JP6369685B2 - 印面加工装置及び印面加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、多孔質材の印面加工装置、及び印面加工装置における印面加工方法に関する。

印面加工装置は、多孔質印判を製造するために、多孔質材である加工対象物にサーマルヘッドを当接させ、それらを相対移動させながらサーマルヘッドの発熱素子を選択的に発熱駆動することで、多孔質材に所望の印面を形成する熱加工処理を行う装置である（例えば、特許文献１参照）。印面加工装置により印面が加工された多孔質材は、ホルダーに取り付けられたインク含浸体に装着され、これにより顧客が発注した印面パターンを有する多孔質印判が組み立てられる。近年では、顧客の注文に応じた様々な印面パターンやサイズの印判又はラベルシートなどを加工できる汎用性や、誰もが店頭で加工操作ができる利便性などが印面加工装置に求められている。そのため、多孔質印判の加工サイズに適合した専用のアタッチメントに多孔質材を設置し、アタッチメントを印面加工装置に装填して印面加工が行われている。

印面加工装置による印面加工の基本的な動作は、サーマルヘッドで多孔質材の表面を溶融固化することで、多孔性を滅失させた非捺印部を形成することである。したがって、基本的には、サーマルヘッドが当接する非印字部分（非捺印部）の発熱素子を駆動し、印字部分（捺印部）の発熱素子を駆動しないオン・オフ制御を行うことでモノクロの印面を加工することが可能である。しかし、このような単純なオン・オフ制御では、非捺印部の縁に位置する発熱素子からの熱が、隣接する捺印部の領域に伝導するという問題がある。その結果として、印字の輪郭部分の多孔性（インクの浸透性）が一部失われ、印字の輪郭が本来の画像データに対して変形が生じる場合があった。このような印字の変形を防ぐ一つの方法として、サーマルヘッドによる１ラインのオン・オフの加熱処理を複数回に分ける加工制御法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１４−４３０９２号公報 特開２００９−２０８２９４号公報

しかし、上述した１ラインのオン・オフの加熱処理を複数回に分ける従来の加工制御法によれば、印面の加工精度を上げるため階調数を多くするとより多くの回数の加熱処理が必要となり、印面全体の加工時間が長くなるという課題があった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、サーマルヘッドを発熱駆動して多孔質材に印面を形成する印面加工装置であって、例えば印字部分の輪郭等を精度良く形成できる等の印面加工装置を提供することを目的としている。

上述した課題を解決するため、本発明は、ライン状に配置された複数の発熱素子を有するサーマルヘッドと、前記サーマルヘッドと多孔質材とを当接させた状態でこれらを相対移動させる搬送手段と、前記相対移動させながら１ラインずつ前記各発熱素子を選択的に発熱駆動して前記多孔質材を溶融固化することで印面を形成する制御処理を行う制御手段と、を備える印面加工装置であって、前記多孔質材が、前記発熱素子の駆動量と溶融固化後のインクの浸透比率との間に非線形特性を有し、前記制御手段が、所与の印面パターンを表すモノクロ画像データの値が反転する境界領域において画素値が段階的に単調変化するように、前記非線形特性に基づいて補正した階調画像データを作成する階調データ作成手段と、前記階調画像データに基づいて前記各発熱素子を発熱駆動するパルス時間幅をＰＷＭ制御することで、前記多孔質材に印面を形成する発熱駆動制御手段と、を備えることを特徴とする印面加工装置である。

この構成の印面加工装置によれば、印字部分の輪郭に階調補正を施した、所与のモノクロ画像データ通りの印面を精度よく形成することができる。また、同じ加工精度であれば、従来よりも加工時間を短縮することができる。

また、印面加工装置は、前記発熱駆動制御手段が、前記各発熱素子に流す駆動電流の振幅を一定にして前記パルス時間幅を制御してもよい。

この構成によれば、発熱素子が発熱することにより電気抵抗が変化しても、供給される電力量（発熱量）に影響はなく、加工の精度を確保できる。

また、印面加工装置は、前記制御手段が、作成された前記階調画像データを前記各発熱素子の駆動量データに変換する駆動量変換手段を更に備え、前記発熱駆動制御手段が、前記駆動量データに対応するデューティー比で前記各発熱素子の駆動量をＰＷＭ制御してもよい。

この構成によれば、所与のモノクロ画像データに階調を施した印面を精度よく形成することができる。

また、本発明は、ライン状に配置された複数の発熱素子を有するサーマルヘッドと、前記サーマルヘッドと多孔質材とを当接させた状態でこれらを相対移動させながら前記各発熱素子を選択的に発熱駆動して前記多孔質材に印面を形成する制御処理を行う制御手段と、を備える印面加工装置における印面加工方法であって、前記多孔質材が、前記発熱素子の駆動量と溶融固化後のインクの浸透比率との間に非線形特性を有し、前記制御手段により、所与の印面パターンを表すモノクロ画像データの値が反転する境界領域において画素値が段階的に単調変化するように、前記非線形特性に基づいて補正した階調画像データを作成するステップと、前記階調画像データを前記各発熱素子の駆動量データに変換するステップと、前記駆動量データに対応するデューティー比で前記各発熱素子の駆動量をＰＷＭ制御するステップと、を含むことを特徴とする印面加工方法である。

この印面加工方法によれば、印字部分の輪郭に階調補正を施した、所与のモノクロ画像データ通りの印面を精度よく形成することができる。また、同じ加工精度であれば、従来よりも加工時間を短縮することができる。

また、本発明は、ライン状に配置された複数の発熱素子を有するサーマルヘッドと、前記サーマルヘッドと多孔質材とを当接させた状態でこれらを相対移動させながら前記各発熱素子を選択的に発熱駆動して前記多孔質材に印面を形成する制御処理を行う制御手段と、を備える印面加工装置を用いた多孔質印判の製造方法であって、前記多孔質材が、前記発熱素子の駆動量と溶融固化後のインクの浸透比率との間に非線形特性を有し、所与の印面パターンを表すモノクロ画像データの値が反転する境界領域において画素値が段階的に単調変化するように、前記非線形特性に基づいて補正した階調画像データを作成するステップと、前記階調画像データを前記各発熱素子の駆動量データに変換するステップと、前記駆動量データに対応するデューティー比で前記各発熱素子の駆動量をＰＷＭ制御するステップと、を含むことを特徴とする多孔質印判の製造方法である。

また、本発明は、ライン状に配置された複数の発熱素子を有するサーマルヘッドと、前記サーマルヘッドと多孔質材とを当接させた状態でこれらを相対移動させながら前記各発熱素子を選択的に発熱駆動して前記多孔質材に印面を形成する制御処理を行う制御手段と、を備える印面加工装置を用いて製造された多孔質印判であって、前記多孔質材が、前記発熱素子の駆動量と溶融固化後のインクの浸透比率との間に非線形特性を有し、前記制御手段が、所与の印面パターンを表すモノクロ画像データの値が反転する境界領域において画素値が段階的に単調変化するように、前記非線形特性に基づいて補正した階調画像データを作成し、前記階調画像データに基づく駆動量で前記各発熱素子を発熱駆動することにより印面が形成された多孔質印判である。

本発明の印面加工装置及び印面加工方法によれば、画像データ通りの印面を精度良く形成することができる。例えば印字部分の輪郭に階調補正を施した精度の高い印面を形成できる。また、同じ加工精度であれば、従来よりも加工時間を短縮することができる。

印面加工装置を含む印面加工システムの全体の構成を示す外観図である。 印面加工装置の概略構成を示すブロック図である。 サーマルヘッドのヘッド面及びその側面を示す二面図である。 アタッチメントに設置される多孔質印体の外観を示す斜視図である。 アタッチメントに設置される多孔質印体を示す断面図である。 熱加工時の多孔質印体の断面図である。 版下データ、階調画像データ、駆動量データ及び多孔質材断面を例示する図である。 発熱駆動制御手段を含む制御装置の簡略化したブロック図である。 第１の実施形態による変調ベース信号と、駆動電流パルスの波形を例示するタイムチャートである。 第２の実施形態による変調ベース信号と、駆動電流パルスの波形を例示するタイムチャートである。 多孔質印体用のアタッチメントの正面図である。 加工対象物のタイプに対応して予め定められるドットパターンを例示する図である。 読取手段の実施形態を示す図である。 読取手段が加工対象物の設置状態を検査する実施形態を示す図である。 印面が加工された多孔質印体から多孔質印判を組み立てる方法を説明するための図である。 印面加工装置における印面加工処理を示すフローチャートである。 印面加工装置における印面加工動作を説明するための図である。 印面加工装置における印面加工動作を更に説明するための図である。 他の実施形態による印面加工動作を説明するための図である。

（印面加工システムの全体構成の説明）
以下、本発明に係る印面加工装置の具体的な実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、印面加工装置１０を含む印面加工システムの全体の構成を示す外観図である。図１に示すように、印面加工装置１０には、ユーザ（操作者及び顧客を含む）が操作するための入力操作手段としての端末装置９０が通信可能に接続されている。図１には、端末装置９０としてパーソナルコンピュータ（ＰＣ）の例が図示されている。但しＰＣ以外にも、印面加工装置１０との通信が可能でありユーザが入力操作可能な手段を備えるものであれば特に制限はなく、例えばタブレットＰＣやスマートフォンなどの携帯端末装置の利用も可能である。また、端末装置の代わりに、例えばタッチパネル式のコンピュータが印面加工装置１０に一体的に接続されるシステムでもよい。

顧客が発注する印判の印面パターンは、端末装置９０で動作する例えばエディタソフトで作成され、その作成された印面パターンデータ（版下データ、モノクロ画像データ）が印面加工装置１０に転送される。また、スキャナやカメラ等で読み取ったイメージデータを端末装置９０に取り込み、専用のソフトウェアを用いて印面パターンデータを作成してもよい。また、予め顧客がウェブサイト上のホストサーバに印面パターンデータをアップロードしておき、加工業者がその印面パターンデータをダウンロードして、印面加工装置１０による加工を行ってもよい。

顧客が発注する印判の印面パターンは、端末装置９０で動作する例えばエディタソフトで作成され、その作成された印面パターンデータ（版下データ、モノクロ画像データ）が印面加工装置１０に転送される。また、スキャナやカメラ等で読み取ったイメージデータを端末装置９０に取り込み、専用のソフトウェアを用いて印面パターンデータを作成してもよい。また、予め顧客がウェブサイト上のホストサーバに印面パターンデータをアップロードしておき、加工業者がその印面パターンデータを端末装置９０にダウンロードして、印面加工装置１０による加工を行ってもよい。

（印面加工装置の説明）
次に、加工対象物の種類として印判である多孔質印体１０１を例に、印面加工装置１０本体の説明を行なう。印面加工装置１０は、サーマルヘッド１２と多孔質印体１０１とを当接させた状態で、これらを相対移動させながらサーマルヘッド１２の各発熱素子１２ａを選択的に発熱駆動して、多孔質材を溶融固化することで、１ラインずつ印面を形成する装置である。ここで「当接」とは、サーマルヘッド１２の高さ位置と加工対象物（多孔質印体１０１）の表面の高さ位置とが一致していることを意味する。サーマルヘッド１２からの輻射熱で多孔質材が加熱溶融するのであれば、ミクロの間隙を有してサーマルヘッド１２と多孔質材とが対向する状態も「当接」に含まれる。また、樹脂フィルム等を介在させてサーマルヘッド１２からの熱が多孔質材に伝導する状態も、概念上「当接」に含まれる。また「相対移動」とは、サーマルヘッド１２の位置を固定して多孔質印体１０１を移動させてもよいし、多孔質印体１０１の位置を固定してサーマルヘッド１２を移動させてもよい。本明細書では、サーマルヘッド１２の位置を固定して多孔質印体１０１を移動させる前者の構造の実施形態が説明されている。

印面加工装置１０には、アタッチメント５０を搬送する手段であるトレイ１５が備えられている。トレイ１５は、印面加工装置１０内部に設けた搬送機構１６（図２参照）により、アタッチメント５０を着脱可能な排出位置と印面加工装置１０内の収容位置との間で往復搬送される。印面加工装置１０の前面部には、装置の動作状態（準備完了、アタッチメント装填、データ読取、印字加工、アタッチメント排出、エラーその他）や加工対象物のタイプ（種類及びサイズ）などを文字等で表示する表示部１８、及び、各種操作をするための操作スイッチなどが設けられている。また、印面加工装置１０の背面部には、図示はしないが、端末装置９０と通信接続するための例えばＵＳＢ、Ｄ−ＳＵＢ又はイーサネット（登録商標）などの通信用コネクタ及び電源供給用コネクタなどが設けられている。

図２は、本実施形態による印面加工装置１０の概略構成を示すブロック図である。印面加工装置１０は、複数の発熱素子１２ａ、１２ａ、・・・を有するサーマルヘッド１２と、多孔質印体１０１を設置するアタッチメント５０と、アタッチメント５０に設置された多孔質印体１０１とサーマルヘッド１２とを当接させた状態でこれらを相対移動させる搬送機構１６と、搬送機構１６による移動を制御しながらサーマルヘッド１２の発熱素子１２ａ、１２ａ、・・・を発熱駆動して、多孔質印体１０１の表面に印面を形成する熱加工制御処理を行う制御装置１１と、を備えている。

図３は、サーマルヘッド１２のヘッド面及びその側面を示す二面図である。同図に示されるように、サーマルヘッド１２のヘッド面（多孔質印体１０１に当接して印面加工する面）には、ライン状に等間隔に複数の発熱素子１２ａ、１２ａ、・・・が配列されている。発熱素子１２ａ、１２ａの配列間隔、言い換えると１つの発熱素子１２ａのサイズは、印面加工の理論上の最小加工画素サイズに相当する。サーマルヘッド１２における発熱素子１２ａのドット密度を、例えば３００ｄｐｉ（ｄｏｔ／ｉｎｃｈ）程度とすることができる。サーマルヘッド１２は、制御装置１１の制御の下で、１ラインの加工周期時間内に熱駆動手段１３が各発熱素子１２ａ、１２ａ、・・・に対し選択的に電流を流すことで、多孔質印体１０１に１ラインの印面を形成する。また、サーマルヘッド１２は、制御装置１１の制御の下で、昇降機構１４により加工対象物に接近及び離間する位置に移動制御される。

ここで、図４は、アタッチメント５０に設置される多孔質印体１０１の外観を示す斜視図、図５はその断面図である。図４及び図５に示されるように、多孔質印体１０１は、四角囲状の枠体１０３と、この枠体１０３の前面開口を塞ぐように張られる多孔性膜１０２とを有して形成される。ここで「前面」又は「表面」とは印面が形成される側の面を指し、「後面」又は「裏面」とは印面が形成される反対側の面を指す。枠体１０３の後面開口は前面開口よりも広く形成され、図５に示されるように枠体１０３内に凹段部１０６が形成されている。かかる形状の枠体１０３は、熱変形が小さい例えば熱可塑性樹脂によりモールド成形される。

多孔性膜１０２の材料は、サーマルヘッド１２により表面が加熱溶融し固化できる多孔質材であれば特に限定されない。この多孔質材の原材料として、例えばスチレン系、塩化ビニル系、オレフィン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ウレタン系の熱可塑性エストラマーを用いることができる。多孔性を得るためには、加熱加圧ニーダー、加熱ロール等により、デンプン、食塩、硝酸ナトリウム、炭酸カルシウム等の充填材と原材料樹脂とを混練し、シート状にして冷却後、水又は希酸水にて前記充填材を溶出する。この方法により作製される多孔質材の溶融温度は原材料樹脂と同じである。また、顔料、染料、無機質等の副成分を樹脂に添加することで、多孔質材の溶融温度の調整が可能である。本実施形態による多孔質材の溶融温度は７０℃〜１２０℃である。

多孔性膜１０２の気孔率及び気孔径は、混練される溶解物質の粒径やそれらの含有量により調整することができる。本実施形態による多孔性膜１０２の気孔率は５０％〜８０％であり、気孔径は１μｍ〜２０μｍである。多孔性膜１０２を２層構造にし、下層（後面側）の気孔率を５０μｍ〜１００μｍとしてもよい。印面加工の対象物である多孔質印体１０１は、多孔性膜１０２が枠体１０３の前面開口の周縁部（前端面）に熱融着されて作成される。

図６は熱加工時の多孔質印体１０１の断面図である。図５及び図６に示されるように、多孔質印体１０１は、枠体１０３の後面側から凹段部１０６を台座５１の凸段部５２に嵌合することで、アタッチメント５０に設置される。多孔質印体１０１がアタッチメント５０の台座５１に設置された状態では、多孔性膜１０２の裏面と凸段部５２の表面との水平位置が一致し、好ましくは接触する。つまり、多孔質印体１０１の枠体１０３が台座５１に保持されるとともに、多孔性膜１０２の裏面を凸段部５２の表面で受ける構造となっている。台座５１に設置された多孔質印体１０１の表面にサーマルヘッド１２を当接させ、サーマルヘッド１２のラインに対して直交する方向に多孔質印体１０１を移動させることにより、１ラインずつ印面の加工が行われる。

また、サーマルヘッド１２を直接、多孔質印体１０１の表面に接して発熱素子１２ａを駆動させると、加熱溶融した多孔質材がサーマルヘッド１２に溶着し、摩擦力の増大や製版不良を引き起こすという不都合がある。これらの問題を解決するために、多孔質印体１０１とサーマルヘッド１２との間に樹脂フィルム（不図示）を介在させてもよい。このような樹脂フィルムは、多孔質印体１０１に用いられている多孔質材よりも融点が高い耐熱性や、印面にしわなどを生じさせない低摩擦性及び平滑性を有していることが要求される。この樹脂フィルムとして、例えば、セロハン、アセテート、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリ四フッ化エチレン、ポリイミドなどのポリフィルムを用いることができる。このような樹脂フィルムを介在させることにより、多孔質材に発生するしわの防止の他にサーマルヘッド１２に残留する余熱の影響も少なくすることができる。

サーマルヘッド１２の１つの発熱素子１２ａを駆動させたときの発熱量Ｑは、下記の数式（１）で表される。
Ｑ＝ｋ×Ｉ×ｔ ・・・（１）
ここで、ｋは熱変換効率係数、Ｉは駆動電流、ｔは駆動時間である。数式（１）によれば、発熱素子の発熱量Ｑは、駆動電流と駆動時間との積である駆動量Ｄｑ（Ｄｑ＝Ｉ×ｔ）に比例する。

図７に示すように、端末装置９０のメモリに記憶される印面パターンを表す版下データは、２値（モノクロ）のビットマップ形式で記憶されている。例えば、印判の印字部分（捺印部）に相当する、いわゆる「黒」の画素値が「１」であり、非印字部分（非捺印部）に相当する、いわゆる「白」の画素値が「０」である。加工しようとする印面パターンを表すこの２値の版下データを「モノクロ画像データ」という。印面加工装置１０における印面加工の基本的な動作は、サーマルヘッド１２の発熱素子１２ａを発熱駆動させ、サーマルヘッド１２に当接している多孔質印体１０１の表面を加熱溶融し固化することで、多孔質印体１０１の表面に多孔性を滅失させた非捺印部を形成することである。したがって、基本的には、制御装置１１はモノクロ画像データに従って印字部分（捺印部）の発熱素子を駆動せず（Ｄｑ＝０）、非印字部分（非捺印部）の発熱素子を駆動する（Ｄｑ＝Ｄｑｍａｘ）、いわばオン・オフ制御を行うことで印面を加工することが可能である。

しかし、このような２値のモノクロ画像データに従った単純なオン・オフ制御では、非捺印部の縁の位置でサーマルヘッド１２に蓄熱した残留熱が、近隣の捺印部の領域にまで伝導するという問題がある。その結果として、印字の輪郭部分の多孔性（インクの浸透性）が一部失われ、印字の輪郭が本来の画像データよりも狭くなる又は変形する等の不都合が生じる場合があった。そのような印字の変形を防ぐため、本実施形態の端末装置９０においては、モノクロ画像データに基づいて、例えば８ビット（２５６階調）の階調を有する階調画像データを作成する階調データ作成手段が備えられている。

例えば端末装置９０に備えられる階調データ作成手段は、図７に示すようにモノクロ画像データの印字部分（捺印部）と非印字部分（非捺印部）との境界領域（白黒の値が反転する領域）で画素値が段階的に単調変化するように補正した階調画像データを作成する。なお、ここでいう「単調変化」には、モノクロ画像データに基づいて階調画像データが非線形に補正される場合も含まれる。そして、制御装置１１に備えられる駆動量変換手段は、作成された階調画像データを、サーマルヘッド１２の各発熱素子１２ａの駆動量のデータに変換する。駆動量変換手段は、発熱素子１２ａの駆動量Ｄｑを算出するに際し、発熱素子１２ａの駆動量と多孔性（インクの浸透性）との相関特性を考慮することができる。

ここで、多孔性を定量的に示す指標であるインクの浸透比率を、熱加工する前の初期の多孔質材の気孔率を１（１００％）とし、最大駆動量（Ｄｑ＝Ｄｑｍａｘ）で発熱素子を駆動して熱加工した後の多孔質材の気孔率を０（０％）として標準化した場合の比率として定義することができる。多孔質材は、加熱溶融に伴い若干収縮し及び熱伝導率等が変化するため、発熱素子の駆動量とインクの浸透比率とは必ずしも比例しない。そのため、予め実験等で測定された発熱素子の駆動量とインクの浸透比率との非線形な相関特性データが、端末装置９０又は制御装置１１のメモリ（例えばＲＯＭ１９ｂ等）に記憶されている。

なお、階調データ作成手段は、モノクロ画像データに基づいて、上述の非線形な相関特性（発熱素子の駆動量とインクの浸透比率の関係）を考慮して補正した階調画像データを作成してもよい。この場合、階調画像データの階調値と発熱素子１２ａの駆動量とが比例する関係を有する階調画像データを作成することで、制御装置１１の駆動量変換手段は、階調画像データから直接的に（具体的には非線形な補正処理等を行わずに）駆動量データを得ることができる。

制御装置１１に備えられる発熱駆動制御手段２４は、熱駆動手段１３をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御して、サーマルヘッド１２の各発熱素子１２ａに対し駆動量データに従った発熱駆動量Ｄｑの制御を行うことで、多孔質印体１０１に１ラインずつ印面を形成する。ここでＰＷＭ制御とは、発熱素子１２ａに流す駆動電流の振幅を一定にし、そのパルス時間幅（又はデューティー比）を制御することで、発熱素子１２ａへの駆動量Ｄｑを制御する方式である。なお、発熱素子１２ａに印可する電圧振幅を一定にして、ＰＷＭ制御により発熱駆動量Ｄｑを制御してもよい。

ここで、図８は、発熱駆動制御手段２４を含む制御装置１１の簡略化したブロック図である。図８に示される発振器２１は、所定周期の基本クロック信号を出力する。発振器２１は、制御装置１１のＣＰＵを動作させるシステムクロック信号源でもよい。発振器２１から出力された基本クロック信号は分周器２５により分周される。そして、分周された二次クロック信号がライン周期信号生成器２２に供給される。ライン周期信号生成器２２は、この二次クロック信号に基づいてライン周期信号を生成する。ここで「ライン周期信号」は、１ラインの加工周期に同期する信号である。印面加工装置１０が加工動作中、搬送制御手段２３は、このライン周期信号に同期して搬送機構１６を制御し１ラインずつ多孔質印体１０１を移動させる。

分周器２５からは別の二次クロック信号が、発熱駆動制御手段２４のベース信号カウンタ２７に供給される。ベース信号カウンタ２７に供給される二次クロック信号と上記ライン周期信号とは、周波数が同じでもよいし、異なっていてもよい。ベース信号カウンタ２７は、この二次クロック信号をカウントして、例えば図９に示すような三角波の変調ベース信号を生成する。ベース信号カウンタ２７は、クロック信号のカウント値を電圧値で出力するアナログ出力カウンタである。ベース信号カウンタ２７は、ライン周期信号生成器２２からライン周期信号が入力されると、カウント値をリセットして０からカウントを再開する。ベース信号カウンタ２７に供給されるクロック信号の周期と、ベース信号カウンタ２７の最大カウント数により、変調ベース信号の周期であるＰＭＷ制御のベース時間幅が定められる。

発熱駆動制御手段２４は、各発熱素子１２ａについて駆動量データに対応するデューティー比を定め、そのデューティー比のパルス時間幅を有するＰＷＭゲート信号を熱駆動手段１３の対応するトランジスタに供給する。ここで、図９は、第１の実施形態のＰＷＭ制御による変調ベース信号と、発熱素子１２ａを発熱駆動する駆動電流パルスＩｐの波形を例示するタイムチャートである。図９に示される実施形態では、１ラインの加工周期信号であるライン周期信号と変調ベース信号とが、同一周期（同一周波数）で同期している。したがって、各発熱素子１２ａへの駆動量Ｄｑ（駆動電流パルスＩｐの電流振幅×パルス時間幅）は、ライン周期信号の周期時間に対するパルス時間幅のデューティー比で定められる。発熱駆動制御手段２４は、駆動量データに対応するこのデューティー比で各発熱素子１２ａをＰＷＭ制御駆動する。

図９の例で更に説明すると、例えば、ＲＡＭ１９ａに記憶されている駆動量データにおいて、ある発熱素子１２ａへの駆動量データが、最大駆動量Ｄｑｍａｘの４０／２５６である場合には、発熱駆動制御手段２４は、デューティー比ＤＴ１を４０／２５６に設定して、そのデューティー比ＤＴ１のＰＷＭゲート信号が生成される。より具体的には、ＤＡコンバータ２８が、駆動量データの値４０／２５６に相当する電圧値の閾値信号Ｔｈ１をコンパレータ２９に入力する。コンパレータ２９は、三角波の周期信号である変調ベース信号と閾値信号Ｔｈ１とを比較し、変調ベース信号の電圧よりも閾値信号Ｔｈ１の電圧が高い時間だけオンするゲート信号を熱駆動手段１３の対応するトランジスタに供給する。熱駆動手段１３では、このゲート信号がオンする時間だけ、一定の電流振幅に増幅した駆動電流パルスＩｐ１を、対応する発熱素子１２ａに供給する。これにより、駆動量データに対応するデューティー比ＤＴ１で発熱素子１２ａがＰＷＭ制御駆動される。

このように、発熱駆動制御手段２４は、階調画像データに基づいて作成された駆動量データに従って、サーマルヘッド１２の各発熱素子１２ａを発熱駆動するパルス時間幅を制御する。これにより、印字部分の輪郭に階調補正を施した、所与の画像データ通りの捺印部を精度良く形成することができる。また、同じ加工精度であれば、従来よりも加工時間を短縮することができる。

また、図１０は、第２の実施形態のＰＷＭ制御による変調ベース信号と、発熱素子１２ａを発熱駆動する駆動電流パルスＩｐの波形を例示するタイムチャートである。図１０に示される第２の実施形態では、１ラインの加工周期信号であるライン周期信号と変調ベース信号とが、異なる周期（異なる周波数）で同期している。この場合、各発熱素子１２ａへの駆動量Ｄｑは、変調ベース信号の周期時間に対する駆動電流パルス時間幅のデューティー比で定められる。発熱駆動制御手段２４は、駆動量データに対応するこのデューティー比で各発熱素子１２ａをＰＷＭ制御駆動する。

図１０の実施形態では、１ラインの印面を形成する加工周期よりも、変調ベース信号の周期のほうが短く設定されている。変調ベース信号の周期を短くすることで、１ラインの加工期間中にサーマルヘッド１２の各発熱素子１２ａへ供給される駆動電流パルスＩｐが均一となる。これにより、サーマルヘッド１２に残留する蓄熱が減り、近隣の多孔質材に伝導する熱の影響を減らすことができる。なお、ＰＷＭ制御の変調ベース信号は、ライン周期信号と必ずしも同期していなくても同様の効果が期待できる。

また、本実施形態の印面加工装置１０によれば、上述した階調データ作成手段、駆動量変換手段及び発熱駆動制御手段を適用し、印字を装飾する目的で、捺印部の輪郭やロゴマークなどに階調を持たせた印面加工も可能である。この場合、グラデーションなどの装飾がされた印面のパターンデータ（版下データ）が、予め階調値を有するものでもよい。

次に、印面加工装置１０に装填されるアタッチメント５０を説明する。アタッチメント５０には、多孔質印体１０１など、印面加工装置１０の加工対象物が設置される。図１１は、多孔質印体１０１用のアタッチメント５０の正面図である。アタッチメント５０の本体上面には、多孔質印体１０１の裏面側と嵌合する台座５１が形成されている。また、アタッチメント５０本体の一部に、設置される予定の加工対象物のタイプに応じて予め定めたドットパターンの穴５３、５３、・・・がアタッチメント５０本体を貫通して一列に形成されている。また、アタッチメント５０の端部から台座５１の一部にまでＵ字状に切り欠かれた切欠溝５５が形成されている。

図１２には、加工対象物のタイプに対応して予め定められるドットパターンの例が示される。加工対象物のタイプ及び／又はアタッチメント５０の型式を識別させるためのドットパターンは、穴５３、５３、・・・とブランク５４、５４、・・・との組み合わせからなる配列パターンである。ここで「ブランク」とは、ドットパターンのうち、アタッチメント５０本体に穴が形成されていない領域を意味する。図１２を参照して分かるように、例えば図１１に示される穴５３、５３、・・・のドットパターンはバイナリ表記で‘０１０１１’であるから、加工対象物の種類が「印判」であって、加工サイズが「１５×３０ｍｍ」用のアタッチメント型式「４」が識別できる。

印面加工装置１０には、アタッチメント５０が装填された位置で、穴５３、５３、・・・のドットパターンを読み取る読取手段が備えられている。アタッチメント５０が「装填された位置」とは、排出されたトレイ１５にアタッチメント５０を置いた位置、又は、印面加工装置１０内にアタッチメント５０を若干搬入した位置（第１の搬入位置）の何れでもよい。この読取手段は、図１３に示すように、例えばアタッチメント５０の下方から光を放射するフォトダイオード１７Ｓと、アタッチメント５０の上方でフォトダイオード１７Ｓに対向配置されるフォトディテクタ１７Ｄとから構成することができる（透過型光センサ）。アタッチメント５０の上方にフォトダイオード１７Ｓを設け、アタッチメント５０の下方にフォトディテクタ１７Ｄを設ける構成でもよい。例えば穴パターンのドット数が５個であるならば、各穴５３及びブランク５４の位置に対応する５対のフォトダイオード１７Ｓ及びフォトディテクタ１７Ｄからなる光センサが設けられる。この透過型光センサの読取手段の構成によれば、フォトダイオード１７Ｓが放射し穴５３を通過した光がフォトディテクタ１７Ｄで検出される。一方、フォトダイオード１７Ｓが放射した光がブランク５４で遮断されると、フォトディテクタ１７Ｄでは光が検出されない。

また、図示はしないが、読取手段の他の実施形態として、ブランク５４、５４、・・・のパターンを読み取る反射型光センサを設けてもよい。また、読取手段の更に他の実施形態として、穴５３、５３、・・・とブランク５４、５４、・・・のパターンを読み取る機械式スイッチを設けてもよい。

透過型又は反射型の光センサ１７Ｓ、１７Ｄによれば非接触にドットパターン５３、５４を読み取ることができる。このため、ドットパターン５３、５４を読み取るための不必要な接触によるアタッチメント５０の位置ずれなどは発生せず、加工対象物とサーマルヘッド１２との相対的位置関係の精度を保つことができる。

また、印面加工装置１０に備えられる上述した読取手段である光センサ１７Ｓ、１７Ｄは、アタッチメント５０が加工開始の位置又は収容位置で、加工対象物のアタッチメント５０への設置状態を検査する機能も兼ねている。すなわち、アタッチメント５０の本体には、台座５１の一部にまで切り欠かれた切欠溝５５が形成されており、加工対象物である多孔質印体１０１が台座５１に設置されたときに多孔質印体１０１の一部で切欠溝５５が遮られる。図１４に示すように、光センサ１７Ｓ、１７Ｄが、この切欠溝５５の状態を読み取ることで、多孔質印体１０１のアタッチメント５０への設置状態が検査される。つまり、フォトダイオード１７Ｓから切欠溝５５に放射される光が多孔質印体１０１の一部で遮られ、フォトディテクタ１７Ｄにより検出されなければ、加工対象物がアタッチメント５０に正常に設置されていると判断できる。

この構成によれば、アタッチメント５０のドットパターン５３、５４を読み取る読取手段（光センサ１７Ｓ、１７Ｄ）が、加工対象物のアタッチメント５０への設置状態も検査することができる。このため、加工対象物を設置しないままでアタッチメント５０を印面加工装置１０に装填した場合や、加工対象物がアタッチメント５０に正しく設置されない状態で装填した場合にも加工開始を防ぐことができる。したがって、加工操作ミス等を事前に防止してユーザの利便性を向上させることができる。また、読取手段（光センサ１７Ｓ、１７Ｄ）は、アタッチメント５０のドットパターン５３、５４の読み取りと、加工対象物の設置状態の検査の２つの機能を兼ねるので、印面加工装置１０の全体構造を簡素化することもできる。

（印面加工方法の説明）
次に、本実施形態の印面加工装置１０を用いた印面加工方法を、多孔質印判１００の製造を例にして説明する。
１．ユーザが行う操作
先ず、ユーザ（顧客を含む）は、作成したい印判の印面パターンのデータ（モノクロの版下データ）を、端末装置９０を介して入力する。印面パターンデータは、端末装置９０で動作する専用のエディタソフトで作成してもよい。また、予めユーザが作成したテキストデータを端末装置９０に入力してもよい。また、スキャナやカメラ等で読み取ったイメージデータを端末装置９０に取り込む方法でもよい。そして、端末装置９０で動作する専用のヒューマンインターフェースソフトの指示に従って、加工対象の種類（印判又はラベルシート）や加工サイズ等のタイプ情報を入力する。入力された印面パターンのモノクロ画像データ及び加工対象物のタイプ情報は、端末装置９０内のメモリに記憶される。

次に、ユーザは、多孔質印体１０１をアタッチメント５０の台座５１に設置し、装置１０から排出されたトレイ１５にアタッチメント５０を置く。そして、アタッチメント５０の装填操作が行われると、トレイ１５が印面加工装置１０内に搬入され、アタッチメント５０が収容される。そして、印面加工装置１０において所定の初期処理が行われた後に、自動的に多孔質印体１０１の印面加工処理が行われる。

印面加工処理が完了するとトレイ１５が自動的に排出される。ユーザは、アタッチメント５０をトレイ１５から取り出して、印面が加工形成された多孔質印体１０１を得ることができる。図１５に示すように、印面が加工形成された多孔質印体１０１に、インク含浸体１１０及びホルダー１１２を装着することにより、注文に応じた独自の印面パターンを有する多孔質印判１００が得られる。

２．印面加工装置における加工処理
次に、図１６、図１７Ａ及び図１７Ｂを参照して、印面加工装置１０における加工処理動作を説明する。主に図１６のフローチャートに示される印面加工装置１０における印面加工処理は、制御装置１１に備えられるＣＰＵが、ＲＯＭ１９ｂ等の記憶手段に格納されているプログラムに従って実行する演算処理により実現される。

先ず、トレイ１５の排出操作が受け付けられると（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、次のステップＳ１１で、制御装置１１に備えられる搬送制御手段が、搬送機構１６を制御してトレイ１５を排出位置に搬送する。そして、ユーザによりトレイ１５にアタッチメント５０が装填される（図１７Ａ（ａ））。搬送制御手段は、トレイ１５の搬入操作に応じてトレイ１５を第１の搬入位置に搬入し（図１７Ａ（ｂ））、光センサ１７Ｓ、１７Ｄにより、アタッチメント５０に形成されている穴５３、５３、・・・のドットパターンを読み取る（ステップＳ１２）。なお、アタッチメント５０をトレイ１５に置いた位置（排出位置）又はアタッチメント５０を更に内部に収容した位置（例えば後述する原点位置又はその近傍）で穴５３、５３、・・・のドットパターンが読み取られてもよい。

続くステップＳ１３では、制御装置１１が、読み取ったドットパターンに基づいて、装填されているアタッチメント５０の型式及びアタッチメント５０に設置されている加工対象物のタイプ（種類及び加工サイズ）を特定する。特定された加工対象物のタイプ情報は、印面加工装置１０の表示部１８に表示してもよい。また、ステップＳ１４では、端末装置９０に入力された加工対象物のタイプ情報と、アタッチメント５０のドットパターンから特定されたアタッチメント５０の型式及び／又は加工対象物のタイプ情報との整合性が判断される。もし、これらの情報に整合性がなければ（ステップＳ１４：ＮＯ）、ステップＳ１５で表示部１８にエラーを表示し、アタッチメント５０の収容を拒否することができる。このように、加工を開始する前であるアタッチメント５０が装填された時点で、読取手段（光センサ１７Ｓ、１７Ｄ）がドットパターンを読み取り、加工対象物のタイプを特定することができる。このため、加工操作ミス等を事前に防止することができる。

タイプ情報に整合性があると判断されると（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、ステップＳ１６で、制御装置１１の搬送制御手段が搬送機構１６を制御して、トレイ１５及びアタッチメント５０が印面加工装置１０内の更に途中の搬入位置である第２の搬入位置に搬入する。なお、ステップＳ１３のドットパターンに基づく加工対象物のタイプの特定の処理と、ステップＳ１４のタイプ情報の整合性の判断の処理を、後述する原点位置若しくはその近傍に収容された位置で行ってもよい。この場合、タイプ情報に整合性がなければ、トレイ１５を排出位置に戻してもよい。これにより、ユーザに操作のやり直しを促すことができる。

ステップＳ１７では、トレイ１５及びアタッチメント５０が印面加工装置１０にあり、読取手段であるフォトディテクタ１７Ｄにより、加工対象物である多孔質印体１０１のアタッチメント５０への設置状態が検査される（図１７Ａ（ｃ））。多孔質印体１０１がアタッチメント５０に設置されていないか、又は正しく設置されていなければ（ステップＳ１７：ＮＯ）、ステップＳ１８で表示部１８にエラーが表示され、トレイ１５が排出位置に戻される。これにより、ユーザに、加工対象物のアタッチメント５０への設置を促すことができる。

多孔質印体１０１がアタッチメント５０に正しく設置されていると判断されれば（ステップＳ１７：ＹＥＳ）、次のステップＳ２１で、端末装置９０に備えられる階調データ作成手段は、モノクロ画像データから階調画像データを作成する。例えば、階調データ作成手段は、モノクロ画像データの値が白黒反転する境界領域において、画素値が段階的に単調変化するように補正した階調画像データを作成する。そしてステップＳ２２では、制御装置１１の駆動量変換手段が、階調画像データを変換して各発熱素子１２ａの駆動量データを作成する。
なお、ステップＳ２１において階調データ作成手段が、予め測定された発熱素子の駆動量とインクの浸透比率の非線形な相関関係を考慮して、モノクロ画像データから階調画像データを作成してもよい。又はステップＳ２２において、駆動量変換手段が、該非線形な相関関係を考慮して階調画像データから駆動量データを作成してもよい。

次のステップＳ２３では、トレイ１５及びアタッチメント５０が最も奥に搬入された位置（第３の搬入位置；原点位置）にあり、この位置で原点センサ３０がオンし、これにより搬送の原点が設定される（図１７Ａ（ｄ））。原点センサ３０は、トレイ１５又はアタッチメント５０が接触することによって光の遮断を感知する光センサを用いることができる。なお、図１７Ａ（ａ）に示すトレイ１５及びアタッチメント５０が外側に排出された位置（排出位置）を原点としてもよい。そして次のステップＳ２４で、制御装置１１は、穴５３のドットパターンから特定した加工対象物の種類と加工サイズの情報に基づいて加工開始位置を決定する。そして、ステップＳ２５で搬送制御手段が搬送機構１６を制御し、決定した加工開始位置に多孔質印体１０１を移動させる。

加工対象物である多孔質印体１０１が加工開始位置に移動した後、ステップＳ２６では、制御装置１１が、穴５３のドットパターンから特定した加工対象物の種類の情報に基づいて、サーマルヘッド１２の加熱高さ位置を決定する。ここで「加熱高さ位置」とは、サーマルヘッド１２が多孔質印体１０１に当接する高さ位置に相当する。そして、ステップＳ２７では、制御装置１１が昇降機構１４を制御して、サーマルヘッド１２を決定した加熱高さ位置に下降させる。この段階で、サーマルヘッド１２が加工開始位置にある多孔質印体１０１に当接する（図１７Ｂ（ｅ））。

ステップＳ２８では、制御装置１１の発熱駆動制御手段が１ラインの駆動量データに従って熱駆動手段１３をＰＷＭ制御し、サーマルヘッド１２の発熱素子１２ａを選択的に発熱駆動する。これにより多孔質印体１０１が１ラインだけ熱加工される。そして、次のステップＳ２９において、制御装置１１の搬送制御手段は、搬送機構１６を制御して多孔質印体１０１を搬出方向へ１ライン幅だけ移動させる。制御装置１１は、ステップＳ２８とステップＳ２９の処理を繰り返すことにより、多孔質印体１０１を１ラインずつ印面加工する（図１７Ｂ（ｆ））。そして、ステップＳ３０の判断で最終ラインの加工が終了したとき（図１７Ｂ（ｇ））、ステップＳ３１でトレイ１５を排出位置に搬送される。これにより、ユーザは、印面パターンが形成された多孔質印体１０１を取得することができる。

なお、図１８に示すように、多孔質印体１０１を搬入方向へ移動させながら印面加工を行ってもよい。すなわち、制御装置１１は、原点を設定後に加工開始位置（図１８では右端）を決定し、搬送機構１６を制御して決定した加工開始位置に多孔質印体１０１を移動させる（図１８（ａ））。そして、制御装置１１は、搬送機構１６を制御して多孔質印体１０１を１ラインずつ搬入方向へ移動させながらＰＷＭ制御によりサーマルヘッド１２の発熱素子１２ａを発熱駆動する（図１８（ｂ））。多孔質印体１０１の最終ライン（図１８では左端）の加工終了により、印面加工が完了となる（図１８（ｃ））。

本実施形態の多孔質材の印面加工装置１０及びその印面加工方法によれば、画像データ通りの印面を精度良く形成することができる。特に印字部分の輪郭に階調補正を施した、所与のモノクロ画像データ通りの印面を精度よく形成することができる。また、同じ加工精度であれば、従来よりも加工時間を短縮することができる。また、ＰＷＭ制御により１ラインの加工期間中の各発熱素子１２ａへの駆動量が均等となるので、サーマルヘッド１２に残留する熱を減らし、近隣の多孔質材に伝導する熱の影響を減らすことができる。

以上、本発明に係る印面加工装置及びその印面加工方法の好ましい実施形態を説明したが、本発明の技術的思想は、ここで説明された実施形態に限定して解釈されるべきではない。当業者は、本発明の要旨又は技術思想から逸脱しない範囲で、この実施形態を適宜、変更又は改良を加えることができる。そのような変更又は改良を伴う印面加工装置及び関連する周辺技術は、本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。

１０ 印面加工装置
１１ 制御装置
１２ サーマルヘッド
１２ａ 発熱素子
１３ 熱駆動手段
１４ 昇降機構
１５ トレイ
１６ 搬送機構
１７Ｓ、１７Ｄ 読取手段（光センサ）
２１ 発振器
２２ ライン周期信号生成器
２３ 搬送制御手段
２４ 発熱駆動制御手段
２５ 分周器
２７ ベース信号カウンタ
２８ ＤＡコンバータ
２９ コンパレータ
３０ 原点センサ
５０ アタッチメント
５１ 台座
９０ 端末装置
１００ 多孔質印判
１０１ 多孔質印体
１０２ 多孔性膜
１０３ 枠体
１１２ ホルダー
１１０ インク含浸体

Claims (6)

1. ライン状に配置された複数の発熱素子を有するサーマルヘッドと、前記サーマルヘッドと多孔質材とを当接させた状態でこれらを相対移動させる搬送手段と、前記相対移動させながら１ラインずつ前記各発熱素子を選択的に発熱駆動して前記多孔質材を溶融固化することで印面を形成する制御処理を行う制御手段と、を備える印面加工装置であって、
   前記多孔質材が、前記発熱素子の駆動量と溶融固化後のインクの浸透比率との間に非線形特性を有し、
   前記制御手段が、
   所与の印面パターンを表すモノクロ画像データの値が反転する境界領域において画素値が段階的に単調変化するように、前記非線形特性に基づいて補正した階調画像データを作成する階調データ作成手段と、
   前記階調画像データに基づいて前記各発熱素子を発熱駆動するパルス時間幅をＰＷＭ制御することで、前記多孔質材に印面を形成する発熱駆動制御手段と、
   を備えることを特徴とする印面加工装置。
2. 前記発熱駆動制御手段が、前記各発熱素子に流す駆動電流の振幅を一定にして前記パルス時間幅を制御する、請求項１に記載の印面加工装置。
3. 前記制御手段が、作成された前記階調画像データを前記各発熱素子の駆動量データに変換する駆動量変換手段を更に備え、
   前記発熱駆動制御手段が、前記駆動量データに対応するデューティー比で前記各発熱素子の駆動量をＰＷＭ制御する、請求項１又は２に記載の印面加工装置。
4. ライン状に配置された複数の発熱素子を有するサーマルヘッドと、前記サーマルヘッドと多孔質材とを当接させた状態でこれらを相対移動させながら前記各発熱素子を選択的に発熱駆動して前記多孔質材に印面を形成する制御処理を行う制御手段と、を備える印面加工装置における印面加工方法であって、
   前記多孔質材が、前記発熱素子の駆動量と溶融固化後のインクの浸透比率との間に非線形特性を有し、
   前記制御手段により、
   所与の印面パターンを表すモノクロ画像データの値が反転する境界領域において画素値が段階的に単調変化するように、前記非線形特性に基づいて補正した階調画像データを作成するステップと、
   前記階調画像データを前記各発熱素子の駆動量データに変換するステップと、
   前記駆動量データに対応するデューティー比で前記各発熱素子の駆動量をＰＷＭ制御するステップと、を含むことを特徴とする印面加工方法。
5. ライン状に配置された複数の発熱素子を有するサーマルヘッドと、前記サーマルヘッドと多孔質材とを当接させた状態でこれらを相対移動させながら前記各発熱素子を選択的に発熱駆動して前記多孔質材に印面を形成する制御処理を行う制御手段と、を備える印面加工装置を用いた多孔質印判の製造方法であって、
   前記多孔質材が、前記発熱素子の駆動量と溶融固化後のインクの浸透比率との間に非線形特性を有し、
   所与の印面パターンを表すモノクロ画像データの値が反転する境界領域において画素値が段階的に単調変化するように、前記非線形特性に基づいて補正した階調画像データを作成するステップと、
   前記階調画像データを前記各発熱素子の駆動量データに変換するステップと、
   前記駆動量データに対応するデューティー比で前記各発熱素子の駆動量をＰＷＭ制御するステップと、を含むことを特徴とする多孔質印判の製造方法。
6. ライン状に配置された複数の発熱素子を有するサーマルヘッドと、前記サーマルヘッドと多孔質材とを当接させた状態でこれらを相対移動させながら前記各発熱素子を選択的に発熱駆動して前記多孔質材に印面を形成する制御処理を行う制御手段と、を備える印面加工装置を用いて製造された多孔質印判であって、
   前記多孔質材が、前記発熱素子の駆動量と溶融固化後のインクの浸透比率との間に非線形特性を有し、
   前記制御手段が、
   所与の印面パターンを表すモノクロ画像データの値が反転する境界領域において画素値が段階的に単調変化するように、前記非線形特性に基づいて補正した階調画像データを作成し、
   前記階調画像データに基づく駆動量で前記各発熱素子を発熱駆動することにより印面が形成された多孔質印判。

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