JP2006110775A - 液体吐出ヘッドの特性評価方法および液体吐出記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インクジェットプリンタの記録ヘッド等の液滴の着弾特性を適正に評価するための信頼性の高い特性評価パターンを作成する。
【解決手段】記録媒体Ｍを吸着した回転ドラム１７を、通常のプリント条件より速い走査速度になるように回転制御し、記録ヘッド１５から吐出されるインク滴を記録媒体Ｍ上に着弾させて特性評価パターンＰ₁ を作成する。吐出タイミングを変更する代わりに、走査速度を速くすることで、例えばインクドッドａ₁₁、ａ₁₂間およびインクドットａ₁₁、ａ₂₁間の間隔を広くするものであるため、あらゆる吐出周波数に対応させて評価することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、インクジェットプリンタ等、液体吐出記録装置に搭載される液体吐出ヘッドの液滴の着弾性能を評価するために、複数の吐出エネルギー発生素子にそれぞれ対応するドットが互いに重ならないように形成された特性評価パターンを用いる液体吐出ヘッドの特性評価方法および液体吐出記録装置に関するものである。

従来、複数の吐出エネルギー発生素子を複数のブロックに分割し、ブロック毎に時分割駆動するインクジェットプリンタの記録ヘッド等において着弾性能を評価する場合、隣接するドットを分離して紙面上にプリントされた特性評価パターンを撮像し、画像処理によって着弾性能評価を行う方法が知られている。

例えば特許文献１の提案によれば、ドットが互いに接しないよう配置した特性評価パターンを記録媒体上にプリントし、プリントされたパターンを撮像装置で撮像して画像データに変換し、各ドットに関する位置データや形状データを抽出し、それらのデータに応じてパターンの状態を表わすパターン評価値を算出し、理想的なドット位置と実際のドットの位置との差である理想位置からのずれ量を用いて着弾性能評価を行うようにしている。この着弾性能評価を行うための特性評価パターンを記録媒体上にプリントする方法としては、インクドットが互いに重ならないように画像データを間引いてプリントする方法や、ノズル（吐出口）の吐出周波数を変更して、ノズルの吐出タイミングを遅らせる方法が知られている。

具体的に説明すると、例えば２５６個のノズルが６００ｄｐｉピッチで配列されたインクジェットプリンタの記録ヘッドにおいては、図４に示すように、２５６個のノズルのそれぞれに吐出エネルギー発生素子である電気熱変換素子Ｈ１１０２−１〜２５６が設けられ、各電気熱変換素子を駆動することによりノズル内のインクを発泡させ、インク滴を吐出する。電気熱変換素子は１６個づつ、１６の駆動ブロックに分割されており、時分割で駆動される。

図５のタイミングチャートにおけるＰＲＩＮＴ信号は１カラムの吐出を開始するタイミングを与えるパルス信号で、パルスの立ち上がりタイミングで駆動回路の動作が開始する。駆動回路が動作を開始すると最初にＬＴＣＬＫが生成され、それから数１００ｎｓ後に転送クロックＤＣＬＫが２０クロック出力される。ＩＤＡＴＡの信号にはＤＣＬＫに同期して転送データが出力され、２０ビットシフトレジスタＥ１１０１にシリアル転送され、ＬＴＣＬＫのタイミングで２０ビットラッチＥ１１０２に記憶される。

ここで転送されるデータ内容は、駆動されるブロックの番号ＢＥＮＢ０〜３が４ビット、続いてそのブロックで駆動される電気熱変換素子Ｈ１１０２の駆動データが１６ビットの合計２０ビットである。ここで指定ブロックの番号により、１６個のトランジスタＥ１１０５−１〜１６の内、１個だけが駆動されることになる。一方、電気熱変換素子Ｈ１１０２−１〜２５６のもう一端はセグメント毎に１６個づつ並列接続されて、これらのトランジスタＥ１１０６−１〜１６はＡＮＤゲートＥ１１０４−１〜１６の出力により制御される１６ビットの駆動データ信号と、電気熱変換素子を実際に駆動するタイミングを与えるパルス信号ＨＥＡＴのＡＮＤで制御されることになり、その結果１６ビットの駆動データによって指定されたセグメントに対してＨＥＡＴのパルスタイミングで駆動されることになる。

以上のようにして、ＰＲＩＮＴ信号が発効すると駆動回路が動作を開始し、最初に０ブロック目が駆動され順次１、２、・・・となって、最後に１５ブロック目の駆動が完了して、記録ヘッドの全ノズルの吐出が制御される。

このような駆動回路の駆動タイミングやＰＲＩＮＴ信号の間隔に相当する吐出周波数などの吐出タイミングを変更することなく、通常のプリント条件（定格プリント条件）のときのキャリッジの走査速度でプリントすると、図６の（ｂ）に示すように全吐出パターン（１００％ベタパターン）Ｐ₀ となる。

図６では説明を簡単にするためノズル数を１２個とし、駆動ブロック数を４としており、ドッドａが各ノズルから吐出されたインクドットを示している。最初に０ブロック目が駆動され、ノズル１とノズル５とノズル９が吐出され、各位置にドットａが形成される。続いて１ブロック目が駆動され、ノズル２とノズル６とノズル１０が吐出され、各位置にドットａが形成される。その後図６のノズル数が１２個であるので、３ブロック目まで繰り返し駆動され、全ノズルの吐出が行われる。これらの０ブロックから３ブロックまでの駆動を１カラムとして、図６では１２カラムの駆動を行った場合を表しており、ドッドａが全て隣接した位置に着弾形成されることになる。

定格プリント条件のキャリッジ速度では、このように１００％ベタプリントとなるため、各ドットが互いに重ならないようにするには、図７に示すように画像データを間引いてプリントした特性評価パターンＰ₁₀₁ を用いるか、あるいは図８に示すようにノズルの吐出周波数を低くして、ブロック間隔を広げるような吐出タイミングにしてプリントした特性評価パターンＰ₁₀₂ を用いるようにしている。

すなわち、図７では最初に０ブロック目が駆動され、ドットａが形成される。続いて１ブロック目が駆動されるが、ここでは各ノズルから吐出しないようにしている。つまり○印部分ｅがドットの着弾しない位置を示している。このようにしてドッドａが互いに接しないように画像データを間引いてプリントする。

また図８では前述と同様に最初に０ブロック目が駆動され、ドッドａが形成される。続いて１ブロック目が駆動され、少し離れた位置のドッドａが形成される。これはノズル１の吐出周波数を通常のプリント条件のときより低くすることで、ブロック間隔が広がり、図６では距離Ｘであったノズル１のドット間隔が、図８の場合は、例えばノズル１の吐出周波数を通常のプリント条件のときの１／４とすると距離４Ｘとなり、４倍の離間距離でドットａを形成するようにしているからである。このように吐出タイミングを変更してプリントした特性評価パターンを用いて液体吐出ヘッドの特性を評価している。
特開平４−３３８５７７号公報

しかしながら、複数の電気熱変換素子を複数のブロックに分割し、ブロック毎に時分割駆動する液体吐出方式の液体吐出ヘッドの着弾性能を評価する場合、特性評価パターンをプリントする方法として、図７に示したように画像データを間引いてプリントした場合でも、あるいは図８に示したようにノズルの吐出周波数を低くしてプリントした場合でも、結局はノズルの吐出タイミングを変更してプリントしたことになる。

また、インクジェットプリンタ等記録装置に液体吐出ヘッドを装填し、画像などをプリントする場合のような通常のプリント条件では、例えば最大吐出周波数２０ｋＨｚのプリンタでは、あるノズルに着目すると、全く吐出しない０Ｈｚから最大吐出周波数である２０ｋＨｚでプリントする場合があるため、吐出周波数によって吐出状態が変化して着弾特性に影響が出る可能性もある。従って、ノズルの吐出周波数を高くしてプリントしたときの着弾特性も着弾性能の評価には大変重要である。

本発明は上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、各ノズルの吐出タイミングを変更することなく、いかなる吐出周波数においても着弾特性を正確に評価できる信頼性の高い液体吐出ヘッドの特性評価方法および液体吐出記録装置を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するため、本発明の液体吐出ヘッドの特性評価方法は、液体を吐出する複数の吐出口にそれぞれ対応する複数の吐出エネルギー発生素子を複数のブロックに分割し、各ブロック毎に時分割駆動して液滴着弾性能を評価する液体吐出ヘッドの特性評価方法であって、定格プリント条件による吐出タイミングを変更することなく、前記液体吐出ヘッドの記録媒体に対する相対的な走査速度を定格プリント条件による走査速度より速くして時分割駆動することにより、前記記録媒体上に形成されるドットを所定の間隔に分離させた特性評価パターンを作成する工程と、前記特性評価パターンを用いて前記液体吐出ヘッドの液滴着弾性能を評価する工程と、を有することを特徴とする。

複数の電気熱変換素子を複数のブロックに分割し、ブロック毎に時分割駆動する液体吐出ヘッドにおいて、着弾性能の評価に用いる特性評価パターンをプリントする方法として、ドットが互いに重ならないよう配置するために画像データを間引いてプリントしたり、吐出周波数を低くしたりしてプリントするのではなく、液体吐出ヘッドと記録媒体との間の相対的な走査速度を定格プリント条件による通常のプリント稼動のときより速くするものであるため、液体吐出ヘッドを例えば、インクジェットプリンタ本体に装填し、画像などをプリントするような通常のプリント稼動のときとほぼ同じ状態で特性評価を行うことが可能になる。

また、高吐出周波数でプリントされたときの各吐出口から吐出される液滴の着弾ドットよれを、より正確に評価することができる。

（実施例１）
図１は、実施例１による液体吐出ヘッドの特性評価方法において用いる特性評価パターンＰ₁ と、これをプリントするためのプリント装置の制御系を示すもので、プリント装置は、同図の（ａ）に示すように、ＣＰＵ１０に接続されたヘッド制御部１１、ＣＲ用モータドライバ１２、ＣＲリニアモータ１３、ヘッドドライバ１４を有し、ヘッドドライバ１４によって駆動される液体吐出ヘッドである記録ヘッド１５は、真空ポンプ１６により回転ドラム１７内の空気を吸引し大気圧と回転ドラム１７内の圧力差を利用して記録媒体Ｍを吸着した回転ドラム１７の軸方向に移動自在である。この回転ドラム１７は、サーボモータ１８によるサーボ制御で回転精度を向上しており、ＣＰＵ１０により、モータコントローラ１９および回転ドラム用モータドライバ２０を介して制御される。ここで、図１に示されたプリント装置は、上記の制御系によって吐出特性の評価手段を構成し、記録ヘッドの走査系や通常のプリント条件で記録がなされる記録媒体の搬送系等を具備する液体吐出記録装置である。

一般にインクジェット方式の記録装置は、記録ヘッドを搭載する記録ヘッドキャリッジを往復移動させて記録媒体に画像をプリントするように構成されている。しかし、本実施例では記録ヘッドキャリッジを往復移動するのではなく、記録媒体Ｍが吸着されている回転ドラム１７を回転させるようにしている。これは走査速度を一定に保つ際、その制御が記録ヘッドキャリッジによる往復移動の場合に比べて、回転ドラム１７の方が簡単で、安定性が高いからである。また、回転ドラム１７の下側にはＬＤＶ（ドップラー速度計）２１が配置されており、記録媒体Ｍの表面にレーザ光を当てて、ドップラーシフトを受けた散乱光を検出することによって記録媒体Ｍの表面の移動速度を測定している。このドップラー速度計２１の出力はヘッド制御部１１に接続されており、記録媒体Ｍの表面の移動速度により、記録媒体Ｍの位置情報を得ることができる。

ヘッド制御部１１は、ＬＤＶ２１から記録媒体Ｍの位置情報を受けて、所定のプリント位置を通過したことを検知すると、ＣＰＵ１０から渡されるプリント画像に従って駆動信号を作成し、ヘッドドライバ１４を介して、記録ヘッド１５の吐出エネルギー発生素子である電気熱変換素子の駆動を行う。ＣＲ用モータドライバ１２は、モータコントローラ１９からの指令により記録ヘッド１５のＣＲリニアモータ１３を制御し、記録媒体Ｍ上に特性評価パターンをプリントする際に記録ヘッド１５を移動させるパルスモータ等のドライバである。次に、上記の装置によって特性評価パターンをプリントする方法を説明する。

図１の（ｂ）は、記録媒体Ｍ上に着弾されたドット位置を表わした図である。図１の（ｂ）では、図６と同様に説明を簡単にするため吐出口であるノズルの数を１２個とし、駆動ブロック数を４としている。図１の（ａ）に示すヘッド制御部１１では、プリント動作に必要な図６に示したような全吐出パターン（１００％ベタパターン）となるように駆動信号を作成する。このとき吐出タイミングを変更することなく、通常プリント稼動のときの定格プリント条件によるキャリッジの走査速度でプリントすると、図６で示したようなすべてのドットが隣接した位置に形成されてしまう。このため本実施例では、回転ドラム１７の回転速度を通常プリント条件のときのキャリッジの走査速度より速くすることにより、ドットが互いに接しないように配置した特性評価パターンＰ₁ を形成する。

具体的に説明すると、図１の（ｂ）では、図６と同様にインクドットａ₁₁、ａ₂₁・・・が各ノズル１〜１２からの液滴（インク滴）の着弾によるドットを示しており、最初に０ブロック目が駆動されると、ノズル１とノズル５とノズル９が吐出され、各位置にインクドットａ₁₁、ａ₅₁、ａ₉₁が形成される。その後３ブロック目まで繰り返し駆動され、全ノズル１〜１２の吐出が行われる。ここで図６と異なる点は、０ブロック目が駆動されたときに各ノズルから吐出されて記録媒体上に着弾して形成されたインクドットと、１ブロック目が駆動されたときに各ノズルから吐出されて記録媒体上に着弾して形成されたインクドット（例えば、インクドットａ₁₁とインクドットａ₂₁）が離れた位置に形成されていることであり、順次ブロックが駆動されると各ノズルから吐出されて記録媒体Ｍ上に着弾して形成されたインクドットが互いに重ならないようになる。

これは、通常のプリント条件のときのキャリッジの走査速度より速くしたことで、０ブロック目駆動時のノズル列から吐出されて形成されたインクドットの位置から、１ブロック目駆動時のノズル列から吐出されて形成されたインクドットの位置までの距離が長くなったためである。つまり、記録ヘッド１５の吐出タイミングを変えることなく、回転ドラム１７の回転速度を速くすることにより、インクドットを互いに接しないように配置した特性評価パターンＰ₁ をプリントするようにしている。次に、実際にインクドットを互いに接しないように配置した特性評価パターンＰ₁ をプリントするには、回転ドラム１７の回転速度を定格プリント条件によるキャリッジの走査速度よりどの位速くすれば良いかを図２を用いて説明する。

図２の（ａ）は定格プリント条件によるキャリッジの走査速度でプリントしたときの同一ノズルから吐出されて記録媒体上に着弾して形成されたインクドットの様子を拡大したものである。通常のプリント稼動でノズル１の１番目のインクドットａ₁₁と２番目のインクドットａ₁₂を隙間のないように着弾させるため、各ドットはノズルの配列ピッチ（間隔）ｄの√２倍の大きさの直径を持っている。このように、隙間のないようにプリントするために間隔ｄでドットを着弾させるようにキャリッジの走査速度Ｖを計算して走査している。

これに対して本実施例では、図２の（ｂ）に示すように、ノズル１の２番目のインクドットａ₁₂が１番目のインクドットａ₁₁に重ならないようにするため、定格プリント条件による間隔ｄのｎ倍の位置に着弾するように走査速度ｎＶを計算して走査させることになる。

すなわち、図２の（ｂ）に示すように、ノズル１の１番目のインクドットａ₁₁のドット中心から２番目のインクドットａ₁₂のドット中心までの間隔Ｄが、ドットの直径√２ｄ以上になれば、ドットが重ならないようになる。さらにインクドットの着弾が正しい位置に形成されないようなドットずれを考慮すると、ドットずれ量のノズル配列ピッチｄに対する割合をＺとして、インクドットが互いに接近する方向にずれることも考えて、ドットずれ量２Ｚｄの距離も加える必要がある。以上のことから、前記間隔Ｄとドットずれ量２Ｚｄも考慮に入れ、隣接するインクドットが互いに重ならないようになる関係は、以下の式で表わされる。

ｎｄ＞√２ｄ＋２Ｚｄ ・・・（１）
式（１）からｎを求めると、
ｎ＞√２＋２Ｚ ・・・（２）
となる。

次に同一ノズルからの吐出だけでなく、全ノズルから吐出した場合についても説明する。図２の（ｃ）は通常のプリント条件のときのキャリッジの走査速度Ｖでプリントしたときのノズル１とノズル２から吐出されて記録媒体上に着弾して形成されたインクドットの様子を拡大したものであり、ノズル１とノズル２のインクドットａ₁₁、ａ₂₁を隙間のないように形成するため、各ドットはノズルの配列ピッチｄの√２倍の大きさの直径を持っている。このように隙間のないようにプリントするため、ノズルを少し傾けた状態で駆動ブロック数をｂとした場合、ｄ／ｂの距離にドットが着弾するようにキャリッジの走査速度Ｖを計算して走査している。これに対して、図２の（ｄ）に示すように、ノズル２のインクドットａ₂₁がノズル１のインクドットａ₁₁に重ならないようにするためには、通常のプリント条件のときの距離ｄ／ｂに対して、ｎ倍の位置に達するように走査速度を計算して走査することになる。

すなわち、図２の（ｄ）においてノズル１のインクドットａ₁₁のドット中心からノズル２のインクドットａ₂₁のドット中心までの距離Ｌがドットの直径√２ｄ以上になれば、互いのドットが重ならないようになる。この距離Ｌは、以下の式で表わされる。

さらにインクドットの着弾が正しい位置に形成されないようなドットずれを考慮すると、ドットずれ量のノズル配列ピッチｄに対する割合をＺとして、インクドットが互いに接近する方向にずれることも考えてドットずれ量２Ｚｄも加える必要がある。以上のことから、前記距離Ｌとドットずれ量２Ｚｄも考慮に入れ、インクドットが互いに重ならないようになる関係は、以下の式で表わされる。

式（４）からｎを求めると、

となる。

なお、上記の式を満足した定格プリント条件のｎ倍の走査速度ｎＶは、全吐出パターン（１００％ベタパターン）でプリントした場合を想定しているため、５０％千鳥パターンやそれ以下でプリントした場合は、上記条件を満足した走査速度でも構わないが、走査速度を少し遅くしても、インクドットが互いに接しない位置に配置できることは言うまでもない。

また、本実施例ではノズルを少し傾けた状態で走査した例を説明したが、図３の（ａ）に示すようにノズル列が真直ぐに配置されている場合や、図３の（ｂ）に示すようにノズル列がある規則に従った配置となっている場合でも、上記の式を満足した定格プリント条件のｎ倍のキャリッジ走査速度でプリントすれば、インクドットが互いに接しない位置に配置できることは言うまでもない。さらに駆動ブロックも０、１、２と言った具合に順番に駆動した例を説明したが、駆動順番は不規則であっても構わない。

（実施例２）
本実施例では、図１のサーボモータ１８によって高速で回転する回転ドラム１７の代わりに、一般に使用されている紙送り機構を設け、記録ヘッド１５を搭載する記録ヘッドキャリッジを紙送り方向と直交する方向に往復移動させる際、記録ヘッドキャリッジの往復移動時の走査速度を定格プリント条件による走査速度より速くする。この方法によって、実施例１と同様に、ドットを互いに接しないように配置した特性評価パターンをプリントすることができる。

実施例１による液体吐出ヘッドの特性評価方法を示すもので、（ａ）はプリント装置の制御系の構成を示すブロック図、（ｂ）は特性評価パターンを説明する図である。 走査速度を速くするための具体例を説明する図である。 ノズル列の変形例を説明する図である。 ノズル列の駆動回路を説明する図である。 駆動タイミングを示すチャートである。 １００％ベタパターンを説明する図である。 一従来例による、画像を間引いて着弾されたドット位置を示す図である。 別の従来例による、ノズルの吐出周波数を低くして着弾されたドット位置を示す図である。

符号の説明

Ｈ１１０２ 電気熱変換素子
Ｅ１１００ ノズル列の駆動回路
Ｅ１１０１ シフトレジスタ
Ｅ１１０２ ２０ビットラッチ
Ｅ１１０３ デコーダ
Ｅ１１０４ ＡＮＤゲート
Ｅ１１０５ トランジスタ
Ｅ１１０６ トランジスタ
１０ ＣＰＵ
１１ ヘッド制御部
１２ ＣＲ用モータドライバ
１３ ＣＲリニアモータ
１４ ヘッドドライバ
１５ 記録ヘッド
１６ 真空ポンプ
１７ 回転ドラム
１８ サーボモータ
１９ モータコントローラ
２０ 回転ドラム用モータドライバ
２１ レーザードップラ速度計

Claims (6)

1. 液体を吐出する複数の吐出口にそれぞれ対応する複数の吐出エネルギー発生素子を複数のブロックに分割し、各ブロック毎に時分割駆動して液滴着弾性能を評価する液体吐出ヘッドの特性評価方法であって、
   定格プリント条件による吐出タイミングを変更することなく、前記液体吐出ヘッドの記録媒体に対する相対的な走査速度を定格プリント条件による走査速度より速くして時分割駆動することにより、前記記録媒体上に形成されるドットを所定の間隔に分離させた特性評価パターンを作成する工程と、
   前記特性評価パターンを用いて前記液体吐出ヘッドの液滴着弾性能を評価する工程と、を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの特性評価方法。
2. 前記特性評価パターンを撮像して画像データに変換し、パターン評価を行う工程を有することを特徴とする請求項１記載の液体吐出ヘッドの特性評価方法。
3. 前記記録媒体を液体吐出ヘッドに対して回転させることによって走査させ、特性評価パターンをプリントすることを特徴とする請求項１または２記載の液体吐出ヘッドの特性評価方法。
4. 同一吐出口から連続して吐出されて記録媒体上に着弾したドットが互いに重ならないようにするために、特性評価パターンを作成するときの走査速度を定格プリント条件の走査速度のｎ倍とし、ドットずれ量の吐出口配列ピッチに対する割合をＺとしたとき、以下の式で表わされる関係が成立することを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の液体吐出ヘッドの特性評価方法。
   ｎ＞√２＋２Ｚ
5. 全吐出口から連続して吐出されて記録媒体上に着弾したドットが互いに重ならないようにするために、特性評価パターンを作成するときの走査速度を定格プリント条件の走査速度のｎ倍とし、駆動ブロック数をｂ、ドットずれ量の吐出口配列ピッチに対する割合をＺとしたとき、以下の式で表わされる関係が成立することを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項記載の液体吐出ヘッドの特性評価方法。
   

   
6. 液体を吐出する複数の吐出口にそれぞれ対応する複数の吐出エネルギー発生素子を有する液体吐出ヘッドと、前記複数の吐出エネルギー発生素子を複数のブロックに分割し、各ブロック毎に時分割駆動して前記液体吐出ヘッドの液滴着弾性能を評価する評価手段と、を具備する液体吐出記録装置であって、
   前記評価手段は、定格プリント条件による吐出タイミングを変更することなく、前記液体吐出ヘッドの記録媒体に対する相対的な走査速度を定格プリント条件による走査速度より速くして時分割駆動することにより、前記記録媒体上に形成されるドットを所定の間隔に分離させた特性評価パターンを作成し、前記特性評価パターンを用いて前記液体吐出ヘッドの液滴着弾性能を評価することを特徴とする液体吐出記録装置。

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