出装置。
8. 前記アパーチャは、前記レーザーダイオード又はＬＥＤからの不要な部分の光が入射しない位置として、対面するユニット間で前記レーザーダイオード又はＬＥＤの前方に位置するレンズの前方には位置されていることを特徴とする請求項２又は７記載の液滴吐出検出装置。
9. 複数のノズル列を有するヘッドアレイを備えたインクジェット記録装置であって、
   前記ヘッドアレイのノズル列での液滴吐出状況測定に請求項１乃至８のうちの一つに記載の液滴吐出検出装置を用いることを特徴とするインクジェット記録装置。

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