JP2019181727A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インクジェット記録装置の印字不良を速やかに検知して、印字不良を減少させる。【解決手段】インク粒子を噴出するノズルにノズル駆動電圧を印加するノズル駆動回路と、噴出されたインク粒子に文字信号を帯電させる帯電電極と、帯電電極により帯電されたインク粒子の電荷量を計測する電荷量センサと、帯電電極により帯電されたインク粒子の飛翔方向を偏向させる偏向電極と、ノズル駆動回路、帯電電極、偏向電極および電荷量センサを制御する制御部とを備えるインクジェット記録装置であって、インク粒子ごとに、帯電電極によりかけた帯電電圧と、その帯電電圧をかけたときに、電荷量センサより測定される電荷量とを保持し、制御部は、電荷量が前記帯電電圧と前記電荷量が比例関係をなす値から所定の許容値より外れた場合は、印字不良が発生したと判定する。【選択図】 図５

Description

本発明は、インクジェット記録装置に係り、特に、速やかに印字不良を検知するのに好適なインクジェット記録装置に関する。

産業用のインクジェット記録装置は、生産ラインによる製造物に対して、インクをドット状にして吹き付けて、製品番号や製造年月日を製造物の表面に記録する装置であり、様々な製造分野の製造物に対して使用されている。

例えば、特許文献１には、そのようなインクジェット記録装置において、インク粒子を形成するのに最適なノズル駆動電圧(励振電圧)を容易に決定するため、ノズル駆動電圧の中央値を印字に用いるノズル駆動電圧として設定する技術が開示されている。

特開２０１０−１７９８１号公報

例えば、特許文献１のインクジェット記録装置に見られるように、一般に帯電制御方式のインクジェット記録装置においては、ノズル駆動電圧（励振電圧）により生じるノズルの共振によりノズルからインクをインク粒子として噴出させている。

その際にノズル駆動電圧（励振電圧）が適切に設定されていないとか、インクの性能が経時変化して劣化するとか、インク圧力が適切に設定されていないとか、インク粘度が高過ぎるあるいは低過ぎるとかの要因で、印字が乱れる（印字不良）可能性がある。
印字不良がいったん発生した場合に、そのインクジェット記録装置で続けて印字をおこなうと、それ以降の印字についても印字不良になる可能性がある。

本発明の目的は、インクジェット記録装置の印字不良を速やかに検知して、印字不良を減少させることのできるインクジェット記録装置を提供することにある。

本発明のインクジェット記録装置の構成は、好ましくは、インク粒子を噴出するノズルにノズル駆動電圧を印加するノズル駆動回路と、噴出されたインク粒子に文字信号を帯電させる帯電電極と、帯電電極により帯電されたインク粒子の電荷量を計測する電荷量センサと、帯電電極により帯電されたインク粒子の飛翔方向を偏向させる偏向電極と、ノズル駆動回路、帯電電極、偏向電極および電荷量センサを制御する制御部とを備えるインクジェット記録装置であって、インク粒子ごとに、帯電電極によりかけた帯電電圧と、その帯電電圧をかけたときに、電荷量センサより測定される電荷量とを保持し、制御部は、電荷量が前記帯電電圧と前記電荷量が比例関係をなす値から所定の許容値より外れた場合は、印字不良が発生したと判定するようにしたものである。

本発明によれば、インクジェット記録装置の印字不良を速やかに検知して、印字不良を減少させることのできるインクジェット記録装置を提供することができる。

インクジェット記録装置の構成図である。 インクジェット記録装置の動作原理を示すための主要部の斜視図である。 インクジェット記録装置の機能ブロック図である。 電圧電荷量関係テーブルの正常時と異常時のときの例を示す図である。 印字不良検知処理を示すフローチャートである。 時間と帯電電圧信号の関係を示すグラフである。 正常時の帯電電圧と電荷量センサ出力の関係を示すグラフである。 正常時の時間と電荷量検出信号の関係を示すグラフである。 正常時の印字位置を示す図である。 異常時の時間と帯電電圧信号の関係を示すグラフである（その一）。 異常時の時間と帯電電圧信号の関係を示すグラフである（その二）。 図１０の場合の印字位置を示す図である。 図１１の場合の印字位置を示す図である。 操作表示部に表示される警告表示の例を示す図である。 インク劣化判定処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態を、図１ないし図１５を用いて説明する。

先ず、図１ないし図３を用いて、本実施形態のインクジェット記録装置の構成と動作原理について説明する。
インクジェット記録装置１００は、図１に示されるように、インクジェット記録装置本体１と、印字ヘッド２とが、導管４により接続された形態である。

以下では、インクジェット記録装置１００のインク供給経路という観点から説明する。インクジェット記録装置本体１には、循環するインク７Ａを保持する主インク容器１８が備えられており、主インク容器１８には、主インク容器１８内の液体が内部に保持されるのに適正な量である基準液面レベルに達しているか否かを検知する液面センサ４６が備えられている。

主インク容器１８は、主インク容器１８内のインク７Ａの粘度を把握するために、経路２０１を介して粘度測定器４３に接続されている。その粘度測定器４３は、経路２０２を介して経路の開閉をおこなう供給弁３４に接続されており、供給弁３４は経路２０３を介してインク７Ａを吸引、圧送するために使用される供給ポンプ２４に接続されている。
そして、供給ポンプ２４は、経路２０４を介してインク７Ａ中に混入している異物を除去するフィルタ（供給用）２８に接続されている。

フィルタ（供給用）２８は、経路２０５を介して供給ポンプ２４から圧送されたインク７Ａを印字するために適正な圧力に調整する減圧弁３３に接続されており、減圧弁３３は、経路２０６を介してノズルに供給されるインク７Ａの圧力を測定する圧力計３１が備えられている。
そして、圧力計３１は、導管４内を通る経路２０７を介して印字ヘッド２内に備えられたノズル８と接続されている。

印字ヘッド２内のノズル８は、インク７Ａを吐出する吐出口を備えており、ノズル８吐出口の直進方向には、印字に使用されないために帯電、偏向されずに直進的に飛翔するインク粒子７Ｃを捕捉するためのガター１４が配置されている。

また、印字に使用されるインク粒子は、帯電電極１１により帯電させられ、偏向電極１２により、偏向される。また、帯電電極１１と偏向電極１２の間には、インク粒子の荷電量を計測するための電荷量センサ５が設置されている。

次に、インクジェット記録装置１００のインク回収経路について説明する。
ガター１４は、導管４内を通る経路２１２を介してインクジェット記録装置本体１内に配置されているインク中に混入している異物を除去するフィルタ（回収用）３０と接続されており、フィルタ（回収用）３０は、経路２１３を介して経路の開閉をおこなう回収弁３５に接続されている。また、その回収弁３５は、経路２１４を介してガター１４により捕捉されたインク粒子７Ｃを吸引する回収ポンプ２５と接続されている。そして、回収ポンプ２５は、経路２１５を介して主インク容器１８と接続されている。

次に、インク補給経路について説明する。
インクジェット記録装置本体１には、補充用のインクを保持する補助インク容器２０が備えられており、補助インク容器２０は、経路２２１を介して経路の開閉をおこなう補給弁３６に接続されている。そして、補給弁３６は、経路２２２を介して、インク供給経路２０３と接続された合流経路２２３に接続されている。

次に、インクジェット記録装置１００の溶剤補給経路について説明する。
インクジェット記録装置本体１には、溶剤補給用の溶剤を保持する溶剤容器１９が備えられており、溶剤容器１９は、経路２３１を介して溶剤を吸引、圧送するために使用される補力液ポンプ２７に接続されている。その補力液ポンプ２７は、経路２３２を介して流路の開閉をおこなうために補力弁３８に接続されており、補力弁３８は、経路２３３を介して主インク容器１８と接続されている。

次に、図２を用いてインクジェット記録装置の動作原理について説明する。
インクジェット記録装置の動作原理を説明するために、主要部を示すと、図２の斜視図に示されるようになる。

主インク容器１８内のインク７Ａは、供給ポンプ２４に吸引、加圧されて、インク柱７Ｂとなってノズル８から吐出される。ノズル８には、電歪素子９が備えられており、この電歪素子９により、インクに所定の周波数で振動を加えてノズル８から吐出されるインク柱７Ｂを粒子化するようになっている。

これにより生成されるインク粒子７Ｃの単位時間あたりの数は、電歪素子９に印加するノズル駆動電圧（励振電圧）の周波数により決定され、その周波数と同数となる(例えば、７０ＫＨｚのときは、１秒間あたりに生成するインク粒子７Ｃの数は、７００００個)。

そして、インク粒子７Ｃは、印字情報に対応した大きさの電圧を帯電電極１１により印加することによって、電荷を帯電させるようになっている。そして、帯電電極１１で帯電させられたインク粒子７Ｃは、偏向電極１２間の電界中を飛翔する。偏向電界は、５〜６［ｋＶ］の高電圧が印加された高圧電極と設置されたグランド電極との間に形成されており、帯電したインク粒子７Ｃは、偏向電極１２によって、その帯電量に比例した力を受けて偏向させられ、印字対象物１３へ向かって飛翔して着弾する。その際、インク粒子７Ｃは帯電量に応じて偏向方向の着弾位置は変化し、さらに偏向方向と直交する方向に生産ラインが印字対象物１３を移動させることにより、偏向方向と直交した方向にも粒子を着弾させることが可能となり、複数の着弾粒子によって文字を構成し印字をおこなう。

また、このとき帯電電極１１と偏向電極１２の間にある電荷量センサ５により、インク粒子７Ｃの荷電量が計測される。
そして、印字に使用されなかったインク粒子７Ｃは偏向電極１２間を直線的に飛翔して、ガター１４により捕捉された後に経路を経由して、主インク容器１８に回収される。

次に、図３を用いてインクジェット記録装置１００の機能構成について説明する。
図３に示されるように、インクジェット記録装置１００には、バス３００を介してインクジェット記録装置１００内部の各部を制御するＭＰＵ(Micro Processing Unit)５２が備えられており、ＭＰＵ５２には、ＲＡＭ（Random Access Memory）５５、ＲＯＭ（Read only Memory）５６、ビデオＲＡＭ５７、帯電信号発生回路６１、電荷量センサ５、電荷量増幅回路６２、ノズル駆動回路６３、異常信号出力回路６４が接続されおり、これらの回路等を制御するようになっている。

ここで、ＲＡＭ５５は、インクジェット記録装置１００内で一時的にデータを記憶するメモリ素子である。ＲＯＭ５６は、プログラムなどを予め記憶するメモリ素子である。ビデオＲＡＭ５７は、インク粒子７Ｃに帯電させるビデオデータを記憶しておくメモリ素子である。帯電信号発生回路６１は、ビデオデータを帯電させる信号を発生する回路である。電荷量センサ５は、インク粒子の電荷量をセンシングするセンサである。電荷量増幅回路６２は、電荷量センサ５の信号を増幅する回路である。ノズル駆動回路６３は、ノズル８を駆動するための回路である。異常信号出力回路６４は、印字不良などの異常が発生したときに、生産ラインに設置され、このインクジェット記録装置に接続された外部の機器に、異常信号を出力する回路である。インクジェット記録装置に接続された外部の機器とは、例えば、印字対象物を搬送するコンベアである。

また、ＭＰＵ５２には、バス３００を介して、供給弁３４、供給ポンプ２４、回収ポンプ２５、補力液ポンプ２７、減圧弁３３、回収弁３５、補給弁３６、補力弁３８、帯電電極１１、偏向電極１２、および、操作表示部３５０が接続されており、ＭＰＵ５２はこれらの動作を制御するようになっている。

次に、インクジェット記録装置１００が、印字をおこなう際の動作について説明する。
印字をおこなうに際しては、操作表示部３５０から入力された信号に応じて供給ポンプ２４、回収ポンプ２５、補力液ポンプ２７がそれぞれ動作し、供給弁３４が開放され減圧弁３３で任意の圧力に調圧される。

次に、ノズル駆動回路６３よりノズル８にノズル駆動電圧（励振電圧）を印加し、インクがノズル８より吐出される。
そして、ノズル８から吐出されたインク粒子７Ｃには、帯電信号発生回路６１より帯電電極１１に帯電電圧を印加され、帯電電極１１によりインク粒子７Ｃは帯電させられる。

帯電させられたインク粒子７Ｃは、偏向電極１２により発生させられた電界により飛翔方向が偏向され、印字対象物１３に着弾して印字がおこなわれるようになっている。

一方、印字に用いられないインク粒子７Ｃは帯電、偏向されずガター１４に補足される。補足されたインク粒子７Ｃは、回収ポンプ２５により吸引され、主インク容器１８に回収されるようになっている。

ここで、ノズル駆動電圧によるノズル８内のインク圧力脈動および噴出されたインクの表面張力によりインクは粒子化される。そのとき、インク粒子７Ｃの形状は、ノズル駆動電圧（励振電圧）の大きさに影響を受け、印字品質に影響を与える。このときに、印字品質に影響を与える要素として、インク圧力やインク粘度、インク温度、インクの劣化などがある。

次に、図４を用いて電圧電荷量関係テーブルについて説明する。
電圧電荷量関係テーブル４００は、帯電電極１１でインク粒子７Ｃに印加した帯電電圧に対して、インク粒子７Ｃから計測された電荷量と、そのインク粒子に対し、正常か異常かを判定した結果を格納するテーブルであり、図４に示されるように、帯電電圧４００ａ、電荷量４００ｂ、判定結果４００ｃのフィールドよりなる。

ここで、帯電電圧４００ａには、帯電電極１１でインク粒子７Ｃに印加した帯電電圧の値が格納され、電荷量４００ｂには、インク粒子７Ｃから計測された電荷量が格納され、判定結果４００ｃには、それが正常か異常かの判定結果が格納される。

図４において、図４（ａ）が電圧電荷量関係テーブル４００の全ての計測結果が正常であるとされるとき、図４（ｂ）が電圧電荷量関係テーブル４００の計測結果で異常なものがあるときを示している。

次に、図５ないし図１４を用いて本実施形態のインクジェット記録装置における印字不良検知処理について説明する。
以下、図５に示される印字不良検知処理を示すフローチャートを用いて、各処理を説明する。
先ず、ノズル駆動回路６３により電歪素子９に任意のノズル駆動電圧(励振電圧)を設定する。本実施形態の例として、縦８ドットを印字する時の動作を説明する。このとき、図６に示すような時間について縦一列分のインク粒子７Ｃに対して帯電電圧を印加する（Ｓ０１）。

次に、各インク粒子７Ｃの電荷量を電荷量センサ５で測定し（Ｓ０２）、その測定結果の信号を電荷量増幅回路６２で増幅し、増幅した信号に基づいて各インク粒子７Ｃについて帯電電圧と電荷量の値をＲＡＭ５５内の図４に示した電圧電荷関係テーブル４００の帯電電圧４００ａ、電荷量４００ｂに格納する（Ｓ０３）。

ここで、正常にインク粒子７Ｃに帯電された場合は、図７に示すように帯電電圧とインク粒子７Ｃの電荷量は比例関係になるという特性がある。なお、図７の縦軸は、電荷量センサ出力は、電圧で測定されるが、電荷量センサ出力電圧は、インク粒子７Ｃの電荷量に比例しているため、図７は、帯電電圧とインク粒子７Ｃの電荷量は比例関係を示すグラフとみなすことができる。

すなわち、印加した帯電電圧と電荷量センサ５の出力結果が比例関係にある場合には、後に吐出されるインク粒子７Ｃほど電荷量センサ５の出力は大きくなるが、その際、電荷量センサ５の出力は、一定の大きさで大きくなっていくので、図８に示すような直線(以下、「理想印字直線」という)が形成される。

そして、本実施形態に於ける望ましい帯電電圧と電荷量の比例関係とは、例えば、図８に示すように、各インク粒子７Ｃの計測結果が理想印字直線±１ドットピッチ相当分の範囲内に収まる状態をいう。これは、計測結果が理想印字直線±１ドットピッチ相当分の範囲内に収まる場合は実際に印字された文字等が誤読されるおそれが少ないからである。ここで、図８に示す理想印字直線の上方の点線は、許容範囲の上限値であり、理想印字直線の下方の点線は許容範囲の下限値である。これは、後述する図１０、図１１においても同様である。

図８に示す各インク粒子７Ｃの計測結果が理想印字直線±１ドットピッチ相当分の範囲内に収まっている場合の印字位置を示すと、図９のようになる。実線上の黒丸が理想の印字位置であり、各黒丸の上方向に１ピッチから下方向に１ピッチの範囲が実際に印字がおこなわれた際の許容範囲である。

帯電電圧と電荷量が比例関係に無い場合は、インク粒子７Ｃの計測結果の一つ以上が理想印字直線±１ドットピッチ相当分の範囲内から外れることとなり、例えば、図１０に示すようになる。図１０は、８個の帯電電圧に対する電荷量の内、４個が異常である場合である。この場合の印字は、許容範囲から外れるため、図１２に示すように印字した結果が印字位置の許容範囲である理想印字位置±ドットピッチ範囲から外れることとなり、誤読されるおそれが生じることとなる。

また、別の例としては、図１１に示すように、８個の帯電電圧に対する電荷量の内、最後の２個が異常である場合である。この場合には、図１３に示されるように、印字位置がずれるおそれがある。

そして、ＲＡＭ５５内の電圧電荷関係テーブル４００に格納された帯電電圧と電荷量が所定の許容範囲内において比例関係にあるか、すなわち、電荷量センサ５によりインク粒子７Ｃの全ての測定結果が図８に示す上方の点線と下方の点線の間の範囲内であるか否かを判定し（Ｓ０４）、その判定結果を電圧電荷関係テーブル４００の判定結果４００ｃに格納する（Ｓ０５）。すなわち、計測結果が図８に示す上方の点線と下方の点線の範囲内である場合、すなわち正常な場合は「○」、計測結果が図８に示す上方の点線と下方の点線の範囲内に無い場合、すなわち異常な場合は、「×」をＲＡＭ５５内の電圧電荷関係テーブル４００の判定結果４００ｃに格納する。

印字不良の判定条件は、例えば、「×」が１個でもあれば不良と判定する（Ｓ０６）。または、「×」が複数、すなわち２個以上あれば不良と判定するというように、条件設定はソフトウェアにより、設定できるようにしてもよい。

印字不良と判定した時は、インクジェット記録装置本体１の操作表示部３５０に、例えば、図１４に示されように、『印字不良が発生しています』の様に警報を表示する。同時に印字するのを一時中断することにより、印字不良の印字物を増やさないようにすることができる。

次に、図１５を用いてインク劣化判定処理について説明する。
前提条件として、図５の示した印字不良検知処理により、インクジェット記録装置に印字不良が発生したと判定した後に、インク劣化判定処理を実行する。

先ず、インク圧力が適切でないとき（Ｓ１００：ＮＯ）、インク圧力を再設定し（Ｓ１１０）、インク粘度が適切でないとき（Ｓ１０１：ＮＯ）、インク粘度を調整し（Ｓ１１１）、インク温度が適切でないとき（Ｓ１０２：ＮＯ）、インク温度を調整する（Ｓ１１２）。

インク圧力を再設定は、例えば、保守者が減圧弁３３の調整をおこなう。インク粘度の調整は、例えば、主インク容器１８に補助インク容器２０の粘度の高いインクを補充する。インク温度の調整は、例えば、インクのヒータをＯＮにする。

それらのいずれもがそれぞれが適切なとき、ノズル駆動電圧 (励振電圧)設定が適切か否かを判定する（Ｓ１０３）。その方法は、例えば、特許文献１の図１２、図１３に示されるように、あるノズル駆動電圧の前後について、ノズル駆動電圧と電荷量が比例関係にあるとき、ノズル駆動電圧 (励振電圧)設定が適切であると判定することができる。

ノズル駆動電圧 (励振電圧)設定が適切でないとき（Ｓ１０３：ＮＯ）、励振電圧の自動設定をおこない（Ｓ１１３）、設定できるとき、すなわち、設定値があるときには（Ｓ１１４：ＹＥＳ）、インク劣化無しと判定し、設定値が無いときは（Ｓ１１４：ＮＯ）、インク劣化と判定し、インクジェット記録装置本体１の操作表示部３５０に、例えば『インクが劣化しています。インク交換してください』の様に警報を表示する（Ｓ１１５）。

上記においてノズル駆動電圧(励振電圧)設定値があり、インク劣化無しと判定した際、励振電圧設定が適切か否か判定したとき、元の設定値が適切で無い場合は、インクジェット記録装置本体１の操作表示部３５０に、例えば『ノズル駆動電圧（励振電圧）設定を見直してください』の様に警報を表示するようにしてもよい。

また、そのとき、インク圧力は適切であると判定されているが、例えば、適切な範囲を狭めて基準圧力に近づけるようにしてもよい。例えば、インク圧力の適切な範囲を半分に狭め、インク圧力がその範囲に無い場合は、インクジェット記録装置本体１の操作表示部３５０に、例えば、『インク圧力設定を基準値に近くなるよう設定を見直してください』の様に警報を表示する。

以上のように、本実施形態のインクジェット記録装置によれば、印字不良を速やかに検知し、印字不良の印字物大量発生を防ぐことができる。また、印字不良の検知後に、インクの劣化を判定し、保守者は、その対策をとることができるようになる。

１…インクジェット記録装置本体
２…印字ヘッド
４…導管
５…電荷量センサ
７Ａ…インク（主インク容器１８内）
７Ｂ…インク柱
７Ｃ…インク粒子
８…ノズル
９…電歪素子
１１…帯電電極
１２…偏向電極
１３…印字対象物
１４…ガター
１８…主インク容器
１９…溶剤容器
２０…補助インク容器
２４…供給ポンプ
２５…回収ポンプ
２７…補力液ポンプ
２８…フィルタ（供給用）
３０…フィルタ（回収用）
３１…圧力計
３３…減圧弁
３４…供給弁
３５…回収弁
３６…補給弁
３８…補力弁
４３…粘度測定器
５２…ＭＰＵ
５５…ＲＡＭ
５６…ＲＯＭ
５７…ビデオＲＡＭ
６１…帯電信号発生回路
６２…電荷量増幅回路
６３…ノズル駆動回路
１００…インクジェット記録装置
２０１〜２０７…経路（インク供給用）
２１２〜２１５…経路（インク回収用）
２１７…経路（排気用）
２２１〜２２２…経路（インク補給用）
２２３…合流経路
２３１〜２３３…経路（溶剤補給用）
３００…バス
３５０…操作表示部
４００…電圧電荷量関係テーブル

Claims (6)

1. インク粒子を噴出するノズルにノズル駆動電圧を印加するノズル駆動回路と、噴出されたインク粒子に文字信号を帯電させる帯電電極と、前記帯電電極により帯電されたインク粒子の電荷量を計測する電荷量センサと、前記帯電電極により帯電されたインク粒子の飛翔方向を偏向させる偏向電極と、ノズル駆動回路、帯電電極、偏向電極および電荷量センサを制御する制御部とを備えるインクジェット記録装置であって、
   インク粒子ごとに、前記帯電電極によりかけた帯電電圧と、その帯電電圧をかけたときに、前記電荷量センサより測定される電荷量とを保持し、
   前記制御部は、電荷量が前記帯電電圧と前記電荷量が比例関係をなす値から所定の許容値より外れた場合は、印字不良が発生したと判定することを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 帯電電圧と電荷量の比例関係からとらえられる直線からの電荷量の所定の許容値内にあるずれは、印字したときの１ドットピッチ相当分に収まることを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置。
3. さらに、情報を表示する操作表示部を有し、
   前記制御部が、前記印字不良が発生したと判定したときに、前記操作表示部に、印字不良の警告を表示させることを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置。
4. さらに、前記印字不良の発生を検知した場合、このインクジェット記録装置に接続された機器に、異常信号を出力する異常信号出力回路を備えることを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置。
5. さらに、情報を表示する操作表示部を有し、
   前記制御部が、前記印字不良の判定の後に、インクの劣化を判定し、前記操作表示部に、インクの劣化についての情報を表示させることを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置。
6. インク圧力、インクの粘度、インクの温度のそれぞれの調整の後、あるノズル駆動電圧の前後について、ノズル駆動電圧と電荷量が比例関係にあるようにノズル駆動電圧が設定できないとき、インクの劣化と判定することを特徴とする請求項５記載のインクジェット記録装置。

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