JP7133956B2 - 記録装置及び吐出状態の判定方法 - Google Patents

Description

本発明は記録装置及び吐出状態の判定方法に関し、特に、例えば、複数の記録素子を備えた素子基板を組み込んだ記録ヘッドをインクジェット方式に従って記録を行うために適用した記録装置及び吐出状態の判定方法に関する。

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記録素子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。
このような背景から、従来より、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は記録ヘッドからのインク吐出不良を検出するために、正常吐出時に生じる温度低下を検出する方法を開示している。特許文献１によれば、正常吐出時は検出温度が最高温度に到達した時刻から一定時間後に温度の降下速度が変化するポイント（特徴点）が出現するが、吐出不良時は出現しない。従って、この特徴点の有無を検知することで、インクの吐出状態を判定するのである。また、特許文献１は、温度検知素子をインク吐出熱エネルギーを発生させる記録素子の直下に備えた構成や、上記特徴点の有無を検知する方法として、その特徴点を温度変化の微分処理によりピーク値として検知する方法も開示している。

特開２００８－０００９１４号公報

さて、特許文献１が開示する吐出状態の判定方法は、温度検知素子を吐出のための熱エネルギーを発生する記録素子の直下に備えた構成である。このため、インク吐出時に発生する熱の影響による温度検知素子の抵抗値の経時変化や、インク吐出動作を繰返すことによって発生する記録素子を保護する保護膜の状態の変化による温度検知素子の感度の変化が発生する。これは、温度検知素子の検出温度が記録素子の使われ方に応じて変動していくことを意味しており、このような変動の結果、インクの吐出状態を正しく判定できなくなることが想定される。

本発明は上記従来例に鑑みてなされたもので、たとえ記録素子の使われ方により温度検知素子の感度が変化しても正確にインク吐出状態を判定することが可能な記録装置及び吐出状態の判定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に本発明の記録装置は次のような構成からなる。

即ち、インクを吐出する複数のノズルと、該複数のノズルおのおのに設けられインクを加熱する複数のヒータと、該複数のヒータおのおのに対応して設けられた複数の温度検知素子とを備えた記録ヘッドを用いて記録媒体に記録を行う記録装置であって、前記記録ヘッドに備えられる前記複数のノズルからインクの吐出状態を検査する対象となるノズルを選択する選択手段と、前記温度検知素子から得られる温度の時間変化値と比較することにより前記選択されたノズルのインク吐出状態を判断するための閾値の値を変化させながら、前記記録ヘッドのインクの吐出状態を検査する検査手段と、前記検査手段による複数回の検査により得られた結果に基づいて、次に前記選択されたノズルについて前記閾値を設定する設定手段と、前記設定手段により設定された閾値を記憶する記憶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、インクを吐出する複数のノズルと、該複数のノズルおのおのに設けられインクを加熱する複数のヒータと、該複数のヒータおのおのに対応して設けられた複数の温度検知素子とを備えた記録ヘッドを用いて記録媒体に記録を行う記録装置における吐出状態の判定方法であって、前記記録ヘッドに備えられる前記複数のノズルからインクの吐出状態を検査する対象となるノズルを選択する選択工程と、前記温度検知素子から得られる温度の時間変化値と比較することにより前記選択されたノズルのインク吐出状態を判断するための閾値の値を変化させながら、前記記録ヘッドのインクの吐出状態を検査する検査工程と、前記検査工程における複数回の検査により得られた結果に基づいて、次に選択されたノズルについて前記閾値を設定する設定工程と、前記設定工程において設定された閾値をメモリに記憶する記憶工程とを有することを特徴とする吐出状態の判定方法を備える。

本発明によれば、たとえ記録素子の使われ方により温度検知素子の感度が変化しても正確にインク吐出状態を判定する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フルライン記録ヘッドを備えた記録装置の構造を説明するための斜視図である。 図１に示した記録装置の制御構成を示すブロック図である。 シリコン基板に形成された記録素子近傍の多層配線構造を示す図である。 図３に示す素子基板を用いた温度検知の制御構成を表すブロック図である。 記録素子に駆動パルスを印加したときの、温度検知素子から出力される温度波形とその波形の温度変化信号を表した図である。 温度検知素子が検知した温度波形信号に基づく温度変化信号（ｄＴ／ｄｔ）の波形を示す図である。 吐出判定処理の概要を示すフローチャートである。 実施例１に従う検査結果変化点の特定処理を示すフローチャートである。 実施例２に従う吐出検査閾値再設定処理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。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。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、「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であり、「記録素子は」吐出口に対応して設けられ、インク吐出に利用されるエネルギーを発生する素子を指すものとして用いる。例えば、吐出口と対向する位置に記録素子が設けられることがある。

以下に用いる記録ヘッド用の素子基板（ヘッド基板）とは、シリコン半導体からなる単なる基体を指し示すものではなく、各素子や配線等が設けられた構成を差し示すものである。

さらに、基板上とは、単に素子基板の上を指し示すだけでなく、素子基板の表面、表面近傍の素子基板内部側をも示すものである。また、本発明でいう「作り込み（built-in）」とは、別体の各素子を単に基体表面上に別体として配置することを指し示している言葉ではなく、各素子を半導体回路の製造工程等によって素子板上に一体的に形成、製造することを示すものである。

＜フルライン記録ヘッドを搭載した記録装置（図１）＞
図１は本発明の代表的な実施例であるインクを吐出して記録を行うフルライン記録ヘッドを用いた記録装置１０００の概略構成を示した図である。

図１に示されるように、記録装置１０００は、記録媒体２を搬送する搬送部１と、記録媒体２の搬送方向と略直交して配置されるフルライン記録ヘッド３とを備え、複数の記録媒体２を連続的又は間欠的に搬送しながら連続記録を行うライン型記録装置である。フルライン記録ヘッド３は記録媒体の搬送方向と交差する方向に並ぶインクの吐出口を備えている。フルライン記録ヘッド３には、インク経路内の圧力（負圧）を制御する負圧制御ユニット２３０と、負圧制御ユニット２３０と連通した液体供給ユニット２２０と、液体供給ユニット２２０へのインクの供給及び排出口となる液体接続部１１１とを設ける。

筺体８０には、負圧制御ユニット２３０と液体供給ユニット２２０と液体接続部１１１とが備えられる。

なお、記録媒体２は、カットシートに限らず、連続したロールシートであっても良い。

フルライン記録ヘッド（以下、記録ヘッド）３は、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロ（Ｙ）、ブラック（Ｋ）のインクによるフルカラー記録が可能である。記録ヘッド３に対しては、インクを記録ヘッド３へ供給する供給路である液体供給ユニット２２０と、メインタンクが接続される。また、記録ヘッド３には、記録ヘッド３へ電力および吐出制御信号を伝送する電気制御部（不図示）が電気的に接続される。

また、記録媒体２はその搬送方向に長さＦの距離だけ離して設けられた２つの搬送ローラ８１、８２を回転することにより搬送される。

この実施例の記録ヘッドは、熱エネルギーを利用してインクを吐出するインクジェット方式を採用している。このため、記録ヘッド３の各吐出口には電気熱変換素子（ヒータ）を備えている。この電気熱変換素子は各吐出口のそれぞれに対応して設けられ、記録信号に応じて対応する電気熱変換素子にパルス電圧を印加することによって対応する吐出口からインクを加熱して吐出する。なお、記録装置は、上述した記録媒体の幅に相当する記録幅をもつフルライン記録ヘッドを用いた記録装置に限定するものではない。例えば、記録媒体の搬送方向に吐出口を配列した記録ヘッドをキャリッジに搭載に、そのキャリッジを往復走査しながらインクを記録媒体に吐出して記録を行ういわゆるシリアルタイプの記録装置にも適用できる。

＜制御構成の説明（図２）＞
図２は記録装置１０００の制御回路の構成を示すブロック図である。

図２に示すように、記録装置１０００は、主に記録部を統括するプリントエンジンユニット４１７と、スキャナ部を統括するスキャナエンジンユニット４１１と、記録装置１０００の全体を統括するコントローラユニット４１０によって構成されている。ＭＰＵや不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭなど）を内蔵したプリントコントローラ４１９は、コントローラユニット４１０のメインコントローラ４０１の指示に従ってプリントエンジンユニット４１７の各種機構を制御する。スキャナエンジンユニット４１１の各種機構は、コントローラユニット４１０のメインコントローラ４０１によって制御される。

以下、制御構成の詳細について説明する。

コントローラユニット４１０において、ＣＰＵにより構成されるメインコントローラ４０１は、ＲＯＭ４０７に格納されているプログラムや各種パラメータに従って、ＲＡＭ４０６を作業領域としながら記録装置１０００の全体を制御する。例えば、ホストＩ／Ｆ４０２またはワイヤレスＩ／Ｆ４０３を介してホスト装置４００から印刷ジョブが入力されると、メインコントローラ４０１の指示に従って、画像処理部４０８は受信した画像データに対して所定の画像処理を施す。そして、メインコントローラ４０１はプリントエンジンＩ／Ｆ４０５を介して、画像処理を施した画像データをプリントエンジンユニット４１７へ送信する。

なお、記録装置１０００は無線通信や有線通信を介してホスト装置４００から画像データを取得しても良いし、記録装置１０００に接続された外部記憶装置（ＵＳＢメモリ等）から画像データを取得しても良い。無線通信や有線通信に利用される通信方式は限定されない。例えば、無線通信に利用される通信方式として、Ｗｉ－Ｆｉ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｆｉｄｅｌｉｔｙ）（登録商標）やＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）が適用可能である。また、有線通信に利用される通信方式としては、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）等が適用可能である。また、例えば、ホスト装置４００から読取命令が入力されると、メインコントローラ４０１は、スキャナエンジンＩ／Ｆ４０９を介してこの命令をスキャナエンジンユニット４１１に送信する。

操作パネル４０４は、ユーザが記録装置１０００に対して入出力を行うためのユニットである。ユーザは、操作パネル４０４を介してコピーやスキャン等の動作を指示したり、記録モードを設定したり、記録装置１０００の情報を認識したりすることができる。

プリントエンジンユニット４１７では、ＣＰＵにより構成されるプリントコントローラ４１９は、ＲＯＭ４２０に記憶されているプログラムや各種パラメータに従って、ＲＡＭ４２１を作業領域としプリントエンジンユニット４１７が備える各種機構を制御する。

コントローラＩ／Ｆ４１８を介して各種コマンドや画像データが受信されると、プリントコントローラ４１９は、これを一旦ＲＡＭ４２１に保存する。記録ヘッド３が記録動作に利用できるように、プリントコントローラ４１９は画像処理コントローラ４２２に、保存した画像データは記録データへ変換される。記録データが生成されると、プリントコントローラ４１９は、ヘッドＩ／Ｆ４２７を介して記録ヘッド３に記録データに基づく記録動作を実行させる。この際、プリントコントローラ４１９は、搬送制御部４２６を介して搬送ローラ８１、８２を駆動して、記録媒体２を搬送する。プリントコントローラ４１９の指示に従って、記録媒体２の搬送動作に連動して記録ヘッド３による記録動作が実行され、記録処理が行われる。

ヘッドキャリッジ制御部４２５は、記録装置１０００のメンテナンス状態や記録状態といった動作状態に応じて記録ヘッド３の向きや位置を変更する。インク供給制御部４２４は、記録ヘッド３へ供給されるインクの圧力が適切な範囲に収まるように、液体供給ユニット２２０を制御する。メンテナンス制御部４２３は、記録ヘッド３に対するメンテナンス動作を行う際に、メンテナンスユニット（不図示）におけるキャップユニットやワイピングユニットの動作を制御する。

スキャナエンジンユニット４１１においては、メインコントローラ４０１が、ＲＯＭ４０７に記憶されているプログラムや各種パラメータに従って、ＲＡＭ４０６を作業領域としながら、スキャナコントローラ４１５のハードウェア資源を制御する。これにより、スキャナエンジンユニット４１１が備える各種機構は制御される。例えば、コントローラＩ／Ｆ４１４を介してメインコントローラ４０１がスキャナコントローラ４１５内のハードウェア資源を制御して、ユーザによってＡＤＦ（不図示）に積載された原稿を搬送制御部４１３を介して搬送し、センサ４１６によって読取る。そして、スキャナコントローラ４１５は読取った画像データをＲＡＭ４１２に保存する。

なお、プリントコントローラ４１９は、上述のように取得された画像データを記録データに変換することで、記録ヘッド３にスキャナコントローラ４１５で読取った画像データに基づく記録動作を実行させることが可能である。

＜温度検知素子の構成の説明（図３）＞
図３はシリコン基板に形成された記録素子近傍の多層配線構造を示す図である。

図３（ａ）は温度検知素子３０６を記録素子３０９の下層に層間絶縁膜３０７を介してシート状に配置した上面図である。図３（ｂ）は図３（ａ）に示した上面図における破線ｘ－ｘ’に沿った断面図であり、図３（ｃ）は図３（ａ）に示した破線ｙ－ｙ’に沿った断面図である。

図３（ｂ）に示すｘ－ｘ’断面図と図３（ｃ）に示すｙ－ｙ’断面図において、シリコン基板上に積層した絶縁膜３０２の上にアルミニウム等からなる配線３０３が形成され、さらに配線３０３の上に層間絶縁膜３０４が形成される。配線３０３と、チタン及び窒化チタン積層膜等からなる薄膜抵抗体の温度検知素子３０６とが層間絶縁膜３０４に埋め込まれたタングステン等からなる導電プラグ３０５を介して電気的に接続される。

次に、温度検知素子３０６の下側に層間絶縁膜３０７が形成される。そして、配線３０３と、タンタル窒化珪素膜等からなる発熱抵抗体の記録素子３０９とが、層間絶縁膜３０４及び層間絶縁膜３０７を貫通するタングステン等からなる導電プラグ３０８を介して電気的に接続される。

なお、下層の導電プラグと上層の導電プラグを接続する際は、中間の配線層からなるスペーサを挟んで接続されるのが一般的である。この実施例に適用する場合、中間の配線層となる温度検知素子の膜厚が数１０ｎｍ程度の薄膜のため、ビアホール工程の際、スペーサとなる温度検知素子膜に対するオーバエッチ制御の精度が求められる。また、温度検知素子層のパターンの微細化に不利にもなる。このような事情を鑑み、この実施例では層間絶縁膜３０４及び層間絶縁膜３０７を貫通させた導電プラグを採用している。

また、プラグの深さに応じて導通の信頼性を確保するために、この実施例では層間絶縁膜が一層の導電プラグ３０５は口径０．４μｍとし、層間絶縁膜が二層を貫通する導電プラグ３０８ではより大きい口径０．６μｍにしている。

次に、シリコン窒化膜などの保護膜３１０、そして保護膜３１０の上にタンタルなどの耐キャビテーション膜３１１を形成してヘッド基板（素子基板）となる。さらに、感光樹脂等からなるノズル形成材３１２で吐出口３１３が形成される。

このように、配線３０３の層と記録素子３０９の層の中間に独立した温度検知素子３０６の中間層を設けた多層配線構造としている。

以上の構成から、この実施例で用いる素子基板では記録素子ごとに各記録素子に対応して設けられた温度検知素子により温度情報を得ることが可能になる。

そして、その温度検知素子により検知された温度情報とその温度変化とから、素子基板の内部に設けられた論理回路（検査部）により対応する記録素子からのインク吐出状態を示す判定結果信号ＲＳＬＴを得ることができる。判定結果信号ＲＳＬＴは１ビットの信号であり、“１”が吐出正常を示し、“０”が吐出不良を示す。

＜温度検知構成の説明（図４）＞
図４は図３に示す素子基板を用いた温度検知の制御構成を表すブロック図である。

図４に示すように、プリントエンジンユニット４１７は、素子基板５に実装された記録素子の温度を検知するために、ＭＰＵを内蔵したプリントコントローラ４１９と、記録ヘッド３と接続するヘッドＩ／Ｆ４２７と、ＲＡＭ４２１とを備える。また、ヘッドＩ／Ｆ４２７は素子基板５に送信するための種々の信号を生成する信号生成部７と、温度検知素子３０６が検出した温度情報に基いて素子基板５から出力される判定結果信号ＲＳＬＴを入力する判定結果抽出部９とを含む。

温度検知のため、プリントコントローラ４１９が信号生成部７に指示を発行すると、信号生成部７は素子基板５に対して、クロック信号ＣＬＫ、ラッチ信号ＬＴ、ブロック信号ＢＬＥ、記録データ信号ＤＡＴＡ、ヒートイネーブル信号ＨＥを出力する。信号生成部７は更に、センサ選択信号ＳＤＡＴＡ、定電流信号Ｄｉｒｅｆ、吐出検査閾値信号Ｄｄｔｈを出力する。

センサ選択信号ＳＤＡＴＡは、温度情報を検出する温度検知素子を選択する選択情報と選択された温度検知素子への通電量指定情報、判定結果信号ＲＳＬＴの出力指示に関わる情報を含む。例えば、素子基板５が複数の記録素子からなる記録素子列を５列、実装する構成である場合、センサ選択信号ＳＤＡＴＡに含まれる選択情報は列を指定する列選択情報とその列の記録素子を指定する記録素子選択情報とを含む。一方、素子基板５からはセンサ選択信号ＳＤＡＴＡにより指定された列の１つの記録素子に対応する温度検知素子により検知された温度情報に基づく１ビットの判定結果信号ＲＳＬＴが出力される。

判定結果信号ＲＳＬＴから出力される正常吐出を示す“１”と吐出不良を示す“０”の値は、温度検知素子から出力される温度情報と吐出検査閾値信号Ｄｄｔｈが示す吐出検査閾値電圧（ＴＨ）とを素子基板５の内部で比較することにより得られる。この比較については後で詳述する。

なお、この実施例では５列分の記録素子あたり、１ビットの判定結果信号ＲＳＬＴが出力される構成を採用している。従って、素子基板５が記録素子列を１０列分、実装する構成では判定結果信号ＲＳＬＴは２ビットとなり、この２ビット信号が１本の信号線を介してシリアルに判定結果抽出部９へと出力される。

図４から分かるように、ラッチ信号ＬＴ、ブロック信号ＢＬＥ、センサ選択信号ＳＤＡＴＡは判定結果抽出部９にフィードバックされる。一方、判定結果抽出部９は、温度検知素子が検出した温度情報に基いて素子基板５から出力される判定結果信号ＲＳＬＴを受信し、ラッチ信号ＬＴの立下りと同期して各ラッチ期間に判定結果を抽出する。そして、その判定結果が吐出不良だった場合に、判定結果に対応するブロック信号ＢＬＥ、センサ選択信号ＳＤＡＴＡをＲＡＭ４２１に格納する。

そして、プリントコントローラ４１９は、ＲＡＭ４２１に格納された吐出不良ノズルを駆動するために用いたブロック信号ＢＬＥ、センサ選択信号ＳＤＡＴＡに基づいて、該当ブロックの記録データ信号ＤＡＴＡから吐出不良ノズルに対する信号を消去する。そして、代わりに不吐補完用のノズルを該当ブロックの記録データ信号ＤＡＴＡに追加して、信号生成部７に出力する。

＜吐出状態の判定方法の説明（図５～図６）＞
図５は記録素子に駆動パルスを印加したときの、温度検知素子から出力される温度波形（センサ温度：Ｔ）とその波形の温度変化信号（ｄＴ／ｄｔ）を表した図である。

なお、図５では温度波形（センサ温度：Ｔ）は温度（℃）で示されているが、実際には温度検知素子に定電流が供給され、温度検知素子の端子間電圧（Ｖ）が検出される。この検出電圧は温度依存性があるので、図５には検出電圧を温度に変換して温度として表記されている。また、温度変化信号（ｄＴ／ｄｔ）は検出電圧の時間変化（ｍＶ／ｓｅｃ）として表記されている。

図５に示すように、記録素子３０９に駆動パルス２１１を印加するとインクが正常に吐出される場合（正常吐出）、温度検知素子３０６の出力波形は波形２０１のようになる。波形２０１が示す温度検知素子３０６により検知される温度の降温過程において、正常吐出時に記録素子３０９の界面に吐出されたインク液滴の尾引（サテライト）が落下して界面が冷却されることにより特徴点２０９が出現する。そして、特徴点２０９以降で波形２０１は降温速度が急激に増大する。これに対して、吐出不良の場合、温度検知素子３０６の出力波形は波形２０２のようになり、正常吐出時の波形２０１のように特徴点２０９は現れず、降温過程において降温速度は徐々に低下していく。

図５の一番下は、温度変化信号（ｄＴ／ｄｔ）を示しており、温度検知素子の出力波形２０１、２０２を温度変化信号（ｄＴ／ｄｔ）に処理した後の波形を波形２０３、２０４とする。この時の温度変化信号への変換方法はシステムに応じて適切に選択される。この実施例における温度変化信号（ｄＴ／ｄｔ）は、温度波形をフィルタ回路（この構成では１回微分)と反転アンプを通した後に出力される波形である。

さて、波形２０３には、波形２０１の特徴点２０９以降の最大降温速度に起因するピーク２１０が出現する。波形（ｄＴ／ｄｔ）２０３は、素子基板５に実装されたコンパレータに予め設定された吐出検査閾値電圧（ＴＨ）と比較され、吐出検査閾値電圧（ＴＨ）を上回る区間（ｄＴ／ｄｔ≧ＴＨ）で正常吐出であることを示すパルスが判定信号（ＣＭＰ）２１３に現れる。

一方、波形２０２には特徴点２０９が現れないため降温速度も低く、波形２０４に現れるピークは吐出検査閾値電圧（ＴＨ）よりも低くなる。波形（ｄＴ／ｄｔ）２０２も、素子基板５に実装されたコンパレータに予め設定している吐出検査閾値電圧（ＴＨ）と比較される。そして、吐出検査閾値電圧（ＴＨ）を下回る区間（ｄＴ／ｄｔ＜ＴＨ）では、パルスが判定信号２１３には現れない。

従って、この判定信号（ＣＭＰ）を取得することで各ノズルの吐出状態を把握することが可能となる。この判定信号（ＣＭＰ）が上述した判定結果信号ＲＳＬＴになる。

・吐出状態の判定の課題について
図６は温度検知素子が検知した温度波形信号に基づく温度変化信号（ｄＴ／ｄｔ）の波形を示す図である。

図６において、（ａ）は正しく吐出判定がなされる場合の温度変化のプロフィールを示す図である。ここで、正常吐出時の波形２０３と吐出不良時の波形２０４との間に吐出検査閾値電圧（ＴＨ）が設定されている。従って、吐出検査閾値電圧（ＴＨ）と、温度変化信号（ｄＴ／ｄｔ）とを比較することにより、吐出状態を正しく判別できる。

上述のように、素子基板は、温度検知素子を発熱抵抗体（電気熱変換素子）の記録素子の直下に備えた構成を採用している。このため、温度検知素子製造ばらつき、インク吐出時に生じる熱の影響による温度検知素子の抵抗値の経時変化、インク吐出動作を繰返すことにより生じる記録素子の保護膜の劣化、インク含有の顔料やポリマなどの堆積による温度検知素子の感度変化が発生する。これは、温度検知素子の検出温度が記録素子毎の使用に応じてそれぞれ変動することを示しており、変動の結果インクの吐出状態を正しく判定できない状態に陥る場合もる。

図６において、（ｂ）は記録素子の保護膜の劣化などにより記録素子と温度検知素子の距離が相対的に近づいた結果、記録素子上の温度変化を検出する感度が高くなった場合の一例を示している。この場合、予め設定された吐出検査閾値電圧（ＴＨ）と、温度変化信号（ｄＴ／ｄｔ）とを比較しても、実際は記録素子が吐出不良状態であるにも係らず、波形２０４の値が吐出検査閾値電圧（ＴＨ）よりも大きく、正常吐出と誤判定されてしまう。

また、図６において、（ｃ）は記録素子上にインクの顔料やポリマ成分などが付着・堆積して記録素子上に堆積層が形成されることにより、記録素子上の温度変化の検出感度が低下した状態になる例を示している。この場合、予め設定された吐出検査閾値電圧（ＴＨ）と温度変化信号（ｄＴ／ｄｔ）とを比較しても、実際は記録素子が正常吐出状態であるにも係らず、波形２０３の値が吐出検査閾値電圧（ＴＨ）よりも小さく、吐出不良と誤判定されてしまう。

このように、記録素子毎の使用に応じて温度検知素子の感度が変化するため、正しく吐出状態を検知できない状態に陥る場合がある。この実施例では、このような課題を解決するために、記録素子毎に温度検知素子の感度が変化しても適切な吐出検査閾値を設定する方法について説明する。

ここでは、吐出判定処理の概要を説明した後、図８に示すフローチャートを用いて、温度検知素子を用いた吐出判定処理を実行する際、記録素子の使用状況の違いによる吐出検査閾値の変動による誤判定防止のための吐出検査閾値再設定処理について説明する。

図７は吐出判定処理の概要を示すフローチャートであり、図８は吐出検査閾値再設定処理を示すフローチャートである。

図７に示す吐出判定処理は任意のタイミングで実行され、処理実行時点の各ノズルの吐出状態を判定する。

まず、ステップＳ１１では、検査対象となるノズル（記録素子）をプリントコントローラ４１９から指示し、この指示に従って信号生成部７はセンサ選択信号ＳＤＡＴＡにより検査対象ノズルを選択する。次に、ステップＳ１２では、選択されたノズルの現在の検査結果変化点に基づいて、吐出検査閾値電圧（ＴＨ）を設定する。この吐出検査閾値電圧（ＴＨ）は、温度検知素子の特性、インク特性、検出誤差、繰返し検査のばらつき、検査結果変化点の耐久変動量、更新頻度などを考慮して検査結果変化点に対して所定量分低めの電圧を設定する。この検査結果変化点は後述する吐出閾値再設定処理を実行して取得でき、所定タイミング毎に更新される。所定タイミングとは通紙枚数、記録ドット数、時刻、前回検査からの経過期間、印刷ジョブ毎、印刷ページ毎、記録ヘッドの交換時、記録ヘッドの回復処理時などであり、システムに応じて適切に設定する。

ステップＳ１３では、検査結果変化点に基づいて算出した吐出検査閾値電圧（ＴＨ）において吐出検査を実行する。そして、ステップＳ１４では、選択されたノズルの吐出状態が正常吐出であるか、又は、吐出不良であるかを調べる。ここで、判定結果信号ＲＳＬＴが“１”であれば、処理はステップＳ１５に進み、選択ノズルは正常吐出の状態にあると判定する。これに対して、判定結果信号ＲＳＬＴが“０”であれば、処理はステップＳ１６に進み、選択ノズルは吐出不良の状態にあると判定する。

そして、ステップＳ１７では、選択ノズルの吐出状態をＲＡＭ４２１に保存する。さらに、ステップＳ１８では、対象となるノズルの検査が全て終了したかどうかを調べる。ここで、検査が続行されると判断されると、処理はステップＳ１１に戻り、別の検査対象ノズルを選択し、ステップＳ１２以降の処理を実行する。これに対して、検査終了と判断されると、吐出判定処理を終了する。

その後、吐出状態の判定結果に応じて画質補正制御や回復処理などが実行される。

次に、吐出検査閾値を再設定するために必要な各ノズルの検査結果変化点を特定する方法について説明する。

図８は検査結果変化点を特定する処理を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ２０１では、吐出検査閾値の再設定の対象となるノズルを設定する。これは、図７のステップＳ１１と同様の処理を行うことによってなされる。次に、ステップＳ２０２では対象ノズルの吐出検査閾値電圧（ＴＨ）を“２５５”と設定する。

図５～図６からも分かるように、吐出検査閾値電圧（ＴＨ）は温度検知素子から出力される検知温度の温度変化（ｄＴ／ｄｔ）に対して比較される。この温度変化の値は物理的にはｍＶ／ｓｅｃの単位で表現されるが、この実施例では、この値を量子的に８ビットで表すことにしている。従って、ここでは、８ビット表現の最大値である“２５５”を吐出検査閾値電圧（ＴＨ）の値として仮に設定している。

そして、ステップＳ２０３では設定された吐出検査閾値電圧（ＴＨ）を用いて吐出検査を実行する。吐出検査そのものは図７のステップＳ１３と同様の処理である。続いて、ステップＳ２０４では、設定された吐出検査閾値電圧（ＴＨ）により選択されたノズルの吐出状態が正常吐出であるか、又は、吐出不良であるかを調べる。ここで、判定結果信号ＲＳＬＴが“１”であれば、処理はステップＳ２０７に進み、判定結果信号ＲＳＬＴが“０”であれば、処理はステップＳ２０５に進む。そして、ステップＳ２０５では、吐出検査閾値電圧（ＴＨ）が“０”、即ち、最小値であるかどうかを調べる。ここで、吐出検査閾値電圧（ＴＨ）が“０”であれば、処理はステップＳ２０７に進み、“０”でなければ処理はステップＳ２０６に進み、吐出検査閾値電圧（ＴＨ）の値を“－１”し、処理はステップＳ２０３に戻る。

このように、ステップＳ２０３～Ｓ２０６の処理により、１つの選択ノズルに対して吐出検査閾値電圧（ＴＨ）の値を変化させながら、吐出検査が繰り返され、判定結果信号ＲＳＬＴが“０”から“１”に変化する検査結果の変化点が特定される。この検査結果の変化点は温度変化波形のピークの値と同義となる。そして、ステップＳ２０７では、この検査結果の変化点に対応する吐出検査閾値電圧（ＴＨ）の値をＲＡＭ４２１に一時的に保存する。

この実施例では上述のように吐出検査閾値電圧の値を２５６段階で設定設定可能な構成であるため、各ノズルに関し、最大で２５６回の吐出検査を実行することで全ノズルの検査結果変化点を特定することができる。

そして、ステップＳ２０８では、予めＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性メモリに保存された前回の検査結果の変化点に対応する吐出検査閾値電圧（ＴＨ）を読出し、今回の検査で取得した検査結果の変化点に対応する吐出検査閾値電圧（ＴＨ）との差分を算出する。さらに、ステップＳ２０９では、算出された差分の絶対値（｜Ｄ｜）が所定範囲（ＲＡＮＧＥ）より大きいかどうかを調べる。ここで、｜Ｄ｜≦ＲＡＮＧＥ、即ち、その差分の絶対値が所定範囲内であれば、処理はステップＳ２１０に進み、そのノズルは正常吐出が可能な状態にあると判定し、処理はステップＳ２１２に進む。これに対して、｜Ｄ｜＞ＲＡＮＧＥ、即ち、その差分の絶対値が所定範囲外であれば、処理はステップＳ２１１に進み、そのノズルは吐出不良な状態にあると判定し、処理はステップＳ２１３に進む。

なお、今回と前回とで検査結果の変化点に対応する吐出検査閾値電圧（ＴＨ）との差分をとったが本発明はこれによって限定されるものではない。ステップＳ２０８のノズルの状態判定に用いることができれば、前回に限らず、今回と所定の過去の回との間で検査結果の変化点に対応する吐出検査閾値電圧の差を算出するようにすることができる。例えば、前々回の検査結果に対する差をとるようにしてもよい。また、過去の検査結果変化点の履歴の最大値、最小値、平均値などの代表値との差をとるようにしてもよい。

このように、特定された検査結果の変化点に関する情報に基づいて、各ノズルの吐出状態の判定を行うのは、特定した当該ノズルの検査結果の変化点に関する情報が正常吐出状態での値である必要があるためである。

さて、上述した所定範囲とは、温度検知素子の特性、インク特性、検出誤差、繰返し検査のばらつき、耐久変動量、更新頻度などを考慮してシステムに応じて適切に設定する。この実施例では今回の検査結果の変化点が前回に対して“－５”よりも離れていた場合を吐出不良を判定するための範囲としている。このように、各ノズルの前回の検査結果の変化点に対応する吐出検査閾値電圧（ＴＨ）の変動量で吐出状態の判定を実行する。ただし、記録ヘッド交換後の初回の検査においては、前回の検査結果の変化点に対する情報がないため、記録ヘッドに搭載された不揮発性メモリに予め保存された検査結果の変化点に関する情報を参照して同様の処理を行う。これにより、各ノズルに対して吐出状態の判定がなされ、吐出不良状態にある判定されたノズルは画質劣化を極力低減するため、吐出禁止設定とし、画質補正制御の対象ノズルとして扱う。

ステップＳ２１２では、正常吐出と判定されたノズルに対して、ＲＡＭ４２１の検査結果の変化点に基づいて吐出検査閾値電圧（ＴＨ）の値を新たな吐出検査閾値電圧として決定する。この吐出検査閾値電圧（ＴＨ）は、温度検知素子の特性、インク特性、検出誤差、繰返し検査のばらつき、検査結果変化点の耐久変動量、更新頻度などを考慮して検査結果変化点に対して所定量分低めの電圧を設定する。吐出検査閾値電圧が２５５値である場合、検査結果変化点に対応する電圧より５程低い値を設定する。なお、検査結果の変化点に対応する吐出検査閾値電圧（ＴＨ）の値を新たな吐出検査閾値電圧として決定しても構わない。

そして、その新たな吐出検査閾値電圧で更新し、次回の吐出状態判定はこの値に基づいて判定できるようにする。このとき検査結果の変化点に対応する吐出検査閾値電圧の値に応じて更新する値に制限を加えてもよい。また、吐出不良状態にあると判定されたノズルに対しての検査結果の変化点に対応する吐出検査閾値電圧は更新せず前回の値を引き続き保持し、次回の吐出状態はこの値に基づいて判定する。

また、ステップＳ２１３では、ＥＥＰＲＯＭに保存されている吐出状態の判定結果を、各ノズルの吐出状態の判定結果で更新し、先述の画質補正制御などに使用する。

最後に、ステップＳ２１４では、対象となるノズルの検査が全て終了したかどうかを調べる。ここで、検査が続行されると判断されると、処理はステップＳ２０１に戻り、別の検査対象ノズルを選択し、ステップＳ２０２以降の処理を実行する。これに対して、検査終了と判断されると、吐出判定閾値の再設定処理を終了する。

従って以上説明した実施例に従えば、所定タイミング毎に各ノズルを検査して検査結果の変化点に変動があるかどうかを調べ、各ノズルに適切な吐出検査閾値電圧を再設定することができる。これにより、各記録素子の使用状況の違いにより、記録素子や温度検知素子の特性が変化しても、正確に各記録素子の吐出状態を判定することができ、常に良好な画像記録を行うことができる。

実施例１では検査閾値の設定可能段階数すべて（ここでは、２５６）に対して吐出検査を実行し、検査結果の変化点を特定する例を示したが、検査時間が長くなるという傾向があった。この実施例では、検査結果の変化点を特定するまでの時間を短縮する例について説明する。

図９は吐出検査閾値電圧を再設定する処理を示すフローチャートである。なお、図９において、既に図８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、その説明は省略し、ここでは、この実施例に特有の処理ステップについてのみ説明する。

ステップＳ２０１の後、ステップＳ２０１Ａでは予めＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性メモリに保存された前回の検査結果の変化点に対応する吐出検査閾値電圧（ＴＨ）を読出す。ステップＳ２０２Ａでは、対象ノズルの吐出検査閾値電圧（ＴＨ）をステップＳ２０１Ａで取得した値に“＋１”した値に設定する。このように設定する理由は、検査結果の変化点はおおよそ前回の検査結果の変化点付近にある可能性が高いためである。

その後、ステップＳ２０３で設定された吐出検査閾値電圧（ＴＨ）を用いて吐出検査を実行し、ステップＳ２０４’では、設定された吐出検査閾値電圧（ＴＨ）により選択されたノズルの吐出状態が正常吐出であるか、又は、吐出不良であるかを調べる。ここで、判定結果信号ＲＳＬＴが“０”であれば、処理はステップＳ２０４”に進み、判定結果信号ＲＳＬＴが“１”であれば、処理はステップＳ２０５’に進む。そして、ステップＳ２０５’では、ステップＳ２０３での吐出検査の実行が１０回目であるかどうかを調べる。ここで、その吐出検査の実行が１０回目であれば、処理はステップＳ２１１に進み、１０回未満であれば処理はステップＳ２０６’に進み、吐出検査閾値電圧（ＴＨ）の値を“＋１”し、処理はステップＳ２０３に戻る。

このように、ステップＳ２０３、Ｓ２０４’～Ｓ２０６’の処理により、前回の検査結果の変化点に対応する吐出検査閾値電圧（ＴＨ）からその値を所定の範囲で増加させていった場合に、検査結果に変化点が見出されたかどうかが調べられる。

次に、ステップＳ２０４”では、対象ノズルの吐出検査閾値電圧（ＴＨ）をステップＳ２０１Ａで取得した値に“－１”した値に設定する。次に、ステップＳ２０３’でステップＳ２０３と同様に設定された吐出検査閾値電圧（ＴＨ）を用いて吐出検査を実行し、ステップＳ２０４では設定された吐出検査閾値電圧（ＴＨ）により選択されたノズルの吐出状態が正常吐出、又は吐出不良であるかを調べる。ここで、判定結果信号ＲＳＬＴが“１”であれば、処理はステップＳ２０７に進み、判定結果信号ＲＳＬＴが“０”であれば、処理はステップＳ２０５”に進む。そして、ステップＳ２０５”では、ステップＳ２０３’での吐出検査の実行が５回目であるかどうかを調べる。ここで、その吐出検査の実行が５回目であれば、処理はステップＳ２１１に進み、５回未満であれば処理はステップＳ２０６に進み、吐出検査閾値電圧（ＴＨ）の値を“－１”し、処理はステップＳ２０３’に戻る。

このように、ステップＳ２０３’、Ｓ２０４、Ｓ２０５”、Ｓ２０６の処理により、前回の検査結果の変化点に対応する吐出検査閾値電圧（ＴＨ）からその値を所定の範囲で減少させていった場合に、検査結果に変化点が見出されたかどうかが調べられる。

以上の処理により、前回の検査結果の変化点に対応する吐出検査閾値電圧（ＴＨ）から上下にその値を所定の範囲内で段階的に変化させていくことにより、吐出判定結果が変化した吐出検査閾値電圧を特定することができる。この実施例では吐出検査閾値電圧を上側に１０段階、下側に５段階変化させても検査結果の変化点が特定できなかった場合を吐出不良と判定している。さらに、この実施例では、段階的に吐出検査閾値電圧を変化させる回数をカウントすることで前回の検査結果の変化点に対応する吐出検査閾値電圧からの差分を取得することができ、そのカウント値に制限を設けている。これにより、前回の検査結果の変化点に対応する吐出検査閾値電圧からの差分が所定範囲内にあるかどうかも同時に判定できる。

以下、ステップＳ２０７、Ｓ２１０～Ｓ２１４は、実施例１で説明したのと同様の処理である。

従って以上説明した実施例に従えば、前回の検査結果の変化点に対応する吐出検査閾値電圧を起点として、吐出検査閾値電圧を変化させながら、検査結果の変化点を特定するので、効率よく各ノズルの吐出検査閾値電圧を再設定することができる。これにより、実施例１と比較して、最少２回の吐出検査で検査結果の変化点を特定することが可能となり、処理時間を大幅に短縮することが可能となる。

１ 搬送部、２記録媒体、３ 記録ヘッド、５ 素子基板、７ 信号生成部、
９ 判定結果抽出部、８０ 筺体、８１、８２ 搬送ローラ、１１１ 液体接続部、
２２０ 液体供給ユニット、２３０ 負圧制御ユニット、４００ ホスト装置、
４０４ 操作パネル、４１７ プリントエンジンユニット、
４１９ プリントコントローラ、４２１ ＲＡＭ、４２７ ヘッドＩ／Ｆ、
１０００ インクジェット記録装置

Claims (18)

1. インクを吐出する複数のノズルと、該複数のノズルおのおのに設けられインクを加熱する複数のヒータと、該複数のヒータおのおのに対応して設けられた複数の温度検知素子とを備えた記録ヘッドを用いて記録媒体に記録を行う記録装置であって、
   前記記録ヘッドに備えられる前記複数のノズルからインクの吐出状態を検査する対象となるノズルを選択する選択手段と、
   前記温度検知素子から得られる温度の時間変化値と比較することにより前記選択手段によって選択されたノズルのインク吐出状態を判断するための閾値の値を変化させながら、前記記録ヘッドのインクの吐出状態を検査する検査手段と、
   前記検査手段による複数回の検査により得られた結果に基づいて、次に選択されたノズルについて前記閾値を設定する設定手段と、
   前記設定手段により設定された閾値を記憶する記憶手段とを有することを特徴とする記録装置。
2. 前記複数のノズルのうち、前記選択手段が選択したノズルを示す選択する選択信号と、前記選択手段が選択したノズルについて前記設定手段が設定した前記閾値を示す検査閾値信号とを生成する信号生成手段と、
   前記信号生成手段が生成する前記選択信号が示すノズルと前記検査閾値信号が示す閾値とを変化させるよう指示する指示手段とを含むことを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
3. 前記設定手段は、前記選択信号によって選択されたノズルについて、前記検査手段による複数回の検査により得られた前記結果に変化が得られたときに用いた前記検査閾値信号が示す閾値を前記選択信号によって選択されたノズルの吐出状態を検査するための閾値として設定することを特徴とする請求項２に記載の記録装置。
4. 前記結果の変化とは、前記結果が正常吐出から吐出不良への変化、又は前記結果が吐出不良から正常吐出への変化であることを特徴とする請求項３に記載の記録装置。
5. 前記指示手段は、前記検査手段が検査対象とするノズルを１つずつ指示することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の記録装置。
6. 前記指示手段は、前記閾値を、該閾値がとりえる最大値から予め与えられた値ずつ変化させていくことを特徴とする請求項５に記載の記録装置。
7. 前記指示手段は、前記閾値を、前記記憶手段に記憶された前回の検査において得られた閾値から予め与えられた値ずつ変化させていくことを特徴とする請求項５に記載の記録装置。
8. 前記記憶手段に記憶された過去の検査において得られた閾値と前記閾値との差分が、予め定められた範囲より大きい場合には、前記検査手段により検査されたノズルを吐出不良と判定し、前記予め定められた範囲内である場合には、前記検査手段により検査されたノズルを正常吐出が可能な状態と判定する判定手段をさらに有することを特徴とする請求項７に記載の記録装置。
9. 前記記憶手段はさらに、前記判定手段による判定の結果に基づいて、正常吐出の状態にあるノズルと、吐出不良の状態にあるノズルとを示す情報を格納することを特徴とする請求項８に記載の記録装置。
10. 前記記録ヘッドは、前記複数の温度検知素子を用いて前記複数のノズルのインク吐出状態を検査する検査部を備え、
    前記検査部は、前記選択手段により選択されたノズルに設けられるヒータに対応する温度検知素子から得られる前記温度の時間変化値と、前記閾値とを比較し、該比較の結果に基づいて、前記選択されたノズルの吐出状態を判定することを特徴とする請求項２乃至９のいずれか１項に記載の記録装置。
11. 前記検査手段による検査は、通紙枚数、記録ドット数、前回検査からの経過期間、記録ヘッドの交換時、記録ヘッドの回復処理時、印刷ジョブ毎、印刷ページ毎の少なくともいずれかのタイミングで行われることを特徴とした請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の記録装置。
12. インクを吐出する複数のノズルと、該複数のノズルおのおのに設けられインクを加熱する複数のヒータと、該複数のヒータおのおのに対応して設けられた複数の温度検知素子とを備えた記録ヘッドを用いて記録媒体に記録を行う記録装置における吐出状態の判定方法であって、
    前記記録ヘッドに備えられる前記複数のノズルからインクの吐出状態を検査する対象となるノズルを選択する選択工程と、
    前記温度検知素子から得られる温度の時間変化値と比較することにより前記選択されたノズルのインク吐出状態を判断するための閾値の値を変化させながら、前記記録ヘッドのインクの吐出状態を検査する検査工程と、
    前記検査工程における複数回の検査により得られた結果に基づいて、次に前記選択されたノズルについて前記閾値を設定する設定工程と、
    前記設定工程において設定された閾値をメモリに記憶する記憶工程とを有することを特徴とする吐出状態の判定方法。
13. 前記複数のノズルのうち、前記選択工程において選択したノズルを示す選択する選択信号と、前記選択工程において選択したノズルについて前記設定工程において設定した前記閾値を示す検査閾値信号とを生成して前記記録ヘッドに出力する信号生成工程と、
    前記信号生成工程において生成された前記選択信号が示すノズルと前記検査閾値信号が示す閾値とを変化させるよう指示する指示工程とを含むことを特徴とする請求項１２に記載の吐出状態の判定方法。
14. 前記結果の変化とは、前記結果が正常吐出から吐出不良への変化、又は前記結果が吐出不良から正常吐出への変化であることを特徴とする請求項１３に記載の吐出状態の判定方法。
15. 前記指示工程において、前記検査工程において検査対象とするノズルが１つずつ指示されることを特徴とする請求項１３または１４に記載の吐出状態の判定方法。
16. 前記指示工程において、前記閾値を、前記記憶工程において記憶された前回の検査において得られた閾値から予め与えられた値ずつ変化させていくことを特徴とする請求項１５に記載の吐出状態の判定方法。
17. 前記記憶工程において記憶された過去の検査において得られた閾値と前記閾値との差分が、予め定められた範囲より大きい場合には、前記検査工程において検査されたノズルを吐出不良と判定し、前記予め定められた範囲内である場合には、前記検査工程において検査されたノズルを正常吐出が可能な状態と判定する判定工程をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の吐出状態の判定方法。
18. 前記記録ヘッドは、前記複数の温度検知素子を用いて前記複数のノズルのインク吐出状態を検査する検査部を備え、
    前記検査部は、前記選択工程において選択されたノズルに設けられるヒータに対応する温度検知素子から得られる前記温度の時間変化値と、前記閾値の値とを比較し、該比較の結果に基づいて、前記選択されたノズルの吐出状態を判定することを特徴とする請求項１２乃至１７のいずれか１項に記載の吐出状態の判定方法。

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