JP5995679B2 - 記録装置 - Google Patents

Description

本発明は記録装置に関し、特に、インクを吐出するために発熱素子（ヒータ）を備えた記録ヘッドを用いる記録装置に関する。

ノズルからインク液滴を吐出させ、紙，プラスチックフィルムその他の記録媒体に付着させるインクジェット記録方式の中で、インクを吐出するために熱エネルギーを発生するヒータを有する記録ヘッドを用いるものがある。この方式に従う記録ヘッドは、例えば、通電に応じて発熱する電気熱変換素子およびその駆動回路などを半導体製造工程と同様の工程を用いて形成できる。従って、ノズルの高密度実装が容易であり記録の高精細化が達成できるなどの利点を有する。

この記録ヘッドでは、異物や粘度が増加したインクなどによるノズルの目詰まり、インク供給経路やノズル内に混入した気泡、あるいはノズル表面の濡れ性の変化などの原因により、記録ヘッドの全部または一部のノズルでインク吐出不良が発生することがある。そのような吐出不良が発生した場合に生じる画像品位の低下を避けるために、インク吐出状態を回復させる回復動作や、他のノズルなどによる補完動作を速やかに実行することが好ましい。しかし、これらの動作を速やかに行うためには、インク吐出状態の判定やその吐出不良発生の判定を正確にかつ適時に行うことが極めて重要な課題となっている。

従って、従来からも、種々のインク吐出状態判定方法や補完記録方法やこれらを適用した装置が提案されている。

特許文献１は、印刷物を検出し欠陥のない画像を得る印刷方法として、検出用の紙に所定パターンを記録し、読取装置によりこれを読取り、異常な記録素子を検出する構成を開示している。特許文献１によれば、異常な記録素子に用いるべき画像データを移動して他の記録素子で用いる画像データに重畳し、補完記録を行うことにより欠陥のない画像が得られるようにしている。

また、特許文献２は、記録媒体幅に対応したフルラインヘッドを用いる構成において、記録媒体幅方向に配列されたノズルの吐出状態を均等にするために、インクが吐出されたか否かを検出する検出手段（読取りヘッド）を設けた構成を開示している。また、特許文献２は、当該検出時のノズルの駆動条件に基づいて適切な制御を設定する構成も開示している。

さらに特許文献３は、インク液滴の吐出を検出する方法として、記録ヘッドのノズル列の一端と他端とにそれぞれ配置された発光素子と受光素子との組みを有する検知手段により、各ノズルからのインク液滴吐出状態を判断する構成を開示している。

また、特許文献４は、インク吐出状態を直接検出するのではなく、ヒータが発生する熱の影響を受ける位置に導体部を配列し、温度に依存して変化する導体部の抵抗値の変化を検知する構成、即ち、インク吐出源側で検出を行う方法を開示している。

またさらに特許文献５は、同じくインク吐出源側で検出を行う構成として、ヒータと温度検知素子とをＳｉ（シリコン）基板等の同一の支持体（ヒータボード）上に設けた構成を開示している。特許文献５はまた、膜状に構成される温度検知素子をヒータの配列領域と重なるように設けることも開示されている。また、特許文献５には、温度変化に応じた温度検知素子の抵抗値変化からインク吐出不良の判定を行う構成を開示している。さらには、成膜プロセスにより膜状の温度検知素子がヒータボード上に形成され、端子を介しワイヤーボンディング等の方法により外部と接続されることも記載されている。

特開平６−０７９９５６号公報 特開平３−２３４６３６号公報 特開平３−１９４９６７号公報 特開昭５８−１１８２６７号公報 特開平２−２８９３５号公報

しかしながら、特許文献１に開示される吐出状態判定方法では、用紙上に記録したチェックパターンの読取結果から吐出不良のノズルを検出するため、判定に先立つチェックパターンの記録が前提となっており、速やかに吐出状態判定を行うことが非常に難しい。また、読取装置を設ける必要があり、その分、記録装置の大型化や高価格化が生じるものとなる。

また、特許文献２、３に開示される構成でも同様に、装置の小型化や低価格化が難しく、また吐出不良が生じたノズルを速やかに検出することも困難である。

特許文献４、５に開示される構成では、特許文献１〜３に係る問題は緩和されるものと考えられる。しかしながら、吐出状態を正確に判定する上ではまだ不十分であり、特に、特許文献５では吐出不良の生じたノズルを正確に特定することもできない。

本発明は上記従来例に鑑みてなされたもので、装置の大型化や高価格化を抑制しつつ、各ノズルの吐出状態の判定や吐出不良発生の判定を正確にかつ適時に実行可能な記録装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために本発明の記録装置は次のような構成を有する。

即ち、インクを吐出するための熱エネルギーを発生するヒータと温度を検出する温度センサとを有する記録ヘッドと、前記ヒータを駆動する駆動手段と、前記駆動手段により前記ヒータを駆動する際に、前記温度センサにより検出される温度の時間変化を監視する監視手段と、前記監視手段により監視される前記ヒータの駆動周期における温度下降過程において、前記ヒータの駆動によってインクが正常吐出された場合に発生する、前記温度センサにより検出される温度の時間変化の特徴点が出現するタイミングを含む予め定められた時間の区間の複数の点の温度を抽出する抽出手段と、前記抽出手段により抽出された温度の時間に関する二次導関数を演算する演算手段と、 前記演算手段により演算された二次導関数の値に基づいて、前記区間についての第１の総和と、前記区間のうちの予め定められた時間までの第２の総和を取得する取得手段と、前記取得手段により取得された第１の総和を、正常吐出を判定するための予め定められた第１の閾値、及び、吐出不良を判定するための予め定められた第２の閾値に基づいて正常吐出、吐出不良について判定し、正常吐出、吐出不良のいずれにも判定できない場合には、さらに、前記第２の総和を、予め定められた第３の閾値に基づいて正常吐出であるか、吐出不良であるかを判定する判定手段とを有することを特徴とする。

また本発明を別の側面から見れば、インクを吐出するための熱エネルギーを発生するヒータと温度を検出する温度センサとを有する記録ヘッドと、前記ヒータを駆動する駆動手段と、前記駆動手段により前記ヒータを駆動する際に、前記温度センサにより検出される温度の時間変化を監視する監視手段と、前記監視手段により監視される前記ヒータの駆動周期における温度下降過程において、前記ヒータの駆動によってインクが正常吐出された場合に発生する、前記温度センサにより検出される温度の時間変化の特徴点が出現するタイミングを含む予め定められた時間の区間の複数の点の温度を抽出する抽出手段と、前記抽出手段により抽出された温度の時間に関する二次導関数を演算する演算手段と、前記演算手段により演算された二次導関数の値に基づいて、前記区間についての第１の総和と、前記区間のうちの予め定められた時間までの第２の総和を取得する取得手段と、前記取得手段により取得された第１の総和を、正常吐出を判定するための予め定められた第１の閾値、及び、吐出不良を判定するための予め定められた第２の閾値に基づいて正常吐出、吐出不良について判定し、正常吐出、吐出不良のいずれにも判定できない場合には、さらに、前記第２の総和が予め定められた第３の閾値を超える時間と第１の時間閾値とに基づいて正常吐出であるか、吐出不良であるかを判定する判定手段とを有することを特徴とする記録装置を備える。

従って本発明によれば、装置の大型化や高価格化を抑制しつつ、ノズル形状のバラツキなどがあっても各ノズルのインク吐出状態の判定を正確に、かつ適時に行うことができるという効果がある。

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主要機構部分を示す斜視図である。 温度検知素子を備えるインクジェット記録ヘッドの基板（ヒータボード）の一部を示す模式的平面図と、そのａ−ａ’線に沿った模式的断面図である。 図２に示したヒータボード上に形成可能な温度センサの他の形状の例を示す模式的平面図である。 図１に示す記録装置を含む記録システムの制御構成を示すブロック図である。 インク正常吐出の場合と吐出不良の場合のそれぞれにおいて、温度センサが検出する温度の時間変化を示す図である。 図５に示す温度の時間に関する二次導関数の時間変化を示す図である。 本発明の第１の方法に従う、吐出不良発生時の二次導関数（ｄ²Ｔ／ｄｔ²）に基づいて定めた閾値と正常吐出時と吐出不良発生時において温度センサによる検出温度の時間変化の二次導関数との関係を示す図である。 本発明の第１の方法に従う、吐出状態判定手順を示すフローチャートである。 特徴点の出現するタイミングが抽出区間に対して０．６μ秒遅い時の温度の時間に関する二次導関数（ｄ²Ｔ／ｄｔ²）を示す図である。 図９に示す温度の時間に関する二次導関数の加算閾値以下を加算開始時間から加算終了時間まで加算したときの累積値の推移を示す図である。 図１０に示す特徴点の出現するタイミングが抽出区間に対して０．６μ秒遅い時の温度の時間変化の二次導関数の推移に中間累積閾値（Ｉth）を加えた図である。 実施例１に従う吐出状態判定手順を示すフローチャートである。 中間時間閾値（ＩＴth）を示す図である。 実施例２に従う吐出状態判定手順を示すフローチャートである。 第１の中間累積値（ｉｓｕｍ１）と第２の中間累積値（ｉｓｕｍ２）とを示す図である。 実施例３に従う吐出状態判定手順を示すフローチャートである。 第２の方法に従う、加算閾値と、正常吐出時と吐出不良発生時の温度センサ１０５による検出温度の二次導関数（ｄ²Ｔ／ｄｔ²）の時間変化との関係を示す図である。 第２の方法に従う吐出状態判定手順を示すフローチャートである。

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ならず、有意無意を問わない。さらに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も問わず、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。従って、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、「記録素子」（「ノズル」という場合もある）とは、特にことわらない限りインク吐出口乃至これに連通する液路及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。

＜記録装置の説明（図１）＞
まず、以下に説明するいくつかの実施例に共通に適用可能なインクジェット記録装置（以下、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インクジェット記録ヘッド（以下、記録ヘッド）を搭載し、インクを記録媒体に吐出して記録を行う記録装置の主要機構部の概要を示す斜視図である。図１に示されるように、記録ヘッド１はキャリッジ３上に搭載され、キャリッジ３はタイミングベルト４の回転に従ってガイドレール６に沿って矢印Ｓで示す方向に往復移動が可能なように案内支持されている。記録ヘッド１は記録媒体２と対向する面に、キャリッジ３の移動方向と異なる方向に配列されたノズル群を有している。そして、記録ヘッド１を搭載したキャリッジ３が矢印Ｓ方向に往復走査する過程で、記録ヘッド１のノズル群から記録データに従ってインクを吐出させることで、記録媒体２に対する記録が行われる。

記録ヘッド１は複数色のインクを吐出することを考慮して複数個数を設けることができるものであり、例えば、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロ（Ｙ）、及び黒（Ｂｋ）のインクを用いた記録が可能である。記録ヘッド１は、インクが収納されているインクタンクを分離可能または分離不能に一体に備えるものであってもよい。また、装置の固定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あってもよい。キャリッジ３には、フレキシブルケーブル８およびコネクタを介して各記録ヘッド１に駆動信号等を伝達するための電気接続部が設けられている。

また、図１には示されていないが、記録ヘッドの移動範囲であって記録媒体２に対する記録範囲外には、記録ヘッドのノズルのインク吐出動作を良好な状態に維持または回復するために用いられる回復ユニットが設けられる。この回復ユニットは公知の構成のものを採用できる。例えば、記録ヘッドのノズル形成面をキャッピングするキャップや、当該キャッピング状態において負圧を作用させることによりノズルからキャップ内にインクを強制排出させるポンプを備えた構成とすることができる。また、画像の記録には寄与しないインクの吐出（予備吐出）を例えばキャップ内に行わせるものであってもよい。

＜記録ヘッドの構成（図２〜図３）＞
図２は温度検知素子を備える記録ヘッドの基板（ヒータボード）の一部を示す模式的平面図とａ−ａ’線に沿った模式的断面図である。

列状に設けられた複数のノズル１０３それぞれよりインクを吐出させるために、駆動パルス信号により電力が供給される。これに応じて電気熱変換素子（以下、ヒータ）１０４が加熱され、例えば、インクに膜沸騰を生じさせることによりインク滴が各ノズルより吐出される。

図２（ａ）の平面図において、１０６はワイヤボンディングにより外部と接続され電力供給を行うための端子、１０５はヒータ１０４と同様の成膜プロセスによりヒータボードに形成された温度検知素子（以下、温度センサ）である。また、１０７は共通液室である。

図２（ｂ）の断面図に示すように、ヒータボードを構成するＳｉ基板１０８には、熱酸化膜ＳｉＯ₂等からなる蓄熱層１０９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温度センサ１０５が配置される。温度センサ１０５はＡｌ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｗ，ＡｌＣｕ等からなる。さらに、Ｓｉ基板１０８には、ヒータ１０４に対する個別配線と、ヒータ１０４とこれに選択的に電力供給を行うための制御回路を接続する配線とを含むＡｌ等の配線１１０が形成される。さらに、層間絶縁膜１１１を介してヒータ１０４、ＳｉＮ等のパシベーション膜１１２および耐キャビテーション膜１１３が半導体製造工程と同様のプロセスにて高密度に積層されて配置される。なお、耐キャビテーション膜１１３には、ヒータ１０４上の耐キャビテーション性を高めるためにＴａ等を用いることができる。

薄膜抵抗体として形成される温度センサ１０５は、それぞれのヒータ１０４の直下（隣接）に分離独立してヒータ１０４と同数、１対１の構成で配置される。各温度センサ１０５に接続される個別配線１１０の一部として構成することができる。これによれば、従来構造を大きく変更することなくヒータボードを製造することができるので、生産上の大きな利点がある。

温度センサ１０５の平面形状は適宜定めることができる。図２（ａ）に示したようにヒータ１０４と同様の寸法を有する矩形状としてもよいし、図３に示すように蛇行形状としてもよい。これによれば、温度センサ１０５の高抵抗化を図り、微小な温度変動でも高い検出値を得ることが可能となる。

＜制御構成（図４）＞
図４は図１に示す記録装置を含む記録システムの制御構成を示すブロック図である。

図４において、１７００はインタフェースであり、ホストコンピュータその他の適宜の形態を有する外部装置１０００から送られてくるコマンドや画像データを含む記録信号を受信する。また、インタフェース１７００から外部装置１０００に対しては、必要に応じて記録装置のステータス情報を送出することができる。１７０１はＭＰＵであり、ＲＯＭ１７０２に記憶された後述する処理手順に対応した制御プログラムや所要のデータに従って記録装置内の各部を制御する。

１７０３は各種データ（上記記録信号や記録ヘッドに供給される記録データ等）を保存するＤＲＡＭである。１７０４は記録ヘッド１に対する記録データの供給制御を行うゲートアレイ（Ｇ．Ａ．）であり、インタフェース１７００、ＭＰＵ１７０１およびＤＲＡＭ１７０３間のデータ転送制御も行う。１７２６は所要のデータを記録装置の電源オフ時にも保存するためのＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリである。

１７０８はキャリッジモータであり、キャリッジ３を図１に示したように矢印方向に往復移動させるために用いられる。１７０９は搬送モータであり、記録媒体２を搬送するために用いられる。１７０５は記録ヘッド１を駆動するヘッドドライバ、１７０６および１７０７はそれぞれ、搬送モータ１７０９およびキャリッジモータ１７０８を駆動するためのモータドライバである。１７１０は回復ユニットであり、上述したキャップや、ポンプ等を備えたものとすることができる。１７２５は操作パネルであり、操作者が記録装置に対して各種設定を行う設定入力部や操作者に対してメッセージを表示する表示部などを有している。１８００は記録媒体の搬送位置などを検出する光学センサである。

＜吐出状態判定の原理＞
本発明が適用される記録ヘッドは、基本的に、インクを吐出するため熱エネルギーを発生する発熱素子（ヒータ）と、その駆動に伴う温度変化を検出する温度検出素子（温度センサ）とを有する。以下に説明する第１の方法ではまず、ヒータ駆動の駆動周期における温度変化において温度センサが検出する温度の下降過程において、インクが正常に吐出された場合に発生する抽出区間の複数の点の温度情報を抽出データとして抽出する。次に、当該抽出データの複数点それぞれにおける温度変化曲線の二次導関数と、加算閾値との差の絶対値の総和を演算する。そして、当該演算された総和（第１の総和）と、予め定められた総和閾値とに基づいて、インクの吐出状態を判定する。

また第２の方法として、複数点の二次導関数それぞれと、加算閾値とを比較し、この比較の結果加算閾値より小さいと判定された点の二次導関数と、加算閾値との差の絶対値の総和を求め、総和閾値とに基づきインク吐出状態を判定する。

その原理について以下に詳述する。

図５は正常にインク吐出が行われている場合（正常吐出）とインク吐出不良が発生した場合（吐出不良）の夫々における温度センサが検出する温度の時間変化を示す図である。

まず、正常吐出の場合の温度変化（実線で示す）について説明する。

図５によれば、ヒータ１０４にパルス状電圧が印加されると、ヒータ１０４の温度が急激に上昇する。それに伴い、インク−耐キャビテーション膜界面の温度も上昇する。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（沸騰）温度に達すると、気泡が生成・成長していく。このとき、気泡の発生により耐キャビテーション膜１１３のヒータ１０４の直上の付近はインクと接していない状態になる。気泡の熱伝導率はインクの熱伝導率と比べ一桁ほど小さいので、ヒータ１０４直上に気泡が存在している状態では、インク側へは熱があまり伝わらない。

電圧パルスの印加が停止されると、温度センサ１０５は最高到達温度を経た後、降温していく。気泡は熱を失うに従い徐々に収縮していくが、気泡内圧力と大気圧とに差が生じることにより、吐出口側から気泡・ヒータボード側へとインクに流れが生じる。その結果、完全に消泡する前に気泡中心上部のインクが耐キャビテーション膜１１３と接触する。熱伝導率の高いインクと耐キャビテーション膜１１３とが接触したことにより、ヒータボードからインクへと熱が流れ、ヒータボード側にある温度センサ１０５は急速に冷却される。よって、温度センサ１０５の検出する温度の下降過程において、急激な冷却速度の変化が生じる。

次に、吐出不良の場合の温度変化（破線で示す）について説明する。

ノズルに塵埃が詰まったり、ノズル近傍のインクが増粘したりすると、インクを吐出することができなくなることがある。この場合でも、図５に示すように、正常吐出時と同様に、ヒータ１０４への電圧パルスの印加に応じて温度が上昇し、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・成長していく。しかしノズルやインク吐出口が塞がれているので、吐出方向側の高い流抵抗により、気泡はインク供給方向上流側へと成長していく。これは時間の経過と共に消滅していくが、吐出によるインクの流れも生じないため、気泡中心上部のインクだけが耐キャビテーション膜１１３と接触するという現象は起きない。よって、インク−耐キャビテーション膜界面は徐々に収縮していき、温度センサ１０５の検出する温度の降温過程において、急激な冷却速度の変化は生じない。よって、急激な冷却速度の変化の有無から、正常吐出の有無を判定することができる。なお、図５に示す温度の降温過程において、正常吐出と吐出不良の温度プロファイルには分岐点がある。これ以降、この分岐点を特徴点という。

図６は、図５に示す温度の時間変化を二階微分した導関数の時間変化を示す図である。

インクの正常吐出の場合には、降温過程において急激な冷却速度の変化があるため、負のピーク（最小値）１４と正のピーク（最大値）１５とが現れる特性がある。これに対し、吐出不良の場合には、これらのピークは現れない。この特徴点は、負のピークと正のピークの近傍に現れる。よって、温度変化を時間に関して二階微分した結果に基づき、例えば負のピーク１４が存在するか否かにより、急激な冷却速度の変化が生じたか否か、即ち、正常な吐出が行われたか否かを検出することが可能となる。

以下、インク吐出状態判定についての幾つかの実施例について説明する。

図７は、第１の方法に従う、加算閾値と、正常吐出時と吐出不良発生時の温度センサ１０５による検出温度変化の二次導関数（ｄ²Ｔ／ｄｔ²）との関係を示す図である。ここで、Ｔは温度であり、ｔは時間である。

正常吐出の場合には、二次導関数に出現する負ピークは吐出不良時の二次導関数より小さい値に、正ピークは大きい値になる。よって、加算閾値を用いずに二次導関数の加算を行うと、負ピークと正ピークとが打消あってしまい、吐出不良時との差があまり現れない。また、温度センサ１０５が検出する温度波形はヘッドやノズルの違いに起因したバラツキを持つ。この方法では、吐出不良時の二次導関数とそのバラツキまでも考慮し、加算閾値を設定し、その閾値以下の部分の総和を求めている。

＜通常の吐出状態判定手順＞
図８は、第１の方法に従う通常の吐出状態判定手順を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ１では、温度監視から得られる温度下降過程において、インクが正常に吐出された場合に発生する温度データ抽出区間内のｋ＋１個の点の温度波形データＴ0，Ｔ1，Ｔ2，……，Ｔkを取得する。なお、ｋの値は求められる吐出状態判定の精度などを勘案して適宜定めることができる。

次に、ステップＳ２では、ステップＳ１で得られた温度波形データを二階微分し、二階微分波形データＤ0，Ｄ1，Ｄ2，……，Ｄk-２を取得する。

ステップＳ２−２では、以下の処理に用いるパラメータｉおよび総和演算に用いる値ｓｕｍをゼロにリセットする。

ステップＳ３では、ステップＳ２で得た二次導関数中の点のデータＤiと加算閾値Ａthとを比較し、Ｄi＜Ａthである場合にはステップＳ４へ進み、Ｄi≧Ａthである場合にはステップＳ５へ進む。これにより、加算閾値Ａthより小さい値の二次導関数の値だけが加算の対象として選択される。

ステップＳ４では、ステップＳ２で得た二次導関数中の点のデータＤiと加算閾値Ａthとの差の絶対値｜Ｄi−Ａth｜をｓｕｍに加算する。

ステップＳ５では、二次導関数中の全ての点のデータに関してステップＳ３の比較が終了しているか否かをパラメータｉに基づいて判定する。そして、肯定判定（ＹＥＳ）であればステップＳ６へと進み、否定判定（ＮＯ）であればステップＳ５−２にてパラメータｉを＋１インクリメントしてステップＳ３へ復帰する。

ステップＳ６では、値ｓｕｍと総和閾値Ｓthとを比較し、ｓｕｍ＞Ｓthであれば正常に吐出していると判定し（ステップＳ６−２）、ｓｕｍ＞Ｓthでなければ吐出不良が発生していると判定する（ステップＳ６−３）。

以上のような吐出状態判定の処理は、適宜のタイミングで、全ノズルについて行うことができる。例えば、これを記録動作中に実行することもできるし、予備吐出に際して実行しても良い。いずれにしても、吐出状態判定は各ノズルのインク吐出動作に伴って実行されるものであるので、これを適時に行うことができるとともに、吐出不良の生じたノズルを正確に特定することも可能となる。また、吐出不良の検出に応じ回復処理を速やかに実行したり、あるいは他のノズルによる記録補完動作を速やかに実行したりすることが可能となる。さらには、最適な駆動パルスの決定、昇温などからの記録ヘッドの保護処理、ユーザへの警告なども迅速に実行できるものとなる。

特徴点が出現するタイミングのバラツキが起こらない場合、吐出不良の場合の総和は、雑音の影響により多少の値を持つことはあるものの、０に近い値となる。一方、正常吐出時には正ピークの影響が除去され、負ピークが総和として算出される。よって、正常に吐出が行われている場合には、吐出不良の場合と比べて総和の値が大きくなる。これらのことから、正常に吐出が行われている場合と吐出不良の場合とを正確に判別することが可能である。

しかし、ノズル形状のバラツキなどが理由で、正常温度波形の特徴点の出現するタイミングのバラツキが起こる。記録装置本体で設定した温度波形抽出時間（区間）とズレが発生する可能性がある。その結果、正常吐出状態の総和は小さくなり、吐出不良状態の総和は大きくなる。そのとき、総和閾値を超えてしまう総和が存在する。その結果、正常判定においても吐出不良判定においても誤った判定をすることがある。

図９は特徴点の出現するタイミングが抽出区間に対して０．６μ秒早い時の温度の時間変化の二次導関数を示す図である。図９によれば、インクの正常吐出の場合、その二次導関数の値は抽出開始時間には加算閾値から下側に離れているため加算値が大きい。一方、吐出不良の場合、その二次導関数の値は抽出終了時間には加算閾値から下側に離れているため、加算値が大きい。

図１０は図９に示す温度の時間変化の二次導関数の加算閾値以下を加算開始時間から加算終了時間まで加算したときの累積値の推移を示す図である。図１０に示すように、インクの正常吐出の場合、加算閾値から離れる抽出開始時間の近くで累積値（ｄＴ／ｄｔ）の変化が大きく、吐出不良の場合、加算閾値からさほど大きく離れない抽出終了時間の近くで累積値（ｄＴ／ｄｔ）の変化が大きい。なお、図１０の累積値（ｄＴ／ｄｔ）は、図８で説明したｓｕｍに対応している。

また、図１０に示すように、抽出終了時間において、正常吐出と吐出不良のバラツキの範囲が重なっているため、バラツキの影響で正常吐出と吐出不良を正しく判定出来ない可能性がある。しかし、中間時間の一部では、正常吐出時と吐出不良時のバラツキが重なっていないため、中間時間において、累積値の比較をすれば、正常吐出と吐出不良を正しく判定することができる。

従って、この実施例では、抽出開始時間から抽出中間時間の間にある中間検出時間までの累積値である中間累積値と予め定めた累積値に対する閾値である中間累積閾値を比較することにより、特徴点が出現するタイミングの変動や吐出状態を判定ことができる。

図１１は図１０に示す特徴点の出現するタイミングが抽出区間に対して０．６μ秒早い時の温度の時間変化の二次導関数の推移に中間累積閾値（Ｉth）を加えた図である。予め定めた時間である中間検出時間において、予め定めた中間累積閾値よりも累積値（ｄＴ／ｄｔ）が大きければ正常吐出と判定し、小さければ吐出不良と判定する。

＜吐出状態判定手順＞
図１２は、実施例１に従う吐出状態判定手順を示すフローチャートである。

まずステップＳ１では、温度下降過程において、インクが正常吐出された場合に発生する特徴点が出現するタイミングを含む所定区間（抽出区間）内のｋ＋１個の点の温度波形データＴ0，Ｔ1，Ｔ2，……，Ｔkを取得する。なお、ｋの値は求められる吐出状態判定の精度などを勘案して適宜定めることができる。

次にステップＳ２では、ステップＳ１で得られた温度データを二階微分し、二次導関数データＤ0，Ｄ1，Ｄ2，……，Ｄk-2を取得する。

ステップＳ２−２では、以下の処理に用いるパラメータｉおよび総和演算に用いるｓｕｍをゼロにリセットする。

ステップＳ３では、ステップＳ２で得た二次導関数のある点のデータＤiと加算閾値（第４の閾値：Ａth）とを比較する。ここで、Ｄi＜Ａthある場合にはステップＳ４へ進み、Ｄi≧Ａthである場合にはステップＳ５へ進む。これにより、加算閾値Ａthより小さい値の二次導関数の値だけが加算の対象として選択される。

ステップＳ4では、ステップＳ２で得た二次導関数の点のデータＤiと加算閾値との差の絶対値｜Ｄi−Ａth｜をｓｕｍに加算する。

ステップＳ５では、二次導関数中の全ての点のデータに関してステップＳ３の比較が終了しているか否かをパラメータ（ｉ）に基づいて判定する。そして、肯定判定（ＹＥＳ）であればステップＳ６へと進み、否定判定（ＮＯ）であればステップＳ５−２へ進む。

ステップＳ５−２では、インクリメント回数が予め定めた中間検出時間（ＩＤＴ）に達したかか否かをパラメータｉに基づいて判定する。そして、肯定判定（ＹＥＳ）であれば、ステップＳ５−３へと進みｓｕｍを中間累積値（ｉｓｕｍ：第２の総和）とし、否定判定（ＮＯ）であれば、そのままステップＳ５−4へ進む。

ステップＳ５−４ではパラメータ（ｉ）を“＋１”インクリメントしてステップＳ３へ戻る。

ステップＳ６では、ｓｕｍと予め定めた正常総和閾値（第１の閾値：Ｎth）とを比較し、ｓｕｍ＞Ｎthであれば、正常吐出と判定し（ステップＳ６−２）、ｓｕｍ≦ＮthであればステップＳ６−３に進む。

ステップＳ６−３では、ｓｕｍsと予め定めた不吐総和閾値（第２の閾値：Ｆth）とを比較し、ｓｕｍ＜Ｆthであれば、吐出不良が発生していると判定し（ステップＳ６−４）、ｓｕｍ≧Ｆthであれば、ステップＳ６−５に進む。つまり、正常総和閾値と不吐総和閾値とを用いても正常吐出とも吐出不良とも判定し難いとき、中間累積値をもちいた処理を実行するのである。、
即ち、ステップＳ６−５では、中間累積値（ｉｓｕｍ）と予め定めた中間累積閾値（第３の閾値：Ｉth）とを比較する。ここで、ｉｓｕｍ＞Ｉthであれば、正常吐出と判定し（ステップＳ６−６）、ｉｓｕｍ≦Ｉthであれば吐出不良が発生していると判定する（ステップＳ６−７）。

なお、中間検出時間（ＩＤＴ）、中間累積値（ｉｓｕｍ）、中間累積閾値（Ｉth）は複数あってもよい。

従って以上説明した実施例に従えば、ノズル形状のバラツキなどが理由で、正常温度波形の特徴点の出現するタイミングのバラツキが生じても、中間累積値を用いることで正確に判定を行うことができる。

図１３は中間時間閾値（ＩＴth：第１の時間閾値）を示す図である。この実施例では、累積値が予め定めた中間累積値を超える抽出中間時間（ＩＴ）が、予め定めた中間時間閾値よりも小さければ正常吐出と判定し、大きければ吐出不良と判定する。

図１４は、実施例２に従う吐出状態判定手順を示すフローチャートである。

図１４と図１２とを比較すると分かるように、この実施例の手順が図１２に示す手順と異なるのは累積に対する閾値の設け方である。即ち、実施例１に従う図１２ではステップＳ５−２で中間検出時間（ＩＤＴ）における中間累積値（ｉｓｕｍ）を判定基準としている。これに対し、この実施例に従う図１４ではステップＳ５−２で、累積値が中間累積値（ｉｓｕｍ）以上となる最初の時間（中間時間：ＩＴ）と比較する。従って、図１４に示す手順は図１２に示した手順と以下の点で異なる。

即ち、ステップＳ２−２で累積値が中間累積値以上を取る最初のパラメータ（ｉ）か否かを示すフラグ（ｆｓｔ）を“１”に設定する。

そして、ステップＳ５−２では中間累積値（ｉｓｕｍ）以上を取る最初のパラメータ（ｉ）かどうか判定する。ここで、肯定判定（ＹＥＳ）であれば、ステップＳ５−３で、ｆｓｔ＝０にリセットし、パラメータ（ｉ）を中間時間（ＩＴ）にセットする。

ステップＳ６−５では中間時間（ＩＴ）と予め定めた中間時間閾値（ＩＴth）を比較する。ここで、ＩＴ＞ＩＴthでなければ、正常吐出と判定し（ステップＳ６−６）、ＩＴ＞ＩＴthであれば、吐出不良が発生していると判定する（ステップＳ６−７）。

なお、判定に用いる中間累積値（ｉｓｕｍ）、中間時間（ＩＴ）、中間時間閾値（ＩＴth）は複数あってもよい。

図１５は第１の中間累積値（ｉｓｕｍ１）と第２の中間累積値（ｉｓｕｍ２）とを示す図である。この実施例では、２つの予め定めた中間累積値を用意し、累積値が各中間累積値を超えた時間差を増幅時間（ＡＴ）とする。そして、増幅時間と予め定めた増幅時間閾値（ＡＴth：第２の時間閾値）を比較し、ＡＴ＜ＡＴthでなければ吐出不良が発生していると判定し、ＡＴ＜ＡＴthであれば正常吐出と判定する。図１５に示す例では、吐出不良の場合の累積値（ｄＴ／ｄｔ）は時刻ｔ＝Ｆ１で第１の中間累積値（ｉｓｕｍ１）を超え、時刻ｔ＝Ｆ２で第２の中間累積値（ｉｓｕｍ２）を超える。従って、この場合の増幅時間（ＡＴ）はＡＴ＝Ｆ２−Ｆ１となる。また、正常吐出の場合の累積値（ｄＴ／ｄｔ）が通常の値より下方にばらついた場合には、時刻ｔ＝Ｓ１で第１の中間累積値（ｉｓｕｍ１）を超え、時刻ｔ＝Ｓ２で第２の中間累積値（ｉｓｕｍ２）を超える。従って、この場合の増幅時間はＡＴ＝Ｓ２−Ｓ１となる。

図１６は、実施例３に従う吐出状態判定手順を示すフローチャートである。

図１６と図１４とを比較すると分かるように、この実施例の手順が図１４に示す手順と異なるのは増幅時間閾値（ＡＴth）である。即ち、実施例２に従う図１４はステップＳ６−５で中間時間閾値（ＩＴth）以上をとる最初の時間から吐出状態を判定しているのに対して、実施例３に従う図１６はステップＳ６−５で増幅時間の長さから吐出状態を判定している。従って、図１６に示す手順は図１４に示した手順と以下の点で異なる。

ステップＳ２−２”では、累積値が第２の中間累積値を超えているかどうかを示す最初のパラメータ（ｉ）であるかどうかを示すフラグ（Ｉｓｔ）を“１”に設定する。ステップＳ５−２ではｓｕｍが予め定めた第１の中間累積値（ｉｓｕｍ１）以上である最初のパラメータ（ｉ）か否かを判定する。ここで、肯定判定（ＹＥＳ）であれば、ｆｓｔ＝０として、パラメータ（ｉ）を第１の中間時間（ＩＴ１）とする（ステップＳ５−３）。これに対して、否定判定（ＮＯ）であれば、ステップＳ５−５に進む。

ステップＳ５−５では、ｓｕｍが予め定めた第２の中間累積値（ｉｓｕｍ２）以上である最初のパラメータ（ｉ）か否かを判定する。ここで、肯定判定（ＹＥＳ）であれば、Ｉｓｔ＝０として、パラメータ（ｉ）を第２の中間時間（ＩＴ２）とする（ステップＳ５―３）。これに対して、否定判定（ＮＯ）であれば、ステップＳ５−４に進む。

ステップＳ５とステップＳ６との間にステップＳ５−１を追加し、ステップＳ５−１では第２の中間時間（ＩＴ２）と第１の中間時間（ＩＴ１）との差を求め、その差を増幅時間（ＡＴ）としている。

そして、ステップＳ６−５では増幅時間（ＡＴ）と増幅時間閾値（ＡＴth）とを比較する。ここで、ＡＴ＜ＡＴthであれば、正常吐出と判定し（ステップＳ６−６）、ＡＴ≧ＡＴthであれば吐出不良が発生していると判定する（Ｓ６−７）。

なお、正常吐出或いは吐出不良を判定するための計算は増幅時間を用いることに限定されるものではなく、例えば、正常吐出と不良吐出の累積値の推移の差を表す計算であれば良い。

また、以上の実施例における総和閾値は複数設けても良いし、正常吐出と吐出不良の各判定において、複数の閾値の使用優先順位を設けても良い。

実施例１〜３では第１の方法を用いたが、ここでは第２の方法を用いる例について説明する。

図１７は、第２の方法に従う、加算閾値と、正常吐出時と吐出不良発生時の温度センサ１０５による検出温度変化の二次導関数（ｄ²Ｔ／ｄｔ²）との関係を示す図である。

図１８は第２の方法に従う吐出状態判定手順を示すフローチャートである。第１の方法に従う手順を示した図８のフローチャートと図１８と比較すると異なるのは、加算閾値と二次導関数との大小関係の比較を行うステップＳ３を除外した点である。従って、第２の方法は第１の方法と比較して、吐出状態判定処理の計算の負荷が軽減されるという利点がある。その他のステップは図８と同様なので、同じステップ参照番号を付し、その説明は省略する。

従って以上説明した実施例に従えば、実施例１〜３と同様の効果を得ることができる。

以上、シリアル記録を行う記録装置に本発明を適用した例について説明した。しかしながら、本発明はフルライン記録ヘッドを用いる記録装置にも適用可能であることは勿論である。かかる記録装置では、記録動作が非常に高速であり、また、一連の記録動作中に記録ヘッドを回復ユニットに位置づけて回復処理を行うことができない。従って、キャップへの予備吐出中や、記録動作中において吐出不良が発生したノズルを速やかに特定し、回復処理や、他のライン状記録ヘッドによる記録の補完を迅速に行う上で、本発明は有効なものである。

Claims (8)

1. インクを吐出するための熱エネルギーを発生するヒータと温度を検出する温度センサとを有する記録ヘッドと、
   前記ヒータを駆動する駆動手段と、
   前記駆動手段により前記ヒータを駆動する際に、前記温度センサにより検出される温度の時間変化を監視する監視手段と、
   前記監視手段により監視される前記ヒータの駆動周期における温度下降過程において、前記ヒータの駆動によってインクが正常吐出された場合に発生する、前記温度センサにより検出される温度の時間変化の特徴点が出現するタイミングを含む予め定められた時間の区間の複数の点の温度を抽出する抽出手段と、
   前記抽出手段により抽出された温度の時間に関する二次導関数を演算する演算手段と、
   前記演算手段により演算された二次導関数の値に基づいて、前記区間についての第１の総和と、前記区間のうちの予め定められた時間までの第２の総和を取得する取得手段と、
   前記取得手段により取得された第１の総和を、正常吐出を判定するための予め定められた第１の閾値、及び、吐出不良を判定するための予め定められた第２の閾値に基づいて正常吐出、吐出不良について判定し、正常吐出、吐出不良のいずれにも判定できない場合には、さらに、前記第２の総和を、予め定められた第３の閾値に基づいて正常吐出であるか、吐出不良であるかを判定する判定手段とを有することを特徴とする記録装置。
2. 前記取得手段は、前記演算手段により演算された二次導関数の値を予め定められた第４の閾値と比較し、前記予め定められた第４の閾値より小さい値をもつ前記二次導関数の値を前記第１の総和と前記第２の総和のための加算の対象として選択する選択手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
3. 前記記録ヘッドはフルライン記録ヘッドであることを特徴とする請求項１又は２に記載の記録装置。
4. 前記記録ヘッドを搭載するキャリッジを往復走査する走査手段をさらに有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の記録装置。
5. インクを吐出するための熱エネルギーを発生するヒータと温度を検出する温度センサとを有する記録ヘッドと、
   前記ヒータを駆動する駆動手段と、
   前記駆動手段により前記ヒータを駆動する際に、前記温度センサにより検出される温度の時間変化を監視する監視手段と、
   前記監視手段により監視される前記ヒータの駆動周期における温度下降過程において、前記ヒータの駆動によってインクが正常吐出された場合に発生する、前記温度センサにより検出される温度の時間変化の特徴点が出現するタイミングを含む予め定められた時間の区間の複数の点の温度を抽出する抽出手段と、
   前記抽出手段により抽出された温度の時間に関する二次導関数を演算する演算手段と、
   前記演算手段により演算された二次導関数の値に基づいて、前記区間についての第１の総和と、前記区間のうちの予め定められた時間までの第２の総和を取得する取得手段と、
   前記取得手段により取得された第１の総和を、正常吐出を判定するための予め定められた第１の閾値、及び、吐出不良を判定するための予め定められた第２の閾値に基づいて正常吐出、吐出不良について判定し、正常吐出、吐出不良のいずれにも判定できない場合には、さらに、前記第２の総和が予め定められた第３の閾値を超える時間と第１の時間閾値とに基づいて正常吐出であるか、吐出不良であるかを判定する判定手段とを有することを特徴とする記録装置。
6. 前記取得手段は、複数の中間累積値と該複数の中間累積値それぞれに達した複数の時間とを求め、
   前記判定手段はさらに、前記複数の時間の差を第２の時間閾値と比較して判定を行うことを特徴とする請求項５に記載の記録装置。
7. 前記記録ヘッドはフルライン記録ヘッドであることを特徴とする請求項５又は６に記載の記録装置。
8. 前記記録ヘッドを搭載するキャリッジを往復走査する走査手段をさらに有することを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の記録装置。

Images