JP2007320288A - インクジェットプリンタの不吐出ノズル制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 不吐出の原因をヒータの故障かノズルの目詰まりかに区別し、不吐出ノズルへの処理を分化することでヘッドの延命を図る。
【解決手段】 不吐出ノズルの中からヒータが故障していないノズルを目詰まりノズルと識別する。目詰まりノズルは不吐出状態から回復し得るとし、回復処理を行う。
また、ヒータが故障しているノズルは吐出しないことが明らかなので、二度と印加しないようマスクをかける。
【選択図】 図４

Description

本発明は、紙などのプリント媒体に対して、インクを吐出するインクジェットヘッド形態のプリントヘッドを用いて、画像形成を行うインクジェットプリント装置および該装置用プリントヘッドの不吐出ノズル制御方法に関するものである。

従来のインクジェットプリント装置として、プリントヘッドに設けられている吐出口からのインク不吐出を検出する手段を有したものがある。かかるインクジェットプリント装置では、不吐出検出動作の結果に基づいて不吐出状態に陥ったノズルに関する情報を表示または記憶することで、プリントヘッドの故障判定の処理に供することができるよう構成されている。

インクジェットプリント装置は、液路内のインクの充填不良に起因した不吐出、あるいは吐出口付近のインクの粘度上昇や塵埃の付着に起因した不吐出などが発生しうるので、それらの吐出不良ないしは不吐出の原因を除去して吐出性能を良好に維持するために、インク吐出口からインクを強制的に排出させる回復処理手段が設けられるのが一般的である。

また、インク吐出時のプリントヘッドでは、気泡を発生するヒータがその消泡時の圧力とヒータ表面の熱により損傷を受けて、ヒータの表面の保護膜が徐々に削れていく。保護膜に覆われていたヒータがむき出すに至った後、配線部が電蝕され配線抵抗の変形を引き起こす。この時、配線抵抗の変形によって抵抗値異常を起こしているヒータに対して電圧を印加することで、吐出不良ないしは不吐出が発生する。また、抵抗値異常を引き起こしているヒータに対して電圧を印加することで、周りの保護膜に悪影響を及ぼし、ヒータの連鎖的な抵抗値異常が発生することがある。

従来のインクジェットヘッドには、目詰まりノズルを検出し、隣接ノズルで不吐補完を行い、そして数が多ければユーザにメンテナンスの指示するものがある（例えば、特許文献１参照。）。

また、液滴吐出ヘッドの吐出異常を検出し、その原因を紙粉付着の大小、インクの乾燥増粘の大小、気泡混入、に分け、それらの原因に応じて回復処理を行うものがある（例えば、特許文献２参照。）。

また、発熱素子の抵抗値を測定して、断線状態にある発熱素子を特定し、断線発熱素子の印加エネルギを近接発熱素子に加えて印加するものがある（例えば、特許文献３参照。）。
特開２００５−２３８６８２号公報 特開２００４−３１４４５７号公報 特開２００５−２７１４３５号公報

しかしながら、従来の技術は不吐出の原因をヒータの故障かノズルの目詰まりかに区別していないために、不吐出ノズルへの処理を同一にして、ヘッドの寿命を縮めているという点で、実用上いまだ不十分な問題があった。

かかる課題を解決するため本発明では、不吐出ノズルの中からヒータが故障していないノズルを目詰まりノズルと識別する。目詰まりノズルは不吐出状態から回復し得るとし、回復処理を行う。また、ヒータが故障しているノズルは吐出しないことが明らかなので、二度と印加しないようマスクをかける。

不吐出ノズルの原因を目詰まりかヒータの故障かに分け、目詰まりノズルだけに回復処理を行うことにより、故障ノズルに対して印加を避けることが可能である。これにより、ヒータの連鎖的な抵抗値異常を防ぐことができ、ヘッドの延命を図ることが可能である。

また、不吐出として検出されたノズルが、故障ノズルのみであった場合は回復処理を行う必要がなくなる。よって、インク吐出口からインクを強制的に排出させる回復処理を用いた場合、インクが無駄に消費されるのを防ぐことが可能となる。また、故障ノズルは回復し得ないので、ヘッドのインク吐出面をワイピングする処理や、ヘッドのインク吐出面を覆うようにするキャッピング処理を行う工数が省け、効率的な回復処理を行うことが可能である。

（全体構成）図１に不吐出を検出するための機構を含むインクジェットプリント装置の要部構成例を示す。なお、不吐出の検出に関しては、インクが正常に吐出されるか否か、という吐出状態を検知するものであり、以下単に「吐出検知」、「不吐検知」または「吐出状態の検知」と称して説明する。

プリントヘッド１１０は、実線で示す矢印２の方向（往方向）に移動（主走査）する際にプリント動作を行い、破線で示す矢印３の方向（復方向）に移動する際にもプリント動作を行う。このプリントヘッド１１０は、例えば熱エネルギを利用してインクを吐出する形態のものとすることができる。すなわち、通電に応じて熱エネルギを発生するヒータを吐出口に対応して有し、ヒータによって印加される熱エネルギによってインクに膜沸騰を生じさせ、そのときに発生する気泡の圧力を利用して、吐出口よりインクを吐出してプリントを行うものとすることができる。

符号１２１で示す破線は発光部１２０から細く絞って出力された光ビームであり、このビームの光軸を遮るようにヘッド１１０の主走査移動中に吐出口からインク滴１１１、１１２〜１１ｎを吐出していく。光ビーム１２１は受光部１３０で受光され、光強度が検出される。１４０は当該処理に際してインク滴検知のために吐出されたインクを受ける部材である
１８０は紙、布などのプリント媒体であり、矢印４の方向に間欠的に副走査（紙送り）される。ハッチング部分１８１はすでにプリントされたところ、非ハッチング部分１８２はこれからプリントされるところを示すものとする。主走査にあたってヘッドの位置を検知するには、ヘッドを載置しているキャリッジ（不図示）に取り付けてある位置読み取り部１６０により、装置本体に固定されているリニアエンコーダ１７０の目盛りを読み取ることによって行うことができる。このエンコーダ１７０は画像のプリント動作を行う際の基準になり、プリント媒体１８０へのインクの理想的な着弾を実現し、画像品位を向上させる目的で配設される。

１５０は回復処理ユニットであり、プリントヘッドの吐出口形成面をキャップするキャップ部材や、このキャップ内を吸引することで吐出口からインクを強制排出させるポンプなどの吸引手段、さらには吐出口形成面のワイピングを行う部材などから構成されている。

なお、図においては一色（ブラック（ＢＫ））のインクを吐出するためのものとしてプリントヘッドを１つのみ示しているが、その他シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）およびイエロー（Ｙ）等の各色に対応して複数のプリントヘッドが設けられていてもよい。また、そのように各色別にプリントヘッドを設けるほか、１つのプリントヘッド内にＢＫインクを吐出するノズル群とＹ、Ｍ、Ｃのインクを吐出するノズル群が並置されている構成でもよいし、またＢＫインクを吐出するノズル群のあるプリントヘッドとＹ、Ｍ、Ｃのインクを吐出するノズル群のあるプリントヘッドとが独立して並置されていてもよい。

さらに、プリントヘッドはインク供給源をなすインクタンクと一体の構成であってもよく、また装置の別の部位に設けたインクタンクからチューブ等を介してインク供給を受けるものでもよい。また、プリントヘッドとインクタンクと一体とする場合、これをカートリッジの形態として装置本体（キャリッジ）に着脱できる構成であってもよく、両者を分離可能として例えばインクタンクのみを単独で交換できるようにしたものでもよい。

（抵抗異常検出回路）
図２は、実施例のインクジェット記録装置におけるプリントヘッド部１１０の内部機構を示す図である。

図２において、２２０〜２１ｎまでは、気泡を発生させるためのヒータ抵抗であり、２２１〜２２ｎまでは、ヒータ抵抗への通電をつかさどるスイッチ用トランジスタ部分である。このスイッチ用トランジスタ部分には、ａ１〜ａｎまでの、印画のために展開された電気信号が入力されている。ヒータ抵抗の一端は共通してヘッド電圧ＶＨに接続され、他端はスイッチ用トランジスタに接続され、ＧＮＤへと接続されている。

各ヒータ抵抗とＶＨ信号の間から出力信号をそれぞれ取り出し、アナログデジタル変換器（ＡＤ変換器）２３１〜２３ｎを介して、その出力デジタル信号をセレクタ２４０へ入力している。セレクタは、制御信号ａｘで制御され、この制御信号は、電気信号ａ１〜ａｎのＯＮ信号と連動し、常に電気信号ａ１〜ａｎのうちＯＮしている信号に対応するＡＤ変換器の出力をセレクトするよう構成されている。この電気信号ａ１からａｎと制御信号ａｘとは、いわゆる論理回路の出力またはＣＰＵから直接的に入力される。セレクタ２４０の出力信号は、後述するプリントヘッド制御回路を通じて後述するＣＰＵの外部ポートに接続されている。

ａ１信号がＯＮになると、ＶＨからの電流がヒータ抵抗並びにスイッチ用トランジスタ部分を介してＧＮＤへと流れ込む。これにより、ヒータ抵抗２１１の上端には、ほぼヒータ抵抗に比例した電圧が発生する。この値がＡＤ変換器２３１によってＡＤ変換され、セレクタ２４０でセレクトされて出力信号としてＣＰＵで読み取られることとなる。

読み取られた値は、ヒータ抵抗が通常取り得る標準値と比較される。その抵抗が標準値と著しくかけ離れて大きいか、逆に著しく小さい場合、ａ１スイッチによるヒータ抵抗に異常ありと判断し、ヒータ抵抗２１１はＮＧであると図３に示す記憶装置ＥＥＰＲＯＭ３１４に記憶される。逆に、ヒータ抵抗２１１が標準値に対して一定の値の範囲内であれば、ａ１スイッチによるヒータ抵抗に異常なしと判断される。

（装置の制御系の構成）
図３は図１に示したインクジェットプリント装置の制御系の構成例である。同図において、３０１はプリントヘッド１１０を電気的に制御し、画像データに応じてインクを吐出させるためのプリントヘッド制御回路である。３０２はインクの吐出状態を検出する吐出検出センサであり、発光部１２０および受光部１３０を含む。３０３は吐出検出センサ３０２からの信号をノズル毎の吐出状態信号に置き換える吐出検出制御装置である。

３０５は図１に示した矢印２、３の方向にプリントヘッド１１０をスキャンさせるための駆動源をなす主走査モータ、３０６はプリント媒体１８０を搬送するための駆動源をなす副走査モータ、３０７は回復処理ユニット１５０を作動させるための駆動源をなす回復動作モータである。３０９は回復処理ユニット１５０を駆動する回復動作アクチュエータ、３１０は回復処理ユニット１５０の動作状態を検出するための回復動作センサである。３１１はこれらの各種モータやアクチュエータおよびセンサを制御管理する機構制御回路である。

３０４は後述する処理手順に従って、以上の各部の動作を全体的に制御するＣＰＵ、３１２はそのＣＰＵ３０４が実行する処理手順に対応したプログラムを記憶したＲＯＭである。３１３はＣＰＵ３０４が処理手順を実行する過程でパラメータを一時保存するためのエリアを有するＲＡＭ、３１４は装置電源のオフ時にも吐出検出状態を保存するためのＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリである。

３１５は操作・表示部であり、電源投入や、ホスト装置Ｈとのオンライン／オフラインの設定等、ユーザが所要の操作を行うためのスイッチや、装置状態等をユーザに提示するための表示器を有する。ホスト装置Ｈは、インクジェットプリント装置に対して画像データの供給源をなすものであり、プリントに係る画像等のデータの作成、処理等を行うコンピュータとする他、画像読み取り用のリーダ部や、あるいはデジタルカメラ等の形態であってもよい。画像データ、その他のコマンド、ステータス信号等は、インタフェース（Ｉ／Ｆ）３１６を介して送受信される。

上記構成において、本実施の形態における動作を図４のフローチャートにより説明する。

回復動作時に故障ノズルとしてＥＥＰＲＯＭ３１４に記録されているノズルであるかを照合する（ステップＳ４０１）。故障ノズルとの記録があれば、次のノズルの照合に移る（ステップＳ４０７）。

ＥＥＰＲＯＭ３１４に故障ノズルとの記録がない場合、前記の不吐出検出回路によってそのノズルの吐出状態を検出する（ステップＳ４０２）。正常吐出（ステップＳ４０６）であれば、次のノズルの照合に移る。一方、ノズルの不吐出が検出された場合には、前記の抵抗異常検出回路によって、そのノズルが故障しているかの検出を行う（ステップＳ４０３）。

故障ノズルと識別された場合には、ノズル番号をＥＥＰＲＯＭ３１４に保存する。このノズル番号情報は回復不能な不吐出ノズル情報として、ヘッド交換時までＥＥＰＲＯＭ３１４に保存する（ステップＳ４０４）。このノズル番号情報と、後述する目詰まりノズル情報を基にヒータを駆動させないための非印加マスクパターンを生成する。

ステップＳ４０３で故障ノズルとして識別されなかった場合は、目詰まりノズルと識別し、ノズル番号をＥＥＰＲＯＭ３１４に保存する（ステップＳ４０６）。ここで、保存される目詰まりノズル情報は、後に行う回復処理において用いられる。

このような手順で順次ノズルを分析してゆき、全てのノズルの分析が終了するまで繰り返し行う（ステップＳ４０７）。

以上の手順を行った後、ＥＥＰＲＯＭ３１４から目詰まりノズル情報を読み出し、回復処理を行う。ここでいう回復処理とは、インク吐出口からインクを強制的に排出させる処理や、インクノズルからインクを吸引する処理や、ヘッドのインク吐出面をワイピングする処理や、ヘッドのインク吐出面を覆うようにするキャッピング処理である
回復処理を行ったことにより、目詰まりノズルと識別されたノズルの吐出状態が回復している可能性がある。そこで、ＥＥＰＲＯＭ３１４から再度目詰まりノズル番号を読み出し、順次不吐出検出処理を行う。ここで吐出状態が回復し正常吐出が確認されれば、ＥＥＰＲＯＭ３１４からノズル番号を削除する。正常吐出が確認できなければＥＥＰＲＯＭ３１４に目詰まりノズルとして記録したままとする。

ＥＥＰＲＯＭ３１４に記憶された故障ノズル情報と目詰まりノズル情報からなる不吐出ノズル情報を、次のような処理に反映させることができる。

不吐出ノズル情報をノズル位置に対応させてプリント装置の操作・表示部３１５が有する表示器またはホスト装置側の表示装置上に表示するなど、適宜の情報提示を行うことで、ユーザによるプリントヘッド交換の要否判断に供することができる。また、この要否判断を容易とするために、どの程度の画質低下が生じるかを確認するためのテストパターンをプリントヘッドによって形成するようにしてもよい。

また、不吐出ノズル情報に基づき、不吐出ノズルを他の正常吐出ノズルで代替して補完プリントを行う処理が実施されるようにしてもよい。ここで、マルチパスプリントを行う装置にあっては、正常吐出ノズルが対向するよう適宜パス数を変更するようにしてもよい。そのような補完プリント処理は、不吐出ノズル情報に基づき、ＣＰＵ３０４の制御の下で装置が自動的に実施するものでもよいし、ユーザの判断、ないしは操作・表示部３１５が有するスイッチまたはホスト装置側の入力装置を用いた設定を経た上で実施されるものでもよい。

本発明の一実施例にかかり、不吐出を検出するための機構を含むインクジェットプリント装置の要部構成例を示す模式的斜視図である。 本発明の一実施例にかかり、抵抗値異常を検出するための機構を含むプリントヘッドの構成図である。 図２に示すインクジェットプリント装置の制御系の構成例を示すブロック図である。 本発明の一実施形態における不吐出ノズル制御方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１１０ プリントヘッド
１１１、１１２、１１３ インク適
１２０ 発行部
１２１ 光ビーム
１３０ 受講部
１４０ 回復処理ユニット
１８０ プリント媒体

Claims (2)

1. 複数の吐出口を有し該複数の吐出口からインクと吐出するためのプリントヘッドを用い、該プリントヘッドから被記録媒体にインクを吐出して記録を行うインクジェット記録装置において、不吐出ノズルの原因を目詰まりかヒータの故障かに判定する判定手段を有することを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 前記判定手段は、前記複数の吐出口のそれぞれについて、正常にインクが吐出されるか否かの吐出状態を検出する吐出検出手段と、該プリントヘッド部の抵抗成分の抵抗値を測定することにより、該抵抗成分の異常を検出する抵抗異常検出手段と、に基づいて判定を行うことを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置。

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