JP6786470B2 - 液体吐出装置、インクジェット記録装置、校正方法、液体吐出装置の制御方法、およびプログラム - Google Patents

液体吐出装置、インクジェット記録装置、校正方法、液体吐出装置の制御方法、およびプログラム Download PDF

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Description

本発明は、種々の液体を吐出可能な液体吐出装置、インクジェット記録装置、校正方法、およびプログラムに関するものである。
液体吐出装置としてのインクジェット記録装置において、液体の吐出ヘッドとしての記録ヘッドの温度に応じて記録ヘッドを制御する場合、記録ヘッド用の温度センサとして、記録ヘッドの基板上に形成可能なダイオードセンサなどが多く用いられる。ダイオードセンサはオフセット公差が大きいため、一般には、サーミスタなどの温度センサによって検出される環境温度を基準にして、ダイオードセンサの検出温度が校正される。その校正値を求める場合には、記録ヘッドの温度が環境温度とほぼ一致していることが前提となる。しかし、例えば、炎天下の車内または寒冷状態の倉庫などから運び出した直後の記録ヘッドを常温状態の記録装置に装着した場合などにおいては、記録ヘッドの温度が環境温度と著しく乖離するため、校正値を速やかに求めることができない。
特許文献1には、一定状態における記録ヘッドの検出温度を2回以上取得し、記録ヘッドの温度が環境温度に充分に近づいたときの記録ヘッド用の温度センサの検出温度を事前に推定し、その温度に基づいて校正値を求める方法が記載されている。また、特許文献2には、記録ヘッドに対するインク充填の前後における記録ヘッドの温度差が所定の閾値よりも大きいときには、記録ヘッドの温度が環境温度に充分に近づいていないと判定して、予め設定した固定値を校正値として設定する方法が記載されている。
特開平7−60994号公報 特開2016−159619号公報
特許文献1の方法において、温度センサの校正値を速やかに求めるために記録ヘッドの2回の温度検出の時間間隔を短くした場合には、推定精度が低下し、一方、その時間間隔を長くした場合には、記録装置が記録可能となるまでに長い時間が掛かってしまう。また、特許文献2の方法において、予め設定した固定値を校正値とした場合に、記録ヘッド用の温度センサ固有のオフセット公差が公正されずに残ってしまう。
本発明の目的は、液体の吐出ヘッドの温度が環境温度に充分に近づいたときの吐出ヘッド用の温度センサの検出温度を短時間で効率よく推定して、吐出ヘッド用の温度センサを速やかに校正することにある。
本発明の液体吐出装置は、液体を吐出可能な吐出ヘッドと、前記吐出ヘッドの温度を検出する第1検出手段と、前記吐出ヘッドの環境温度を検出する第2検出手段と、前記吐出ヘッドに前記液体を充填する充填手段と、前記充填手段によって前記液体が前記吐出ヘッドに充填開始される前の第1時刻t1に前記第1検出手段により検出される第1検出温度T1と、前記充填手段による前記吐出ヘッドへの前記液体の充填後の第2時刻t2に前記第1検出手段により検出される第2検出温度T2との温度差と、前記液体の熱伝導率に比例する比例係数Aと、に基づいて、前記吐出ヘッドの温度が前記環境温度に近づいたときの前記第1検出手段の検出温度を推定検出温度として推定する推定手段と、前記推定手段によって推定された前記推定検出温度と前記第2検出手段が検出した前記環境温度との差に基づいて、前記第1検出手段の校正値を設定する設定手段と、前記校正値に基づいて前記第1検出手段を校正する校正手段と、前記校正手段により校正された前記第1検出手段の検出温度に基づいて、前記吐出ヘッドを制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、液体の充填時における吐出ヘッド用の温度センサの検出温度の変化に基づいて、吐出ヘッドの温度が環境温度に充分に近づいたときの温度センサの検出温度を事前に短時間で効率よく推定することができる。この結果、吐出ヘッドを液体吐出装置に装着した後、吐出ヘッド用の温度センサの検出温度を速やかに校正して、その校正後の検出温度に基づいて吐出ヘッドを制御することができる。
本発明の第1の実施形態におけるインクジェット記録装置の概略斜視図である。 図1の記録ヘッドの斜視図である。 図2の記録ヘッドの温度の検出回路の説明図である。 図1のインクジェット記録装置における制御システムのブロック図である。 図1のインクジェット記録装置におけるインクの供給・排出系の説明図である。 固体と流体との間の熱交換の関する式の説明図である。 固体が異なる流体と熱交換した際の温度変化の説明図である。 ダイオードセンサの検出温度の校正処理を説明するためのフローチャートである。 ダイオードセンサの検出温度の校正値の算出過程における具体的な数値の説明図である。 本発明の第2の実施形態における記録ヘッドの検出温度の微分値の一例の説明図である。 本発明の第2の実施形態における記録ヘッドの検出温度の微分値の他の例の説明図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
(第1の実施形態)
図1から図9は、本発明の第1の実施形態を説明するための図である。
[記録装置の概略構成]
本発明の第1の実施形態におけるインクジェット記録装置の概略斜視図である。本例のインクジェット記録装置は、記録媒体5の記録幅方向における記録ヘッド1の往復移動を伴って画像を記録する、いわゆるシリアル型の記録装置である。
記録ヘッド1は、複数の吐出口からインクを吐出可能なインクジェット記録ヘッドであり、キャリッジ2に着脱可能に搭載される。キャリッジ2は、矢印Xの主走査方向に往復移動する。具体的に、キャリッジ2は、主走査方向に延在するガイドレール3に沿って移動可能に支持されており、ガイドレール3と並行に移動する無端ベルト4に連結されている。キャリッジモータ(CRモータ)の駆動力によって無端ベルト4が往復移動されることにより、キャリッジ2と共に記録ヘッド1が主走査方向に往復移動する。記録媒体5は、搬送ローラ6によって、主走査方向と交差(本例の場合は、直交)する矢印Yの副走査方向に搬送される。詳述するインク供給システム7には、インク色毎に対応する複数の独立したメインタンクが備えられている。インク供給システム7と記録ヘッド1は、インク色に対応する複数の柔軟な供給チューブ8によって接続されている。メインタンク内に収納された各色のインクは、それに対応する記録ヘッド1の各ノズル列に対して、独立して供給することができる。
このようなシリアル型の記録装置は、記録ヘッド1からインクを吐出させつつ、その記録ヘッド1と共にキャリッジ2を主走査方向に移動させる記録走査と、副走査方向への記録媒体5の搬送動作と、を繰り返すことによって、記録媒体5に画像を記録する。また、記録装置の本体には、記録ヘッド1のインク吐出状態を良好に維持するための回復処理装置9が備えられている。回復処理装置9は、記録ヘッド1の吐出口をキャップによって覆うことが可能なキャッピング機構、および記録ヘッド1の吐出口からキャップを介してインクを吸引可能なポンプ機構が備えられている。また、CPU(図3参照)101等が備わる記録装置の主制御部100の近傍には、記録装置内の雰囲気温度(環境温度)を検出するためのサーミスタ(第2温度センサ)10が備えられている。
[記録ヘッド]
図2(a)は、記録ヘッド1の分解の斜視図、図2(b)は、組み立て後の記録ヘッド1の斜視図である。
記録ヘッド1は、図2(a)のように、記録素子ユニット14と、チッププレート15と、支持部材16と、が接合された形態である。記録素子ユニット14は、電気配線シート11、記録素子を備える記録素子基板12、および電気配線シート11の変形を防止する変形防止部材13を含む。本例の記録素子は、インクを吐出させるエネルギーを発生させる吐出エネルギー発生素子を用いて、圧力室内のインクを吐出口から吐出するように構成されている。吐出エネルギー発生素子としては、電気熱変換素子(ヒータ)またはピエゾ素子などを用いることができる。電気配線シート11は、TAB(Tape−Automated Bonding)方式により作製される。記録素子基板12には、記録素子近傍の温度を検出するためのダイオードセンサ(第2検出部)17が配備されている。変形防止部材13は、主としてアルミナ等により形成され、支持部材16は、主として変性PPE(ポリフェニレンエーテル)等により形成されている。チッププレート15は、支持部材16の内部に入り込むように組み合わされるため、その組み立て性が優れている。また、変形防止部材13と支持部材16との間の隙間を封止するために、樹脂製等の封止材が用いられている。
[記録ヘッドの温度の検知回路]
図3は、記録ヘッド1の温度の検知回路の説明図である。本例の回路においては、記録ヘッド1の外部に設けられた定電流回路21によって、記録ヘッド1内のダイオードセンサ17にバイアス電流を供給し、ダイオードセンサ17の順方向電圧を増幅回路22,23により増幅する。この増幅回路23の出力電圧がA/D変換回路25によりデジタルデータに変換され、CPU101は、そのデジタルデータに基づいて記録ヘッド1の温度情報を取得する。
[記録装置本体の制御システム]
図4は、本例の記録装置の本体に搭載される制御システム(制御手段)のブロック構成図である。
主制御部100は、演算、制御、判別、設定などの処理動作を実行するCPU101、およびCPU101によって実行すべき制御プログラム等を格納するROM102を備える。さらに主制御部100は、インクの吐出/非吐出を表す2値の記録データを格納するバッファおよびCPU101による処理のワークエリア等として用いられるRAM103と、入出力ポート104と、を備える。RAM103は、記録動作前後のメインタンクのインク量、およびサブタンクの空き容量等を記憶する記憶手段としても用いることができる。入出力ポート104には、搬送ローラ6を駆動させる搬送モータ(LFモータ)113、キャリッジモータ(CRモータ)114、記録ヘッド1、および回復処理装置9などを駆動する駆動回路105、106、107、および108が接続されている。これらの駆動回路105,106,107,108は、主制御部100により制御される。入出力ポート104には、記録ヘッド1の温度を検出するダイオードセンサ17、キャリッジ2に固定されたエンコーダセンサ111、記録装置内の雰囲気温度(環境温度)を検出するサーミスタ(第1検出部)10などの各種センサ類が接続されている。また、主制御部100は、インターフェース回路110を介してホストコンピュータ115に接続されている。
回復処理カウンタ116は、回復処理装置9によって、記録ヘッド1から画像の記録に寄与しないインクを強制的に排出させた場合に、そのインク量をカウントする。予備吐出カウンタ117は、記録開始前、記録終了時、および記録中の予備吐出により吐出されるインクの量をカウントする。ふち無しインクカウンタ118は、フチ無し記録を行う場合に、記録媒体5の領域外に吐出されるインの量をカウントし、吐出ドットカウンタ119は、記録中におけるインクの吐出数をカウントする。
記録動作に際しては、まず、ホストコンピュータ115からインターフェース回路110を介し受信した記録データをRAM103のバッファに展開する。そして、記録動作が指示されることにより、搬送ローラ6が作動して、記録媒体5が記録ヘッド1と対向する位置へ搬送され、キャリッジ2がガイドレール3に沿って主走査方向に移動される。キャリッジ2の移動に伴って、記録ヘッド1が吐出口からインクを吐出することにより、1バンド分の画像が記録媒体5に記録される。その後、搬送ローラ6により、記録媒体5が副走査方向に1バンド分だけ搬送される。このような動作を繰り返すことにより、記録媒体5に所定の画像が記録される。
キャリッジ2の移動位置は、キャリッジ2の移動に伴ってエンコーダセンサ111から出力されるパルス信号を主制御部100がカウントすることにより検出される。すなわち、主走査方向に沿って配備された不図示のエンコーダフィルムには検出部が一定の間隔で形成されており、エンコーダセンサ111は、その検出部をが検出し、キャリッジ2の移動に応じたパルス信号を出力する。主制御部100、そのパルス信号をカウントすることにより、キャリッジ2の移動位置を検出する。キャリッジ2のホームポジションへの移動、および他の位置への移動は、エンコーダセンサ111からの信号に基づいて制御される。
[インク供給システム]
図5は、記録装置におけるインクの供給・排出系の説明図である。
インクタンク30内のインクは、インク供給部31Aから、供給管32、ジョイント33、圧力室34、供給管35、および供給弁36を経由して記録ヘッド1に供給される。インクタンク30と圧力室34との間の弁37、および圧力室34と供給弁36との間の弁38は、必要に応じて開閉される。圧力室34には、一定量以下のインクを溜め込むことができる。ポンプ39は、圧力室34内を減圧することにより、インクタンク30から圧力室34内にインクを吸い出し、また圧力室34内を加圧することにより、圧力室34内に溜め込まれたインクを記録ヘッド1に供給する。本例のインクタンク30は、少なくとも一部が可撓性部材によって形成されたインク収容部30Aと、圧力導入部31Bを通してポンプ31Cに連通される圧力調整可能な圧力調整部30Bと、を含む。ポンプ31Cを用いて圧力調整部30B内に圧力を制御することにより、インク収容部30A内のインク量に変化に拘わらず、そのインクの圧力を所定の範囲内に制御することができる。
記録ヘッド1から吐出された記録に寄与しないインク(廃インク)は、キャップ41および予備吐出口42に集められてから、廃インク回収管43を経由して廃インク溜め44に貯留される。キャップ41は、記録媒体上の記録領域から主走査方向の一方側に外れた位置に配備されており、非記録時に記録ヘッド1における吐出口の形成面(吐出口面)を保護・保湿するために用いられる。また、キャップ41は、記録開始前および記録中に予備吐出されたインクを受けるため、および記録ヘッド1の吐出口からインクを吸引する吸引回復動作のためにも用いられる。予備吐出によりキャップ41内に溜まった廃インクは、吸引ポンプ45により回収されて、廃インク回収管43を経由して廃インク溜め44に貯留される。
吸引回復動作時には、記録ヘッド1の吐出口面にキャップ41が密着し、吸引ポンプ45によって、記録ヘッド1の吐出口からキャップ41内にインクが吸い出され、そのインクが廃インク回収管43を経由して廃インク溜め44に貯留される。予備吐出口42は、記録媒体上の記録領域から主走査方向の他方側に外れた位置、つまりキャップ41とは反対側の位置に配備され、もしくは、記録媒体上の記録領域の外の任意の位置に配備される。予備吐出口42に溜まった廃インクは、重力により、廃インク回収管43を経由して廃インク溜め44に貯留される。
記録ヘッド1のインク収容部を構成する壁の一部は、可撓性膜46により構成されている。可撓性膜46は、インクの消費に伴う記録ヘッド1内の圧力変化に応じて伸縮し、その伸縮は、可撓性膜46に連結されたアーム47を介して、供給弁36の弁体36Aに伝達される。供給弁36は、弁座36Bに対して、弁体36Aが可撓性膜46の伸縮に連動して図5中の上下方向に変位することにより、インク供給管35と記録ヘッド1との接続部を開閉する。これにより、記録ヘッド1からのインクの消費に応じて、記録ヘッド1にインクが供給される。
[温度の推定方法]
本実施形態においては、記録ヘッドの温度と環境温度とに差がある場合に、記録ヘッドの温度が環境温度にまで充分に近づくまで待つことなく、記録ヘッドの温度が周囲の流体の温度に充分に近づいたときのダイオードセンサ17の検出温度を事前に推定する。このような検出温度の推定は、下記のような理論に基づくものである。
図6(a)の式1はニュートンの冷却法則の式であり、この式1によって、固体(記録ヘッド)と、その周囲の流体(空気)と、の間の熱交換が説明できる。式1において、Q[J]は固体の熱量、t[sec]は時間、S[m2]は固体の表面積、T[K]は固体の温度、Tm[K]は流体の温度、α[W/(m2・K)]は固体と流体の間の熱伝達率である。この式1は、固体と流体との間の温度差が大きいほど、また固体の表面積が大きいほど、また熱伝達率αが大きいほど、固体の熱量Qの時間変化が大きいことを意味する。式1において、右辺の負号は、高温から低温へ熱エネルギーが移動することを意味する。なお、熱伝達率αは、物性値ではなく、同じ種類の流体であってもその流量などによって変化する。一般的には、流体が空気よりも水である場合の方が熱伝達率αは大きく、また自然対流よりも強制対流の方が熱伝達率αは大きい。そのため、空気の自然対流の場合の熱伝達率αよりも、水の強制対流の場合の熱伝達率αの方が大きい。
図6(b)の式2は、比熱容量の定義式である。質量m[kg]の物質に、熱量Q[J]を与えたときの温度変化T[K]から、比熱容量c[J/(Kg・K)]が定義される。図6(c)の式3は、式2を用いて式1から熱量Q[J]を消去して、固体の温度T[K]を時間t[sec]の関数で表したものである。式3は、固体の温度の時間変化は、固体と流体との間の温度差と、比例係数βと、に比例することを意味する。比例係数βは、図6(d)の式4によって定義した。固体の表面積、質量、および比熱容量を固定すれば、比例係数βは熱伝達率αに比例する。図6(e)の式5は、式3の微分方程式を、時間t=t0で固体の温度T=T0境界条件で解いたものである。これにより、任意の時間tにおける固体の温度Tが求められる。
図7は、式5を用いて、固体(記録ヘッド)の周囲の流体を気体(空気)または液体(インク)として、その固体の温度の経時変化の説明図である。具体的な条件として、時間t=0における記録ヘッド1の初期温度T0を40[℃]とし、記録ヘッド1の周囲の流体の温度Tmを25[℃]とする。また、空気の比例係数βは0.0018とし、インクの比例係数βは0.018とした。固体の表面積、質量、および比熱容量が同じ、かつ流体が同じとした場合、比例係数βは、空気およびインクの熱伝達率αに比例することになる。初期温度T0の固体が流体の温度Tmとほぼ一致するまでの時間は、流体が空気の場合は、図7中の曲線C1のように1時間程度であり、一方、流体がインクの場合は、図7中の曲線C1のように5分程度となる。
次に、検出時間がずれた2つの時点における固体の温度の検出データに基づいて、その固体の周囲における流体の温度を推定する方法について説明する。
図6(g)の式7は、図6(c)の微分方程式3を次の境界条件で解いたものである。その境界条件は、時間t1(t=t1)における固体の温度を第1検出温度T1(T=T1)とし、時間t2(t=t2)における固体の温度を第2検出温度T2(T=T2)とした。説明の便宜上、検出時間の間隔をΔt(Δt=t2−t1)とし、また固体の温度変化をΔT(ΔT=T1−T2)として、図6(f)の式6のように、係数A、Bを定義した。これらの係数A、Bは、比例係数βと時間間隔Δtのみの関数であり、常に、A+B=1の関係となる。また流体の熱容量が充分に大きければ、その流体の温度の変化は無視することができる。
図6(h)の式8は、ΔT=T1−T2およびA+B=1の関係により、式7から係数BとT2を消去したものである。流体の温度Tmは、温度T2、係数A、および固体の温度変化ΔTによって表すことができる。係数Aは、比例係数βと時間間隔Δtのみの関数である。比例係数βは、固体の種類、流体の種類、流体の流速、および流体の圧力が同じであれば一定とみなすことができ、時間間隔Δtを一定間隔に固定したときの係数とすることができる。つまり、実験によって比例係数βを測定しておけば、係数Aを求めることができる。例えば、図6(i)の式9のように、温度の検出ポイントの数を増やして平均処理することにより、流体の温度の推定精度は向上する。なお、検出時間の間隔Δtから比例係数A,Bが計算できるため、温度変化Δtは一定である必要はない。
本実施形態においては、ダイオードセンサ17による記録ヘッド(固体)1の検出温度から、記録ヘッド1の温度が周囲の流体の温度に充分に近づいたとき(流体温度に充分に馴染んだとき)のダイオードセンサ17の検出温度を事前に推定する。すなわち、校正前のダイオードセンサ17による任意の時間における2回以上の検出温度に基づいて、記録ヘッド1の温度が周囲の流体の温度に充分に近づいたときのダイオードセンサ17の検出温度を事前に推定することができる。具体的には、図6(h)の式8を用い、記録ヘッド1の検出温度の差ΔTから、記録ヘッド1の温度が周囲の流体の温度に充分に近づいたときのダイオードセンサ17の検出温度を事前に推定することができる。その推定したダイオードセンサ17の検出温度と、環境温度と、の差から、ダイオードセンサ17の検出温度の校正値を求めることができる。したがって、記録ヘッド1の温度と環境温度との間に差が生じている場合に、記録ヘッドの温度が環境温度にまで充分に近づくまで待つことなく、ダイオードセンサ17の検出温度の校正値を求めることができる。
(ダイオードセンサの検出温度の校正処理)
図8は、ダイオードセンサ17の検出温度の校正処理を説明するためのフローチャートである。
ダイオードセンサ17による記録ヘッド1の検出温度をT、サーミスタ10による記録装置内の雰囲気の検出温度(環境温度)をTm、ダイオードセンサ17の検出温度の校正値をTadj、校正後の記録ヘッド1の温度をThと定義する。また、異なるタイミングt1、t2におけるダイオードセンサ17による記録ヘッド1の検出温度Tは、T1、T2とする。このように、異なるタイミングにおける検出温度Tは添え字を用いて区別し、その添え字は、数字が小さいほど早いタイミングとする。
まず、ダイオードセンサ17による記録ヘッド1の検出温度T1を読み取る(ステップS1)。その検出温度T1は、記録ヘッド1が装着された後であって、かつ記録ヘッド1に対するインクの初期充填が実施される前の検出温度である。次に、記録ヘッド1に対してインクを所期充填する(ステップS2)。記録ヘッド1を交換した場合、このようなインクの初期充填は必須であるため、不必要な時間の増加はない。
記録ヘッド1に対するインク初期充填は、次のような一連の動作によって実施される。
まず、図4のインクタンク30から供給管32へインクを導出するために、ポンプ39によって圧力室34内を減圧する。すなわち、弁37を開いて、圧力室34内を減圧させるようにポンプ39を作動させることにより、インクタンク30から導出されたインクが圧力室34に貯留される。圧力室34内にインクが所定の閾値まで貯留されたときに、圧力室34内の減圧を停止させて、弁37を閉じる。次に、圧力室34内を加圧させるようにポンプ39を作動させ、圧力室34に貯留されたインクを所定の圧力まで加圧する。キャップ41を記録ヘッド1の吐出口面に密着させてから、吸引ポンプ45を作動させることにより、吐出口を介して記録ヘッド1の内部を減圧する。そして、弁38を開くことにより、圧力室34内のインクを記録ヘッド1内に供給することができる。所定量のインクが記録ヘッド1内に供給されてから、吸引ポンプ45を停止させて、キャップ41を記録ヘッド1から離す。記録ヘッド1内の負圧に応じて供給弁36が閉じるまで記録ヘッド1内にインクが供給された後に、インクの供給が停止する。このような一連の動作により、記録ヘッド1に対するインクの初期充填が完了する。
このような図8のインクの充填動作(ステップS2)の後、ダイオードセンサ17による記録ヘッド1の検出温度T2を読み取る(ステップS3)。その検出温度T2は、インクの所期充填が実施された後の記録ヘッド1の検出温度である。その後、インク充填の前後における検出温度T1,T2の差ΔT(T1−T2)を算出する(ステップS4)。温度差ΔTは、記録ヘッド1の温度が環境温度よりも高い場合には、記録ヘッド1の温度が時間の経過と共に下がるためプラスとなり、記録ヘッド1の温度が環境温度よりも低い場合には、記録ヘッド1の温度が時間の経過と共に上がるためマイナスとなる。
次に、前述したように、図6(h)の式8を用いて、記録ヘッド1の温度が環境温度に充分に近づいたときのダイオードセンサ17による記録ヘッド1の推定検出温度Teを事前に推定する(ステップS5)。式8中の係数Aは、前述したように温度検出の時間間隔Δtの関数であるが、インクの充填時間は一定と見なすことができるため定数となる。すなわち、検出温度T1、T2が分かれば、記録ヘッド1の温度が環境温度に充分に近づいたときのダイオードセンサ17による記録ヘッド1の検出温度Teを事前に推定することができる。
その後、記録ヘッド1の環境温度Tmを読み取る(ステップS6)。環境温度Tmの検出方法は、本例のようにサーミスタ10(図1参照)を用いる方法に限定されず、例えば、インク流路中の温度センサなどを用いてもよい。一般的に、サーミスタ10の検出精度は、ダイオードセンサ17の検出精度よりも高いため、ダイオードセンサ17の検出温度の校正値を求めるための基準とすることができる。その後、推定した検出温度Teと、環境温度Tmと、の差から、ダイオードセンサ17の検出温度の校正値Tadjを算出する(ステップS7)。したがって、その後におけるダイオードセンサ17の検出温度Tに対して、その校正値Tadjを加えることにより、記録ヘッド1の検出温度Tを校正することができる(ステップS8)。校正後の検出温度Th(=T+Tadj)であり、その後におけるダイオードセンサ17の検出温度Tを校正して検出温度Thとすることにより、その校正後の検出温度Thを記録ヘッド1の駆動制御に用いることができる。
[温度推定における誤差の影響に関する説明]
次に、図3を用いて、上述したように推定する検出温度(推定検出温度)の精度について説明する。ダイオードセンサ17の検出温度の校正値を求める主な目的は、ダイオードセンサ特有のオフセット誤差を校正するためである。
ダイオードセンサ17のオフセット誤差をEofsとする。本例の場合、ダイオードセンサ17の順方向電圧Vfと検出温度との関係は2.1mV/℃であり、その電圧Vfは、増幅回路22および23により2倍および5倍に増幅されて、合計10倍に増幅される。その増幅された電圧Vfと検出温度との関係は、A/D変換回路25に入力される段では21mV/℃となる。オフセット誤差Eofsは順方向電圧Vfに対して±25mVであり、これを検出温度に換算すると、2.1mV/℃の関係から±11.9℃となる。オフセットEofsは、系統誤差すなわち固体ばらつきによるものであり、変動しない。
A/D変換回路25によるA/D変換誤差をEadとする。A/D変換回路25の入力電圧レンジは3.3Vとし、分解能を10bitとする。検出温度レンジは、入力電圧レンジを増幅後の電圧Vf電圧によって割ることにより得られて、157℃(=3.3V ÷ 21mV/℃)となる。また、アナログ値をデジタル値に量子化する際の分解能は、検出温度レンジを分解能で割ることにより得られて、0.15℃(=157℃÷1024)の単位となる。A/D変換誤差Eadは偶然誤差であるため、検出条件などによって変動する。
図9は、流体が空気およびインクの場合の、ダイオードセンサの検出温度の校正値の算出過程における具体的な数値の説明図である。
推定検出温度(以下、単に、「推定温度」ともいう)に対する偶然誤差の影響を分かりやすくするために、図9(a)においてはAD変換誤差Eadを0[℃]とし、図9(b)においてはA/D変換誤差Eadを±0.15[℃]とする。また、図9(a),(b)のそれぞれにおいて、A/D変換誤差Eadは、検出温度T1の取得時に+側へ変化し、検出温度T2の取得時に−側に変化すると仮定した。また、オフセット誤差Eofsは、図9(a)、(b)のそれぞれにおいて+3.0[℃]とした。以降、アポストロフィー(‘)の有無によって、「真の値」と「誤差を含む値」とを区別する。例えば、インク充填前の記録ヘッドの温度T1は、「真の値」であればT1であり、「誤差を含む値」であれがT1’となる。また、流体が空気の場合には、インク充填の前後における記録ヘッドの温度差は、インクの代わりに空気との熱交換によるものであるとして読み替えるものとする。
また、以降の説明においては、インク温度が環境温度(記録装置周辺の雰囲気温度)と同じ温度であることを前提とする。インクジェット記録装置の中でも特に大判サイズの記録媒体に記録する記録装置は、画像を記録するためにインクを大量に消費する。そのため、図1のようなシリアル型の記録装置においては、記録ヘッドの対するインクの供給方式として、いわゆるオンキャリッジ方式ではなく、いわゆるチューブ供給方式が多く採用される。オンキャリッジ方式においては、キャリッジ2にインクタンクが搭載され、チューブ供給方式においては、記録装置内の定位置に備わる大容量のインクタンクから、チューブを通して記録ヘッドにインクが供給される。本例のシリアル型の記録装置においてもチューブ供給方式が採用され、図1のように、インク供給システム7における大容量のインクタンクから、供給チューブ8を通して記録ヘッド1にインクが供給される。そのため、インクタンク内のインクの温度は、環境温度に充分に近づいていることが想定される。
図9(a)において、流体がインクの場合には、基体が空気の場合の場合よりも温度変化ΔTが大きく、定数Aの絶対値が小さくなる。その理由は、前述したように、流体がインクの場合には、熱伝導率αが大きいために比例係数βが大きくなるからである。しかし、計算式にしたがって算出した推定温度、つまり環境温度に充分に近づいたときの記録ヘッドの推定温度Te’は、流体の種類(インクおよび空気など)に拘わらず28.0[℃]であり、検出温度の校正値も流体の種類に拘わらず−3.0[℃]である。予め設定したオフセット誤差Eofsは3.0[℃]であるため、図9(a)のような偶然誤差のない理想状態では、流体の種類に拘わらず、環境温度に充分に近づいたときの記録ヘッドの推定温度を同じ精度で推定できる。
図9(b)のように偶然誤差がある場合には、インク充填の前後における温度差ΔT’が図9(a)の場合と異なる。その理由は、温度差ΔT’がΔT’=T1’−T2’=T1−T2+(2*Ead)となり、系統誤差は差分により消去されたものの、偶然誤差Eadが依然として残ったからである。また、流体が空気の場合の温度差ΔTは1.5℃であり、流体がインクの場合の温度差ΔTは9.9℃である。そのため、インクの充填前後の温度差ΔTを求める際においては、流体が空気の場合の方が偶然誤差Eadの影響は大きい。また、流体の種類が空気の場合の係数Aは−8.77であり,流体がインクの場合の係数Aは−0.51であり、流体が空気の場合の方が係数Aの絶対値は大きい。
さらに、環境温度に充分に近づいたときの記録ヘッドの推定温度は、誤差を含む値Te’がTe’=T2’+A*ΔT’と表され、その右辺の第2項は、係数Aと温度差ΔT’との積となる。したがって、流体が空気の場合には、流体がインクの場合に対して、温度差ΔT’に占める偶然誤差の割合が大きく、かつ係数Aも大きいため、偶然誤差の影響が増幅されてしまう。その結果、流体が空気の場合には、環境温度に充分に近づいたときの記録ヘッドの推定温度Te’が大きくずれてしまい、検出温度の校正値Tadjは−0.4℃となり、その理論値Tadjの−3.0℃から2.6℃も大きくずれる。一方、流体がインクの場合には、検出温度の校正値Tadjは−2.7℃であり、理論値Tadjの−3.0℃に対して0.3℃のずれで収まっている。
以上のように、本実施形態においては、インク充填の前後における記録ヘッドの温度差から、記録ヘッドが環境温度に充分に近づいたときの記録ヘッドを事前に推定し、その推定方法は、下記の2つの点を特徴とする。第1の特徴は、インクのような熱伝達率αが大きい流体を用いて、記録ヘッドと熱交換を行うことにより、係数Aの絶対値が小さくなり、またΔTの絶対値も大きくなるため、偶然誤差の影響を小さくすることができることである。すなわち推定精度が向上する。第2の特徴は、新品の記録ヘッドを記録装置に装着した際に、必須動作である記録ヘッドへのインクの充填動作を利用することである。これにより、記録ヘッドが環境温度に充分に近づいたときの記録ヘッドの温度を事前に推定するために、インクを無駄に消費することもなく、また特別な時間を要しないため待ち時間もない。
(第2の実施形態)
上述した第1の実施形態においては、記録ヘッドの交換時におけるインク充填を利用して、記録ヘッドの温度を推定した。本発明の第2の実施形態においては、記録装置の本体の初期設置時におけるインクの充填(以下、「初期充填」という)を利用して、記録ヘッドの温度を推定する。説明の重複を避けるため、前述した第1の実施形態と同様の部分の説明は省略し、また記号などは、特に断りのない限り第1の実施形態と同じである。
初期充填の動作においては、図1のインク供給システム7に不図示のメインタンクからインクを充填してから、そのメインタンク内のインクが供給チューブ8を介して記録ヘッド1に充填される。前述した第1の実施形態における記録ヘッドの交換時のインク充填の場合には、予め供給チューブ8までインクが充填されている。しかし、本実施形態のような初期充填時には、供給チューブ8には未だインクが充填されていないため、前述した第1の実施形態の場合に比して、記録ヘッド1に対するインクの充填には数倍程度の時間が掛かる。また、環境条件(温度および気圧)によっては、図2のキャップ41と吸引ポンプ45によって記録ヘッド1の内部の減圧を開始してから、メインタンク内のインクが記録ヘッド1内に到達するまでに要する時間(以下、「インク到達時間」という)が変化する。例えば、低温環境下においては、インクの粘度が増加するため、その粘性抵抗が増加してインク到達時間が長くなる。また、高地などの減圧環境下においては、吸引ポンプ45による吸引量が同じであっても大気圧が低いために、インク到達時間が長くなる。その他、吸引ポンプ45の公差などの様々な条件によって、インク到達時間は変化する。そのインク到達時間は長くなる場合もあり、また短くなる場合もある。
また、インクの初期充填において、記録ヘッド1に充填されるインク量が規定量より少ない場合には、記録ヘッド1におけるインクの不吐出および記録画像の濃度ムラなどが発生するおそれがある。そのため一般的には、吸引ポンプ45の公差などのが積み上げられることを考慮して、充分なインク充填量が得られるように、充填時間が充分長くする設定されている。
図10は、インクの初期充填時において、記録ヘッド1の温度と環境温度とのずれが大きい場合の説明図である。
図10(a)は、インクの初期充填における記録ヘッド1のダイオードセンサ17の検出温度をプロットしたグラフである。インクの初期充填が開始された時刻T0(t=t0)における記録ヘッド温度を40℃(T0=40℃)とし、その後、記録ヘッド1にインクが到達した時刻t1(t=t1)における記録ヘッド1の温度を37℃(T1=37℃)とする。また、インクの初期充填が完了した時刻t2(t=t2)における記録ヘッド1の温度を28℃(T2=28℃)とし、また環境温度を25℃(Tm=25℃)とする。時刻t0から時刻t1までの間の温度変化が小さい理由は、インクが記録ヘッド1まで到達しておらず、記録ヘッド1内の流体である空気の比例係数βが小さいからである。時刻t0と時刻t2は、記録装置のCPU101が制御しているため把握可能である。しかし、記録ヘッド1にインクが到達する時刻t1、つまり記録ヘッド1にインクが入り始めた時点は、前述したような様々な要因によって変動する。
前述したように、記録ヘッドの温度が環境温度に充分に近づいたときの記録ヘッドの温度を事前に推定するためには、時間間隔Δt、温度変化ΔT、および比例係数βが必要である。なお、時間間隔Δt=t2−t0として、温度変化の定義をΔT=T0−T2とすることもできる。しかし、インクの到達時刻によっては、つまり比例係数βが切り替わるタイミングによっては、環境温度に充分に近づいたときの記録ヘッドの温度の推定誤差が大きくなってしまう。このように、インクの初期充填時においては、インクの到達時刻t1を正確に把握することが重要となる。
図10(b)は、インクの到達時刻t1の推定方法の説明図でる。
記録ヘッド1のダイオードセンサ17の検出温度は、インクの初期充填の開始時から定期的(例えば、1秒毎)に取得するものとする。図10(b)は、任意の検出タイミングにおけるダイオードセンサ17の検出温度に関して、今回の検出温度と前回の検出温度との間の差分を検出時間の間隔で割った値をプロットしたグラフである。数学的には、検出時間の間隔を無限に小さくすると、図10(b)のグラフは、図10(a)のグラフの接線の傾き(1階微分)に相当する。同様に、図10(c)のグラフは、図10(a)のグラフの2階微分に相当する。
具体的に、インクの到達時刻t1を求めるためには、例えば、図10(c)の2階微分値(=±0.1[℃/s2])を閾値±Th1と比較する。そして、ダイオードセンサ17の検出温度が環境温度よりも高い場合には、図10(c)のように、インクの初期充填の開始から2階微分値が初めて閾値を越えた時をインクの到達時刻t1と判定する。また、ダイオードセンサ17の検出温度が環境温度よりも低い場合には、図10(c)のように、インクの初期充填の開始から2階微分値が初めて閾値未満となった時をインクの到達時刻t1と判定する。このような方法により、インクの初期充填時におけるインクの到達時刻t1を正確に推定することができる。このようなインクの到達時刻t1以降、つまり記録ヘッド1にインクが入り始めた時点以降において、ダイオードセンサ17は、記録ヘッド1の温度を少なくとも2回検出する。記録ヘッド1の温度が環境温度に充分に近づいたときのダイオードセンサ17の検出温度の推定方法は、前述した第1の実施形態と同様であるため説明は省略する。
図11は、インクの初期充填時において、記録ヘッド1の温度と環境温度とのずれが小さい場合の説明図である。
図11の例においては、インクの初期充填の開始時における記録ヘッド1の温度を27℃(T0=27℃)とし、環境温度を25℃(Tm=25℃)とした。その他の条件は、図10の例と同じである。図11(a)は、インクの初期充填における記録ヘッド1のダイオードセンサ17の検出温度をプロットしたグラフである。図11(b),(c)のように、環境温度と記録ヘッド温度との温度差が小さい場合には、記録ヘッド1内の流体が空気から水、または水から空気に変わったときの1階微分値および2階微分値が小さくなる。つまり、これらの1階微分値および2階微分値は、記録ヘッド1の温度が環境温度に充分に近づいたか否かの判断に使用可能である。具体的には、例えば、特定の値の2階微分値と閾値±Th1とを比較して、その2階微分値が閾値±Th1を超えた場合には、その超えたタイミングをインクの到達時刻t1とする。そして、下式(10)から、ダイオードセンサ17の検出温度の校正値Tadjを算出することができる。
Tadj=Tm−(T2+A*ΔT) ・・・ (10)
一方、その2階微分値が閾値±Th1を超えなかった場合には、既に、記録ヘッド1の温度が充分に環境温度に近づいていると判断し、下式(11)から、ダイオードセンサ17の検出温度の校正値Tadjを算出すればよい。
Tadj=Tm−T2 ・・・ (11)
このように本実施形態においては、インクの初期充填の動作を利用して、記録ヘッド1のダイオードセンサ17の検出温度からインクの到達時刻t1を正確に推定して、ダイオードセンサ17の検出温度の校正値を求めることができる。本実施形態においては、微分値を用いて説明した。実際には、検出間隔を無限に小さくすることはできないため、有限の検出間隔における検出温度の第1差分値、もしくは、第2差分値(第1差分値の差分値)を使用することになる。
また、本実施形態においては、インクの到達時刻が比較的長いインクの初期充填の動作の場合について説明した。しかし、このようなインクの到達時刻を利用する方法は、前述した第1の実施形態における記録ヘッドの交換時におけるインク充填を利用する場合にも適用できる。その理由は、記録ヘッドの交換時におけるインク充填において、インクの充填開始から記録ヘッド1にインクが到達までの時間は、第2の実施形態のようなインクの初期充填時よりも短いものの、ゼロでないからである。
(他の実施形態)
記録ヘッドがインク以外の液体を吐出する場合には、それらのインク以外の液体を記録ヘッドに充填するときに、記録ヘッドの温度検出用のダイオードセンサの検出温度の校正値を求めることもできる。インク以外の液体としては、例えば、記録画像の耐水性または光沢性を向上させるための処理液などが挙げられる。また、製造後の記録ヘッドを搬送する前に、インクとは異なる搬送用の液体を記録ヘッドに充填する場合には、その搬送用の液体の記録ヘッドに充填するときに、記録ヘッドの温度検出用のダイオードセンサの検出温度の校正値を求めることもできる。また、記録ヘッドの温度を検出するセンサは、ダイオードセンサに特定されず、種々の温度センサを用いることができる。
また、本発明を適用可能なインクジェット記録装置は、前述した図1のようなシリアル型の記録装置に限定されない。例えば、記録ヘッドの記録位置を通して記録媒体を連続的に搬送させることによって、記録媒体に画像を記録する、いわゆるフルライン型の記録装置に対しても本発明を適用することができる。要は、移動手段による記録ヘッドと記録媒体との相対移動を伴って、記録媒体に画像を記録可能な種々の形式の記録装置に対して、本発明を適用することができる。
また本発明は、吐出ヘッドから種々の液体を吐出させる様々な液体吐出装置に対しても適用することができ、それらの液体を吐出ヘッドに充填する液体充填のときに、その吐出ヘッドの温度検出用のセンサの検出温度の校正値を求めることができる。
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
1 記録ヘッド
5 記録媒体
10 サーミスタ(第2検出部)
17 ダイオードセンサ(第1検出部)
100 主制御部

Claims (9)

  1. 液体を吐出可能な吐出ヘッドと、
    前記吐出ヘッドの温度を検出する第1検出手段と、
    前記吐出ヘッドの環境温度を検出する第2検出手段と、
    前記吐出ヘッドに前記液体を充填する充填手段と、
    前記充填手段によって前記液体が前記吐出ヘッドに充填開始される前の第1時刻t1に前記第1検出手段により検出される第1検出温度T1と、前記充填手段による前記吐出ヘッドへの前記液体の充填後の第2時刻t2に前記第1検出手段により検出される第2検出温度T2との温度差と、前記液体の熱伝導率に比例する比例係数Aと、に基づいて、前記吐出ヘッドの温度が前記環境温度に近づいたときの前記第1検出手段の検出温度を推定検出温度として推定する推定手段と、
    前記推定手段によって推定された前記推定検出温度と前記第2検出手段が検出した前記環境温度との差に基づいて、前記第1検出手段の校正値を設定する設定手段と、
    前記校正値に基づいて前記第1検出手段を校正する校正手段と、
    前記校正手段により校正された前記第1検出手段の検出温度に基づいて、前記吐出ヘッドを制御する制御手段と、
    を備えることを特徴とする液体吐出装置。
  2. 前記推定手段は、前記第1検出温度T1と前記第2検出温度T2との温度差をΔTとし、かつ前記比例係数Aを前記第1時刻t1と前記第2時刻t2との時間間隔Δtを一定間隔に固定したときの係数としたときに、下式により前記推定検出温度をTeとして推定することを特徴とする請求項1に記載の液体吐出装置。
    Te=T2+A×ΔT
  3. 液体を吐出可能な吐出ヘッドと、
    前記吐出ヘッドの温度を検出する第1検出手段と、
    前記吐出ヘッドの環境温度を検出する第2検出手段と、
    前記吐出ヘッドに前記液体を充填する充填手段と、
    前記充填手段による前記液体の充填時における前記第1検出手段の検出温度の温度変化に基づいて、前記吐出ヘッドの温度が前記環境温度に近づいたときの前記第1検出手段の検出温度を推定検出温度として推定する推定手段と、
    前記推定検出温度と前記環境温度との差に基づいて、前記第1検出手段の校正値を設定する設定手段と、
    前記校正値に基づいて前記第1検出手段を校正する校正手段と、
    前記校正手段により校正された前記第1検出手段の検出温度に基づいて、前記吐出ヘッドを制御する制御手段と、
    を備え、
    前記推定手段は、前記吐出ヘッドに前記液体が入り始めた時点以降における前記温度変化に基づいて、前記推定検出温度を推定し、
    前記推定手段は、前記液体の充填時における前記第1検出手段の検出温度の時間に関する1階微分または2階微分の微分値に基づいて、前記吐出ヘッドに前記液体が入り始めた時点を判定することを特徴とする液体吐出装置。
  4. 前記推定手段は、前記微分値が所定の閾値を超えたときを前記吐出ヘッドに前記液体が入り始めた時点と判定することを特徴とする請求項3に記載の液体吐出装置。
  5. 前記設定手段は、(a)前記微分値が前記閾値を超えたときに、前記推定検出温度と前記環境温度との差に基づいて前記校正値を設定し、(b)前記微分値が前記閾値を以下のときに、前記液体の充填時における前記第1検出手段の検出温度と前記環境温度との差に基づいて前記校正値を設定することを特徴とする請求項4に記載の液体吐出装置。
  6. 請求項1から5のいずれか1項に記載の液体吐出装置であって、前記吐出ヘッドは、前記液体としてのインクを吐出可能な記録ヘッドである液体吐出装置と、
    前記記録ヘッドと記録媒体とを相対移動させる移動手段と、
    を備えることを特徴とするインクジェット記録装置。
  7. 液体を吐出可能な吐出ヘッドの温度を検出する第1検出手段の校正方法であって、
    前記吐出ヘッドの環境温度を検出する第1検出工程と、
    前記第1検出工程後に前記吐出ヘッドに前記液体を充填する充填工程と、
    前記充填工程後に前記吐出ヘッドの環境温度を検出する第2検出工程と、
    前記第1検出工程で検出した温度と、前記第2検出工程で検出した温度との温度差と、前記液体の熱伝導率に比例する比例定数と、に基づいて、前記吐出ヘッドの温度が前記環境温度に近づいたときの前記第1検出手段の検出温度を推定検出温度として推定する推定工程と、
    前記推定検出温度と前記環境温度との差に基づいて、前記第1検出手段の校正値を設定する設定工程と、
    前記校正値に基づいて前記第1検出手段を校正する校正工程と、
    を含むことを特徴とする校正方法。
  8. 液体を吐出可能な吐出ヘッドと、
    前記吐出ヘッドの温度を検出する第1検出手段と、
    前記吐出ヘッドの環境温度を検出する第2検出手段と、
    前記吐出ヘッドに前記液体を充填する充填手段と、
    を備える液体吐出装置の制御方法であって、
    前記充填手段による前記液体の充填時における前記第1検出手段の検出温度の温度変化に基づいて、前記吐出ヘッドの温度が前記環境温度に近づいたときの前記第1検出手段の検出温度を推定検出温度として推定する推定工程と、
    前記推定検出温度と前記環境温度との差に基づいて、前記第1検出手段の校正値を設定する設定工程と、
    前記校正値に基づいて前記第1検出手段を校正する校正工程と、
    前記校正工程により校正された前記第1検出手段の検出温度に基づいて、前記吐出ヘッドを制御する制御工程と、
    を含み、
    前記推定工程において、前記吐出ヘッドに前記液体が入り始めた時点以降における前記温度変化に基づいて、前記推定検出温度を推定し、
    前記推定工程において、前記液体の充填時における前記第1検出手段の検出温度の時間に関する1階微分または2階微分の微分値に基づいて、前記吐出ヘッドに前記液体が入り始めた時点を判定することを特徴とする制御方法。
  9. 請求項7または請求項8に記載の方法をコンピュータに実行させるプログラム。
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