JP6311474B2 - 液滴検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、ノズルから吐出された液滴を検出する液滴検出装置に関する。

インクジェット記録装置において、記録ヘッドは、インクをノズルから記録媒体に吐出させて記録を行う関係上、ノズルからの溶媒の蒸発に起因するインク粘度の上昇や、インクの固化、塵埃の付着、さらには気泡の混入などにより吐出不良が発生すると、画像品質が低下することになる。
そこで、記録ヘッドからの液滴吐出状態を検出する液滴吐出状態検出装置として、記録ヘッドのノズル列の一端からノズル列に沿ってレーザ光を射出し、他端にレーザ光の光軸からずれた位置に受光手段を配置して液滴吐出の有無を検出する前方散乱光方式の技術が知られている。前方散乱光方式の液滴検出の技術についてより具体的には、ノズル列の一端から射出されたレーザ光は、液滴内部での屈折、反射、及び液滴周囲での回折により散乱光が生じるため、この散乱光を受光手段が受光することで液滴吐出の有無が検出できる。

しかしながら、ラインヘッドアレイの両端に備えられた前方散乱光方式の吐出検知の場合、今までの構成ではヘッドアレイに面する保護部材表面に多数のミストが付着し続け、マージ（併合）して大きな液滴となるという問題が生じる。この液滴は保護部材表面に設けられた光学部品としての開口稜線に付着し、乾燥固着することで発光・受光を妨げる。また、開口から排出された空気の流れによりノズル列端部付近の液滴吐出状態に影響がある（ノズルから記録媒体に至るまでの間に吐出方向の力及び重力の力以外に空気の流れの力を受けることで弾道が変わる）という問題があった。

ここで特許文献１（特開２００１−１１３６７７号公報）には、記録ヘッドから吐出されたインク滴の一部が空気抵抗によってインクミスト（霧状インク）となり、光学部品に影響を及ぼすことを防ぐ液滴検出装置の構成が開示されている。特許文献１の液滴検出装置の構成では、発光素子を第１の保護部材で覆い、受光素子は第２の保護部材で覆い、第１及び第２の保護部材の内部に外部から空気を取り入れ、さらにその空気が発光素子と受光素子との間の光路を遮らないように第１及び第２の保護部材に設けられた空気の開口から排出される。
しかしながら特許文献１で開示された構成では、前述したヘッドアレイに面する保護部材表面に多数のミストが付着し続け、マージして大きな液滴となり、保護部材表面に設けられた光学部品としての開口稜線に付着し、乾燥固着することで発光、受光を妨げる問題は解消できていない。また、開口から排出された空気の流れによりノズル列端部付近の液滴吐出状態に影響があるという問題についても特許文献１で開示された構成では解消できていない。

本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、光学的に液滴吐出を安定的に検出し、ミストやミストが併合して生じた液滴が液滴吐出の検出の受光および発光を妨げることを防ぐと共に、吐出された液滴の軌道に及ぼす影響を充分に抑制できる液滴検出装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明に係る液滴検知装置は、複数のノズルから吐出される液滴を検知する液滴検知装置であって、前記複数のノズルのうち、一列以上のノズル列から吐出される前記液滴に光を照射する発光手段と、前記液滴に照射された光により発生する散乱光を検出する受光手段と、を備え、前記発光手段は、光源と、該光源からの光が通過する発光開口部が設けられた発光手段保護部と、を有し、前記受光手段は、受光部と、前記散乱光が通過する受光開口部が設けられた受光手段保護部を有し、前記発光手段保護部は、前記光源側から順に、第１の発光開口部が設けられた第１の発光手段保護部と、前記第１の発光開口部よりも大きな開口である第２の発光開口部が設けられた第２の発光手段保護部と、を具備し、前記受光手段保護部は、前記受光部側から順に、第１の受光開口部が設けられた第１の受光手段保護部と、前記第１の受光開口部よりも大きな開口である第２の受光開口部が設けられた第２の受光手段保護部と、を具備し、前記第１の発光手段保護部と前記第２の発光手段保護部との間、及び、前記第１の発光手段保護部と前記光源との間、並びに、前記第１の受光手段保護部と前記第２の受光手段保護部との間、及び、前記第１の受光手段保護部と前記受光部との間に送風する送風手段をさらに備えることを特徴とする。

本発明によれば、光学的に液滴吐出を安定的に検出し、ミストやミストが併合して生じた液滴が液滴吐出の検出の受光および発光を妨げることを防ぐと共に、吐出された液滴の軌道に及ぼす影響を充分に抑制できる液滴検知装置を提供することができる。

本発明に係る画像形成装置の一実施の形態における構成を示す概略図である。 ヘッドアレイユニットの構成の一例を示す平面図である。 従来の液滴検知装置の構成を示す概略図である。 本発明に係る液滴検知装置の一実施の形態における構成を示す概略図である。

本発明に係る液滴検知装置は、複数のノズルから吐出される液滴を検知する液滴検知装置であって、前記複数のノズルのうち、一列以上のノズル列から吐出される前記液滴に光を照射する発光手段と、前記液滴に照射された光により発生する散乱光を検出する受光手段と、を備え、前記発光手段は、光源と、該光源からの光が通過する発光開口部が設けられた発光手段保護部と、を有し、前記受光手段は、受光部と、前記散乱光が通過する受光開口部が設けられた受光手段保護部を有し、前記発光手段保護部は、前記光源側から順に、第１の発光開口部が設けられた第１の発光手段保護部と、前記第１の発光開口部よりも大きな開口である第２の発光開口部が設けられた第２の発光手段保護部と、を具備し、前記受光手段保護部は、前記受光部側から順に、第１の受光開口部が設けられた第１の受光手段保護部と、前記第１の受光開口部よりも大きな開口である第２の受光開口部が設けられた第２の受光手段保護部と、を具備し、前記第１の発光手段保護部と前記第２の発光手段保護部との間、及び、前記第１の発光手段保護部と前記光源との間、並びに、前記第１の受光手段保護部と前記第２の受光手段保護部との間、及び、前記第１の受光手段保護部と前記受光部との間に送風する送風手段をさらに備えることを特徴とする。
本発明に係る液滴検知装置によれば、発光および受光を遮る箇所に液滴・ミストが付着することを防ぐことができ、また、ノズル列の端部付近の液滴吐出状態に対して送風の影響を減らすことができるので、ミストが存在する環境においても安定した吐出検知ができる。

次に、本発明に係る液滴検知装置および画像形成装置ついて図面を参照しながらさらに詳細に説明する。まず、本発明に係る画像形成装置の一実施の形態について説明し、ついで本発明に係る液滴検知装置の一実施の形態について説明する。
尚、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であるから技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は以下の説明において本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。

＜本発明に係る画像形成装置の実施の形態＞
図１は、本発明に係る画像形成装置の一実施の形態であるインクジェット記録装置における構成を示す概略図である。
実施の形態にかかる画像形成装置は、搬送部４によって搬送される記録媒体である用紙Ｐに液滴を吐出し印字する記録ヘッドを構成するヘッド部５と、ヘッド部５の維持回復機構であるヘッドメンテナンス装置６とを備えている。このメンテナンス装置６は、搬送部４の上方で用紙搬送方向に沿ってスライド移動可能に配置され、ヘッドメンテナンス時にはヘッド部５が上昇した後、ヘッド部５の下部に移動し、印字中は図１の位置に退避する。

ヘッド部５は、図２にも示すように、ベース部材５２に一列に配列した複数（この例では５個）のヘッド１０１で構成される８つのヘッド列５１Ａ〜５１Ｈを有するヘッドアレイユニット（記録ヘッド）５０を備えている。ヘッド１０１は、液滴を吐出する複数のノズル１０２がノズル面１０４に２列配列されている。

そして、ヘッド列５１Ａ、５１Ｂの各ヘッド１０１の２つのノズル列でブラック（Ｋ）の液滴を吐出し、ヘッド列５１Ｃ、５１Ｄの各ヘッド１０１の２つのノズル列でマゼンタ（Ｍ）の液滴を吐出し、ヘッド列５１Ｅ、５１Ｆの各ヘッド１０１の２つのノズル列でシアン（Ｃ）の液滴を吐出し、また、ヘッド列５１Ｇ、５１Ｈの２つのノズル列でイエロー（Ｙ）の液滴を吐出する。つまり、ヘッド部５は４つのノズル列で用紙幅相当の１列分のノズル列が構成され、２つのヘッド列５１で用紙幅相当の１列分のノズル列が構成されている。

なお、各色のライン構成は、上記に限るものではなく、各色の配置は特に限定はない。また、ヘッド部の構成もこの例に限るものではなく、周知慣用されている構成を適用可能である。

＜液滴検知装置の従来の構成例＞
次に、本発明に係る液滴検知装置を説明するに先立ち、図３を参照しながら従来の液滴検知装置について説明する。
図３は従来の液滴検知装置の構成を示す概略図である。なお、図３には説明の便宜のため液滴検知装置が有しないヘッド部５（画像形成装置が有する構成である）も図示してある。

液滴検知装置は、光源を備える発光手段と、受光部を備える受光手段と、送風手段とを具備する。
発光手段は、発光部１０、レンズ１２、アパーチャ１４、発光手段保護部材１６を備える。発光素子１０から出射された光（出射方向は図３の発光素子１０の直下に図示された矢印方向である）は、レンズ１２により平行ビームに整形され、アパーチャ１４によって余分な光がカットされた後、ヘッド部５のノズル面と平行に進行する光として受光手段方向に進行する。これらは発光手段保護部材１６で保護されてなる。
一方、受光手段は、受光部２０、受光部窓２４、受光手段保護部材２６を備える。発光手段からの光を、受光部窓２４を通過し、受光部２０で検知される。これらは受光手段保護部材２６で保護されてなる。

アパーチャ１４より出射されたビーム（図３では一部図示を省略している）がヘッド部５より吐出された飛翔中の液滴に照射されると、液滴内部での屈折、反射、及び液滴周囲での回折により散乱光Ｌｓが生じる。この散乱光Ｌｓの一部は、外乱光をカットするための受光部窓２４を通過して受光部２０へ入射する。
なお、液滴は最終的に記録媒体Ｐ、もしくは、液滴受け（不図示）へ着弾する。図３に示す例では記録媒体Ｐに着弾するものである。

また、前述のとおり従来においてもヘッド部５と記録媒体Ｐとの間において発生するミストがアパーチャ１４近傍あるいは受光部窓２４近傍でマージされて液滴となり、乾燥し固形化することで発光あるいは受光を阻害する現象を防止するための策が講じられていた。なお、ミストとは図３においてヘッド部５と記録媒体Ｐとの間の領域に煙状の形態で図示されているものを指すが、不定形かつ流動可能であるため図示のような形態に限られないことは言うまでもない。

図３に示す従来の構成におけるミスト防止策とは、送風手段３０により取り込んだ外気を、発光部１０および受光部２０のそれぞれに対応して設けられた保護部材（発光手段保護部材１６、受光手段保護部材２６）の内部に送る方法である。
図３に示すように、送風手段３０から取り込まれた外気は、送風経路３２を介して発光手段保護部材１６と、受光手段保護部材２６とに送られる。発光手段保護部材１６に送られた外気は、送風経路３２からその内部に向けて（送風経路３２と発光手段保護部材１６との接続部において図示されている黒矢印の方向）放出されるため、発光手段保護部材１６内部の圧力の上昇し、これ伴ってアパーチャ１４から空気が放出される。このとき、アパーチャ１４から放出される空気の流れは、図３のレンズ１２の周辺からアパーチャ１４を通り発光手段保護部材１６外部に向かって伸びる３本の黒矢印で図示している。
このように、発光手段保護部材１６の内部から外部に向かって空気の流れが生じているため、アパーチャ１８の近傍においてミストが流入することを防止することができ、発光部１０やレンズ１２へのミストの付着が生じない。
なお、受光手段保護部材２６周辺の構成は発光手段保護部材１６周辺の構成と同様であるため説明は省略する。

ところが、この従来の構成によっても依然としてミストの付着の問題が解消できていない。
ヘッド部５に面する保護部材の表面（発光手段保護部材１６、受光手段保護部材２６それぞれの表面であって、図３においては説明のため斜線で示している箇所である）にはミストの付着が発生することは避けられず、アパーチャ１４及び受光部窓２４の形成箇所のみが放出される空気の効力によりミストの付着が抑制される。つまり、ヘッド部５に面する保護部材（発光手段保護部材１６、受光手段保護部材２６）の表面上部においては多数のミストが付着し続け、マージして液滴となり、重力や周囲の振動などにより移動して保護部材表面に設けられたアパーチャ１４、受光部窓２４の稜線に付着する。

したがって、図３に示すように、アパーチャ１４の周囲にアパーチャ付着液滴１８が生じること、及び、受光部窓２４の周囲に受光部窓付着液滴２８が生じることは従来の構成では避けられず、これらが乾燥固着してビームを遮り、発光および受光を妨げる要因となっていた。このため、液滴へ入射するビーム光量が減少することにより、液滴より生じる散乱光も減少し、その減少した散乱光を検知する受光部２０への入射散乱光量もさらに減少するため、液滴検知が不安定となる。

また、送風手段３０による空気の流れは、発光部１０および受光部２０近傍の液滴（例えば図３の両端の位置であり点線矢印で示す箇所）の飛翔状態に影響することで、レーザ光と液滴との位置関係が変化するため、受光部２０への入射散乱光量が不安定となり液滴検知が不安定となる。

本発明ではこれらの従来技術における問題に鑑み、光学的に液滴吐出を安定的に検出し、ミストやミストが併合して生じた液滴が液滴吐出の検出の受光および発光を妨げることを防ぐと共に、吐出された液滴の軌道に及ぼす影響を充分に抑制できることを目的とした。

＜本発明に係る液滴検知装置の実施の形態＞
図４は、本発明に係る液滴検知装置の一実施の形態における構成を示す概略図である。図４に示す構成では、ヘッド部５からの液滴吐出に影響を及ぼさずに、光学部品における開口（アパーチャ１４、受光部窓２４）への液滴・ミスト付着を防止することができる。
なお、図４に示す構成のうち、図３において示した従来の構成と重複するものについてはその説明を適宜省略する。また、液滴検知の原理についても従来と同様であるため説明は省略する。

・ミスト防止策
本実施の形態における液滴検知装置では、光学部品としての開口（アパーチャ１４、受光部窓２４）を設けた発光手段保護部材１６の構成が従来の構成とは異なり、ミストの発生空間に対して二重の保護部材を設けている。
具体的には、発光手段保護部としての発光手段保護部材１６は、光源である発光部１０の側から順に、第１の発光開口部であるアパーチャ１４が設けられた第１の発光手段保護部（斜線領域の発光部１０側）と、アパーチャ１４よりも大きな開口である第２の発光開口部としての大きな発光開口部１５が設けられた第２の発光手段保護部（斜線領域のヘッド部５側）とを具備する。
また、受光手段保護部としての受光手段保護部材２６は、受光部２０側から順に、第１の受光開口部である受光部窓２４が設けられた第１の受光手段保護部（斜線領域の受光部２０側）と、受光部窓２４よりも大きな開口としての大きな受光開口部２５が設けられた第２の受光手段保護部（斜線領域のヘッド部５側）とを具備する。

このとき、大きな発光開口部１５および大きな受光開口部２５は、インクジェット記録装置（画像形成装置）の定期清掃周期内で付着する最大サイズの乾燥付着した液滴でも、発光部１０からの光および受光部２０への光を遮らない大きさであることが好ましい。

また、送風手段３０より取り込まれた外気は、発光部１０、受光部２０それぞれの保護部材（発光手段保護部材１６、受光手段保護部材２６）の内部へ送られる。
図４に示すように、本実施の形態では、発光部１０側および受光部２０側のいずれにおいても、２つずつの外気の流入箇所が設けられてなる。

発光部１０側では、第１の発光手段保護部と第２の発光手段保護部との間、即ち、図４に示すアパーチャ１４と大きな発光開口部１５との間の空間に外気が流入し、２本の太い矢印で示す方向（発光部１０から照射された光に対して垂直方向）に空気の流れが生じる。また、前述した従来の液滴検知装置と同様に、第１の発光手段保護部と発光部１０との間（送風経路３２と発光手段保護部材１６との接続部において図示されている黒矢印の方向）にも外気が流入し、アパーチャ１４から放出される。
なお、第１の発光手段保護部と第２の発光手段保護部との間に送風する送風圧力と、第１の発光手段保護部と光源部１０との間に送風する送風圧力とが異なるように調整可能な圧力調整部３４が設けられていることが好ましい。これらを独立して制御することで、ミストの流入をより確実に防ぐことができる。
なお、受光部２０側においても以上説明した発光部１０側と同様の構成となっているため、説明を省略する。

・開口（アパーチャ１４、大きな発光開口部１５）へ侵入するミストについて
アパーチャ１４より大きな発光開口部１５にミストが流入してきた場合、流入したミストは第１の発光手段保護部と第２の発光手段保護部との間に生じた空気の流れによって、アパーチャ１５近傍に付着しないで流し出される。このため、液滴に照射される光の量や受光部２０に入射する散乱光の量が減少しない。
流されるミストの一部はマージして大きな液滴となった状態で乾燥固着して、大きな発光開口部１５の稜線に付着するが、アパーチャ１４から出射する光を遮らないように大きな発光開口部１５のサイズが形成されているため、安定した液滴検知が可能となる。
なお、受光部２０側においても以上説明した発光部１０側と同様の構成となっているため、説明を省略する。

・ヘッド部５に面する保護部材（第２の発光手段保護部、第２の受光手段保護部）表面へ付着するミストについて
第２の発光手段保護部のヘッド部５側において、表面に多数のミストが付着し続けてマージした大きな液滴が重力や周囲の振動などにより移動して、大きな発光開口部１５の稜線に乾燥固着する。大きな発光開口部１５の稜線に乾燥固着した液滴は、この大きな発光開口部１５に付着しているため、アパーチャ１４から出射する光を遮らない。よって、安定した液滴検知が可能となる。
なお、受光部２０側においても以上説明した発光部１０側と同様の構成となっているため、説明を省略する。

・発光部１０、受光部２０近傍の液滴（例えば、図４の両端における液滴）の飛翔状態への影響
前述のとおり、光の進行方向に対し垂直に空気が流れているため、アパーチャ１４、もしくは、受光部窓２４から流れ出す空気は光の進行方向に対し垂直方向の流れの影響で方向が変わる。したがって、アパーチャ１４、もしくは、受光部窓２４からの空気の流れがヘッド部５の方向へ流れ出さないので、発光部１０、受光部２０近傍の液滴（例えば、図４の両端位置位置）の飛翔状態への影響が無く、光と液滴との位置関係が変化しない。よって、安定した散乱光が受光部へ入射可能となる。

以上の本発明に係る液滴検知装置および画像形成装置によれば、光学的に液滴吐出を安定的に検出し、ミストやミストが併合して生じた液滴が液滴吐出の検出の受光および発光を妨げることを防ぐと共に、吐出された液滴の軌道に及ぼす影響を充分に抑制できることがわかった。

Ｐ 記録媒体
Ｌｓ 散乱光
４ 搬送部
５ ヘッド部
６ ヘッドメンテナンス装置
１０ 発光部
１２ レンズ
１４ アパーチャ
１５ 大きな発光開口部
１６ 発光手段保護部材
１８ アパーチャ付着液滴
２０ 受光部
２４ 受光部窓
２５ 大きな受光開口部
２６ 受光手段保護部材
２８ 受光部窓付着液滴
３０ 送風手段
３２ 送風経路
３４ 圧力調整部
５０ ヘッドアレイユニット
５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄ，５１Ｅ，５１Ｆ，５１Ｇ，５１Ｈ ヘッド列
５２ ベース部材
１０１ ヘッド
１０２ ノズル
１０４ ノズル面

特開２００１−１１３６７７号公報

Claims (4)

1. 複数のノズルから吐出される液滴を検知する液滴検知装置であって、
   前記複数のノズルのうち、一列以上のノズル列から吐出される前記液滴に光を照射する発光手段と、前記液滴に照射された光により発生する散乱光を検出する受光手段と、を備え、
   前記発光手段は、光源と、該光源からの光が通過する発光開口部が設けられた発光手段保護部と、を有し、
   前記受光手段は、受光部と、前記散乱光が通過する受光開口部が設けられた受光手段保護部を有し、
   前記発光手段保護部は、前記光源側から順に、第１の発光開口部が設けられた第１の発光手段保護部と、前記第１の発光開口部よりも大きな開口である第２の発光開口部が設けられた第２の発光手段保護部と、を具備し、
   前記受光手段保護部は、前記受光部側から順に、第１の受光開口部が設けられた第１の受光手段保護部と、前記第１の受光開口部よりも大きな開口である第２の受光開口部が設けられた第２の受光手段保護部と、を具備し、
   前記第１の発光手段保護部と前記第２の発光手段保護部との間、及び、前記第１の発光手段保護部と前記光源との間、並びに、前記第１の受光手段保護部と前記第２の受光手段保護部との間、及び、前記第１の受光手段保護部と前記受光部との間に送風する送風手段をさらに備えることを特徴とする液滴検知装置。
2. 前記送風手段は、前記第１の発光手段保護部と前記第２の発光手段保護部との間、及び、前記第１の受光手段保護部と前記第２の受光手段保護部との間に、前記光源から照射された光に対して垂直方向に送風することを特徴とする請求項１に記載の液滴検知装置。
3. 前記送風手段は、前記第１の発光手段保護部と前記第２の発光手段保護部との間に発生させる送風圧力と、前記第１の発光手段保護部と前記光源との間に発生させる送風圧力とが異なるように調整可能であり、前記第１の受光手段保護部と前記第２の受光手段保護部との間に発生させる送風圧力と、前記第１の受光手段保護部と前記受光部との間に発生させる送風圧力とが異なるように調整可能な、圧力調整部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の液滴検知装置。
4. 複数のノズルを有する液滴吐出ヘッドと、前記複数のノズルから吐出される液滴を検知する液滴検知手段と、を備える画像形成装置であって、
   前記液滴検知手段は、請求項１乃至３のいずれかに記載の液滴検知装置であることを特徴とする画像形成装置。