JP2019217709A - インクジェット記録装置およびインクジェット記録装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】印字歪み等の印字品質を補正するための最適な設定値を自動的に得て、高品質の印字を実現するインクジェット記録装置を提供する。【解決手段】印字ヘッド部と、該印字ヘッド部を設定値に基づいて制御する印字制御部と、印字検査部とを有する。印字検査部は、Ｍ（Ｍは２以上）段階の前記設定値を設定しテスト用文字を複数回印字させ、該印字されたテスト用文字の画像を読取り、基準値と比較して印字品質に合格しているかどうかを判定する。そして、印字検査部は、その判断結果を前記設定値と対応づけて記録し、該記録された判定の結果、Ｎ（Ｎは２以上）回の合格が得られた段階で、該複数回の合格に対応する複数の設定値の中からその中央の設定値または中央に近い設定値を決定する。【選択図】 図３

Description

本発明は、ノズルより連続的にインク粒子を噴出し、インク粒子を用いて印字を行うインクジェット記録装置およびその制御方法に関する。

一般に、連続式のインクジェット記録装置は、ポンプにより連続的にノズルにインクを押し出し、押し出されたインクをノズル内の圧電素子等により微小な液滴（インク粒子）にし、帯電電極によりそのインク粒子に電荷を加え、さらに印字位置に応じて偏向電極によりインク粒子の飛翔の軌道を曲げ、被印字物の所定位置にインク粒子を着弾させることにより印刷を行う構成になっている。また、偏向電極で曲げられなかったインク（印刷に使用されなかったインク液滴）はガターにより回収され、インクタンクに戻され再利用される。

従来、印字された文字をルーペ等で目視しながらノズルに供給される励振電圧を変更させながらテスト印字を繰り返して最適な駆動電圧の設定値を決定し、その駆動電圧に基づいて実際の印字を行うことで印字品質を良好にすることがなされてきた。しかし、その作業を人手によって行うのは煩雑で多くの時間を必要とするばかりでなく、目視判断のため個人差が出るという問題がある。また、印字品質は、ノズル駆動電圧だけでなく、インク粒子に電荷を与える帯電電極の電圧や、インクの種類、温度などの外部環境等により複雑に変化するため、目視による判断には限界があった。

このような課題に対応するために、自動的にノズル駆動電圧を設定する技術が特許文献１に記載されている。すなわち、特許文献１には、インク粒子に任意の帯電電圧を与えて、インク粒子に与えられた電荷量を電荷量センサで検知し、帯電電圧とインク粒子の電荷量が比例関係の場合は正常と判定し、正常であると判定された範囲のノズル駆動電圧（励振電圧）の中央値を印字に用いる駆動電圧として設定する技術が記載されている。

特開２０１０−１７９８１号公報

上記印字ヘッド内の圧電素子には、高周波の励振電圧（ノズル駆動電圧）が印加され、この励振電圧の印加によりノズル内インク圧力脈動を生じさせ、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。このインク粒子の形状は励振電圧の大きさに影響を受けるので、印字文字の品質に影響を与えるので、この電圧を最適に調整することが重要である。

特許文献１の技術では、複数回の正常と判定された結果を用いて、その中央値を最適な設定電圧として行っている。複数の正常な場合（合格）の設定電圧の中から、その中央にあるノズル駆動電圧を選定しているので最適な電圧を設定し、安定した印字を実現するうえで好ましい。

しかしながら、特許文献１では、インク粒子に与えられた電荷量を電荷量センサにより検知しているが、実際には正確な電荷量を検知することは難しい。なぜなら、インク粒子は非常に高速度で飛翔し、帯電電極内に多数のインク粒子が存在するので、それらのインク粒子の帯電量を正確に安定して検知することは実際には困難である。また、インク粒子の挙動は、電荷量のみに依存せず、インクの種類や外部環境など多くの要因で異なった状況を呈する。したがって、仮に、インク粒子の帯電量を正確に検知できたとしても、その検知した結果を利用して正常（合格）と判断したとしても、最終的に印字された文字の品質が最適になっているのかどうか不明である。

そこで、本発明は、高品質に印字するための最適な設定値を得て、より一層印字品質を向上させることのできるインクジェット記録装置およびその制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、その一例を挙げると、インク粒子を噴出するノズルと、噴出されたインク粒子を印字信号に応じて帯電させる帯電電極と、帯電されたインク粒子を被印刷物の印字位置に飛翔させる偏向電極とを備えた印字ヘッド部と、該印字ヘッド部を設定値に基づいて制御する印字制御部と、Ｍ（Ｍは２以上）段階に区分した設定値を前記印字制御部に与えてテスト用文字を複数回印字させ、該印字された文字の画像を読取り、基準値と比較することにより印字品質に合格しているかどうかを判定し、該判断結果を前記設定値と対応づけて記録し、該記録された該判断結果においてＮ（Ｎは２以上）回の合格が得られた段階で、該Ｎ回の合格に対応する複数の設定値の中からその中央の設定値または中央に近い設定値を最適な設定値として前記印字制御部に付与する印字検査部とを備えている。

また、本発明の他の一例を挙げると、インク粒子を噴出するノズルと、噴出されたインク粒子を記録情報に応じて帯電させる帯電電極と、帯電されたインク粒子を被印刷物の印字位置に飛翔させる偏向電極とを備えた印字ヘッド部を有するインクジェット記録装置の制御方法であって、前記印字ヘッド部を制御するための設定値を変更しながらテスト用文字を複数回印字させるステップと、該テスト用文字の画像を読取るステップと、予定品質を満たしているかどうかの合否を判断する基準値情報を用意し、該テスト用文字の記録の度に該基準値情報と前記画像から得られた情報とを比較して合格かどうかを判定するステップと、該判定の結果を前記設定値と対応付けて記録するステップと、該記録された判定の結果においてＮ（Ｎは２以上）回の合格が得られた段階で、該Ｎ回の合格に対応する複数の設定値の内、その中央の設定値または中央に近い設定値を選択するステップと、該選択された設定値を前記印字制御部の設定値とするステップとを有する。

本発明によれば、実際に印字されたテスト印字の品質の状態を画像として取込み、それを画像処理して印字位置の正常からのずれを検知して、合格かどうか判断するとともに、複数回の合格の中からその中央値を設定するようにしているので、高品質の印字を実現することができる。

本発明の一実施形態のインクジェット記録装置を示す図である。 連続式インクジェット記録装置のヘッド部の概略を示す図である。 図１の実施形態における動作フローを示す図である。 印字品質が良好な場合の印字文字例を示す図である。 印字品質が良好でない場合の印字文字例を示す図である。 印字検査結果格納の一例を示す図である。 印字検査結果格納の他の例を示す図である。

以下、本発明を実施するための実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明はこの実施例に限定されるものではない。

（装置全体の構成）
図１は、本発明の一実施形態を示すインクジェット記録装置の機能ブロック図である。図１において、インクジェット記録装置は、印字機構部１と、印字制御部３と、印字検査部４とで構成される。印字機構部１は、インク容器１１、供給ポンプ１２、印字ヘッド２で構成される。印字ヘッド２は、ノズル２１、帯電電極２２、偏向電極２３、ガター２４を含む構成である。印字制御部３は印字ヘッド２を制御する。印字検査部４は、印字制御部３と協働して複数回のテスト印字を行い、最適な印字を行うため設定値を決定する。

（印字動作原理）
ここで、図２を用いてこの印字ヘッド２による印字動作原理を説明する。なお、図２において、図１と同じ符号、番号は同じものであり、その詳細な説明を省略する場合がある。９は励振電圧を印加すると所定の周波数で振動する電歪素子であり、この素子によりインクが粒子化される。１０Ｂはインク柱である。

インク容器１１内のインク７Ａは、供給ポンプ１２に吸引、加圧されてインク柱１０Ｂとなってノズル２１から吐出される。ノズル２１には、電歪素子９が備えられており、インクに所定の周波数で振動を加えてノズル２１から吐出されるインク柱１０Ｂを粒子化する。生成されるインク粒子１０Ｃ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。インク粒子１０Ｃは、印字情報に対応した大きさの電圧を帯電電極２２にて印加することで電荷が与えられる。

帯電電極２２で帯電させられたインク粒子１０Ｃは、偏向電極２３間の電界中を飛翔する。偏向電極２３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１０Ｃは、その帯電量に比例した力を受けて偏向し、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１０Ｃ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を移動させることで、偏向方向と直交した方向にも粒子を着弾させることができ、複数の着弾粒子によって文字を構成し印字を行う。ここで、インク粒子１０Ｃの形状は励振電圧（ノズル駆動電圧）の大きさに影響を受け、印字品質に影響を与える。また、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。

なお、帯電電極２２で帯電されなかった（印字に使用されなかった）インク粒子７Ｃは、偏向電極２３間を直線的に飛翔し、ガター２４により捕捉された後に回収ポンプ２５を経由して、インク容器１１に回収される。

（印字制御部の構成）
次に、図１に戻り、印字制御部の構成を説明する。印字制御部３は、インクジェット記録装置全体を制御する演算処理部（ＭＰＵ：マイクロプロセッシングユニット）３０と、インクジェット記録装置内で設定値等のデータを記憶しておくＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３１と、プログラムや補正データ等をあらかじめ記憶するＲＯＭ（リードオンリーメモリ）３２と、印字内容、文字高さ等の値の入力や印字する内容等を表示する操作表示部３３とを有する。

また、印字制御部３は、インクをインク粒子にするための励振電圧をノズル２１に印加するノズル駆動回路３４と、インク粒子１０Ｃを帯電する帯電電圧を帯電電極２２に供給する帯電信号発生回路３５と、インク粒子を曲げて被印字物に飛翔させる偏向電極２３を制御する偏向電圧を供給する偏向電圧発生回路３６とを有する。

さらに、印字制御部３は、エンコーダ１２２の信号を利用して被印字物の移動速度に追従させて印字するための速度追従回路３７と、検出センサ１２０の出力により被印字物が印字位置に到達したことを検知する被印字物検知回路３８と、印字検査部４と印字制御部３との間の情報のやり取りを行うためのインターフェース３９と、印字制御部３内の各機器間の情報のやり取りを行うためにバス３００とを有する。

（印字検査部の構成）
次に、印字検査部の構成を説明する。印字検査部４は、操作表示部４１と、メモリ４２と、演算処理部４０と、演算処理部４０の処理結果を印字制御部３に伝送するためのインターフェース４３と、カメラ１２５の撮像した画像を処理する画像処理回路４４とで構成されている。印字検査部４のインターフェース４３と印字制御部３のインターフェース３９を介して、印字制御部３と印字検査部４との間で情報のやり取りが行われる。

印字検査部４の演算処理部４０は、後述する動作説明から明らかなように、Ｍ（Ｍは２以上）段階の前記設定値を印字制御部３に与えてテスト用文字を印字させる機能と、印字されたテスト用文字の画像を読取り、基準値と比較することにより印字品質に合格しているかどうかを判定する機能と、判定結果を前記設定値と対応づけて記録する機能と、記録された判定の結果においてＮ（Ｎは２以上）回の合格が得られた段階で、その複数回の合格に対応する複数の設定値の中からその中央の設定値または中央に近い設定値を決定する機能と、決定した設定値を印字制御部に伝送する機能とを有している。

（実施形態の動作説明）
この実施形態では、ノズル２１に供給する励振電圧（設定値）をＭ段階用意し、Ｍ段階の各励振電圧毎にテスト用文字を印字する。つまり、印字ヘッドを制御するための設定値をＭ（Ｍは２以上）段階に変更しながらテスト用文字を印字させる。この制御は、印字検査部４と印字制御部３とで行う。印字検査部４の操作表示部４１から指定されるＭ段階の設定値励振電圧（設定値）は、印字検査部４のインターフェース４３、インターフェース３９を介して印字制御部３に送信され、印字制御部３の演算処理部３０がノズル駆動回路３４を駆動させ、ノズル２１の励振電圧を制御する。この設定値は、予めメモリ４２に記憶しておいても良い。このようにして、テスト用文字の印字が複数回（最大Ｍ回）繰り返される。この例では、簡単のためにテスト用文字を文字「Ａ」としたが、テスト用文字はこれに限るものではない。他の通常の文字はもちろん、ＱＲコード（登録商標）のような二次元コードでも良い。

印字されたテスト用文字は、カメラ１２５で撮像され、印字検査部４の画像処理回路４４で画像処理される。印字検査部４の演算処理部４０は、この画像を得て文字の品質を求めるべく演算処理を行う。具体的には、演算処理部４０は、印字された文字が所定位置からずれている程度を演算し、そのずれが判断の基準値（閾値）より小さい場合は合格（品質が高い）とし、基準値よりもずれが大きい場合は不合格（品質が悪い）と判断する。例えば、図４に示すような正常な印字の場合が合格に該当し、図５のような場合が不合格に該当する。このテスト用文字の印字は励振電圧（設定値）を変更しながら合格数がＮ回まで繰りかえされる。合格数がＮ回に達しない場合は、最大Ｍ回実施される。

合否判断の結果は、テスト用文字の印字の都度、励振電圧（設定値）と対応づけて印字検査部４のメモリ４２に記録する。つまり、図６に示すように、励振電圧と判定結果とを対応付けてテーブルとして記録する。図６において、〇は合格、×は不合格を示している。この処理は、合格の回数がＮ（Ｎは複数）回に達するまで行われる。回数Ｎは、テスト用文字を印字する段階で設定する。図６の場合は、Ｍ＝１０、Ｎ＝７となっている。

そして、演算処理部４０は、記録された合否判断の結果を参照し、合格の回数がＮ（図６の例ではＮ＝７）回に達するかどうかを判断する。これにより、印字検査部４は、Ｎ回の合格に対応した励振電圧（設定値）を得ることになる。

次に、演算処理部４０は、この高品質が得られるＮ回の励振電圧の中から最適な励振電圧を決定する。基本的には、その中央に位置する励振電圧を最適な励振電圧として選定する。合格数Ｎが偶数の場合は、中央値が２個存在するので、いずれかの励振電圧を選択する。あるいは、その２つの値の平均値を利用しても良い。

なお、図７に示すように、Ｍ段階（この例では、Ｍ＝８）のテスト用文字の印字を行い、合否判定処理を行っても、全て不合格（×）になる場合もあるが、このような場合は何らかの故障や不具合の可能性があるので、その旨を操作表示部４１に表示する。

最適な励振電圧（設定値）が得られると、演算処理部４０は、その設定値をインターフェース（４３，３９）を介して、印字制御部３に伝送する。印字制御部３は、伝送された最適な励振電圧（設定値）をＲＡＭ３１に記録する。その後、通常の印字記録作業時においては、この記録された最適な設定値を用いてノズル駆動回路３４を駆動し、ノズル２１を制御する。

なお、この図１の例では、印字制御部３とは別に印字検査部４を設け、印字検査部４において、テスト用文字の合否判断処理、データの保存（判定の結果を前記設定値と対応付けて記録）、保存されたデータから最適な設定値を演算する処理、などを行っている。しかし、これらの処理の一部又は全部の処理作業を印字制御部３側で行うように構成しても良い。その場合には、印字検査部４の処理動作を行うプログラムや設定値などは、印字制御部３内のメモリ（具体的には、ＲＯＭ３２やＲＡＭ３１）に記録しておき、演算処理部４０の処理を印字制御部３の演算処理部３０が行う。

また、図１の例では、テスト用文字印字の際に使用する設定値をＭ段階の励振電圧としたが、本発明はこれに限らない。例えば、設定値を、帯電電極２２に与える帯電電圧とすることもできる。あるいは、励振電圧と、帯電電圧の両方を用いてＭ段階の設定値を用意し、それら設定値を用いてテスト用文字を印字し、Ｎ回の合格が得られるまで繰り返し、そのＮ回の合格地の中から最適な設定値を求めるようにすることもできる。

（処理動作の説明）
次に、図３を用いて、図１の実施形態の処理動作を説明する。まず、ステップＳ１では、励振電圧設定値をＭ段階、合格回数をＮ回として設定する。

ステップＳ２ではノズルを駆動する励振電圧の設定回数をカウントし、ステップＳ３ではその設定回数に対応した励振電圧を設定する。

ステップＳ４では、この設定電圧を印字制御部３に伝送し、印字制御部３により印字ヘッド２を駆動しテスト用文字を印字する。

ステップＳ５では、印字されたテスト用文字を画像処理し、基準値と比較することにより印字品質が「合格」か「不合格」かの判定を行う。

ステップＳ６では、判定結果をそのときの励振電圧と対応づけてメモリに格納する。ステップＳ７では、今回の判定結果が合格かどうかを判断し、合格の場合はステップＳ８に、不合格の場合はステップＳ９に進む。

ステップＳ８では、合格がＮ回続いているかどうかを判断し、合格がＮ回に達した場合は、ステップＳ１０に進む。ステップＳ８で合格がＮ回に達していなければ、ステップＳ９に進む。ステップＳ９では、今回のテスト印字回数に１を足してステップＳ１に戻る。これにより、テスト用文字の印字動作は、合格回数が設定したＮに達するまで継続される。

ステップＳ１０では、Ｎ回の合格の判断結果を参照し、最適な励振電圧を決定する。具体的には、複数回（Ｎ回）の合格に対応する設定値の中から、その中央又は中央に近い設定値を最適な設定とする。これら一連の処理が終了すれば、最適な励振電圧（設定値）を印字制御部３に伝送する。これにより、印字制御部３は、最適な設定値により、その後の印字を行うことができる。

なお、この実施形態では、これらの一連の処理を主に印字検査部４が行っているが、この処理の一部、または全部を印字制御部３で行ってもよいことは上述したとおりである。

（実施形態の効果）
以上説明したように、図１の実施形態によれば、より最適な励振電圧を設定できるので、高品質の印字を実現することができる。

１…印字機構部、２…印字ヘッド、３…印字制御部、４…印字検査部、１１…インク容器、１２…供給ポンプ、２１…ノズル、２２…帯電電極、２３…偏向電極、２４…ガター、３０…演算処理部、３１…ＲＡＭ、３２…ＲＯＭ、３３…操作表示部、３４…ノズル駆動回路、３５…帯電信号発生回路、３６…偏向電圧発生回路、３７…速度追従回路、３８…被印字物検知回路、３９…インターフェース、４１…操作表示部、４２…メモリ、４３…インターフェース、４４…画像処理回路、１２０…検出センサ、１２２…エンコーダ、１２５…カメラ

Claims (5)

1. インク粒子を噴出するノズルと、噴出されたインク粒子を印字信号に応じて帯電させる帯電電極と、帯電されたインク粒子を被印刷物の印字位置に飛翔させる偏向電極とを備えた印字ヘッドと、
   該印字ヘッドを設定値に基づいて制御する印字制御部と、
   Ｍ（Ｍは２以上）段階に区分した設定値を前記印字制御部に与えてテスト用文字を複数回印字させ、該印字された文字の画像を読取り、基準値と比較することにより印字品質に合格しているかどうかを判定し、該判断結果を設定値と対応づけて記録し、記録された該判断結果においてＮ（Ｎは２以上）回の合格が得られた段階で、Ｎ回の合格に対応する複数の設定値の中からその中央の設定値または中央に近い設定値を最適な設定値として前記印字制御部に付与する印字検査部と、
   を設けたインクジェット記録装置。
2. 請求項１記載のインクジェット記録装置において、前記印字検査部の機能の一部または全部を前記印字制御部にて行わせるインクジェット記録装置。
3. 請求項１記載のインクジェット記録装置において、前記設定値は前記ノズルを制御する励振電圧であるインクジェット記録装置。
4. 請求項１記載のインクジェット記録装置において、前記設定値は前記帯電電極を制御する帯電電圧であるインクジェット記録装置。
5. インク粒子を噴出するノズルと、噴出されたインク粒子を記録情報に応じて帯電させる帯電電極と、帯電したインク粒子を被印刷物の印字位置に飛翔させる偏向電極とを備えた印字ヘッド部を有するインクジェット記録装置の制御方法であって、
   Ｍ（Ｍは２以上）段階に区分した設定値を印字制御部に与えてテスト用文字を複数回印字させるステップと、
   該印字されたテスト用文字の画像を読取り、基準値と比較することにより印字品質に合格しているかどうかを判定するステップと、
   該判定結果を設定値と対応づけて記録するステップと、
   該記録された判定結果においてＮ（Ｎは２以上）回の合格が得られた段階で、Ｎ回の合格に対応する複数の設定値の中からその中央の設定値または中央に近い設定値を決定するステップと、
   を有するインクジェット記録装置の制御方法。

Images