JP4953703B2 - 記録装置及びインク吐出不良検出方法 - Google Patents

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Description

本発明は記録装置及びインク吐出不良検出方法に関し、特に、電気熱変換体によりインクに膜沸騰を生じさせ、その発泡力によりインクを吐出して記録を行う記録装置及びインク吐出不良検出方法に関する。
インクジェット記録装置(以下、記録装置)は、記録ヘッドに設けた吐出口からインクを吐出させて紙等の記録媒体に付着させることにより各種情報の記録を行うものである。このため、騒音が少なく、かつ高速記録が可能であり、記録媒体の選択範囲が広いなどの多くの利点を有している。中でも熱エネルギーをインクに作用させて上記の吐出口からインクを吐出させるタイプの記録ヘッドは、記録信号に対する応答性が良く、吐出口の高密度マルチ化が容易である等の利点を有する。
一方、このような記録ヘッドを用いた記録装置では異物による吐出口の目詰まりやインク供給経路内に混入した気泡やノズル表面の濡れ性の変化により記録ヘッドの全体又は吐出ノズルの一部で吐出不良が発生することがある。また長期間の使用によっては電気熱変換体(ヒータ)の断線等により吐出不良が発生することがある。
特に、記録媒体の全幅に対応する数だけ記録要素をライン状に配したフルライン型記録装置は、高速記録が可能である。反面、このような吐出不良の発生した吐出ノズルを高速で特定して画像の補完や記録ヘッドの回復作業に反映させることは極めて重要な課題となっている。更に、このような記録ヘッドを用いた記録装置では、記録ヘッドの温度変化に伴ってインク吐出量が変化し画像の安定性を損ねてしまうことがある。特に、フルライン型記録装置ではインク吐出量の変化による画像劣化を抑制して高画質画像を得ることは極めて重要な課題となっている。
かかる重要性に鑑み、従来から、種々のインク不吐出検知方法、インク不吐出補完方法、種々の吐出量制御方法、これらの方法を適用した装置が提案されている。
例えば、特許文献1には記録物を検出し画像欠陥のない画像を得るために、検出用の紙に所定パターンを記録し、これを読取装置により読取って異常な記録素子を検出する構成が開示されている。また、特許文献1には、異常な記録素子に加えるべき画像データを移動して他の記録素子の画像データに重畳して記録補完させる構成も開示されている。
また、特許文献2には、フルラインインクジェット記録ヘッドからのインク吐出状態を同じにする為の構成が開示されている。その構成によれば、インクが吐出されたか否かを検出する水素化アモルファスシリコンやCCD等の光センサである検出手段(読取りヘッド)と、その検出手段により検出したときの駆動条件に基づいてヘッドの設定を行う設定手段とが備えられている。
更に、特許文献3にはインク滴の飛翔を検出する方法として、記録ヘッドの吐出口列の両端近傍に配置された発光素子と受光素子の組みを設け、吐出された記録液を検知する手段により各吐出口の記録液吐出状況を判断する構成が開示されている。また、特許文献4には吐出源で検出する方法が開示されている。この方法によれば、電気熱変換体から発生する熱により抵抗値が変化する位置に導体部を配列し、導体部の温度に関係して変化する抵抗値の変化量を検知し、さらにこの温度変化に応じて、電気熱変換体への吐出信号の印加を中止する。
またさらに、特許文献5には吐出源でインク滴を検出するために、電気熱変換体と温度検知素子をSi基板等の同一の支持体上に設け、膜状に構成される温度検知素子を電気熱エネルギー変換体の配列領域と重なって設けた構成がに開示されている。特許文献5はまた、温度変化に応じた温度検知素子の抵抗値変化から不吐出の判定を行う構成を開示している。特許文献5はさらに、成膜プロセスにより膜状の温度センサがヒータボード上に形成され、端子からワイヤボンディング等の方法により外部と接続される構成を開示している。
またさらに、例えば、各ノズルに対応した温度情報を高速で検知でき、小型で信頼性があり、よって各ノズルの温度情報を高速で検知して高精度な不吐検知を可能とする検知素子構成が提案されている。また、前述検知素子を順次選択して各ノズルの温度情報を出力する回路構成を有する記録ヘッド及びインクジェット記録装置の提案されている。
この構成に備えられた不吐出検出部の抵抗値測定回路の代表的な例としては次のようなものがある。
図27は従来の抵抗値測定回路の構成を示す図である。
図27に示す構成によれば、各々の電気熱変換体(以下、ヒータ)501に対応した温度検知素子(以下、センサ)502の抵抗値を順次、メモリ506に記憶する。この回路構成では「現に駆動(以下、ヒート)されているヒータ」に対応したセンサが選択されるようになっている。
図29は従来の抵抗値測定回路の別の構成を示す図である。
図29に示す構成は、各々のヒータ501に対応したセンサ502の抵抗値を順次、メモリ506に記憶する構成は図27のそれと同様である。しかし、この回路構成では「現にヒートされているヒータ」に対応したセンサに限定せず、独立して任意のセンサを選択することが可能になっている。
特開平6−079956号公報 特開平3−234636号公報 特開平2−194967号公報 特開昭58−118267号公報 特開平2−289354号公報
しかしながら、特許文献1に従う方法では、応答速度の速い不吐検出は不可能である。更にテストプリントのための用紙や読取装置が必要で装置コストやランニングコストが高価になってしまうという問題がある。
また、特許文献2に従う装置では、水素化アモルファスシリコンやCCD等の光センサである検出手段を記録ヘッドの外部に設けることが必要である。さらに、特許文献3に従う記録装置では、記録ヘッドの吐出口列の両端近傍に配置された発光素子と記録素子の組みが必要である。このため、両方の公知例ともに装置の小型化、低コスト化が難しいという問題がある。
更に、特許文献4に従う装置では、電気熱変換体から発生する熱により抵抗値が変化する最適な位置および各導体部の温度に関係して変化する抵抗値の変化量を検知する各検知回路が明示されていない。このため、吐出不良の発生したノズルを高速で特定する具体的な構成が分からない。また、従来例で開示されている電気熱変換体に隣接した位置では、吐出不良の発生したノズルを高速で検出することは困難である。この点について後で詳細に述べる。
更に、特許文献5に従う記録ヘッドでは、電気熱変換体と温度検知素子をSi基板等の同一の支持体上に設けるとともに膜状に構成される温度検知素子が電気熱変換体の配列領域と重なって設けられている。このため、吐出不良を高速で検出することは可能であるが吐出不良の各ノズルの位置を特定することが開示されていない。
またさらに、上記従来例ではヒートデータ有無に係らずヒートのタイミング毎にすべての抵抗値を記憶する構成になっているので、メモリ内の抵抗値データが膨大になる。またその解析においては、全抵抗値データを確認し、温度上昇の有無からヒートされているノズルを特定する手順が必要となる。その後ようやく不吐の判定にとりかかることになる。また、温度上昇が無い場合は「ヒートデータ無し」と判断するが、ヒートデータが有る場合にヒータが断線等で故障している場合においても、「ヒートデータ無し」と判定するしかなく、「ヒータ故障」と判定できない。
本発明は上記従来例に鑑みてなされたもので、各ノズルに対応した温度情報を高精度に検知できる記録装置、及びインク吐出不良検出方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため本発明の記録装置は以下の構成からなる。
即ち、インクを吐出する複数のノズルと、前記複数のノズル各々に対応して設けられた複数の電気熱変換体と、前記複数の電気熱変換体各々に対応して温度を検出する複数のセンサと備えたインクジェット記録ヘッドを用い、前記複数のノズルからインクを吐出して記録媒体に記録を行う記録装置であって、前記複数のセンサからの出力に基づいて、前記複数の電気熱変換体各々の温度を測定する測定手段と、前記複数の電気熱変換体各々に通電することにより生じる前記複数の電気熱変換体各々の温度変化のプロファイルに基づいて、記録動作実行中の予め定められたタイミングにおける前記電気熱変換体の温度を予測する予測手段と、前記予測手段により予測された温度と前記インクジェット記録ヘッドの駆動条件とに基づいて、前記ノズルの状態に対応した複数の閾値を生成する生成手段と、前記予め定められたタイミングで前記測定手段による温度測定を実行するよう制御する測定制御手段と、前記測定制御手段による制御により前記測定手段により測定された温度と前記生成手段により生成された複数の閾値各々とを比較する比較手段と、前記比較手段による比較結果に基づいて、前記ノズルの状態を特定する特定手段とを有し、前記予め定められたタイミングとは、前記ノズルにインクが再充填される直前、前記ノズルへのインク再充填中の内のいずれかを含むことを特徴とする。
また他の発明によれば、インクを吐出する複数のノズルと、前記複数のノズル各々に対応して設けられた複数の電気熱変換体と、前記複数の電気熱変換体各々に対応して温度を検出する複数のセンサとを備え、前記複数のノズルからインクを吐出して記録媒体に記録を行うインクジェット記録ヘッドのインク吐出不良検出方法であって、前記複数のセンサからの出力に基づいて、前記複数の電気熱変換体各々の温度を測定する測定工程と、前記複数の電気熱変換体各々に通電することにより生じる前記複数の電気熱変換体各々の温度変化のプロファイルに基づいて、記録動作実行中の予め定められたタイミングにおける前記電気熱変換体の温度を予測する予測工程と、前記予測工程において予測された温度と前記インクジェット記録ヘッドの駆動条件とに基づいて、前記ノズルの状態に対応した複数の閾値を生成する生成工程と、前記予め定められたタイミングで前記温度測定を実行するよう前記測定工程を制御する測定制御工程と、前記測定制御工程における制御により前記測定工程において測定された温度と前記生成工程において生成された複数の閾値各々とを比較する比較工程と、前記比較工程における比較結果に基づいて、前記ノズルの状態を特定する特定工程とを有し、前記予め定められたタイミングとは、前記ノズルにインクが再充填される直前、前記ノズルへのインク再充填中の内のいずれかを含むことを特徴とするインク吐出不良検出方法を備える。
従って本発明によれば、インクジェット記録ヘッドの個々のノズルの状態を正確に特定することができるという効果がある。これにより、例えば、ノズルの表面にインクが付着した状態や、ノズル内に気泡が残留している状態やノズル内に異物が詰まっている状態や記ノズル口に異物が詰まった状態などを正確に特定することができる。従って、これら状態に従って、回復処理などの適切な処置を講じることができる。
以下添付図面を参照して本発明の好適な実施例について、さらに具体的かつ詳細に説明する。
なお、この明細書において、「記録」(「プリント」という場合もある)とは、文字、図形等有意の情報を形成する場合のみを表すものではない。これに加えて、有意無意を問わず、また人間が視覚で知覚し得るように顕在化したものであるか否かを問わず、広く記録媒体上に画像、模様、パターン等を形成する、または媒体の加工を行う場合も表すものとする。
また、「記録媒体」とは、一般的な記録装置で用いられる紙のみならず、広く、布、プラスチック・フィルム、金属板、ガラス、セラミックス、木材、皮革等、インクを受容可能なものも表すものとする。
さらに、「インク」(「液体」と言う場合もある)とは、上記「記録(プリント)」の定義と同様広く解釈されるべきものである。即ち、記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成または記録媒体の加工、或いはインクの処理(例えば記録媒体に付与されるインク中の色剤の凝固または不溶化)に供され得る液体を表すものとする。
またさらに、「ノズル」とは、特にことわらない限り吐出口ないしこれに連通する液路およびインク吐出に利用されるエネルギーを発生する素子を総括して言うものとする。
最初に、以下に説明するいくつかの実施例において共通的に用いられるインクジェット記録装置の構成について説明する。
図1は、本発明の代表的な実施例であるカラー記録が可能なシリアル方式のインクジェット記録装置の概観斜視図である。
記録ヘッド1は、複数のノズル列を有し、インク滴を吐出することにより、記録媒体12上にインク滴によりドットを形成して画像記録を行う。
図2A及び図2Bは夫々。温度検知素子(センサ)を備えたインクジェット記録ヘッド(以下、記録ヘッド)のヘッド基板の模式的に示した部分平面図及びその断面図である。この記録ヘッドは図1に示す記録装置に搭載される記録ヘッドの基板として適用可能なものである。
次に、この記録ヘッドの詳細について説明する。
列状に設けられた複数個の吐出口2よりインク滴を吐出させるために、印加電圧が供給され熱エネルギーを発生する電気熱変換体(以下、ヒータ3)が各吐出口毎にヒータボード10上に配設されている。そして駆動信号の印加によって、ヒータ3を加熱しインク滴を吐出させる。ヒータボード10には、ヒータ3が複数個ならんで配設されたヒータ列があり、その近傍にはインク滴を吐出しないダミー抵抗(不図示)が設けられている。
図2Aにおいて、4は端子であり、ワイヤボンディングにより外部と接続される。5は温度検知素子(以下、センサ)であり、ヒータ3等と同じ製膜プロセスによりヒータボード10に形成されている。
図2Bは、図2Aにおけるセンサ5を含む部分a−a′の部分断面図である。
Si基板21には熱酸化膜SiO2等からなる蓄熱層22を介して温度に応じて抵抗値が変化する薄膜抵抗体で形成されるセンサ5と接続配線のためのAl等の個別配線23及びヒータ3とSi基板21に形成された制御回路を接続するAl配線が形成される。その薄膜抵抗体はAl、Pt、Ti、TiN、TiSi、Ta、TaN、TaSiN、TaCr、Cr、CrSi、CrSiN、W、WSi2、WN、Poly−Si,α−Si、Mo、MoSi、Nb、Ru等でできている。更にSi基板21には層間絶縁膜24を介して電気熱変換体(ヒータ3)、SiN等のパシベーション膜25、ヒータ3上の耐キャビテーション性を高める為にTa等の耐キャビテーション膜26が半導体プロセスで高密度に積層されて形成される。
薄膜抵抗体として形成されるセンサ5はヒータ3の各々の直下に分離独立して配置される。各センサに接続される個別配線23はセンサ情報を検出する検出回路の一部として構成される。
この実施例によれば、Si基板21には、熱酸化膜SiO2等からなる蓄熱層22を介してヒータ3とSi基板21に形成された制御回路を接続するAl配線が形成される。更に層間絶縁膜24を介してヒータ3、SiN等のパシベーション膜25、ヒータ上の耐キャビテーション性を高める為にTa等の耐キャビテーション膜26が形成された蓄熱層22上に上述のセンサ5と個別配線23を成膜、パターンニングする。このようにすることで従来の記録ヘッド構造を変えることなく製造することができるので生産上も大きな利点がある。
なお、この実施例では、センサ5の平面形状を四角形としているが、微少な温度変動でも高い電圧値として出力するために蛇行形状として高抵抗化を図ったものでもよい。
図3は記録装置の制御回路を示すブロック図である。
この制御回路は、メインバス405に対してそれぞれアクセスする画像入力部403、それに対応する画像信号処理部404、CPU400といったソフトウェアを実行することで機能する回路群と機械的な動作が実行される回路とに大別される。
CPU400は、通常、ROM401とRAM402を有し、入力情報に対して適切な記録条件を与えて記録ヘッド1を駆動して記録を行うための制御を実行する。また、ROM401には、予め記録ヘッドの回復手順を実行するプログラムが格納されており、必要に応じて予備吐出条件等の回復条件を回復処理制御回路407、記録ヘッド1等に供給する。回復処理モータ408は、記録ヘッド1とこれに対向して設けられるブレード(クリーニング)409やキャップ410、吸引ポンプ411を駆動する。
記録ヘッド駆動制御回路414は、CPU400から与えられた駆動条件に従って、記録ヘッド1のヒータ3を駆動し、通常、記録ヘッド1に予備吐出や記録用インク吐出を行わせる。
図4Aは正常にインクが吐出されたときのインク−耐キャビテーション膜界面での温度プロファイルを示す図である。また、図4Bは温度センサでの温度プロファイルを示す図である。
正常吐出の場合、ヒータ3にパルスが印加されることによりヒータ3の温度が急激に上昇する。それに伴って少し時間差があいたのちに、インク−耐キャビテーション膜界面の温度も上昇する(状態I)。インク−耐キャビテーション膜界面の温度がインクの発泡温度に達すると気泡が生成、成長する。この気泡発生により、耐キャビテーション膜26はインクと接しない状態になる。気泡の熱伝導率(λgas)はインクの熱伝導率(λliqud)に比べ一桁小さいのでインク−耐キャビテーション膜間に気泡が介在している状態では、ヒータ3で発生している熱のほとんどがヒータボードに蓄熱される。
従って、気体−耐キャビテーション膜界面の温度は急上昇する。その後、パルスの印加停止にともないヒータ3の温度上昇は停止し、それに伴い気体−耐キャビテーション膜界面の温度上昇も停止する(状態II)。その後ヒータ、気体−耐キャビテーション膜界面共に温度は下降する(状態III)。さらに一定時間経過すると気泡収縮に伴ってインクが再充填され、耐キャビテーション膜26とインクが再び接触するのでより一層早い速度で冷却され、初期状態に戻る(状態IV)。
ヒータと温度センサとの間には層間絶縁膜24が成膜されているためヒータからの熱が伝わるのに数μsecの遅延時間がある。従って、図4Aに示した状態I〜IVの各状態にある時間と図4Bに示した状態I〜IVの各状態にある時間は異なる。
この実施例によれば、ノズル内の温度を高速にかつ精度良く検出できるのは、センサ5をヒータ3の直下に層間絶縁膜24を介し形成されていることによることがシミュレーションと実験で明らかになった。
次に以上の構成の記録装置を共通実施例として記録ヘッドの吐出不良の検出処理について説明する。
図5はノズル初期温度(Tini)が25℃のときに抵抗値360Ωのヒータに20Vのパルスを0.80μsec[パルス印加時間(ts〜te)]印加したときセンサ5の温度プロファイルを示す図である。
正常にインクが吐出されたときと各吐出異常状態のときのセンサの温度プロファイルを示している。なお、図5は吐出動作を一回行った際の温度変化を示している。
図5において、(a)は正常吐出時の温度プロファイルである。また、(b)はノズル内に気泡が残留したことにより引き起こされた吐出異常時の温度プロファイルである。さらに、(c)は流路に不純物が堆積しインク再充填が正常に行われなかったために起こった吐出異常時の温度プロファイルである。またさらに、(d)はノズル表面に付着したインクによって生じた吐出異常時の温度プロファイルである。
図6は温度プロファイルが図5(b)に示す場合である時のノズル内の状態を示す図である。
この状態では、諸々の原因によって微小な気泡が凝集し大きな気泡となり、耐キャビテーション膜の上方に介在したことにより吐出異常になっている。このような状態の場合、耐キャビテーション膜から気体へ熱が伝わり難いので熱はヒータボードに蓄熱される。従って、センサで検出される温度は正常吐出の時に比べ高い温度となっている。
図7は温度プロファイルが図5(c)に示す場合である時のノズル内の状態を示す図である。
この状態では、流路内に不純物が堆積し、次の駆動信号が印加されるまでにインク再充填が間に合わないことにより吐出異常になっている。この場合、多少でもインクが耐キャビテーション膜上に存在しているので図6に示す状態のときに比べ熱はインクに伝わる。よって温度センサで検出される温度は正常吐出の時に比べ高い温度となるが、気泡が耐キャビテーション膜の上方に介在している吐出異常状態よりも低い温度となっている。
図8は温度プロファイルが図5(d)に示す場合である時のノズル内の状態を示す図である。
インク液滴吐出時、そのインク液滴の尾部がインク自身の表面張力によって滴となり、本来記録に必要な液滴とは別に、副次的なインク滴(以下、サテライト)や霧状のインク滴(以下ミストと呼ぶ)が発生する。このサテライトやミストが記録ヘッドの吐出口の周りに付着すると、インクの飛翔が妨げられて着弾位置がずれるなどの吐出異常が発生する。このようなノズル表面に付着したインクがメニスカスの後退に伴い吐出口内へと捲き込まれることにより、正常吐出状態のときのインク再充填がされる時間よりも早く耐キャビテーション膜にインクが接触している。
その結果、センサ検出温度はノズル表面に付着したインクが耐キャビテーション膜に触れる前までは正常吐出と同じ温度プロファイルであるが、ノズル表面に付着したインクが耐キャビテーション膜に接すると正常吐出時よりも早いタイミングで降下している。
ここで、図5に示すようにセンサ検出温度が最大値になったときから正常吐出時にインクが再び耐キャビテーション膜に接触することによる温度変化がセンサに表れるまでの間(これを“リフィル前”と定義する)で各吐出状態でのセンサ検出温度を比べる。
具体的には、正常吐出時の温度T(br_正常)は85℃、ノズル内の気泡残留により生じた吐出異常時の温度T(br_残留気泡)は105℃である。また、流路に不純物が堆積しインク再充填が正常に行われなかったために生じた吐出異常時の温度T(br_流路詰まり)は95℃、ノズル表面に付着したインクによって生じた吐出異常時の温度T(br_表面付着)は70℃であった。この結果から、正常吐出の際にリフィル前のタイミングでセンサが検出する温度を予測し、(T(br_cal))、T(br_cal)+Tα(任意の値)=Tth(br)を設定することで正常吐出と吐出異常とを容易に判別することが可能となる。加えて、各吐出異常を詳細に判別できるので各吐出異常状態に適した回復動作をすることができる。
図9は実施例1に従うノズルの不吐判定処理を示すフローチャートである。
以下、図5と図9を参照して不吐判定処理について説明する。
まず、ステップS1で駆動信号が印加される直前のノズルの初期温度(Tini)を測定する。次に、ステップS2でノズルに印加された駆動条件(印加パルス幅、印加パルスの種類、印加電圧値)を参照する。
ステップS3では、ステップS1で測定したノズルの初期温度(Tini)とステップS2で参照した駆動条件の情報を用いて、リフィル前のセンサの予想到達温度T(br_cal)を算出する。ステップS4ではノズルの初期温度(Tini)と駆動条件から求められるリフィル前のセンサの予想到達温度T(br_cal)にノズル初期温度と駆動条件の情報から導き出した各吐出状態によって異なる不吐判定をするための閾値調整分Tαを加算する。
これにより、リフィル前での各不吐判定閾値を(式1)のように算出する。それらは、残留気泡による不吐判定閾値:Tth(br_残留気泡)、流路内のゴミ詰まりによる不吐判定閾値:Tth(br_流路詰まり)、ノズル表面に付着したインクによる吐出異常閾値:Tth(br_表面付着)である。
Tth(br_残留気泡) =T(br_cal)+Tα_残留気泡
Tth(br_流路詰まり)=T(br_cal)+Tα_流路詰まり
Tth(br_表面付着) =T(br_cal)+Tα_表面付着……(1)
次に、ステップS5ではリフィル前のセンサ温度T(br)を測定する。その後、ステップS6では、ステップS4で算出したノズル表面に付着したインクによる吐出異常閾値Tth(br_表面付着)とステップS5で測定したリフィル前のセンサ温度T(br)を比較する。
ここで、T(br)<Tth(br_表面付着)ならば、処理はステップS7に進み、ノズル表面に付着したインクによる吐出異常であると判定する。さらに、ステップS8ではその吐出異常状態に沿った警告または回復処理を行う。これに対して、T(br)≧Tth(br_表面付着)ならば、処理はステップS9に進み、ステップS4で算出した流路内のゴミ詰まりによる不吐判定閾値Tth(br_流路詰まり)と比較する。ここで、T(br)<Tth(br_流路詰まり)ならば、処理はステップS10に進み正常吐出と判定される。
これに対して、T(br)≧Tth(br_流路詰まり)であれば、処理はステップS11に進み、ステップS4で算出した残留気泡による不吐判定閾値Tth(br_残留気泡)と比較する。ここで、T(br)<Tth(br_残留気泡)であれば、処理はステップ12に進み、流路内のゴミ詰まりによる吐出異常と判定する。さらに、ステップS13に進み、その吐出異常状態に沿った警告または回復処理を行う。これに対して、T(br)≧Tth(br_残留気泡)であれば、処理はステップ14に進み残留気泡による吐出異常であると判定する。そして、ステップS15に進みその吐出異常状態に沿った警告または回復処理を行う。
以上説明した実施例に従えば、インク再充填直前のセンサ検出温度を複数の閾値と比較することにより、インク吐出異常の原因を特定して、その原因に適した警告や回復処理を行うことができる。
図10は、実施例2を説明する温度プロファイルの図で、正常にインクが吐出されたときと各吐出異常状態のときのセンサの温度プロファイルを示す図である。なお、図10は吐出動作を一回行った際の温度変化を示しているである。
図10において、(b)はノズル内の気泡残留により生じた吐出異常時の温度プロファイルを示す。また、(c)は流路に不純物が堆積しインク再充填が正常に行われなかったために起こった吐出異常時の温度プロファイルを示す図である。さらに、(e)は吐出口に不純物が詰まったことにより生じた吐出異常時の温度プロファイルを示す図である。
図11は温度プロファイルが図10(e)に示す場合であるときのノズル内の状態を示す図である。
これは、図11から明らかなように流路内の不純物が吐出口に詰まり、気泡の生成、成長に伴うインク吐出が正常に行えない状態である。この場合、残留気泡やインク再充填不足による不吐状態とは異なり気泡は膨張、収縮している。しかし、吐出口の一部分あるいは全てが塞がっているため気泡は共通液室側へ膨張していく。そのためインクの再充填によって耐キャビテーション膜26上にインクが接触するタイミングが正常吐出の時に比べ遅くなってしまう。つまり共通液室から再充填されるインクによって冷却されるタイミングが正常吐出と異なる。
ここで、図10に示すように正常吐出時のようにインクが耐キャビテーション膜に接触することによる温度変化がセンサに表れてから0〜2μsec後(“リフィル中”)のタイミングで各吐出状態でのセンサ検出温度を比べる。
具体的には、正常吐出時の温度T(ir_正常)は43℃、ノズル内の気泡残留により生じた吐出異常時の温度T(ir_残留気泡)は52℃である。さらに、流路に不純物が堆積しインク再充填が正常に行われなかったために生じた吐出異常時の温度T(ir_流路詰まり)は50℃、吐出口に不純物が詰まりインクが正常に吐出しなかった時の温度T(ir_吐出口詰まり)は50℃であった。この結果から、正常吐出の際にリフィル中のタイミングでセンサが検出する温度を予測し、(T(ir_cal))、T(ir_cal)+Tβ(任意の値)=Tth(ir)を設定することで正常吐出と吐出異常とを容易に判別することが可能である。加えて、各吐出異常を詳細に判別できるので各吐出異常状態に適した回復動作をすることができる。
図12は実施例2に従うノズルの不吐判定処理を示すフローチャートである。なお、図12において、既に実施例1で説明したのと同じステップには同じステップ参照番号を付し、その説明は省略する。
以下、図10と図12を参照して不吐判定処理について説明する。
まず、ステップS1〜S2の処理後、ステップS3aでは、ステップS1で測定したノズルの初期温度(Tini)とステップS2で参照した駆動条件の情報を用いて、リフィル中のセンサの予想到達温度T(ir_cal)を算出する。ステップS4aではノズルの初期温度(Tini)と駆動条件から求められるリフィル中のセンサの予想到達温度T(ir_cal)にノズル初期温度と駆動条件の情報から導き出した各吐出状態によって異なる不吐判定をするための閾値調整分Tβを加算する。これにより、リフィル中の各不吐判定閾値を算出する(式2)。これらの閾値は残留気泡による不吐判定閾値:Tth(ir_残留気泡)、流路内のゴミ詰まりによる不吐判定閾値:Tth(ir_流路詰まり)、吐出口でのゴミ詰まりによる不吐判定閾値:Tth(ir_吐出口詰まり)である。
Tth(ir_残留気泡) =T(ir_cal)+Tβ_残留気泡
Tth(ir_流路詰まり) =T(ir_cal)+Tβ_流路詰まり
Tth(ir_吐出口詰まり)=T(ir_cal)+Tβ_吐出口詰まり……(2)
次に、ステップS5aでは、リフィル中のセンサ温度T(ir)を測定する。その後、ステップS6aでは、ステップS4aで算出した吐出口でのゴミ詰まりによる不吐判定閾値Tth(ir_吐出口詰まり)とステップS5aで測定したリフィル中のセンサ温度T(ir)を比較する。
ここで、T(ir)<Tth(ir_吐出口詰まり)なら、処理はステップS10に進み正常吐出と判定する。これに対して、T(ir)≧Tth(ir_吐出口詰まり)ならば処理はステップS9aに進み、ステップS4aで算出した流路内のゴミ詰まりによる不吐判定閾値Tth(ir_流路詰まり)と比較する。
ここで、T(ir)<Tth(ir_流路詰まり)なら、処理はステップS7aに進み吐出口でのゴミ詰まりによる吐出異常と判定し、さらに、ステップS8aに進んでその吐出異常状態に沿った警告または回復処理を行う。これに対して、T(ir)≧Tth(ir_流路詰まり)であるならば、処理はステップS11aに進み、ステップS4aで算出した残留気泡による不吐判定閾値Tth(ir_残留気泡)と比較する。
ここで、T(ir)<Tth(ir_残留気泡)と判断されたならばステップS12に進み流路内のゴミ詰まりによる吐出異常と判定し、さらに、ステップS13ではその吐出異常状態に沿った警告または回復処理を行う。これに対して、T(ir)≧Tth(ir_残留気泡)ならば、処理はステップS14に進み、残留気泡による吐出異常であると判定し、さらにステップS15ではその吐出異常状態に沿った警告または回復処理を行う。
以上説明した実施例に従えば、インク再充填中のセンサ予測到達温度を複数の閾値と比較することにより、インク吐出異常の原因を特定して、その原因に適した警告や回復処理を行うことができる。
図13は、実施例3を説明する温度プロファイルの図で、正常にインクが吐出されたときと各吐出異常状態のときのセンサの温度プロファイルを示す図である。なお、図13は吐出動作を一回行った際の温度変化を示している。
図13において、(b)はノズル内の気泡残留により生じた吐出異常時の温度プロファイルを示す図である。また、(c)は流路に不純物が堆積しインク再充填が正常に行われなかったために起こった吐出異常時の温度プロファイルを示す図である。さらに、(d)はノズル表面に付着したインクによって起こった吐出異常時の温度プロファイルを示す図である。またさらに、(e)は吐出口に不純物が詰まったことにより生じた吐出異常時の温度プロファイルを示す図である。
上記のように、各々の原因により引き起こされた吐出異常状態はセンサで検出される温度変化が正常吐出のものとそれぞれ異なっていることが実験とシミュレーションの結果から確認された。この実施例では、駆動信号が印加される直前の温度を測定してノズルの初期状態を検知し、電流パルス印加により温度上昇した際のセンサ出力値の最大値、リフィル前、或いはリフィル中、以上3つの測定ポイントの内、少なくとも2点以上で温度を測定する。そして、各測定ポイントにおいて不吐判定閾値と比較することによって総合的に不吐判定を行う。
図14はこの実施例に従う電流パルス印加により温度上昇した際のセンサ出力値の最大値とリフィル前とリフィル中との3つの測定ポイント全てで測定したときのノズルの不吐判定処理を示すフローチャートである。なお、図14において、既に実施例1〜2で説明したのと同じステップには同じステップ参照番号を付し、その説明は省略する。
以下、図13〜図14を参照して不吐判定処理について説明する。
まず、ステップS1〜S2の後、ステップS101では、ステップS1で測定したノズルの初期温度(Tini)とステップS2で参照した駆動条件の情報を用いて、センサ予想最高到達温度T(max_cal)を算出する。ステップS102ではセンサ予想最高到達温度T(max_cal)にノズル初期温度と駆動条件の情報から導出した流路内のゴミ詰まりと残留気泡とによる不吐判定用の閾値調整分Tγ(max_流路詰まり)とTγ(max_残留気泡)を夫々加算する。これにより、センサの最高温度到達時での流路内のゴミ詰まりによる吐出異常、及び残留気泡による吐出異常を判定する閾値(Tth(max_流路詰まり)、Tth(max_残留気泡))を算出する(式3)。
Tth(max_流路詰まり)=T(max_cal)+Tγ_流路詰まり
Tth(max_残留気泡) =T(max_cal)+Tγ_残留気泡 ……(3)
次に、ステップS103では、センサの最高到達温度T(MAX)を測定する。その後ステップS104では、ステップS102で算出した流路内のゴミ詰まりによる不吐の判定値閾値Tth(max_流路詰まり)とステップS103で測定したセンサの最高到達温度T(MAX)を比較する。
ここで、T(MAX)≧Tth(max_流路詰まり)なら、処理はステップS113に進む。そして、ステップS102で算出した残留気泡による不吐の判定閾値Tth(max_残留気泡)と比較する。ここで、T(MAX)≧Tth(max_残留気泡)なら処理はステップS14に進み残留気泡による吐出異常と判定し、さらにステップS15ではその吐出異常状態に沿った警告または回復処理を行う。これに対して、T(MAX)<Tth(max_残留気泡)であれば、処理はステップS12に進み流路内のゴミ詰まりによる吐出異常と判定し、さらにステップS13ではその吐出異常状態に沿った警告または回復処理を行う。
さて、ステップS104において、T(MAX)<Tth(max_流路詰まり)なら、処理はステップS105に進む。ステップS105では、ステップS1で測定したノズルの初期温度(Tini)とステップS2で参照した駆動条件の情報を用いて、リフィル前のセンサの予想到達温度T(br_cal)を算出する。
ステップS106では、センサの予想到達温度T(br_cal)にノズル初期温度と駆動条件の情報から導出したノズル表面に付着したインクにより生じる吐出異常判定用の閾値調整分Tα_表面付着を加算する。これにより、実施例1で式(1)を参照して説明したようにリフィル前における吐出異常判定用の閾値Tth(br_表面付着)が算出される。次に、ステップS107では、インクが再充填される直前のセンサの温度T(br)を測定する。その後、ステップS108では、ステップS106で算出したノズル表面に付着したインクによる吐出異常閾値Tth(br_表面付着)とステップS107で測定したリフィル前のセンサ温度T(br)を比較する。
ここで、T(br)<Tth(br_表面付着)なら、処理はステップS7に進み、ノズル表面に付着したインクによる吐出異常であると判定する。さらにステップS8では、その吐出異常状態に沿った警告または回復処理を行う。
これに対して、T(br)≧Tth(br_表面付着)なら、処理はステップS109に進む。ステップS109では、ステップS1で測定したノズルの初期温度(Tini)とステップS2で参照した駆動条件の情報を用いて、リフィル中のセンサの予想到達温度T(ir_cal)を算出する。続いて、ステップS110ではリフィル中のセンサの予想到達温度T(ir_cal)にノズル初期温度と駆動条件の情報から導出した吐出口にゴミが詰まったことにより起こった吐出異常判定をするための閾値調整分(Tβ_吐出口詰まり)を加算する。これにより、実施例2で式(2)を参照して説明したように、リフィル中の吐出異常判定用の閾値Tth(ir_吐出口詰まり)を算出する。
次に、ステップS111ではリフィル中のセンサ温度T(ir)を測定する。その後、ステップS112では、ステップS110で算出した吐出口でのゴミ詰まりによる不吐判定閾値Tth(ir_吐出口詰まり)とステップS111で測定したリフィル中のセンサ温度T(ir)を比較する。ここで、T(ir)<Tth(ir_吐出口詰まり)なら、処理はステップS10に進み。正常吐出と判定される。これに対して、T(ir)≧Tth(ir_吐出口詰まり)なら、処理はステップS7aに進み、吐出口でのゴミ詰まりによる吐出異常と判定する。さらに、ステップS8aではその吐出異常状態に沿った警告または回復処理を行う。
従って以上説明した実施例に従えば、温度上昇した際のセンサ出力値の最大値とリフィル前とリフィル中との3つのセンサ測定値を複数の閾値と比較して、インク吐出異常の原因を総合的に判定して、その原因に適した警告や回復処理を行うことができる。
このような測定ポイントごとに適した不吐判定を行うことによって、瞬時にノズルごとの吐出状態を詳細に判別することができる。従って、連続記録中に吐出異常が発生しても他ノズルによる補完や回復動作、または記録停止などの適切な対応によって画像品位が低下した記録物を大量に発生させることがない。これにより、高品位な画像記録が保持される。また、各不吐状態に適した警告や回復処理を行うことができるので、回復動作に伴うインク消費量を極力少なくすることもできる。
図15Aは実施例4を説明する温度プロファイルの図である。
この図は、正常にインクが吐出されたときのインク−耐キャビテーション膜界面の温度プロファイルと不吐のときのインク−耐キャビテーション膜界面の温度プロファイルを示している。
正常吐出の場合、ヒータ3にパルスが印加されることによりヒータ3の温度が急激に上昇する。それに伴って少し時間差があいたのちに、インク−耐キャビテーション膜界面の温度も上昇する(状態I)。インク−耐キャビテーション膜界面の温度がインクの発泡温度に達すると気泡が発生、成長する。この気泡発生により、耐キャビテーション膜26はインクと接しない状態になる。気泡の熱伝導率(λgas)はインクの熱伝導率(λliqud)に比べ一桁小さいのでインク−耐キャビテーション膜間に気泡が介在している状態では、ヒータ3で発生している熱のほとんどがヒータボードに蓄熱される。したがって、気体−耐キャビテーション膜界面の温度は急上昇する(状態II)。
一定の時間経過後、パルスの印加停止にともないヒータ3の温度上昇は停止し、それに伴い気体−耐キャビテーション膜界面の温度上昇も停止し、その後吐出ヒータ部、気体−耐キャビテーション膜界面共に温度は下降する。さらに一定時間経過すると気泡も消泡していき、それに伴ってインクが充填され、耐キャビテーション膜26とインクが再び接触し、初期状態に戻る。
一方不吐出の場合の一例として、例えば残留泡が耐キャビテーション膜26の上方に介在している場合、パルス印加により気体−耐キャビテーション膜界面の温度はパルス印加直後から急激な温度上昇を始め、パルス印加終了に伴って温度が下降する。
この実施例で、ヒータ部や耐キャビテーション膜26の温度を高速にかつ精度良く検出できるのは、センサをヒータ部の直下に層間絶縁膜24を介し形成されていることによることがシミュレーションと実験で明らかになっている。
図15Bは、実験結果と温度シミュレーションの結果を説明する温度プロファイルの状態図である。
この図は、ノズル初期温度が45℃のときに抵抗値360Ωのヒータに20Vのパルスを0.75μsec[パルス印加時間(ts〜te)]印加したときのこの実施例における温度センサの温度プロファイルを示している。この図によれば、正常吐出、不吐出とも時間teから約1.2μsec後の時間tpにおいて温度ピークに達する。その温度は正常吐出の場合でTG=182℃、不吐出の場合でTNG=219℃という結果であった。これは、TG+α(任意の値)=Trefを設定することで正常吐出の場合と不吐出の場合とを容易に判別することが可能である事を示している。
図16はこの実施例に従うノズルの不吐判定処理を示すフローチャートである。
また、図17は記録中のノズル内温度の時間変化を温度センサ5で測定した図である。なお、図17は吐出動作を一回行った際の温度変化を示している。
以下、図16〜図17を参照して不吐判定処理について説明する。
まず、ステップS201で駆動信号が印加される直前のノズルの初期温度(Tini)を測定する。
ステップS202では、ノズルの初期温度(Tini)を用いて、図18に示すノズルの初期温度(Tini)とノズルの予想最高到達温度(Tmax_cal)の2次元のマトリクスからなる演算表からノズルの予想最高到達温度を算出する。ステップS203では、図19に示す演算表からノズルの初期温度(Tini)に依存する不吐判定閾値(Tth)を算出する。
次に、ステップS204では、ヒータ3に印加されるパルスの印加終了直後のノズル最高到達温度(Tmax)を測定する。その後ステップS205では、ステップS203で算出した不吐判定閾値(Tth)とステップS204で測定したノズル最高到達温度(Tmax)を比較する。ここで、Tmax<Tthならば処理はステップS206に進み、正常吐出であると判定する。これに対して、Tmax≧Tthと判定されたなら、処理はステップS207に進み不吐判定と判定され、ステップ208に進み、警告または回復処理を行う。
図20はノズル初期温度が異なるときのそれぞれの温度プロファイルである。この図は、初期ノズル温度が35℃(a)、65℃(b)のときのものである。
ノズルの初期温度が35℃の場合、最高到達温度は175.3℃であるが、初期温度が65℃の場合は、最高到達温度は200.4℃という結果だった。このとき不吐判定の閾値が200.0℃に固定されていたならば、図21に示すようにノズル初期温度が35℃のときには正常に不吐判定が行われる。これに対して、図22に示すようにノズル初期温度が65℃のときには不吐判定閾値と正常に吐出したノズルの最高到達温度がほぼ同じ値になってしまい正常に不吐判定が行われない。そこで、この実施例では、ノズルの初期温度を測定し、図18に示す演算表を用いてノズルの予想最高到達温度を算出することによって正確に不吐判定閾値を算出することができる。
図19に示した不吐判定閾値はノズルの初期温度(Tini)から算出されるノズルの予想最高到達温度(Tmax_cal)にノイズの信号により誤判定しない程度に大きく、不吐出が発生すれば直ちに判定できる程度に小さい任意の値を加算して設定する。
上述のようにして設定した不吐判定閾値とノズルの最高到達温度を図23に示すように比較することにより、Tmax<Tthなら正常吐出、Tmax≧Tthなら不吐と判断する。
なお、この実施例では上記のようにノズルの初期温度(Tini)に一様な任意の値を加算して不吐判定閾値としたが、その適正な値は、駆動条件やインク吐出量、記録ヘッドの吐出口数に依存するので、不吐判定閾値の算出方法はこれ以外の方法でも良い。
実施例4ではノズルの温度を取得する際に任意のノズル温度を取得したが、この実施例では限定して、駆動信号が入力されたノズルの温度のみを検出する方法を説明する。
この実施例に従う記録ヘッドはどの吐出ヒータにパルスを入力させるといった駆動情報を保持するメモリを備えている。よって、メモリの駆動情報から駆動信号が入力される所定のノズルの温度を測定することができる。
図24はこの実施例に従うノズルの不吐判定処理を示すフローチャートである。また、図25は記録中のノズル内温度の時間変化を温度センサ5で測定した図である。なお、図25は吐出動作を一回行った際の温度変化を示している。
以下、図24〜図25を参照して熱特性の取得処理について説明する。
まず、ステップS200でノズルからインク吐出を生じさせるために、ヒータ3に駆動信号が入ってきているかを判定する。ここで、ヒータ3に駆動信号が入ってきている判断されたなら、処理はステップS201に進み、ノズルからインクが吐出される直前のノズルの初期温度(Tini)を測定する。
以降のステップは実施例4で説明したように、ノズルの初期温度(Tini)からノズルの予想最高到達温度(Tmax_cal)とノズルの不吐判定閾値(Tth)を演算表から算出する。そして、ノズル最高到達温度(Tmax)とノズルの不吐判定閾値(Tth)とを比較して不吐判定を行う。これにより駆動信号が入力されたノズルだけの不吐判定が可能となる。
図26は記録装置に搭載した記録ヘッドの抵抗値測定回路の構成を示すブロック図である。
この図によれば、この回路は、ヒータ501の各々に対応した位置に形成されるセンサ502とセンサ502に接続してON/OFF制御するスイッチング素子(SW素子)503とセンサ502とSW素子503とに接続されている定電流源504とを備える。さらに、この回路はセンサ502とSW素子503と定電流源504により発生した電圧をデジタル値に変換するA/D変換器505と、デジタル化された電圧値とその時のヒータアドレスを記憶するメモリ506とを備える。
この回路はどの場所のヒータ501を選択するかを決めるヒータアドレス(SEL)を入力する。そして、この回路は、さらに、ヒータアドレス(SEL)をデコードするデコーダ507を備える。
また、この回路には、ヒート時間幅とタイミングを決めるヒートパルス(ENB)と指定ヒータアドレス(SEL)にヒートデータ有無を知らせるヒートデータ信号(DATA)とメモリ書込タイミングを発生するメモリライト信号(WRT)とが入力される。さらに、この回路は、メモリライト信号(WRT)とヒートデータ信号(DATA)の論理積を演算するANDゲート512を含む。
なお、A/D変換器505とメモリ506とは記録装置の制御回路内に設けられ、センサ(S1〜S8)502からの出力信号は記録ヘッド1からフレキシブルプリンタケーブル(FPC:不図示)を介して記録装置側にアナログ信号として出力される。
図27は従来の「センサの抵抗値を取り込む部分」のブロック図である。図26に比較してメモリライト信号(WRT)とヒートデータ信号(DATA)の論理積を演算するANDゲート512が欠けているものである。
ここで、図27に示す回路の動作を従来例を参照に説明する。
まず、ヒータアドレス(SEL)とヒートデータ信号(DATA)が図示しない制御部より発生し、例えば、ヒータ501のH5が指定されたとする。すると同時にセンサ502のS5も選択されS5のSW素子503がONし、定電流源504からS5とSW素子503を通って電流が流れる。S5の両端の電圧はA/D変換器505によりデジタル値に変換される。
この状態で、ヒートパルス(ENB)を与えると、ヒートデータ信号(DATA)が有りの場合はヒータ501のH5がヒートされH5は急激に温度が上昇する。それに伴い、センサ502のS5も温度が上昇し、抵抗値が変化する。従って、S5の両端の電圧も変化する。この時にメモリライト信号(WRT)を与えると(H5を指定している)ヒータアドレス(SEL)と温度上昇に伴い変化した電圧値をメモリに記憶することが可能となる。また、ヒートデータ信号(DATA)が無しの場合はヒータ501のH5はヒートされず、H5は温度が上昇しない。この時にメモリライト信号(WRT)を与えると(H5を指定している)ヒータアドレス(SEL)と常温のまま変化していない電圧値をメモリに記憶することになる。このように従来はヒートデータ信号(DATA)が無しの場合もメモリ506に記憶し続けていたので膨大なセンサデータを記憶することになってしまっていた。またヒータ断線等の故障の場合は、後のセンサデータを解析する段階でヒートデータ信号(DATA)無しと判断してしまうしかなかった。
図26に示す構成では、メモリライト信号(WRT)とヒートデータ信号(DATA)の論理積を演算するANDゲート512を新たに設けたことにより、ヒートデータ信号(DATA)が有る場合にのみメモリに記憶が行われるようになる。
従って、この実施例によれば、センサデータの量は激減し(通常、記録デューティは数%〜数十%)、かつ、電圧変化が無いセンサデータが記憶されている場合は何らかの故障が発生していると判定することが可能となる。
図28は記録装置に搭載された記録ヘッドの抵抗値測定回路の構成を示すブロック図である。
この図によれば、この回路は、ヒータ501の各々に対応した位置に形成されるセンサ502と、センサ502に接続してON/OFF制御するSW素子503と、センサ502とSW素子503とに接続されている定電流源504とを備える。さらに、この回路はセンサ502とSW素子503と定電流源504により発生した電圧をデジタル変換するA/D変換器505とデジタル電圧値とその時のセンサアドレスとヒート前「一致信号」とヒート後「一致信号」とを記憶するメモリ506とを備える。
また、この回路には、どの場所のヒータ501を選択するかを決めるヒータアドレス信号(SEL)が入力される。さらに、この回路には、そのヒータアドレス信号(SEL)をデコードするデコーダ507を備える。
さらに、この回路にはヒート時間幅とタイミングを決めるヒートパルス信号(ENB)と指定ヒータアドレス(SEL)にヒートデータ有無を知らせるヒートデータ信号(DATA)とメモリ書込タイミングを発生するメモリライト信号(WRT)が入力される。
またさらに、この回路には、メモリライト信号(WRT)と「指定センサアドレスに対応したヒータアドレスにヒートデータの有無を示す信号」の論理積を演算するANDゲート512が備えられる。またさらに、この回路には、ヒートデータ信号(DATA)とヒータアドレス(SEL)を一時的に保持するラッチ513も備えられる。このため、この回路には、ラッチ513の保持タイミングを指定するラッチパルス(LAT)も入力される。
またさらに、この回路には、保持されたヒータアドレス(SEL)とセンサアドレスを比較し、両者が一致したなら信号を出力する比較器514を備える。また、この回路には検出したいセンサを(ヒータドレスとは独立して任意に)指定するセンサアドレス信号(SADR)も入力される。
図29は従来の記録ヘッドにおけるセンサの抵抗値を取り込む部分の別の構成を示すブロック図である。図28に比較してラッチ、比較等が欠けていることが分かる。
ここで、図29に示す回路の動作を従来例を参照に動作を説明する。
まず、ヒータ501はH1、H2、H3、H4、H5、H6、H7、H8、の順にヒートされるとする。ヒータアドレス(SEL)とヒートデータ信号(DATA)とセンサアドレス(SADR)が図示しない制御部より発生し、例えば、ヒータ501のH5が指定されたとする。この時、センサアドレス(SADR)では例えばセンサ502のS4を指定し、S4のSW素子503がONし、定電流源504からS4とSW素子503を通って電流が流れる。S4の両端の電圧はA/D変換器505によりデジタル変換される。
この状態で、ヒートパルス(ENB)を与えると、ヒートデータ信号(DATA)が有りの場合はヒータ501のH5がヒートされH5は急激に温度が上昇する。それに伴いセンサ502のS5も温度が上昇し、抵抗値が変化する。ここで、S4に注目すると、ヒータ501のH4が直前にヒートされており、それに伴いセンサ502のS4も温度上昇が始まり多少の時間的遅延をおいて温度上昇の最高到達点を迎えている。この瞬間を捕らえるため、ヒータアドレス(SEL)とは独立してセンサアドレス(SADR)により任意のセンサ502を指定して温度データを収集する。
この実施例ではH5のヒート時にS4を指定して温度上昇データを収集する。センサアドレス(SADR)の指定とメモリライト信号(WRT)のタイミングをヒートとは独立して行うことにより、温度上昇の最高到達点をメモリに記憶することができる。また、環境温度変化や、連続吐出などによりセンサ温度が常温より上がっている場合に対応するため、ヒート直前のセンサ温度を測定する必要もある。
このため、例えば、H5をヒートしている時にS6の抵抗値を測定することが必要である。この構成では、ヒータアドレス(SEL)とは独立してセンサアドレス(SADR)により任意のセンサ502を指定して温度データを収集することにより、ヒート直前のセンサ温度を測定することも可能である。
しかしながら従来例では、H5のヒート時にS4やS6を測定する場合はH5のヒートデータしか参照することができず、「かつてH4にヒートデータが有ったのか」、「これからH6にヒートデータが有るのか」は判らない。このため、全てのセンサデータをメモリに記憶するしかなかった。このように従来はヒートデータ信号(DATA)が無しの場合もメモリ506に記憶し続けていたので膨大なセンサデーダを記憶することになってしまっていた。また、ヒータ断線等の故障の場合は、後のセンサデータを解析する段階でヒートデータ信号(DATA)無しと判断してしまうしかなかった。
これに対して、図28に示す構成によれば、ラッチ、比較器等を新たに設けたことにより、ヒートデータ信号(DATA)が有る場合にのみ、メモリに記憶が行われるようになる。
これを順を追って説明する。
ヒートデータ信号(DATA)とヒータアドレス(SEL)はラッチ513に入力される。ヒートパルス(ENB)が与えられた直後ごとにラッチパルス(LAT)が入力され、ラッチ513出力、ラッチ513a出力、ラッチ513b出力の順にヒートデータ信号(DATA)とヒータアドレス(SEL)は転送される。仮に、ヒータ501はH1、H2、H3、……H8の順にヒートされるとして、例えば、H5をヒートしている場合を考える。この場合、ラッチ513の出力はH6、ラッチ513aの出力はH5、ラッチ513bの出力はH4のヒータアドレスとそのアドレスに対応したヒートデータとなる。
この状態でヒートパルス(ENB)を与えるとヒータ501のH5がヒートされる。この時、センサアドレス(SADR)でセンサ502のS4を指定すると、比較器514にはラッチ513の出力であるH6のアドレスとセンサアドレス(SADR)によりS4のアドレスが入力され比較が行われる。この比較結果、両者は異なるので、比較器514からはヒート前「一致信号」は出力されない。
次に、比較器514aにはラッチ513bの出力であるH4のアドレスとセンサアドレス(SADR)によるS4のアドレスが入力され比較が行われる。その比較結果、両者は一致するので、比較器514aからはヒート後「一致信号」が出力される。この時、ラッチ513bの出力にヒートデータが有る場合は、メモリ書込指示を行うANDゲート512の出力を有効にし、メモリライト信号(WRT)をメモリに伝達可能にする。
このようにして、ヒート直前やヒート直後のセンサの抵抗値を記憶する場合でも、ヒートデータ信号(DATA)が有る場合にのみメモリに記憶が行われるようになる。
以上説明したようにこの実施例によれば、ヒートデータが有る場合にのみセンサの抵抗値をメモリに記憶するので、センサデータの量は激減させることができる(通常、記録デューティは数%〜数十%)。加えて、電圧変化が無いセンサデータが記憶されている場合は何らかの故障が発生していると判定することが可能となる。
図30は記録ヘッドを駆動するダブルパルス駆動方式について説明する図である。
図30において、Vopはヒータ3に印加される駆動電圧、P1は複数(2つ)に分割されたヒートパルスの第1番目のパルス(以下、プレパルス)のパルス幅、P2はインターバルタイム、P3は第2番目のパルス(以下、メインパルス)のパルス幅である。時刻T1、T2、T3は夫々、P1、P2、P3を規定するための時点を示している。
図31Aは、この実施例に従う記録ヘッドの温度プロファイルを示す図である。
この図には、正常にインクが吐出されたときのインク−耐キャビテーション膜界面の温度プロファイルと不吐のときのインク−耐キャビテーション膜界面の温度プロファイルとが示されている。
正常吐出の場合、ヒータ3にパルスが印加されることによりヒータ3の温度が急激に上昇する。それに伴って少し時間差があいたのちに、インク−耐キャビテーション膜界面の温度も上昇する(状態I)。インク−耐キャビテーション膜界面の温度がインクの発泡温度に達すると気泡が発生、成長する。この際、気泡が発生したので耐キャビテーション膜26はインクと接しない状態になる。気泡の熱伝導率(λgas)はインクの熱伝導率(λliqud)に比べ一桁小さいのでインク−耐キャビテーション膜間に気泡が介在している状態では、ヒータ3で発生している熱のほとんどがヒータボードに蓄熱される。従って、気体−耐キャビテーション膜界面の温度は急上昇する(状態II)。
一定の時間経過後、パルスの印加停止にともないヒータ3の温度上昇は停止し、それに伴い気体−耐キャビテーション膜界面の温度上昇も停止し、その後吐出ヒータ部、気体−耐キャビテーション膜界面共に温度は下降する。さらに、一定時間経過すると気泡も消泡していき、それに伴ってインクが充填され、耐キャビテーション膜26とインクが再び接触し、初期状態に戻る。
一方、不吐出の場合、例えば、残留泡が耐キャビテーション膜26の上方に介在している場合、パルス印加により気体−耐キャビテーション膜界面の温度はパルス印加直後から急激な温度上昇を始め、パルス印加終了に伴って温度が下降する。
ところで、この実施例においてヒータ部や耐キャビテーション膜26の温度を高速にかつ精度良く検出できるのは、センサをヒータ部の直下に層間絶縁膜24を介し形成されていることによることがシミュレーションと実験で明らかになっている。
図31Bは、実験結果に基づく温度プロファイルを示す図である。
この図は、ノズル初期温度が25℃のときに抵抗値360Ωのヒータにプレパルスが0.20μsec印加され、0.40μsecのインターバルタイムがあった後に0.60μsecのメインパルスが印加されたとき温度センサの温度プロファイルである。これよれば、正常吐出、不吐出とも時間teから略1.2μsec後の時間tpにおいて温度はピークに達する。その温度は正常吐出の場合でTG=167℃、不吐出の場合でTNG=213℃という結果であった。これは、TG+α(任意の値)=Trefを設定することで正常吐出の場合と不吐出の場合とを容易に判別することが可能である事を示している。
次に以上の構成の記録ヘッドの吐出不良の検出処理について説明する。
図32はノズルの不吐判定処理を示すフローチャートである。
また、図33は記録中のノズル内温度の時間変化をセンサ5で測定した図である。なお、図33は吐出動作を一回行った際の温度変化を示している。
以下、図32〜図33を参照して不吐判定処理について説明する。
まず、ステップS201で駆動信号が印加される直前のノズルの初期温度(Tini)を測定する。
次に、ステップS201′でノズルに印加された駆動条件(印加パルス幅、印加パルスの種類、印加電圧値)を参照する。
ステップS202では、ノズルの初期温度(Tini)とステップS201′で参照した駆動条件の情報を用いて、図34に示すノズルの初期温度(Tini)と駆動条件のマトリックス表からノズルの予想最高到達温度(Tmax_cal)を算出する。続いて、ステップS203aでは図35に示すように、ノズルの初期温度(Tini)と駆動条件のマトリックス表から求められるノズルの予想最高到達温度(Tmax_cal)に一定値(Tα)を加算する。これにより、ノズルの不吐判定閾値(Tth)が算出される(式4)。
Tth = Tmax_th + Tα …… (4)
次に、ステップS204では、ヒータ3に印加されるパルスの印加終了直後のノズル最高到達温度(Tmax)を測定する。その後、ステップS205では、ステップS203aで算出した不吐判定閾値(Tth)とステップS204で測定したノズル最高到達温度(Tmax)を比較する。ここで、Tmax<Tthならば、ステップS206に進み、正常吐出であると判定し、Tmax≧Tthと判定されたならば、ステップS207に進み不吐判定であると判定され、ステップS208に進み、警告または回復処理を行う。
図36はヒータボード内でのノズル初期温度が異なる場合の概略図である。
図37は、図30に示すヒータ印加駆動電圧の原点からの経過時間T1、T2、T3が夫々、0.10、0.40、0.70μsecであるときのヒータボード端及び中央ノズルの温度プロファイルを示す図である。ここで、駆動条件を決定しているヒータボード端に配設されているダイオードセンサが検出した温度(TDi1)は35℃、ヒータボード端のノズル初期温度(Tini side_nozzle1)は35℃である。また、ヒータボード中央のノズル初期温度(Tini center_nozzle1)は65℃である。
ノズルの初期温度が35℃の場合、最高到達温度は180℃であるが、初期温度が65℃の場合は、最高到達温度は213℃という結果だった。このように、駆動条件が同じでも、ノズル初期温度が違うと最高到達温度とノズル初期温度の差であるヒート昇温(ΔT)は145℃(Tini=35℃)と148℃(Tini=65℃)と異なる。
また別の例として、ノズルの初期温度が同じで駆動条件が異なる場合について、図38と図39とを参照しながら説明する。
図38に示すように、状態(a)では、駆動条件を決定しているヒータボード端に配設されているダイオードセンサが検出した温度(TDi2)が35℃、ヒータボード中央のノズル初期温度(Tini center_nozzle2)が65℃である。また、状態(b)では、駆動条件を決定しているヒータボード端に配設されているダイオードセンサが検出した温度(TDi3)が65℃、ヒータボード中央のノズル初期温度(Tini center_nozzle3)が65℃である。
図39は図38に示す夫々の状態の際のヒータボード中央のノズル温度プロファイルを示す図である。
ダイオードセンサが検出した温度(TDi2)が35℃の場合、ヒータに印加されるパルスはプレヒートパルス、インターバルタイム、メインヒートパルス(t1、t2、t3=0.10、0.40、0.70μsec)から成るダブルパルスである。この信号が入力された場合の最高到達温度は213℃となる。一方、ダイオードセンサが検出した温度(TDi2)が65℃の場合、ヒータに印加されるパルスはメインヒートパルスのみ(t3=0.75μsec)のシングルパルスである。この信号が入力された場合の最高到達温度は203℃となる。
このようにノズル初期温度が同じでも、駆動条件が異なると最高到達温度とノズル初期温度の差であるヒート昇温(ΔT)は148℃(ダブルパルス)と138℃(シングルパルス)と異なる。
従って、この実施例では、ノズルの初期温度を測定し、その情報と駆動条件から図35に示すマトリックス表を用いてノズルの予想最高到達温度を算出することによって精確に不吐判定を行う。
図35に示した不吐判定閾値はノズル初期温度(Tini)から算出されるノズルの予想最高到達温度(Tmax_cal)にノイズ信号により誤判定しない程度に大きく、不吐出が発生すれば直ちに判定できる程度に小さい一定値(Tα)を加算して設定する。
上述のようにして設定した不吐判定閾値とノズルの最高到達温度を図40に示すように比較することにより、Tmax<Tthなら正常吐出、Tmax≧Tthなら不吐と判断する。
実施例8で説明した構成では不吐判定閾値をノズルの予想最高到達温度(Tmax_cal)に一定値を加算することにより設定した。この実施例では、ノズルの初期温度と駆動条件をパラメータとする変数(Tβ)をノズルの予想最高到達温度(Tmax_cal)に加算することによりさらに高精度な不吐判定閾値に設定できるので、ゴミ不吐、ヌレ不吐等の詳細な不吐判定ができる。
図41はこの実施例に従うノズルの不吐判定処理を示すフローチャートである。
ステップS201、S201′、S202までは実施例8で説明したように、ノズルの初期温度と駆動条件の情報を用いて、ノズルの予想最高到達温度を算出する。
続いて、ステップS203bでは図42に示すように、ノズルの初期温度(Tini)と駆動条件のマトリックス表から不吐判定を高精度で判定するための不吐判定閾値調整分(Tβ)を算出する。そして、ステップS202で算出したノズルの予想最高到達温度(Tmax_cal)に不吐判定閾値調整分(Tβ)を加算することによりノズルの不吐判定閾値(Tth)を算出する(式5)。
Tth = Tmax_cal + Tβ ……(5)
次のステップ以降は実施例8で説明したように、ノズルの初期温度(Tini)と駆動条件から不吐判定閾値(Tth)を算出し、ノズル最高到達温度(Tmax)とノズルの不吐判定閾値(Tth)を比較して不吐判定を行う。これにより、不吐判定の閾値を高精度に設定できるので不吐の種類別判定も可能となる。
この実施例では複数回の吐出動作を考慮した場合についての不吐判定処理について述べる最初に、複数回の吐出を考慮する必要性について述べる。
図43は記録の様子を表した図である。
図43において、1は記録ヘッド、2はノズル、601は記録された記録ドットである。図43によれば、記録ヘッド1はA〜Jの10個のノズルを持ち、図中、上から下へノズルからインクを吐出しながら相対的に移動することにより、画像を形成することができる。図43に示す例では記録デューティ100%の場合を示している。
図44は吐出不良が発生した場合の様子を表した図である。
図43と同様にA〜Jの10個のノズルを持つ記録ヘッドが、図中1行目から10行目まで記録を終えた様子である。記録画像は記録デューティ100%であるが、図44に示されているように、一部記録されていないドットがある。白丸603が記録不良のドットである。詳しくはB列の3行目4行目、E列の6行目〜8行目、H列の2行目〜10行目が、インクが吐出せず記録ドットが形成されていない。
ここで注目すべき点は、B列とE列の記録の様子である。一度、吐出不良となったノズルが数ドット後にまた正常に吐出するようになった例である。これは、一時的にリフィル不足になったり、ノズル内に泡が発生したものの何かのきっかけで泡が無くなったり、一旦ノズルに付着したゴミが何回かの吐出とともに無くなったり、など原因はさまざまであるが、現実の記録で発生する現象である。これに対しH列は2行目以降継続して吐出がなされない状態となっている。
この実施例では、図44に示す状態において、B列とE列の取り扱いをどのようにするかで判定方法が異なる。つまり、「1ドットの欠陥も許容しない場合(判定手順A)」と「数ドットの欠陥は許容する場合(判定手順B)」とである。後者の「判定手順B」を行うために複数回の吐出を考慮する必要性が発生することとなる。以後「判定手順A」「判定手順B」について述べる。
まず、判定手順Aについて、前述の実施例で行なっていることである。この点について、 図45と図47とを参照して簡単に説明する。
図45は図44のB列・E列・H列を抜き出した図である。ここで、黒丸はインク吐出ドット、白丸はインク不吐出ドットである。図45に示す記録状態に、図47に示す「判定手順A」のフローチャートを適用する。
図47に示すフローチャートは前述の実施例で説明したフローチャートの処理をまとめて簡素化したものである。
ステップS301では記録ヘッドのヒータの温度を「正常時」と「正常時以外(温度異常)」のいずれかに判定する。ステップS302では、各種の吐出異常判定を「吐出不良判定」と代表させている。
図47に示す判定手順Aを図45に示す記録状態に適用すると、B列においては、1行目・2行目は正常判定となり、3行目で何らかの温度異常を検知し、吐出不良の判定となる。同様にE列では6行目に、H列では2行目に吐出不良の判定となる。
次に、判定手順Bについて図46、図48を参照して説明する。
図46は図44のB列・E列・H列を抜き出した図である。図46において、黒丸はインク吐出ドット、白丸はインク不吐出ドットである。
図46に示す記録状態に図48に示す判定手順Bのフローチャートを適用する。
まず、図48に示すフローチャートについて説明する。
ステップS301では、記録ヘッドのヒータの温度を「正常時」と「正常時以外(温度異常)」のいずれかに判定する。
ここで、温度異常を検知した場合は、ステップS301′で再び同じノズルで同じ温度測定を行い、正常な温度状態であれば正常吐出として扱う。これに対して、ステップS301′で温度異常を検知した場合は、処理はステップS301″にて複数回(この実施例では6回とする)の検知を行なったか否かを判断する。ここで、その回数が6回に満たない場合は再びステップS301′にて同じノズルで同じ温度測定を行う。そして、正常な温度状態と判定されれば正常吐出として扱い、温度異常を検知した場合はステップS301″で所定回数(ここでは6回)の検知を行なったかどうかを調べる。このようにして、所定回数(ここでは6回)の検知とも温度異常を検知した場合に、処理はステップS302にて「吐出不良」と判定する。
図48に示す判定手順Bを図46に示す記録状態に適用する。この場合、B列においては、1行目・2行目は正常判定となり、3行目で何らかの温度異常を検知し(1回目)、4行目でも何らかの温度異常を検知する(2回目)、しかし5行目では正常判定となり、以降は正常判定が継続する。
E列においても同様に1行目、2行目〜5行目は正常判定となり、6行目で何らかの温度異常を検知し(1回目)、7行目でも何らかの温度異常を検知する(2回目)。8行目でも温度異常(3回目)となるが、9行目では正常判定となり、以降正常判定が継続する。ところが、H列においては、1行目は正常判定となり、2行目で何らかの温度異常を検知し(1回目)、3行目でも何らかの温度異常を検知する(2回目)、4行目でも温度異常(3回目)となる。以降も温度異常が5行目(4回目)、6行目(5回目)と続き、7行目で6回目の温度異常となる。このようにして、6回の検知が温度異常と判断されたので、図48によれば、処理はステップS301″からステップS302に進み、H列は「吐出不良」と判定する。
以上のように図46に示す記録状態に図48に示す判定手順Bを適用することにより、複数回の吐出動作を考慮した場合についての不吐判定処理が実行され、「数ドットの欠陥は許容する」ことが可能となる。
前述の実施例では、あるノズルの一回の測定値に基づいて吐出不良の判定を行った。特に「ノズル表面のインク付着による吐出異常」の判定を行なう場合を考察すると、あるノズルが「ノズル表面のインク付着による吐出異常」になった場合、しばらくすると回復して「正常に吐出する」ようになる場合が多い。この状態のノズルを一回の測定で即座に吐出不良の判定を下すには、判定基準として厳格すぎる場合がある。また、「ノズル表面のインク付着」はそのノズルの周囲に及んでいる可能性が高いと考えられるので、そのノズルのみに着目していては周囲のノズルの多くの吐出不良を見逃す可能性が有る。
このような理由から、この実施例では、いくつかの吐出不良の内、「ノズル表面のインク付着による吐出異常」について効果的な判定方法を提供する。
まず、「ノズル表面のインク付着による吐出異常」による吐出不良の様子を説明する。
図8に示すように、吐出口表面に(サテライトやミストなどにより)インクが付着してしまうと、インクは吐出時に垂直に吐出することができず、図8で示したように斜めに吐出してしまうことになる。この結果、記録媒体上では図50のE列のようになる。
ここで、図49〜図55について説明する。
図49〜図55は記録媒体(例えば、紙)上への記録結果を示す図である。図49〜図55は、A列〜J列に該当する10個の(不図示)ノズルからインクが吐出されつつ、図中上から下(1行目から20行目)へ記録が行なわれた様子である。ここで、上から下へ(ノズルを持つ)記録ヘッド側が移動してもよいし、記録ヘッドは固定したまま逆方向に媒体側が移動してもよい。
図49〜図55は、記録デューティ100%の画像を記録している状態を示している。これらの図の内、図50はE列のノズルが図8に示す状態になったため本来インクが記録されるべき位置(図50中のE列の白丸)から右下にずれて記録された様子を示している。以上が、「ノズル表面のインク付着による吐出異常」による吐出不良の様子である。
前述の実施例によれば、図5、図10、図13に示した温度プロファイルと図9、図12、図14に示したフローチャートに従って、吐出不良の判定を行なっていた。
これらの方法をまとめると、「ノズル表面のインク付着による吐出異常」の判定のみに着目し、図56に示すような処理を行っていたと言える。
図56に示すフローチャートによれば、ヘッド温度を測定し予想温度を計算し、これらを比較する。そして、その比較結果に基づいて、ステップS401では「ノズル表面のインク付着による吐出異常」が発生したか、或いは「それ以外(正常吐出・残留気泡異常・流路のゴミ詰まり異常・吐出口のゴミ詰まり異常)」であるかを判定する。
ノズル表面のインク付着による吐出異常には次の特有な2つの傾向がある。
(1)吐出口表面に(サテライトやミストなどにより)インクが付着して吐出異常の状態が発生するのは、1ノズルのみ単独で発生する場合は少なく、複数のノズルがまとまったノズル群で発生する場合が多い。また、1ノズル単独で発生した場合は、その周囲のノズルはインク付着による吐出異常の一歩手前の状態である可能性が高い。空中に浮遊しているサテライトやミスト状のインクはランダムに吐出口表面に付着する。このような理由から、特定の1ノズルのみに集中して付着することは可能性として非常に低い。
(2)単独(または2、3個)で発生していて、付着量が少ない場合は、吐出を繰り返すうちに正常吐出に回復してしまう現象が起きる。図8に示したように、インク吐出後、液室内部からインクのリフィルが行なわれると同時に、ノズル表面に付着したインクをノズル内部に引き込む。これにより、ノズル表面に付着したインク量が減ってゆき最終的にはノズル口にかかる部分での表面のインクはすべてノズル内部に引き込まれてしまう。このような過程を経ることにより、正常吐出の状態に回復すると考えられる。
以上二つの傾向について、その記録結果を図を参照して説明する。
図49は正常にインクが吐出された記録結果を示す図であり、図50〜図51は上記二つの特有な傾向を呈する記録結果を示す図である。
図50は1ノズルのみ単独で吐出不良が発生し(図中のE列)、記録途中で正常吐出に(図中のE列15行目から16行目で)回復してしまう状態を示した図である。また、図51はまとまったノズル群(図中のD列〜H列)で吐出不良が発生している状態を示した図である。図51において、D列、E列、H列は、一部のノズルが正常吐出に回復してしまう状態が示されている。
ここで、図50〜図51に示す状態に図56に示す処理を適用した記録結果が、図52〜図53である。
図52に示す例では、A列1行目、E列2行目、I列3行目……と、吐出不良判定を行なう。
その判定の結果、A列1行目は正常判定、E列2行目では処理はステップS402に進み「ノズル表面のインク付着による吐出異常判定」となり、その後、ステップS403における警告や回復処理の過程に進み、記録が中断してしまうこともある。もし、そのまま記録を続けていれば正常吐出に戻った可能性があったのに、1ノズルの1回の判定で厳格に吐出不良と判定してしまうことになる。
図53に示す例でも、同様にA列1行目、E列2行目、I列3行目……と、吐出不良判定を行なう。その判定の結果、A列1行目は正常判定、E列2行目で「ノズル表面のインク付着による吐出異常判定」となる。もしその時の処理として「警告のみ」であるなら、次にI列3行目の判定へ進み、そこでは正常判定となり、その後も判定が続けられる。この場合、「D列〜H列」の多くの吐出不良を見逃してしまうことになる。
ここで、この実施例に従う吐出不良判定について、図57に示すフローチャートを参照して説明する。なお、図57において、既に図56を参照して説明したのと同じ処理ステップには同じステップ参照番号を付し、その説明は省略する。
ステップS401で1つのノズルで異常を検知すると、ステップS401aに進み、そのノズルの周囲のノズルの1つを同様に判定する。ここで、吐出異常を検出すると、ステップS401cで異常のノズルの数をカウントし、その後処理はステップS401bへ進む。ステップS401bでは、周囲のnノズル(例えば、8ノズル)の判定を終えたか否かを調べる。ここで、周囲nノズルの判定未完了の場合、処理はステップS401aへ戻り同様の処理を繰り返す。
このようにして周囲8ノズルを判定した後、処理はステップS401dへ進み、異常ノズルの数が判定値(例えば、3ノズル)以上か否かをさらに調べる。ここで、異常ノズル数が3ノズル未満の場合は、処理はステップS403aへ進み、「警告または回復処理等 その1」の処理を行なう。これに対して、異常ノズル数が3ノズル以上の場合は、ステップS402へ進み、吐出不良と判定する。その後、ステップS403bで「警告または回復処理等 その2」の処理を行なう。
ここで「警告または回復処理等 その1」とは、異常ノズル数が3個未満の場合に行なう処理であり、「とくに何もしない」という処理も含めて何らかの処理を行なう。また「警告または回復処理等 その2」とは、異常ノズル数が3個以上の吐出不良の場合に行なう処理であり、何らかの(ノズル表面のインク付着による吐出不良に対応した)処理を行なう。
さて、図50〜図51に示す状態に、図57に示す処理を適用した記録結果が、図54〜図55である。
図54に示す例では、A列1行目・E列2行目・(予定では)I列3行目……と判定を行なう。A列1行目は正常判定、E列2行目で「ノズル表面のインク付着による吐出異常判定」となり、ステップS401aの周辺ノズルの判定過程へ進む。そして、隣のF列3行目を判定し正常判定、次にG列4行目を判定し正常判定という結果が得られる。同様に、H列5行目、I列6行目まで判定後、反対側のD列7行目を判定し正常判定という結果が得られる。同様に、C列8行目、B列9行目、A列10行目まで判定する。これで左右に4ノズルづつ、計8ノズルの判定を終える。そして、ステップS401dで異常ノズル数をカウントする。図54に示す例では、その数は8個中ゼロなので、ステップS403aで「警告または回復処理等 その1」の処理を行い一連のフローを終了する。このように、図54の例では、例えば、警告のみ発し、記録動作は中断せず、そのまま記録を続けることができる。
図55に示す例では、A列1行目、E列2行目・(予定では)I列3行目……と判定を行なう。A列1行目は正常判定、E列2行目で「ノズル表面のインク付着による吐出異常判定」となり、ステップS401aの周辺ノズルの判定過程へ進む。そして、まず隣のF列3行目を判定し異常判定、次にG列4行目を判定し異常判定という結果が得られる。同様に、H列5行目は異常、I列6行目は正常と判定し、その後、反対側のD列7行目を判定し異常判定という結果が得られる。同様に、C列8行目は正常、B列9行目は正常、A列10行目は正常という判定結果が得られる。このようにして左右に4ノズルづつ、計8ノズルの判定を終える。
そして、ステップS401dでは異常ノズル数をカウントする。図55に示す例では、その数は8個中4個なので、処理はステップS402、S403bと進み「警告または回復処理等 その2」の処理を行なう。
図55に示す例の場合は、トータル5ノズルが「ノズル表面のインク付着による吐出異常判定」となるので、例えば、記録動作を中断し、記録ヘッドのワイピング等の回復処理を行なう。
以上説明したようにこの実施例に従えば、ノズル表面のインク付着による吐出異常に特有な傾向に考慮した判定方法を適用することにより、(自然に回復する可能性のある)軽微な吐出不良は許容したり、インク付着の範囲の大きさを検出することが可能になる。これにより、吐出不良の程度に応じた対応(記録を中断して何らかの処理を行なうなど)を施すことが可能となる。従って、画像に与える影響に応じた判定をなすことができるようになる。
また、以上の実施例において、記録ヘッドから吐出される液滴はインクであるとして説明し、さらにインクタンクに収容される液体はインクであるとして説明したが、その収容物はインクに限定されるものではない。例えば、記録画像の定着性や耐水性を高めたり、その画像品質を高めたりするために記録媒体に対して吐出される処理液のようなものがインクタンクに収容されていても良い。
以上の実施例は、特にインクジェット記録方式の中でも、インク吐出を行わせるために利用されるエネルギーとして熱エネルギーを発生する手段(例えば、電気熱変換体やレーザ光等)を備えている。そして、その熱エネルギーによりインクの状態変化を生起させることにより記録の高密度化、高精細化を達成している。
本発明の代表的な実施例であるインクジェット記録装置の構成の概要を示す外観斜視図である。 温度検知素子(センサ)を備えたインクジェット記録ヘッドのヘッド基板の模式的に示した部分平面図である。 温度検知素子(センサ)を備えたインクジェット記録ヘッドのヘッド基板の模式的に示した部分断面図である。 図1に示す記録装置の制御構成を示すブロック図である。 正常インク吐出時のインク−耐キャビテーション膜界面での温度プロファイルを示す図である。 正常インク吐出時の温度センサでの温度プロファイルを示す図である。 各吐出異常状態のときのセンサ温度の時間変化を示す図である。 ノズル内に気泡が残留したことにより引き起こされた吐出異常時のノズル内の状態の模式図である。 流路に不純物が堆積しインク再充填が正常に行われなかったために起こった吐出異常時のノズル内の状態の模式図だえる。 ノズル表面に付着したインクによって起こった吐出異常時のノズル内の状態の模式図である。 本発明の実施例1に従うノズルの不吐判定処理を示すフローチャートである。 各吐出異常状態のときのセンサ温度の時間変化を示す図である。 吐出口に不純物が詰まったことにより生じた吐出異常時のノズル内の状態の模式図である。 本発明の実施例2に従うノズルの不吐判定処理を示すフローチャートである。 各吐出異常状態のときのセンサ温度の時間変化を示す図である。 本発明の実施例3に従うノズルの不吐判定処理を示すフローチャートである。 不吐判定を行っている際のセンサ温度の時間変化を示す図である。 本発明の実施例4に従うノズルの不吐判定処理を示すフローチャートである。 本発明の実施例4に従うノズルの不吐判定を行っている際のセンサ温度の時間変化を示す図である。 ノズル温度推定演算におけるノズル初期温度、ノズル予想最高到達温度の演算表の図である。 ノズル不吐判定演算におけるノズル初期温度、ノズル予想最高到達温度、不吐判定閾値の演算表の図である。 ノズル初期温度によるノズル到達最高温度の変化を説明するための図である。 ノズル初期温度による不吐判定閾値の変化を説明するための図である。 ノズル初期温度による不吐判定閾値の変化を説明するための図である。 不吐判定を説明するための図である。 本発明の実施例5に従うノズルの不吐判定処理を示すフローチャートである。 本発明の実施例5に従うノズルの不吐判定を行っている際のセンサ温度の時間変化を示す図である。 本発明の実施例6に従う抵抗値測定回路の構成を示すブロック図である。 従来の抵抗値測定回路の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例7に従う抵抗値測定回路の構成を示すブロック図である。 従来の抵抗値測定回路の別の構成を示すブロック図である。 ダブルパルス駆動方式を説明する図である。 不吐判定を行っている際のインク−耐キャビテーション膜界面温度の時間変化を示す図である。 不吐判定を行っている際のセンサ温度の時間変化を示す図である。 本発明の実施例8に従うノズルの不吐判定処理を示すフローチャートである。 本発明の実施例8に従うノズルの不吐判定を行っている際のセンサ温度の時間変化を示す図である。 本発明の実施例8で用いるノズル温度推定演算におけるノズル初期温度、ノズル予想最高到達温度の演算表の図である。 本発明の実施例8で用いるノズル不吐判定演算におけるノズル初期温度、ノズル予想最高到達温度、不吐判定閾値の演算表の図である。 本発明の実施例8に従う、ノズル初期温度の違いによる最高到達温度の変化を説明するための概略図である。 本発明の実施例8に従う、ノズル初期温度の違いによるノズル内温度変化を説明するための図である。 本発明の実施例8に従う、駆動条件の違いによる最高到達温度の変化を説明するための概略図である。 本発明の実施例8に従う、駆動条件の違いによるノズル内温度変化を説明するための図である。 本発明の実施例8に従う、不吐判定を説明するための図である。 本発明の実施例9に従うノズルの不吐判定処理を示すフローチャートである。 本発明の実施例9に従う、ノズル不吐判定演算におけるノズル初期温度、ノズル予想最高到達温度、不吐判定閾値の演算表の図である。 実施例10に従う記録画像と記録ヘッドの動作状況を示す図である。 実際の記録で発生する吐出不良の例を示す図である。 1回の記録動作による吐出不良判定方法を適用した場合を説明する図である。 実施例10に従う吐出不良判定方法を適用した場合を説明する図である。 判定手順Aによる吐出不良判定処理を示すフローチャートである。 判定手順Bによる吐出不良判定処理を示すフローチャートである。 正常なインク吐出がなされた場合の記録結果を示す図である。 1ノズルが吐出不良になった場合の記録結果を示す図である。 5ノズルが吐出不良になった場合の記録結果を示す図である。 1ノズルが吐出不良になった場合の実施例1〜3の判定方法を適用して得られた記録結果を示す図である。 5ノズルが吐出不良になった場合の実施例1〜3の判定方法を適用して得られた記録結果を示す図である。 1ノズルが吐出不良になった場合の実施例11に従う判定方法を適用して得られた記録結果を示す図である。 5ノズルが吐出不良になった場合の実施例11に従う判定方法を適用して得られた記録結果を示す図である。 実施例1〜3に従うノズル表面のインク付着による吐出異常判定処理を包括的に示したフローチャートである。 実施例11に従うノズル表面のインク付着による吐出異常判定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 吐出口
3 ヒータ
4 端子
5 センサ(温度検知素子)
10 ヒータボード
12 記録媒体
21 Si基板
22 蓄熱層
23 個別配線
24 層間絶縁膜
25 パシベーション膜
26 耐キャビテーション膜
400 CPU
401 ROM
402 RAM
403 画像入力部
404 画像信号処理部
405 メインバス
406 操作部
407 回復処理制御部
408 回復処理モータ
409 ブレード(クリーニング)
410 キャップ
411 吸引ポンプ
413 記録ヘッド温度制御回路
414 記録ヘッド駆動制御回路
501 電気熱変換体(ヒータ)
502 温度検知素子(センサ)
503 スイッチング素子(SW素子)
504 定電流源
505 A/D変換器
506 メモリ
507 デコーダ
512 ANDゲート
513 ラッチ
514 比較器

Claims (11)

  1. インクを吐出する複数のノズルと、前記複数のノズル各々に対応して設けられた複数の電気熱変換体と、前記複数の電気熱変換体各々に対応して温度を検出する複数のセンサと備えたインクジェット記録ヘッドを用い、前記複数のノズルからインクを吐出して記録媒体に記録を行う記録装置であって、
    前記複数のセンサからの出力に基づいて、前記複数の電気熱変換体各々の温度を測定する測定手段と、
    前記複数の電気熱変換体各々に通電することにより生じる前記複数の電気熱変換体各々の温度変化のプロファイルに基づいて、記録動作実行中の予め定められたタイミングにおける前記電気熱変換体の温度を予測する予測手段と、
    前記予測手段により予測された温度と前記インクジェット記録ヘッドの駆動条件とに基づいて、前記ノズルの状態に対応した複数の閾値を生成する生成手段と、
    前記予め定められたタイミングで前記測定手段による温度測定を実行するよう制御する測定制御手段と、
    前記測定制御手段による制御により前記測定手段により測定された温度と前記生成手段により生成された複数の閾値各々とを比較する比較手段と、
    前記比較手段による比較結果に基づいて、前記ノズルの状態を特定する特定手段とを有し、
    前記予め定められたタイミングとは、前記ノズルにインクが再充填される直前、前記ノズルへのインク再充填中の内のいずれかを含むことを特徴とする記録装置。
  2. 前記特定手段により特定された前記ノズルの状態に基づいて、前記インクジェット記録ヘッドの回復処理を行う回復手段と、
    前記特定手段により特定された前記ノズルの状態に基づいて、ユーザに警告を発する警告手段とをさらに有することを特徴とする請求項1に記載の記録装置。
  3. 前記ノズルの状態とは、前記ノズルの表面にインクが付着した状態、前記ノズル内に気泡が残留している状態、前記ノズル内に異物が詰まっている状態、前記ノズル口に異物が詰まった状態、前記ノズルからインクを正常に吐出可能な状態を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の記録装置。
  4. 前記測定制御手段はさらに前記ノズルの初期温度を測定するよう前記測定手段を制御することを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の記録装置。
  5. 前記生成手段は、前記ノズルの初期温度と前記予測手段により予測される最高温度と前記閾値との関係とを示すテーブルを参照して前記閾値を生成することを特徴とする請求項に記載の記録装置。
  6. 前記測定制御手段はさらに前記複数の電気熱変換体の内、駆動信号が入力されてインク吐出を生じさせる電気熱変換体の温度を選択的に測定するよう前記測定手段を制御することを特徴とする請求項に記載の記録装置。
  7. 前記測定手段により測定された温度のデータを格納する記憶手段と、
    前記記憶手段へ駆動信号が入力されてインク吐出を生じさせる電気熱変換体の温度のデータを選択的に記憶させる記憶制御手段とをさらに有することを特徴とする請求項1に記載の記録装置。
  8. 前記インクジェット記録ヘッドをダブルパルスにより駆動制御することが可能な駆動制御手段をさらに有し、
    前記テーブルは、ダブルパルスにより前記インクジェット記録ヘッドを駆動する場合の第1のテーブルと、シングルパルスにより前記インクジェット記録ヘッドを駆動する場合の第2のテーブルとを備え、前記インクジェット記録ヘッドの駆動方式に従って、参照するテーブルを切り換えることを特徴とする請求項に記載の記録装置。
  9. 前記測定制御手段は、同じ電気熱変換体の温度を複数回測定するように、前記測定手段を制御することを特徴とする請求項1に記載の記録装置。
  10. 前記測定制御手段は、前記特定手段により、あるノズルが正常にインクを吐出する状態ではないと特定された場合、前記あるノズルの周辺のノズルの電気熱変換体の温度を測定するよう前記測定手段を制御し、
    前記特定手段は、前記周辺のノズルの状態を特定し、
    前記回復手段は、前記特定手段により特定された前記周辺のノズルの状態に基づいて、前記インクジェット記録ヘッドの回復処理を行い、
    前記警告手段は、前記特定手段により特定された前記周辺のノズルの状態に基づいて、ユーザに警告を発することを特徴とする請求項2に記載の記録装置。
  11. インクを吐出する複数のノズルと、前記複数のノズル各々に対応して設けられた複数の電気熱変換体と、前記複数の電気熱変換体各々に対応して温度を検出する複数のセンサとを備え、前記複数のノズルからインクを吐出して記録媒体に記録を行うインクジェット記録ヘッドのインク吐出不良検出方法であって、
    前記複数のセンサからの出力に基づいて、前記複数の電気熱変換体各々の温度を測定する測定工程と、
    前記複数の電気熱変換体各々に通電することにより生じる前記複数の電気熱変換体各々の温度変化のプロファイルに基づいて、記録動作実行中の予め定められたタイミングにおける前記電気熱変換体の温度を予測する予測工程と、
    前記予測工程において予測された温度と前記インクジェット記録ヘッドの駆動条件とに基づいて、前記ノズルの状態に対応した複数の閾値を生成する生成工程と、
    前記予め定められたタイミングで前記温度測定を実行するよう前記測定工程を制御する測定制御工程と、
    前記測定制御工程における制御により前記測定工程において測定された温度と前記生成工程において生成された複数の閾値各々とを比較する比較工程と、
    前記比較工程における比較結果に基づいて、前記ノズルの状態を特定する特定工程とを有し、
    前記予め定められたタイミングとは、前記ノズルにインクが再充填される直前、前記ノズルへのインク再充填中の内のいずれかを含むことを特徴とするインク吐出不良検出方法。
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