JP2022181278A - プリントヘッド自動洗浄システム - Google Patents

Abstract

【課題】洗浄工程の無人化および自動化を実現したプリントヘッド自動洗浄システムを提供する。【解決手段】洗浄システムの総括コントローラは、インクジェットプリンタから取得した動作状態を示すデータおよび検査装置から取得した検査結果を示すデータを用いて機械学習を行うことにより作成された、プリントヘッドの洗浄が必要である場合と、そうでない場合とに分類する分類器を備えている。総括コントローラは、インクジェットプリンタから取得した動作状態を示すデータおよび検査装置から取得した検査結果を示すデータを入力とした分類器の分類結果に基づいて、プリントヘッドの洗浄が必要であると判定した場合、インクジェットプリンタに指示して運転を停止し、ロボットに指示してプリントヘッドを印字位置から洗浄機まで移送し、洗浄機に指示してプリントヘッドの洗浄を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、コンティニュアス方式のインクジェットプリンタのプリントヘッドを自動で洗浄するシステムに関する。

インクジェットプリンタ（以降、「ＩＪＰ」と略す）は、コンティニュアス方式とオンデマンド方式に大別される。このうちコンティニュアス方式のＩＪＰは、ポンプによってノズルからインクを噴出し、噴出インクがインク滴に分離する位置において帯電電極によりインク滴を帯電させ、更に偏向電極によってインク滴の軌道を曲げ、被印刷面の所定の位置に着弾させて印字ドットを形成するものである。

上述したコンティニュアス方式のＩＪＰにおいて、印字を繰返し行うと、印字面に印字される文字の高さが高くなったり、低くなったりする現象が現れる。

そのうち文字高さが高くなる原因としていくつか考えられるが、その一つに、ノズルから噴射されるインクの一部がミストとなって高偏向電極の表面に付着し、インク滴と電極との間の距離が近づくことによってインク滴の偏向量が増加することが挙げられる。

一方、文字高さが低くなる原因についてもいくつか考えられるが、その一つに、高偏向電極またはガターのうち、インクの付着によって厚みが増した部分にインク滴が接触することで、インク滴の飛翔が妨げられることが挙げられる。

このような状態を放置すると印字不良につながるため、プリントヘッドを定期的に洗浄して、帯電電極やガターの表面に付着したインク等を除去する必要がある。

特開2019-171651号公報 特許第6391745号公報

従来、プリントヘッドの洗浄は、作業者がプリントヘッドのカバーを外して汚れ具合を確認し、洗浄の必要があると判断した場合に行っていた（特許文献１参照）。このため、作業者によるプリントヘッド内部の確認が不可欠であり、洗浄工程の無人化や自動化の妨げとなっていた。

本発明はこのような従来の問題点に鑑みて成されたもので、ＩＪＰの動作中に得られるデータおよび検査工程で得られるデータを利用して、プリントヘッド洗浄の必要性を判定し、これによって作業者による汚れ具合の確認を不要とした洗浄システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るプリントヘッド自動洗浄システムは、
噴出するインクに一定周期の振動を付与して連続したインク滴を生成するガンと、前記インク滴の周期に同期した階段波状の電圧を印加して当該インク滴を帯電させる帯電電極と、前記帯電したインク滴を、帯電の程度に応じて偏向させ、インク滴を被印刷物の印字面に着弾させる偏向電極と、で構成されたプリントヘッドを備え、当該プリントヘッドから噴射されたインク滴を、コンベアで搬送される被印刷物に着弾させ、複数列の印字ドットによって文字を形成するインクジェットプリンタと、
前記被印刷物に印字された文字をカメラで撮影し、印字された文字が適切であるか否かを判定する検査装置と、
インクによって汚れた前記プリントヘッドを、溶剤を用いて洗浄する洗浄機と、
前記プリントヘッドを印字位置から前記洗浄機まで移送するロボットと、
前記インクジェットプリンタ、検査装置、洗浄機およびロボットの動作を制御する総括コントローラと、を備え、
当該総括コントローラは、更に、前記インクジェットプリンタから取得した動作状態を示すデータおよび前記検査装置から取得した検査結果を示すデータを用いて、機械学習を行うことにより作成された、前記プリントヘッドの洗浄が必要である場合と、そうでない場合とに分類する分類器を備え、
前記総括コントローラは、
前記インクジェットプリンタから取得した動作状態を示すデータおよび前記検査装置から取得した検査結果を示すデータを入力とした前記分類器の分類結果に基づいて、前記プリントヘッドの洗浄が必要であると判定した場合、
前記インクジェットプリンタに指示して運転を停止し、
前記ロボットに指示して前記プリントヘッドを印字位置から前記洗浄機まで移送し、
前記洗浄機に指示して前記プリントヘッドの洗浄を行うことを特徴とする。

ここで、前記プリントヘッドは、前記ガン、帯電電極および偏向電極が搭載されたヘッド本体と、空洞部に前記ガン、帯電電極および偏向電極が収容され、かつ前記帯電したインク滴が通過するスリットが形成された筒状のヘッドカバーと、で構成され、前記ロボットは、前記ヘッド本体だけを前記洗浄機に移送し、前記ヘッドカバーは、常時、印字位置に保持されることが好ましい。

また前記ヘッドカバーは、保持手段によって前記コンベア近傍の所望の位置に保持され、かつ当該保持手段を用いて三次元空間における位置を調整可能であることが好ましい。

また前記総括コントローラは、前記分類器を作成する分類器作成装置を備え、当該分類器作成装置は、前記インクジェットプリンタから動作状態を示す複数種類のデータおよび前記検査装置から検査結果を示す複数種類のデータを取得する学習データ取得部と、当該学習データを記憶するデータ記憶部と、当該データ記憶部に記憶された学習データを入力とし、ディープニューラルネットワークを用いて機械学習を行うことにより前記分類器を作成する学習部と、で構成されることが好ましい。

また前記インクジェットプリンタから取得するデータは、前記ガンに送り込まれるインクの圧力、前記ガンのノズルから噴射されるインクの粘度、前記ガンのノズルから噴射されたインク滴が帯電してから検知電極で検知されるまでの検知時間、および前記ガンに内蔵されたピエゾ振動子に印加される電圧であるピエゾ指令値であることが好ましい。

また前記検査装置から取得するデータは、前記被印刷物に印字された文字の適否、および適正と判定された前記印字文字の平均高さであることが好ましい。

本発明に係るプリントヘッド自動洗浄システム（以降「洗浄システム」と略す）によれば、ＩＪＰの運転中に得られるデータおよび、印字において不可欠である検査工程で得られるデータを利用して、プリントヘッド洗浄の必要性を自動判定するとともに、ロボットを用いて、洗浄機へのプリントヘッドへの装脱を行っているため、人手を全く要することなく、プリントヘッドの洗浄を実現できる。結果として、既存の装置とロボットを組み合わせるだけで、洗浄工程の無人化と自動化を実現している。

本発明の実施の形態に係る洗浄システムの全体構成を示す斜視図である。 同洗浄システムの処理の流れを示すフローチャートである。 プリントヘッドを、コンベア上の所望に位置に保持するＸＹＺ軸ステージの平面図である。 プリントヘッドの構成を示す正面図である。 洗浄システムを構成するコンティニュアス方式ＩＪＰの概略構成を示す一部断面正面図である。 洗浄システムを構成する検査装置の制御系の構成を示すブロック図である。 検査装置における印字検査の手順を示すフローチャートである。 印字検査の対象となる印字例を示す図である。 総括コントローラに含まれる洗浄判定装置の構成を示すブロック図である。 総括コントローラに含まれる分類器作成装置の構成を示すブロック図である。 検査装置で検査される印字文字の例を示す図である。 プリントヘッドが洗浄機のヘッドホルダーに挿入される状態を示す斜視図である。 洗浄システムを構成する洗浄機の構成を示す正面図である。

以下、本発明の実施の形態に係るプリントヘッド自動洗浄システムについて、図面を参照して説明する。

＜プリントヘッド自動洗浄システムの構成と動作＞
図１に、本実施の形態に係るプリントヘッド自動洗浄システム（以降「洗浄システム」と略す）１の全体構成を示す。また図２のフローチャートに、洗浄システム１の処理の流れを示す。

プリントヘッド自動洗浄システム１は、ＩＪＰ２、検査装置３、洗浄機４、ロボット５および総括コントローラ６で構成されている。

図示しないが、ＩＪＰ２、検査装置３、洗浄機４およびロボット５は、総括コントローラ６と通信ケーブルで接続されており、各装置の運転状態は、逐次総括コントローラ６に報告され、かつ各装置は総括コントローラ６からの指示に従って動作する。以下、図２のフローチャートに従い、各装置の概略の構成と動作を説明する。

コンティニュアス方式のＩＪＰ２は、コンベア８上を搬送される被印刷物ＰＴの上面に商品の製造年月日や製品番号等の印字を行うために用いられる。ＩＪＰ２は、印字を行うプリントヘッド２０と、プリントヘッド２０の動作を制御するプリンタ本体２１で構成され、図では省略しているが、その間はパイプ２９で接続されている。プリンタ本体２１にはインクタンクが内蔵され、インクタンクに収容されたインクは、パイプ２９を通ってプリントヘッド２０に供給される。

プリントヘッド２０は、ＸＹＺ軸ステージ７によってコンベア８上の所定の位置に保持されており、コンベア８によって搬送される被印刷物ＰＴがプリントヘッド２０の下を通過したときに、被印刷物ＰＴの上面に印字を行う（ステップＳ１）。

プリントヘッド２０の下流側のコンベア８上には検査装置３のカメラ３１が設置されており、プリントヘッド２０によって印字された文字はカメラ３１で撮影され、後述するコントローラ３４（図７参照）で印字の適否が判定される（ステップＳ２）。なお、検査装置３のコントローラ３４は、洗浄システム１の総括コントローラ６と共に、テーブル１２の下方に設置された制御ユニット１１内に収容されている。

洗浄システム１の総括コントローラ６は、印字の都度、ＩＪＰ２から得たプリンタの動作状態を示すデータ、および検査装置３から得た検査結果を示すデータに基づいて、プリントヘッド２０の汚れ具合を推定し、その結果に基づいて洗浄の必要性を判定する（ステップＳ３）。

総括 コントローラ６は、プリントヘッド２０の汚れ状態から洗浄が必要と判定した場合（ステップＳ４でＹｅｓ）、ＩＪＰ２による印字を停止すると共に（ステップＳ５）、ロボット５に指示し、プリントヘッド２０のヘッド本体２０２を洗浄機４まで移送し、ヘッド本体２０２を洗浄機４に装着して、ヘッド本体２０２の洗浄を行う（ステップＳ７）。

洗浄後、所定の時間、自然乾燥した（ステップＳ８）プリントヘッド２０は、ロボット５によって印字時の位置に戻され（ステップＳ９）、継続して印字を行う場合（ステップＳ１０でＹｅｓ）は、印字を再開する（ステップＳ１）。

前述したように、従来の洗浄方法では、作業者が目視によってプリントヘッド２０の汚れ具合を確認し、汚れがひどいと判断した時に洗浄を行っていたため、洗浄工程を自動化させることは難しかった。

これに対し、本発明に係る洗浄システム１では、ＩＪＰ２から得たＩＪＰ２の動作状態を示すデータ、および検査装置３から得た検査結果を示すデータに基づいて洗浄の必要性を判定しており、作業者による汚れの状態の確認が不要であるため、洗浄工程の自動化および無人化を容易に実現できる。

次に、本実施の形態に係る洗浄システム１を構築する各装置の構成と動作について、図面を参照して詳述する。最初に、ＩＪＰ２の構成と動作を説明する。

＜ＩＪＰの構成と動作＞
ＩＪＰ２の構成について説明する前に、プリントヘッド２０をコンベア８上の所定の位置に下向きの状態で保持するＸＹＺ軸ステージ７について説明する。図３はＸＹＺ軸ステージ７を上方から見た図である。

本実施の形態では、コンベア８上を搬送される被印刷物ＰＴの上面に印字を行うため、プリントヘッド２０を、コンベア上の所望の位置に、下を向けた状態で保持する必要がある。そのための手段として、ＸＹＺ軸ステージ７を用いている。

ＸＹＺ軸ステージ７は、端部に取り付けられた部材を、三次元空間の所望の位置に、所望の方向を向けて保持するために用いられる手段であり、Ｘ軸方向の位置を調整するＸ軸ステージ７１、Ｙ軸方向の位置を調整するＹ軸ステージ７２およびＺ軸方向の位置を調整するＺ軸ステージ７３で構成されている。

ステージ７１～７３の配置は必要に応じて変更され、図３に示すＸＹＺ軸ステージ７では、コンベア８に近接して設置されたベース７０上に、Ｘ軸ステージ７１、Ｚ軸ステージ７３、Ｙ軸ステージ７２がこの順に重なるように配置され、それぞれのステージには、手動で位置を調整するためのハンドル７４、７６および７５が設けられている。

図４に、Ｙ軸ステージ７２の端部に取り付けられたプリントヘッド２０を示す。Ｙ軸ステージ７２の先端部分には、プリントヘッド２０の円筒状のヘッドカバー２０１を支持する部材７７が取り付けられ、金属製のバンド７８を用いて、ヘッドカバー２０１が支持部材７７に固定されている。

図４に示すように、プリントヘッド２０は、円筒状のヘッドカバー２０１と、その内部に配置されたヘッド本体２０２に分離することができ、ヘッド本体２０２の基板２０３には、ガン、帯電電極、偏向電極等のプリントヘッドを構成する主要部材が密接した状態で配置されている。

ヘッド本体２０２の上部はナット２０４を用いてチューブ２０５と連結されており、後述するように、チューブ２０５には、プリンタ本体２１からインクを移送する配管、エアーを供給する配管、並びに電力および信号を伝達するケーブルが挿入されている。

図４に示すように、ヘッド本体２０２はヘッドカバー２０１から分離することができる。ＩＪＰ２の運転状態においては、ヘッド本体２０２はヘッドカバー２０１の円筒内に収容されているが、プリンタヘッド２０を洗浄するときには、白抜きの矢印で示すように、ロボット５によってヘッドカバー２０１の上方に取り出され、洗浄機４まで移送される。

本発明では、プリントヘッド２０の自動洗浄を実現する一手段として、上述した構成を有効に活用している。すなわち、プリントヘッド２０の構成部材のうち、洗浄が必要な部材は全てヘッド本体２０２に搭載されているため、印字を行う際には、ヘッド本体２０２だけを洗浄機４に移送すればよい。

従って、ヘッドカバー２０１については、常にＸＹＺ軸ステージ７によってコンベア上の所望の位置に保持しておき、洗浄が終了したヘッド本体２０２をヘッドカバー２０１に挿入して一体化すれば、印字の都度、ＸＹＺ軸ステージ７を用いてプリントヘッド２０の位置を調節する必要はない。

次に、図５を参照して、ＩＪＰ２による被印刷物ＰＴへの印字について説明する。図５は、プリントヘッド２０を含む、コンティニュアス方式ＩＪＰ２の概略構成を示す一部断面正面図である。

図５に示すように、ＩＪＰ２は、プリントヘッド２０、コントローラ２１，インクタンク２２およびポンプ２３ａ、２３ｂで構成されている。これらのうちプリントプリントヘッド２０は、ガン２４、帯電電極２５、検知電極２６、偏向電極２７ａ、２７ｂ、ガター２８およびパイプ２９ａ、２９ｂで構成され、これらの部材がヘッド本体２０２に搭載され、周囲を円筒状のヘッドカバー２０１で覆われている。

プリントヘッド２０を構成するガン２４等の部材は、前述の図４に示したように、実際には、ヘッド本体２０２の基板２０３上に密接した状態で配置されているが、図５では、各部材の機能を分かりやすく説明するため、概略の配置を示している。同様に、図１ではプリントヘッド２０を下向きに配置しているが、図５では、横向きに配置されている。

ガン２４は、インク滴ＩＤを被印刷物（例えば商品が梱包された箱）ＰＴの上面に向けて噴射するものであり、ガン本体２４１、超音波振動子２４２およびノズル２４３で構成されている。ポンプ２３ａによってインクタンク２２から送出され、パイプ２９ａを通してガン本体２４１に供給されたインクは、ピエゾ振動子２４２によって振動が付加された状態でノズル２４３の孔から噴射される。

ノズル２４３の孔から噴出したインク柱ＩＰは、ピエゾ振動子２４２により付加された振動によって個々のインク滴ＩＤに分離し、更に帯電電極２５で帯電された後、偏向電極２７ａ、２７ｂにより、印字に必要なインク滴ＩＤのみが帯電電荷量に応じて偏向され、ヘッドカバー２０１の前部に形成されたスリット２０６を通過し、被印刷物ＰＴの印刷面に着弾する。

被印刷物ＰＴは、箱の中に食品などが詰め込まれた後、フィルム上に製造番号や使用期限等が印字されて最終商品の形態となる。被印刷物ＰＴが、インク滴ＩＤの飛行方向に対して直交する方向に移動している場合、インク滴ＩＤの偏向量を変えることによって、被印刷物ＰＴの印字面に着弾するインク滴ＩＤの位置が変わり、被印刷物ＰＴの移動に同期してインク滴ＩＤの偏向を繰り返すと、文字や記号が印字される。

一方、帯電されていないインク滴ＩＤ、および帯電されていても印字に使用されないインク滴ＩＤは、偏向されず、そのままインク回収用のガター２８に飛び込み、インクタンク２２に回収される。ガター２８によって回収されたインクは、ポンプ２３ｂによりパイプ２９ｂを通してインクタンク２２に移送され、再利用される。

ＩＪＰ２の動作は、コントローラ２１によって制御される。コントローラは、ＣＰＵ、メモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）、タイマーおよびディスプレイで構成され、ガン２４のピエゾ振動子２４２、帯電電極２５のパルス電源２５１、検知電極２６、偏向電極２７の直流電源２７１、並びにポンプ２３ａおよび２３ｂの動作を制御する。なお、図では煩雑さを避けるため、ポンプ２３ａおよび２３ｂのみ、制御用の配線を記載している。

具体的な動作を説明すると、コントローラ２１は、ポンプ２３ａを駆動することにより、インクタンク２２に収容されたインクに圧力をかけてガン本体２４１に供給する。またコントローラ２１は、検知電極２６で検知した信号に基づいて、パルス電源２５１から帯電電極２５に印加されるパルス電圧のタイミングを制御し、これによって帯電されるインク滴ＩＤの数やタイミングを調節する。更にコントローラ２１は、直流電源２７１の電圧を制御することによって、偏向電極２７ａ２７ｂで偏向されるインク滴ＩＤの偏向量を調節する。

前述したように、コンティニュアス方式のＩＪＰでは、ノズル２４３から噴出したインクの一部がインクミストとして周辺雰囲気に漂い、構成部材の表面に付着してインク滴の飛翔に悪影響を及ぼす。このため、プリントヘッド２０の主要部材をヘッドカバー２０１内に収容すると共に、カバー内を陽圧に保つことで、インクミストの外部への排出を促進し、また外部からの埃がカバー内に入り込むことを防止している。

ヘッド本体２０２の底板２０７にはチューブ２０８が取り付けられ、プリントヘッド２０内の空洞部２０９を陽圧にするため、外部コンプレッサからチューブ２０８を通してエアーが供給される。ヘッドカバー２０１は、インク滴ＩＤが噴射されるスリット２０６を除いて密閉されており、チューブ２０８を通して供給されたエアーＡＲ（白抜きの矢印で示す）の大半はヘッドカバー２０１内に留まって空気圧を高めている。

＜検査装置の構成と動作＞
次に、図６および図７を参照して、検査装置３の構成と動作を説明する。図６は、検査装置３の制御系の構成を示すブロック図、図７は、印字検査の手順を示すフローチャートである。

前述の図１に示したように、プリントヘッド２０に対しコンベア８の下流側の上方には、被印刷物ＰＴの印字面に印字された文字等を撮影するカメラ３１が設置され、またカメラ３１の周辺には印字面を照らす照明３２が配置され、カメラ３１と照明器具３２は金具によって一体化されている。前述したように、検査装置３の動作を制御するコントローラ３４は、制御ユニット１１内に、洗浄システム１の総括コントローラ６と共に収容されている。

図示しないが、コンベア８の縁に光電センサ３３が設置されており、被印刷物ＰＴが光電センサ３３から出力されている光を遮断したときから一定時間経過後にカメラ３１が作動し、被印刷物ＰＴの上面に印字された文字等を撮影する。

コントローラ３４は、制御部３４１、インターフェース３４２、入力・表示部３４３、記憶部３４４、印字検査処理部３４５およびハードディスクドライブ（以降、「ＨＤＤ」という）３４６で構成されている。

コントローラ３４は、ハード的には、一般的なパーソナルコンピュータと同様に、ＣＰＵおよびＲＡＭを備えており、制御部３４１、インターフェース３４２および印字検査処理部３４５の各機能は、ＨＤＤ３４６に格納されたプログラムを読み出してマイクロプロセッサで実行することにより実現される。

制御部３４１は、破線で示したように、カメラ３１およびコントローラ３４の各部の動作を制御する。カメラ３１で撮影された画像は、インターフェース３４２を介してコントローラ３４に取り込まれる。

入力・表示部３４３はタッチパネルディスプレイで構成され、作業者が印字検査に必要なデータを入力するために用いられ、更に、カメラ３１で撮影された画像を表示したり、印字検査の結果を表示するために用いられる。

記憶部３４４はＲＡＭで構成され、カメラ３１で撮影した画像データを一時的に記憶した後、必要に応じてＨＤＤ３４６に転送する。逆に、ＨＤＤ３４６から読み出された画像データや検査を実行するために必要なデータを一時的に記憶し、印字検査処理部３４５等に転送する。

印字検査処理部３４５は、ブロック内に列記したように、印字検査および設定作業に必要な処理、具体的には、パラメータの設定、二値化、文字切り出し、類似度算出および印字の適否判定の各処理を行う。

次に、図７のフローチャートおよび図８の印字例を参照して、印字検査の手順を説明する。最初に、カメラ３１を用いて、コンベア８上を搬送される被印刷物ＰＴの上面に印字された文字画像を撮影する（ステップＳ１１）。前述したように、撮影のタイミングは、被印刷物ＰＴが光電センサ３３の光を遮断した後、所定時間経過後にカメラ３１のシャッタが切れるため、印字画像は常に画面の同じ位置に表示される。

カメラ３１で撮影された画像データは、インターフェース３４２および記憶部３４４を介して印字検査処理部３４５に転送され、ここで二値化処理が施される（ステップＳ１２）。二値化処理は、カメラ３１で撮影した諧調のある画像を、ＣＰＵでの処理が可能な白黒の画像に変換するための処理であり、画像の明るさ等に応じて閾値が設定される。図８（ａ）に、二値化された印字文字の一例を示す。

続いて、二値化された印字文字に対して文字の切り出しを行う（ステップＳ１３）。撮影画像から文字の切り出しは、ドットの連結処理とノイズカット処理により検査対象となる印字文字を切り出す処理である。連結処理とノイズカット処理の詳細については、特許文献２を参照されたい。

図８（ｂ）に、連結処理およびノイズカット処理が終了した印字文字を示す。図に示すように、検査対象となる印字文字は全て矩形の枠Ｆで囲まれており、撮影画像から印字検査の対象となる全ての文字が切り出されている。

次に、このようにして切り出された各文字について、ＨＤＤ３４６から読み出した対応する文字のテンプレート画像と照合して、類似度、すなわちどの程度似ているかを算出する（ステップＳ１４）。

続いて、算出された類似度を、ＨＤＤ３４６から読み出した基準類似度（例えば８０％）と比較し、それ以上の類似度の文字については適正、それ未満の文字については不適と判定する（ステップＳ１５）。

通常の検査工程では、印字の適否判定を、図８（ｂ）に表示された全ての文字に対して行い（ステップＳ１６でＹｅｓ）、判定結果を入力・表示部３４３の画面に表示する。一方、本実施の形態では、検査装置３の判定結果をプリントヘッド２０の洗浄を行うか否かの判断材料の一つとして用いるため、１文字の検査が終了する毎に、判定結果を後述する洗浄判定装置６１に送信する。

＜洗浄判定装置の構成と動作＞
図９に、洗浄システム１の総括コントローラ６に搭載された洗浄判定装置６１の構成を示し、また図１０に、当該洗浄判定装置６１に組み込まれる分類器を作成する分類器作成装置６２の構成を示す。

図１０に示す分類器作成装置６２は、ＩＪＰ２１から得たプリンタ２の動作状態を示すデータおよび検査装置３から得た検査結果を示すデータに基づき、プリントヘッド２０の汚れ具合のパターンを機械学習によって学習させて、洗浄が必要な場合と、そうでない場合に分類する分類器を作成するものである。

分類器作成装置６２で作成された分類器のプログラムは、総括コントローラ６の洗浄判定装置６１に組み込まれる。そして運転中のＩＪＰ２から得たプリンタの動作状態を示す４種類のデータ、および検査装置３から得た検査結果を示す２種類のデータが分類器に入力される。

洗浄判定装置６１は、分類器の分類結果に基づいて、プリントヘッド２０の洗浄が必要であると判定したとき、ＩＪＰ２のコントローラ２１に運転の停止を指示し、またロボットコントローラ５４に、プリントヘッド２０を洗浄機４まで移送するよう指示する。

図１０を参照して、分類器作成装置６２の構成と動作を説明する。分類器作成装置６２は、機械学習によって分類器を作成するもので、学習用データ取得部６２１、データ記憶部６２２、学習部６２３および分類器６２４で構成されている。分類器作成装置６２および洗浄判定装置６１はパーソナルコンピュータで実現され、ハードディスク装置には、上述の各部の機能を実現するプログラムが格納されている。

学習用データ取得部６２１は、ＩＪＰ２および検査装置３から取得したデータから、分類器の作成に必要な学習用データを取得する。本実施の形態では、学習用データとして７種類のデータを用いており、そのうち４種類のデータはＩＪＰ２から取得し、２種類のデータは検査装置３から取得している。残る１種類のデータは教師データであり、洗浄が必要・不要のデータがデータ記憶部６２２に直接入力される。

学習用データのうちＩＪＰ２から取得する４種類のデータについて説明する。１番目のデータとして、ＩＪＰ２に内蔵された圧力センサ２１１を用いてガン２４に送り込まれるインクの圧力を測定し、その値を取得する。

２番目のデータとして、ＩＪＰ２に内蔵された粘度センサ２１２を用いてノズル２４３から噴射されるインクの粘度を測定し、その値を取得する。具体的には、インクタンク２２とは別にザーンカップタンク（図示せず）を設置し、当該ザーンカップタンクの下部に設けられた細管からインクタンク２２にインクが落下する際、ザーンカップタンク内のインク液面が一定高さ分低下する時間を、タンク内部に設置された粘度センサ２１２で測定し、その時間で粘度を表している。

３番目のデータとして、ノズル２４３から噴出したインク滴が帯電してから検知電極２６で検知するまの時間で、タイマー２１３によって取得し、「検知時間」とする。

４番目のデータとして、ピエゾ振動子２４２に印加される電圧を１２ビットで数値化した値を「ピエゾ指令値」２１４として取得する。ピエゾ指令値は、インク柱からインク滴が分離する位置を制御するためのパラメータであり、上述の検知時間を目標とする検知時間に一致させるために用いられる。

上述した４つの学習用データについては、インク圧力が基準インク圧力±０．０５ＭＰａ以内、粘度が基準粘度±２．０ｓ以内、検知時間が基準検知時間±２０μｓ以内、ピエゾ指令値が基準ピエゾ指令値±５００以内であれば、配管、フィルター、ポンプ、ノズルおよびインクの状態が正常であることを示している。なお、上述の「基準」の定義については、後述する「アノテーション基準」において説明する。

次に、学習用データとして、検査装置から取得する２種類のデータについて、図１１を用いて説明する。本実施の形態では、検査装置３で作成した２つのデータを学習用データとして取得する。

１番目のデータは、印字の適否に関するデータであり、取得方法については先に説明したので、説明を省略する。図１１に、具体的な印字例を示す。図１１（ａ）の印字例は、縦長の四角形を印字したもので、印字適の例、図１１（ｂ）（ｃ）は、印字否の例を示す。図１１（ｂ）では下段列の印字ドットが上方にシフトし、図１１（ｃ）では、下段列の印字ドットが上方にずれた位置に形成されている。

図１１（ｂ）（ｃ）の印字例が発生する原因は、ガター２８の表面、特に上面にインク滴が接触してインクが固着し、その固形分に飛翔中のインク滴が接触して軌跡が変わったためと考えられる。

学習用データ取得部６２１には、印字が適と判定された場合“０”、印字が否と判定された場合“１”の各データが学習用データとして入力される。

検査装置３から取得する２番目のデータは、印字の平均文字高さである。プリントヘッドの汚れに起因した印字不良が発生する前触れとして、印字された文字の高さが高くなったり低くなったりする現象が発生する。

前述したように、文字高さが高くなる原因としていくつか考えられるが、その一つとして、高偏向電極２７ａにインクまたは何らかの導電性物質が付着し、電極－インク滴間の間隔が狭くなることによって、インク滴の偏向量が増すことが挙げられる。

一方、文字高さが低くなる原因としてもいくつか考えられるが、その一つとして、高偏向電極２７ａもしくはガター２８の表面にインクが付着し、インク滴がこれに接触することで飛翔が妨げられることが挙げられる。

上述した発生原因に基づき、本実施の形態では、適正と判定された印字文字から高さのデータを抽出し、平均文字高さが基準文字高さ±２０％以上であれば、プリントヘッド２０の洗浄を必要とすると判定する。

前述したように、検査装置３から得られるデータについては、印字の検査結果が適正、かつ平均文字高さが基準文字高さ±２０％未満であれば、ＩＪＰ２から得られる４つのデータが設定範囲を超えていても、プリントヘッド２０の洗浄は不要と判定する。

データ記憶部６２２は、学習用データ取得部６２１で取得した大量のデータ（１０万程度）を記憶する。学習部６２３は、データ記憶部６２２に記憶された学習用データを読み出して機械学習を行う。本実施の形態では、機械学習の方法として、ディープニューラルネットワークを用いて分類器を構築すると共に、活性化関数として、中間層ではＲｅＬＵ関数、出力層ではシグモイド関数を用いた。また損失関数には２乗和誤差を用いて誤差逆伝搬法による学習を行った。

学習部６２３におけるアノテーション基準について説明する。印字の検査結果が適正であり、平均文字高さが基準文字高さ±２０％未満であれば、洗浄不要“０”に分類する。

一方、
（１）印字の検査結果が否の場合、
（２）印字の検査結果が適正、平均文字高さが基準文字高さよりも２０％以上高く、 更にインク圧力が基準インク圧力±０．０５ＭＰａ以内、粘度が基準インク粘 度±２．０ｓ以内、検知時間が基準検知時間±２０μｓ以内、ピエゾ指令値が 基準ピエゾ指令値±５００以内の場合、
（３）印字の検査結果が適正、平均文字高さが基準文字高さよりも２０％以上低く、 更にインク圧力が基準インク圧力±０．０５ＭＰａ以内、粘度が基準粘度±２ ．０ｓ以内、検知時間が基準検知時間±２０μｓ以内、ピエゾ指令値が基準ピ エゾ指令値±５００以内の場合、
洗浄必要“１”に分類する。それ以外の場合は中間の値を付与する。

ここで、基準文字高さは、データ記憶部６２２に記憶された１０万を超える画像データから得られた平均文字高さのことである。同様に、基準インク圧力、基準インク粘度、基準ピエゾ指令値についても、データ記憶部６２２に記憶されたそれぞれのデータの平均値を意味する。

上述のアノテーション基準に基づいて学習を行った結果は、学習済みモデルとして分類器６２４を構成する。このようにして作成された分類器６２４のプログラムは、洗浄システム１の総括コントローラ６に内蔵された洗浄判定装置６１に組み込まれる。

図９に示すように、洗浄判定装置６１は、データ取得部６１１、分類器６２４および判定部６１２で構成されている。データ取得部６１１は、ＩＪＰ２の圧力センサ２１１、粘度センサ２１２、タイマー２１３およびピエゾ指令値２１４から４つのデータを取得し、並びに検査装置３から検査結果および平均文字高さの２つのデータを取得する。得られた６種類のデータは分類器６２４に入力される。

分類器６２４は、上述した６種類のデータに基づいて、プリントヘッド２０がクラス１（洗浄が必要）またはクラス０（洗浄は不要）のいずれに近いかを推定し、０～１の中間値で出力する。

判定部６１２は、分類器６２４の出力結果に基づき、洗浄が必要か否かの判定を行う。判定部６１２には、予め閾値が設定されており、例えば分類器６２４の出力が０．５以上であった場合、プリントヘッド２０の洗浄が必要と判定し、ＩＪＰのコントローラ２１に一次停止を指示し、またロボットコントローラ５４にプリントヘッド２０の移送を指示する。一方、分類器６２４の出力が０．５未満であった場合、ＩＪＰのコントローラ２１およびロボットコントローラ５４には何も指示しない。この場合、ＩＪＰ２による印字、並びに検査装置３による検査が継続して行われる。

＜ロボットの構成と動作＞
次に、ロボット５によるプリントヘッド２０の印字位置から洗浄機への移送について説明する。

前述の図１に示したように、ロボット５は、互いに関節接合された複数のアーム５１とハンド５２で構成され、ハンド５２の先端には、断面がコ字状の取付金具５３を介してプリントヘッド２０が取り付けられている。ロボット５のそれぞれの関節内に収容されたサーボモータ（図示せず）を回転させることによって、ハンド５２に取り付けられたプリントヘッド２０を任意の軌跡に沿って任意の速度で移動させることができる。

取付金具５３に取り付けられたプリントヘッドのヘッド本体２０２の動きは、コントローラ５４を用いて制御される。コントローラ５４は、ハンド５２が所望の軌跡を辿って、ヘッドカバー２０１に挿入された位置から洗浄機３のヘッドホルダー４３に挿入される位置までの移動軌跡と移動速度のデータを生成して、記憶部に記憶する。プリントヘッド２０の移送を指示された場合、コントローラ５４は、記憶部からデータを読み出して移動軌跡と移動速度を再現する。

前述したように、プリントヘッド２０は、主要部材が基板２０３に密接して取り付けられたヘッド本体２０２と、ヘッド本体２０２を覆うように配置された円筒状のヘッドカバー２０１で構成されており、ヘッド本体２０２をヘッドカバー２０１から分離することができる。

これらのうちヘッドカバー２０１は、ブラケット７７を介してＸＹＺ軸ステージ７に、下を向いた状態で取り付けられ、コンベア８上の所望の位置に保持されている。

これに対し、ヘッド本体２０２は、ロボット５によって三次元空間を自由に移動させることができる。図１に示したように、プリンタ２の運転時には、ヘッド本体２０２はヘッドカバー２０１に挿入された状態で保持され、被印刷物ＰＴへの印字に供される。

一方、洗浄判定装置６１から洗浄機４への移送が指示された場合、ロボット５は、図４に白抜きの矢印で示したように、ヘッド本体２０２を上昇させてヘッドカバー２０１から外し、洗浄機４まで移送すると共にヘッドホルダー４３に挿入する。

このように、プリントヘッド２０のヘッド本体２０２とヘッドカバー２０１を分離可能とし、かつヘッドホルダー２０１を印字位置に保持し、プリントヘッド２０の洗浄時には、ロボット５を用いてヘッド本体２０２だけを洗浄機４まで移送することで、人手を要することなくプリントヘッド２０の洗浄が可能となる。

なお、本実施の形態では、コンベア８で搬送される被印刷物ＰＴの上面に印字を行う場合について説明したが、被印刷物ＰＴの側面や底面に印刷する場合にも、上述した手順に従ってヘッド本体２０２を洗浄することができる。ただし、その場合、ヘッドカバー２０１を水平状態で保持する必要があり、ロボット５は、ヘッド本体２０２を水平方向に移送してヘッドカバー２０１から外した後、ヘッド本体２０２の姿勢を水平状態から垂直状態に変えながら洗浄機４まで移送する必要がある。

＜洗浄機の構成と動作＞
次に、洗浄機４によるヘッド本体２０２の洗浄について説明する。ロボット５よって洗浄機４まで移送されたプリントヘッドのヘッド本体２０２は、図１２に示すように、洗浄機４の上部に設けられた円筒状のヘッドホルダー４３に挿入され、汚れた箇所に溶剤を吹きつけることによって洗浄される。

前述したように、プリントヘッド２０に内蔵された帯電電極やガターは、運転により発生するインクミストやインク滴の衝突によって汚れ、それらの表面にインクの固形分が付着する。これを放置するとインク滴の飛翔に影響が出るため、汚れがひどくなる前に洗浄してインクの固形分等を取り除く必要がある。

図１３は、洗浄機４の蓋４１を開けた状態を示したもので、直方体状の筐体４０には、洗浄機４の主要部材である洗浄室４２、ヘッドホルダー４３、制御ボックス４４、ポンプユニット４５、循環溶剤タンク４６および仕上げ溶剤タンク４７が配置されている。なお、各部材の間はパイプによって接続され、パイプには逆止弁やフィルター等が取り付けられているが、ここでは説明を省略する。

洗浄室４２は、ヘッド本体２０２の洗浄を行う部屋で、上部にはヘッド本体２０２を挿入する円筒状のヘッドホルダー４３が取り付けられている。図示しないが、洗浄室４２の内部には、溶剤をヘッド本体２０２の電極等に吹き付ける複数本のノズルが設置されている。

制御ボックス４４には、洗浄機４の動作を制御するコントローラ（図示せず）が収容されており、コントローラは、位置センサでヘッドホルダー４３にヘッド本体２０２が挿入されたことを検知すると、ポンプユニット４５を駆動してヘッド本体２０２の洗浄を開始し、タイマーで設定した時間が経過すると洗浄を終了する。

ポンプユニット４５によって循環溶剤タンク４６から送り出された溶剤は、洗浄室４２内のノズルから放出されて電極などの表面に固着した固形分を洗い流す。固形分が溶けて汚れた溶剤は、洗浄室４２下部に取り付けられたパイプを通って循環溶剤タンク４６に回収される。

コントローラは、循環溶剤タンク４６内の溶剤を用いた洗浄が終了した後、仕上げ溶剤タンク４７内の汚れのない溶剤をノズルから噴射して、所定の時間、仕上げ用の洗浄を行う。仕上げ用の洗浄に用いられた溶剤は、切換え弁を動作させることにより循環溶剤タンク４６に回収され、仕上げ溶剤タンク４７には、常に未使用の溶剤が貯められるようにしている。

洗浄が終了し、溶剤の吹き付けによって固着したインク等が取り除かれたヘッド本体２０２は、その後、タイマーで設定した所定の時間、自然乾燥により溶剤が蒸発するのを待つ。乾燥が終了した時点で、洗浄機４のコントローラ（図示せず）から総括コントローラ６に洗浄が完了した旨の信号が送信される。

洗浄機４のコントローラからヘッド本体２０２の洗浄が完了した旨の信号を受信した総括コントローラ６は、ロボット５に指示してヘッド本体２０２を初期の位置、すなわち印字を行う位置まで移送し、次の印字に備える。総括コントローラ６は、印字の準備が完了した旨をＩＪＰのコントローラ２１に通知する。ＩＪＰのコントローラ２１は、印字データが残っているか否か確認し、データが残っている場合は印字を再開する。

以上説明したように、本実施の形態に係る洗浄システムでは、インクジェットプリンタから取得した動作状態を示すデータおよび検査装置から取得した検査結果を示すデータを用いて、機械学習を行うことによって分類器を作成し、当該分類器を用いてプリントヘッドの洗浄が必要か否かを判定している。従って、プリントヘッドの汚れ具合を、作業者の目視によって確認する必要がないため、洗浄工程の自動化や無人化を簡単に実現できる。

なお、上述した実施の形態では、洗浄判定装置に入力するデータとして、ＩＪＰから取得した４種類のデータおよび検査装置から取得した２種類のデータを用いたが、これらに限定されない。学習を通じ、洗浄の必要性を判定するデータとしてより適切なデータがあれば、それを追加し、もしくは置き換えてもよいことは云うまでもない。

また本実施の形態では、ヘッドカバーとして円筒状のカバーを用いた場合について説明が、これに限定されない。ヘッド本体に配置する部材の形状や密度によっては、断面が四角形や六角形のカバーを用いてもよい。

ＰＴ 被印刷物
１ 洗浄システム
２ ＩＪＰ
３ 検査装置
４ 洗浄機
５ ロボット
６ 総括コントローラ
７ ＸＹＺ軸ステージ
８ コンベア
１１ 制御ボックス
１２ テーブル
２０ プリントヘッド
２１、３４、５４ コントローラ
２２ インクタンク
２３ａ、２３ｂ ポンプ
２４ ガン
２５ 帯電電極
２６ 検知電極
２７ 偏向電極
２８ ガター
３１ カメラ
３２ 証明
３３ 光電センサ
４０ 筐体
４２ 洗浄室
４３ ヘッドホルダー
４４ 制御ボックス
４５ ポンプユニット
４６，４７ 溶剤タンク
５１ アーム
５２ ハンド
５３ 取付金具
６１ 洗浄判定装置
６２ 分類器作成装置
７１ Ｘ軸ステージ
７２ Ｙ軸ステージ
７３ Ｚ軸ステージ
７７ 支持部材

Claims (6)

1. 噴出するインクに一定周期の振動を付与して連続したインク滴を生成するガンと、前記インク滴の周期に同期した階段波状の電圧を印加して当該インク滴を帯電させる帯電電極と、前記帯電したインク滴を、帯電の程度に応じて偏向させ、インク滴を被印刷物の印字面に着弾させる偏向電極と、で構成されたプリントヘッドを備え、当該プリントヘッドから噴射されたインク滴を、コンベアで搬送される被印刷物に着弾させ、複数列の印字ドットによって文字を形成するインクジェットプリンタと、
   前記被印刷物に印字された文字をカメラで撮影し、印字された文字が適切であるか否かを判定する検査装置と、
   インクによって汚れた前記プリントヘッドを、溶剤を用いて洗浄する洗浄機と、
   前記プリントヘッドを印字位置から前記洗浄機まで移送するロボットと、
   前記インクジェットプリンタ、検査装置、洗浄機およびロボットの動作を制御する総括コントローラと、を備え、
   当該総括コントローラは、更に、前記インクジェットプリンタから取得した動作状態を示すデータおよび前記検査装置から取得した検査結果を示すデータを用いて、機械学習を行うことにより作成された、前記プリントヘッドの洗浄が必要である場合と、そうでない場合とに分類する分類器を備え、
   前記総括コントローラは、
   前記インクジェットプリンタから取得した動作状態を示すデータおよび前記検査装置から取得した検査結果を示すデータを入力とした前記分類器の分類結果に基づいて、前記プリントヘッドの洗浄が必要であると判定した場合、
   前記インクジェットプリンタに指示して運転を停止し、
   前記ロボットに指示して前記プリントヘッドを印字位置から前記洗浄機まで移送し、
   前記洗浄機に指示して前記プリントヘッドの洗浄を行うことを特徴とするプリントヘッド自動洗浄システム。
2. 前記プリントヘッドは、前記ガン、帯電電極および偏向電極が搭載されたヘッド本体と、空洞部に前記ガン、帯電電極および偏向電極が収容され、かつ前記帯電したインク滴が通過するスリットが形成された筒状のヘッドカバーと、で構成され、
   前記ロボットは、前記ヘッド本体だけを前記洗浄機に移送し、前記ヘッドカバーは、常時、印字位置に保持される、請求項１に記載のプリントヘッド自動洗浄システム。
3. 前記ヘッドカバーは、保持手段によって前記コンベア近傍の所望の位置に保持され、かつ当該保持手段を用いて三次元空間における位置を調整可能である、請求項２に記載のプリントヘッド自動洗浄システム。
4. 前記総括コントローラは、前記分類器を作成する分類器作成装置を備え、当該分類器作成装置は、
   前記インクジェットプリンタから動作状態を示す複数種類のデータおよび前記検査装置から検査結果を示す複数種類のデータを取得する学習データ取得部と、
   当該学習データを記憶するデータ記憶部と、
   当該データ記憶部に記憶された学習データを入力とし、ディープニューラルネットワークを用いて機械学習を行うことにより前記分類器を作成する学習部と、で構成される、請求項１乃至３のいずれかに記載のプリントヘッド自動洗浄システム。
5. 前記インクジェットプリンタから取得するデータは、
   前記ガンに送り込まれるインクの圧力、
   前記ガンのノズルから噴射されるインクの粘度、
   前記ガンのノズルから噴射されたインク滴が帯電してから検知電極で検知されるまでの検知時間、および
   前記ガンに内蔵されたピエゾ振動子に印加される電圧であるピエゾ指令値である、請求項１乃至４のいずれかに記載のプリントヘッド自動洗浄システム。
6. 前記検査装置から取得するデータは、
   前記被印刷物に印字された文字の適否、および
   適正と判定された前記印字文字の平均高さである、請求項１乃至４のいずれかに記載のプリントヘッド自動洗浄システム。

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