WO2017061287A1 - 帯電制御型インクジェットプリンタおよびそれを用いた印字方法 - Google Patents

帯電制御型インクジェットプリンタおよびそれを用いた印字方法 Download PDF

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博道 武山
雅彦 荻野
啓資 永井
佐藤　隆
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株式会社日立産機システム
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Definitions

  • the present invention relates to an ink jet printer that performs printing by charging ink particles and a printing method using the same, and more particularly, to a charge control type ink jet printer having a function of controlling charging of ink particles and a printing method using the same. .
  • an optimum nozzle driving voltage for forming ink particles can be easily determined without requiring skill.
  • the control unit does not energize the deflection electrode until the ink particles enter the gutter after the charge is applied to the ink particles from the charging electrode, and arbitrarily sets the nozzle drive voltage multiple times.
  • the charge is applied to the ink particles at an arbitrary charging voltage, and the charge amount applied to the ink particles is detected by a charge amount sensor. If the charge voltage and the charge amount of the ink particles are in a proportional relationship, it is determined as normal.
  • the median value of the nozzle drive voltage in the range determined to be normal is set as the nozzle drive voltage used for printing.
  • Patent Document 1 As an example of an ink jet printer, there is a charge control type ink jet printer as described in Patent Document 1.
  • This device is a device for printing a production number, a shelf life, etc. on a product to be printed.
  • the ink filled in the main body is pressurized by a pump and fed to the print head.
  • the ink pumped to the nozzles in the print head is vibrated with a vibration of several tens of kilohertz by the piezoelectric element 23 in the nozzles.
  • the ejected ink flow (inkjet) from the discharge port of several tens of microns of the nozzle is regularly cut and formed into particles (droplets) by the surface tension and vibration of the ink.
  • the ink particles are cut from the ink flow in a charged state at the time of particle formation, the ink particles are charged according to the character size.
  • the charged ink particles receive an electrostatic force from the deflection electrode during flight and are deflected.
  • the deflected ink particles adhere to the printed matter moving with respect to the print head and form characters (matrix characters).
  • the basic composition of the ink for the charge control type ink jet printer includes a colorant, a resin, a conductive agent, an additive, and a solvent.
  • the ink is vibrated by ultrasonic vibration to form particles while being ejected in the form of an ink column from the discharge port and charged, whereby the ink flies as ink particles.
  • the charged state of the ink particle changes depending on how the ink column and the ink particle are cut off. If the charged state is not good, the specified charge amount cannot be sufficiently charged to the particles, and accurate printing cannot be performed.
  • the conditions for ejecting ink and the conditions for charging are important. Specifically, the conditions are ink viscosity, excitation frequency, excitation voltage, and ejection pressure. These optimum conditions also vary depending on the operating environment such as temperature and humidity, and the deterioration state of the ink.
  • inks consisting of the above-mentioned resins, colorants, additives (such as conductive materials and leveling agents) and solvents (solvents), printing conditions (ink viscosity, excitation frequency, excitation voltage, discharge pressure, etc.) )
  • additives such as conductive materials and leveling agents
  • solvents solvents
  • printing conditions ink viscosity, excitation frequency, excitation voltage, discharge pressure, etc.
  • the present invention solves the above-described problems, enables real-time control while the charge control type ink jet printer is in operation, and allows optimum printing conditions to be maintained while the charge control type ink jet printer is in operation.
  • a charging control type ink jet printer and a printing method using the same are provided.
  • a print head having a nozzle portion for ejecting ink, a pressure reducing valve for adjusting the pressure of ink supplied to the nozzle portion of the print head, and a supply to the nozzle portion of the print head
  • an image pickup unit for picking up an image of the ink ejected from the nozzle part and formed into particles is further provided.
  • a charge control type in which ink contained in an ink container is ejected from a nozzle portion of a print head through a pressure reducing valve to form particles and print on a print object.
  • ink that has been ejected from a nozzle unit and imaged in a particulate form is imaged with a camera and ejected from the nozzle unit to obtain an image of the ink that has become particulate and printed.
  • the present invention in a charge control type ink jet printer, it is possible to determine whether or not the ink particle shape is optimal during printing, and printing can be performed in a stable state at all times by controlling to an optimal state. It became so.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating a configuration of a charge control type ink jet printer according to an embodiment of the present invention.
  • 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an ink circulation system of a charge control type ink jet printer in an embodiment of the present invention.
  • FIG. FIG. 2 is a block diagram schematically illustrating a detailed configuration of a print head unit, a detection unit, and a control unit of the charge control type ink jet printer according to the embodiment of the present invention, and a state in which ink is atomized in the print head unit.
  • 1 is a block diagram illustrating a configuration of an image processing unit of a charge control type ink jet printer according to an embodiment of the present invention.
  • the table memorize
  • the present invention observes the shape of the ink particles in real time, estimates the chargeability, and can control to the optimum printing conditions under all conditions.
  • the feature of the present invention is that (1) When printing with a charge control type ink jet printer, the shape of the ink column and the ink particles coming out from the ejection port is observed, and the fluid control unit mainly excites the observed shape so that the observed shape becomes the optimum shape. A mechanism for adjusting the frequency, excitation voltage, and ink pressure was provided. (2)
  • the charge control type ink jet printer provided with the adjustment mechanism includes a mechanism for recognizing whether or not the optimum particle shape matches the optimum ink column and particle shape data. (3)
  • the charge control type ink jet printer is provided with a charge state observation unit and a mechanism for verifying whether the charge state is suitable by measuring the charge. . (4) Further, the charge control type ink jet printer has a mechanism for accumulating newly acquired particle shape image data and charged state measurement data and verifying the correlation between the two data.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a charge control type ink jet printer 100 according to this embodiment.
  • the charging control type ink jet printer 100 includes a main body 1 provided with an operation display unit 5, a print head 2, and a detection unit 3, and the main body 1 and the print head 2 are connected by a conduit 4.
  • FIG. 2 shows a simplified ink circulation system of the charge control type ink jet printer 100 according to the present embodiment.
  • the ink container 10 stored in the main body 1 of the charge control type ink jet printer 100 stores ink.
  • the ink is sucked out of the ink container 10 by the pump 13 and is pumped to the print head 2 through the conduit 4.
  • the pumped ink is filtered by the filter 12 and adjusted to a predetermined pressure by the pressure reducing valve 14.
  • the ink sucked from the ink container 10 by the pump 13 is measured by a viscometer (not shown), and the solvent is sucked by the pump 11 from the solvent tank 110 so that the viscosity of the ink is maintained constant.
  • a viscometer not shown
  • the filter 12 and the pressure reducing valve 14 may be provided on the main body 1 or on the print head 2 side.
  • the print head 2 includes a nozzle 16, a charging electrode 17, a deflection electrode 18 configured by arranging a pair of electrode plates to face each other, and a gutter 19 for collecting ink particles that have not contributed to printing. It is controlled by the control unit 30 on the side. Further, the detection unit 3 is attached to the print head 2.
  • the nozzle 16 is connected to the excitation unit 22.
  • the excitation unit 22 applies a predetermined excitation voltage to the piezoelectric element 23 (see FIG. 3) attached to the nozzle 16 to vibrate the piezoelectric element 23 attached to the nozzle 16 at a predetermined frequency.
  • the ink adjusted to a predetermined pressure by the pressure reducing valve 14 is supplied to the print head 2 and ejected from the nozzle 16 as an ink column.
  • the piezoelectric element 23 attached to the nozzle 16 is driven by the excitation unit 22 and vibrates at a predetermined frequency.
  • the vibration is transmitted to the nozzle 16, and the excited ink is ejected from the nozzle 16.
  • the columnar ink (ink column) ejected from the excited nozzle 16 is separated into particles at a predetermined distance from the outlet of the nozzle 16 to become ink particles 20.
  • a state in which particles are formed from columnar ink (ink columns) and become ink particles 20 is observed and controlled by the control unit 30.
  • the charging electrode 17 is configured by arranging a pair of electrode plates facing each other. And a charge amount controlled for each ink particle 20 is provided.
  • a charging circuit (not shown) that controls the charging electrode 17 changes the charging voltage of the charging electrode 17 according to the size of characters printed on the printing object 130, such as a bar code, and the like. Change.
  • the ink particles 20 charged through passing between the pair of electrode plates of the charging electrode 17 reach the space between the pair of electrode plates forming the deflection electrode 18 with the momentum ejected from the nozzle 16.
  • One of the two electrode plates constituting the deflection electrode 18 is grounded, and a high voltage is applied to the other. Thereby, an electrostatic field is formed between the electrodes.
  • the ink particles 20 charged to a predetermined charge by the charging electrode 17 reaching the space between the pair of electrode plates forming the deflection electrode 18 are deflected according to the amount of charge.
  • the ink particles 20 deflected by the deflection electrode 18 jump out of the print head 2 and land on the print object 130 moving away from the print head 2 by a predetermined distance.
  • the ink particles 20 that land on the printing object 130 are dots, but a plurality of points form a character symbol with a collection.
  • Ink particles 20 that have not been used for printing are captured by a gutter 19 provided inside the print head 2.
  • the trapped ink particles 20 are sucked by the recovery pump 21 and return to the ink container 10 through the ink recovery pipeline of the ink circulation system.
  • FIG. 3 shows a schematic configuration of a charge control type ink jet printer 100 having a function of adjusting to an optimum particle shape according to the present embodiment.
  • FIG. 3 shows the configuration of the control unit 30 in addition to the detailed configuration of the detection unit 3 described with reference to FIG. 2, and schematically shows a state in which the ink pillars 117 ejected from the nozzles 16 are atomized. It is a thing.
  • the detection unit 3 includes a particle observation unit 31 and a charge amount observation unit 33
  • the control unit 30 includes a control unit 32 and a fluid control unit 34.
  • the particle observation unit 31 and the charge amount observation unit 33 constituting the detection unit 3 are attached to the print head 2.
  • the particle observation unit 31 includes a strobe 311 and a camera 312, and illuminates the ink column 117 ejected from the nozzle 16 with the strobe 311.
  • the illumination by the strobe 311 (strobe illumination) adjusts the frequency of the strobe illumination so that the ink ejected from the nozzle 16 can be observed stationary.
  • the number of inks ejected from the nozzles 16 adjusted in this way and illuminated with strobe illumination is such that the shape of the plurality of ink particles can be sufficiently identified by the camera 312 or the field of view of the camera 312 is strobe illuminated. The field of view is magnified to the extent that individual ink particles enter.
  • FIG. 3 shows a configuration in which the particle observation unit 31 is disposed on the charging electrode 17 and the ink ejected from the nozzle 16 by the camera 312 is imaged from above the charging electrode 17.
  • the particle observation unit 31 is disposed at a position where the field of view is not obstructed by the pair of electrode plates of the charging electrode 17 from the direction rotated by 90 ° with respect to the charging electrode 17, that is, from the lateral direction of the charging electrode 17.
  • the ink particles passing through the charging electrode 17 are imaged.
  • the shape of the ink illuminated by the strobe imaged by the camera 312 is such that the tip 118 is separated from the state of the ink column 117 immediately after ejection, and the tail immediately after separation is drawn to 119, 120, 121, 122, 123. It is observed that the shape gradually changes from the elongated shape (119) to the round particle shape (123). Image data of the shape of the ink particles 119 to 123 observed by the camera 312 of the particle observation unit 31 is sent from the particle observation unit 31 to the control unit 32.
  • the control unit 32 includes an image processing unit 321 and a mechanism control unit 322.
  • the image processing unit 321 the image data of the shape of the ink particles 119 to 123 captured by the camera 312 is stored in advance as reference image data.
  • the difference between the observed shape of the ink particles 119 to 123 and the reference shape data at each position is extracted.
  • the mechanism control unit 322 controls the fluid control unit 34 so that the difference extracted by the image processing unit 321 is reduced.
  • the fluid control unit 34 Based on the control signal output from the control unit 32, the fluid control unit 34 applies the voltage applied to the excitation unit 22 that controls the amplitude of vibration of the piezoelectric element 23 (not shown) that applies ultrasonic vibration to the nozzle 16.
  • the pressure of the pressure reducing valve 14 for adjusting the pressure of the ink supplied to the nozzle 16 and the supply amount of the solvent for dissolving the ink stored in the solvent tank 110 by the pump 11 to the ink container 10 are controlled.
  • the ink whose pressure is adjusted by the pressure reducing valve 14 is ejected from the nozzle 16 that is ultrasonically vibrated by the piezoelectric element 23 driven by the excitation unit 22, and becomes the ink column 117. Then, the front end portion 118 of the ink column 117 is changed to the ink particle 119, and gradually changes to the ink particles 120, 121, 122 to become the charged ink particles 123.
  • This charging is performed by passing between a pair of electrode plates on which the electric field of the charging electrode 17 is formed.
  • the ink particles 123 charged through the charging electrode 17 are deflected by an electric field formed by the deflection electrode 18 formed by a pair of electrode plates.
  • the charging property of the ink particles 123 depends on the shape of the ink particles 123, particularly the shape when the tip portion 118 of the ink column 117 changes to the ink particles 119.
  • the particle observation unit 31 observes (predicts) the chargeability of the ink particles by observing the shape at this time, that is, the shape when the tip portion 118 of the ink column 117 changes to the ink particles 119. Is possible.
  • the shape of the ink particles 119 to 123 formed by the ink ejected from the nozzle 16 is the fluid control unit 34 controlled by the control unit 32, and the excitation frequency, excitation voltage, and pressure reduction of the excitation unit 22. It can be changed by adjusting the pumping force (ink pressure) by the valve 14.
  • the particle observation unit 31 observes the ink particle shape from immediately after being ejected from the nozzle 16 until it enters the deflection electrode 18, and obtains the optimum particle shape for each position input in advance.
  • the fluid control unit 34 is controlled by the control unit 32 so as to match. This makes it possible to print stably even under various charge control type ink jet printer operating conditions.
  • the charging property is confirmed by checking the charge amount of the ink particles collected by the gutter 19 which is an ink particle collection unit by the charge amount observation unit 33. At this time, if a voltage is applied to the deflection electrode 18, the charged ink particles 123 are deflected, so that no voltage is applied to the deflection electrode 18.
  • the relationship between the image data captured by the camera 312 of the particle observation unit 31 and the charge amount measured by the charge amount observation unit 33 is stored as data and fed back to the control unit 32.
  • the image processing unit 321 stores in advance an image of the ink particles in the region set by the inspection region setting unit 3211 and the inspection region setting unit 3211 for setting the inspection region from the image captured by the camera 312 of the particle observation unit 31.
  • Pattern matching unit 3212 that extracts a similar stored image by pattern matching with the existing image, and information that is controlled by mechanism control unit 322 is acquired from the information of the ink particle image that is stored in advance extracted by pattern matching unit 3212
  • a control information acquisition unit 1: 3213 is provided.
  • the image processing unit 321 includes a particle region specifying unit 3214 for specifying the ink particle region in the region set by the inspection region setting unit 3211, and whether the ink particle region specified by the particle region specifying unit 3214 contains foreign matter.
  • a foreign matter determination unit 3215 for determining the image feature amount
  • an image feature amount extraction unit 3216 for extracting the image feature amount of the ink particle from the image of the ink particle determined to contain no foreign matter by the foreign matter determination unit 3215
  • an image feature amount extraction unit 3216 Is provided with a control information acquisition unit 2: 3217 that acquires information to be controlled by the mechanism control unit 322 from the image feature amount of the ink particles extracted in the above.
  • the strobe light is irradiated from the strobe 311 to the ink ejected from the nozzle 16 while the piezoelectric element 23 is driven by the excitation unit 22 under the initial setting conditions and the nozzle 16 is vibrated at high frequency (S501).
  • the emission frequency of the strobe light is adjusted so that the ink particles irradiated with the strobe light are observed to be stationary.
  • the ink particles that are observed to be stationary when irradiated with the strobe light are imaged by the camera 312 of the particle observation unit 31 (S502), and an image of the ink particles is acquired.
  • the ink particle image captured and acquired by the camera 312 is sent from the particle observation unit 31 to the control unit 32 and input to the image processing unit 321.
  • the image input to the image processing unit 321 is binarized by the inspection region setting unit 3211, and an inspection region 601 as shown in FIG. 6 is set (S503).
  • an area 602 including ink particles at the left end in the inspection area 601, that is, an area 602 including an image of the ink particle observed first is extracted and stored in advance by pattern matching.
  • An image that most closely matches the image of the region 602 is selected from the known ink particle images in which the relationship between the particle shape and the control information by the mechanism control unit is known, and the particle shape is specified (S504).
  • the shape-known images for example, ink particles for classifying the images acquired by the particle observation unit stored in the database as shown in Table 701 in FIG. 7 are A, B, C, D. The images are classified as follows.
  • control information by the mechanism control unit is acquired from the relationship between the ink particle shape stored in advance and the control information by the mechanism control unit (S505).
  • the relationship between the ink particle shape stored in advance and the control information by the mechanism control unit the images acquired by the particle observation unit stored in the database as shown in Table 801 of FIG. 8 are classified. It is the relationship shown in the table
  • the particle region is specified from the image of the inspection region 601 set in S503 (S506).
  • the image shown in FIG. 6 shows a case where an image 603 of a small region including the fourth particle from the right in the image of the inspection region 601 is specified.
  • the feature amount of the image of the ink particles in the particle region specified in S506 is extracted (S508).
  • the feature amount of the ink particle image extracted here includes the size of the ink particle image in the X direction or the Y direction, the ratio between the size in the X direction and the size in the Y direction, and the like.
  • the feature amount of the image of the ink particle extracted in S508 is compared with the feature amount of the reference image data, and the difference value is determined from the relationship between the image feature amount difference value stored in the database and the mechanism portion control amount.
  • the control information is acquired (S509).
  • the relationship between the image feature amount difference value stored in the database and the mechanism unit control amount for example, an image acquired by the particle observation unit stored in the database as shown in Table 901 of FIG.
  • the classification result can be summarized by the relationship between the control part and the control amount of the apparatus.
  • control information It is determined whether the control information has been acquired in S505 and whether the control information has been acquired in S509 (S510). If both are YES (within the range where the particle shape and the image feature amount difference value are stored in the database) In the case), the respective control information is output to the mechanism control unit 322 (S511).
  • the mechanism control unit 322 that has input the control information from the image processing unit 321 in S511 sends a control signal based on the input control information to the fluid control unit 34, and the excitation frequency and excitation voltage of the excitation unit 22 are reduced by the pressure reducing valve 14.
  • the ink pressure and the pump 11 are driven to supply the solvent from the solvent tank 110 to the ink container 10 to adjust the viscosity of the ink.
  • the shape of the ink particles immediately after being ejected from the nozzle 16 can be quantitatively monitored while printing and each mechanism unit can be adjusted, printing can be performed while maintaining a certain quality. It will be possible to continue.
  • the shape of the ink particles immediately after being ejected from the nozzle 16 is quantitatively monitored, even if the ink material changes, it does not take much time for adjustment, and the printing quality is kept constant. Printing can be continued.

Landscapes

  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
  • Ink Jet (AREA)

Abstract

帯電制御型インクジェットプリンタにおいて、稼働中にリアルタイムで制御することを可能にし、稼働している間は最適印字条件を維持できるようにするために、インクを吐出するノズル部（１６）を有する印字ヘッドと、印字ヘッドのノズル部（１６）に供給するインクの圧力を調整する減圧弁（１４）と、印字ヘッドのノズル部（１６）に供給するインクを収容するインク容器（１０）とを備えた帯電制御型のインクジェットプリンタにおいて、ノズル部（１６）から吐出されて粒子状になったインク（１１７－１２３）を撮像する撮像部（カメラ３１２）を更に備えて構成した。

Description

帯電制御型インクジェットプリンタおよびそれを用いた印字方法
　本発明は、インク粒子を帯電して印字を行うインクジェットプリンタおよびそれを用いた印字方法に係り、特にインク粒子の帯電を制御する機能を備えた帯電制御型インクジェットプリンタおよびそれを用いた印字方法に関する。
　本発明に関連する帯電制御型インクジェットプリンタについては、特許文献１の要約の欄には、熟練を要しなくても、インク粒子を形成するのに最適なノズル駆動電圧を容易に決定できるようにするための解決手段として、「制御部は、インク粒子に帯電電極より電荷を与えてからインク粒子がガターに入るまでの間は、偏向電極には通電せず、ノズル駆動電圧を任意に複数回設定し、インク粒子に任意の帯電電圧で電荷を与えて、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」と記載されている。
特開２０１０－１７９８１号公報
　インクジェットプリンタの一例として、特許文献１に記載されているような帯電制御型インクジェットプリンタがあり、この装置は印字対象製品に製造番号，賞味期限などを印字する装置である。
　以下、帯電制御型インクジェットプリンタの動作原理について、特許文献１の図１に記載されている構成に基づいて説明する。
　特許文献１の図１に記載されている構成において、本体に充填されたインクはポンプにより加圧され、印字ヘッドに圧送される。印字ヘッド内のノズルに圧送されたインクはノズル内の圧電素子２３により数十キロヘルツの振動で加振される。ノズルの数十ミクロンの吐出口より、噴出したインク流（インクジェット）はインクの表面張力と振動により規則的に切断され粒子化（滴化）する。
　インク粒子（滴）は粒子化の際に帯電された状態でインク流から切断するため、インク粒子には文字の大きさに応じた帯電がなされている。帯電したインク粒子は、飛行中に偏向電極による静電力を受け、偏向される。偏向されたインク粒子は、印字ヘッドに対し移動する印字物に付着し、文字（マトリックス文字）を形成する。
　帯電制御型インクジェットプリンタ用インクの基本組成は、色剤、樹脂、導電剤、添加剤、溶剤からなる。このインクを超音波振動で加振して吐出口からインク柱状に噴出し帯電させながら粒子化することにより、インクはインク粒子となって飛翔する。この際、インク柱―インク粒子間の切れ方によって、インク粒子の帯電状態が変化する。帯電状態が良好でない場合は、指定した電荷量を充分に粒子に帯電することができず、正確な印字が出来ない。
　最適なインク粒子状態にするには、まず先に記した材料の選定が重要になる。それ以外に、インクを噴出する条件や帯電させる条件が重要である。この条件とは、具体的に、インク粘度、励振周波数、励振電圧、吐出圧力である。また、温度や湿度などの稼働環境、さらにはインクの劣化状態によっても、これらの最適条件は変動する。
　これまで、最適印字条件は、帯電制御型インクジェットプリンタ稼働中にリアルタイムで制御することができず、あらかじめ作成したソフトウェアによって温度と粘度の関係をベースに管理されてきた。そのため、予測しない環境における稼働においては、ソフトウェアが追従できなくなり、結果として印字不良をきたすという問題があった。
　また、先に記した樹脂、着色剤、添加剤(導電材やレベリング剤など)、溶剤(溶媒)からなるインクを設計するうえで、印字条件(インク粘度、励振周波数、励振電圧、吐出圧力など)を個々に設定し調べる必要があり、一概に粒子形状より決定していないため、時間を要するという問題があった。
　本発明は、上記した問題を解決して、帯電制御型インクジェットプリンタ稼働中にリアルタイムで制御することを可能にし、帯電制御型インクジェットプリンタが稼働している間は最適印字条件を維持できるようにした帯電制御型インクジェットプリンタ及びそれを用いた印字方法を提供するものである。
　上記した課題を解決するために、本発明では、インクを吐出するノズル部を有する印字ヘッドと、印字ヘッドのノズル部に供給するインクの圧力を調整する減圧弁と、印字ヘッドのノズル部に供給するインクを収容するインク容器とを備えた帯電制御型のインクジェットプリンタにおいて、ノズル部から吐出されて粒子状になったインクを撮像する撮像部を更に備えて構成した。
　また、上記した課題を解決するために、本発明では、インク容器に収容されたインクを減圧弁を介して印字ヘッドのノズル部から噴出させて粒子状にして印字対象物に印字する帯電制御型インクジェットプリンタを用いた印字方法において、ノズル部から噴射させて粒子状になったインクをカメラで撮像してノズル部から噴射させて粒子状になったインクの画像を取得しながら印字するようにした。
　本発明によれば、帯電制御型インクジェットプリンタにおいて、印字中にインク粒子形状が最適なものであるかを判断する事が可能になり、最適な状態に制御することで常に安定した状態で印字できるようになった。
本発明の実施例における帯電制御型インクジェットプリンタの構成を示す斜視図である。 本発明の実施例における帯電制御型インクジェットプリンタのインク循環系の概略の構成を示したブロック図である。 本発明の実施例における帯電制御型インクジェットプリンタの印字ヘッド部と検出部、制御部の詳細な構成と、印字ヘッド部内でインクが粒子化されていく状態を模式的に示したブロック図である。 本発明の実施例における帯電制御型インクジェットプリンタの画像処理部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例における帯電制御型インクジェットプリンタの画像処理部における処理のフローを示すフロー図である。 本発明の実施例における帯電制御型インクジェットプリンタの粒子観察部で取得した画像における検査両機を示す画像である。 本発明の実施例における帯電制御型インクジェットプリンタの粒子観察部で取得した画像を分類するためのデータベースに記憶されているインク粒子の画像の一覧を示す表である。 本発明の実施例における帯電制御型インクジェットプリンタの粒子観察部で取得した画像を分類した結果と装置の制御部位及び制御量との関係を示すデータベースに記憶されている表である。 本発明の実施例における帯電制御型インクジェットプリンタの粒子観察部で取得したインク粒子画像の特徴量と基準値との差分と装置の制御部位及び制御量との関係を示すデータベースに記憶されている表である。
　本発明は、帯電制御型インクジェットプリンタにおいて、インク粒子形状をリアルタイムで観察し、帯電性を推定し、あらゆる条件で最適な印字条件に制御できるようにしたものである。
　本発明の特徴は、
(１)帯電制御型インクジェットプリンタで印字を行う際において、吐出口から出たインク柱およびインク粒子の形状を観察し、観察した形状が最適な形状になるよう流体制御部で、主に、励振周波数、励振電圧、インク圧力を調整する機構を備えた。
(２)上記調整機構を備えた帯電制御型インクジェットプリンタにおいて、最適粒子形状は最適とするインク柱および粒子の形状データと一致するかどうかを認識する機構を備えた。
(３)上記(１)(２)に加えて、帯電制御型インクジェットプリンタに帯電状態観測部を備え、電荷を測定することで、適した帯電状態であるかを検証するための機構を備えた。
(４)また、帯電制御型インクジェットプリンタに、新たに取得した粒子形状の画像データと帯電状態の計測データを蓄積し、両データの相関を検証できる機構を備えた。
　以下、図面等を用いて、本発明の実施形態について説明する。　
　図１は本実施例に係る帯電制御型インクジェットプリンタ１００を示す斜視図である。帯電制御型インクジェットプリンタ１００には、操作表示部５が備えられた本体１と印字ヘッド２、検出部３が備えられており、本体１と印字ヘッド２は導管４で接続されている。
　また、本実施例に係る帯電制御型インクジェットプリンタ１００のインク循環系を簡略化したものを図２に示す。帯電制御型インクジェットプリンタ１００の本体１内に格納されたインク容器１０はインクを貯蔵し、インクはポンプ１３によりインク容器１０から吸い出され、印字ヘッド２に導管４を通じて圧送される。圧送されたインクはフィルタ１２でろ過され、減圧弁１４により所定の圧力に調整される。
　ポンプ１３によりインク容器１０から吸い出されたインクは、図示していない粘度計で粘度が測定され、インクの粘度が一定に維持されるように、溶剤タンク１１０からポンプ１１により溶剤が吸い出されてインク容器１０に供給される。
　フィルタ１２や減圧弁１４は本体１に設けられても良いし、印字ヘッド２の側に設けられてもよい。
　循環系の管路中に設けられた弁１５を開放するとインクは印字ヘッド２のノズル１６におくられ、ノズル１６の吐出口であるオリフィス(図示せず)から噴出する。
　印字ヘッド２は、ノズル１６と、帯電電極１７、１対の電極板を対向させて配置して構成される偏向電極１８、印字に寄与しなかったインク粒子を回収するガター１９を備え、本体１の側の制御ユニット３０で制御される。また、印字ヘッド２には、検出部３が取り付けられている。
　ノズル１６は、励振部２２と接続している。励振部２２は、ノズル１６に取り付けられた圧電素子２３（図３参照）に所定の励振電圧を印加して、このノズル１６に取りつけられた圧電素子２３を所定の周波数で振動させる。
　減圧弁１４により所定の圧力に調整されたインクは印字ヘッド２に供給され、インク柱となってノズル１６から噴出する。このとき、ノズル１６に取りつけられた圧電素子２３は励振部２２により駆動されて所定の周波数で振動しており、その振動がノズル１６に伝わり、ノズル１６からは加振されたインクが噴出する。この加振された状態のノズル１６から噴出した柱状のインク(インク柱)は、ノズル１６の出口から所定距離離れた地点で分離して粒子化し、インク粒子２０になる。柱状のインク(インク柱)から粒子化し、インク粒子２０になる状態は、制御ユニット３０で観測されて制御される。
　このインク粒子２０は、帯電部を構成する１対の帯電電極１７の間を通過しながら柱状のインクから分離する際に、１対の電極板を対向させて配置して構成された帯電電極１７により帯電され、インク粒子２０毎に制御された帯電量を備える。
　帯電電極１７を制御する図示されていない帯電回路は、印字対象物１３０上に印字する文字やバーコードなどの記号の大きさにより帯電電極１７の帯電電圧を変化させ、インク粒子２０の帯電量を変化させる。
　帯電電極１７の１対の電極板の間を通過して帯電されたインク粒子２０は、ノズル１６からの噴出した勢いで偏向電極１８を形成する１対の電極板の間の空間に至る。
　偏向電極１８を構成する２枚の電極板のうち片方は接地され、もう一方には高電圧が印加されている。それにより、電極間で静電界が形成されている。この偏向電極１８を形成する１対の電極板の間の空間に到達した帯電電極１７で所定の電荷に帯電されたインク粒子２０は、その帯電量に応じて偏向される。
　偏向電極１８で偏向されたインク粒子２０は印字ヘッド２から飛び出し、印字ヘッド２から所定距離はなれて移動している印字対象物１３０に着地する。
　印字対象物１３０に着地したインク粒子２０は点であるが、複数の点が一つの集まりをもって文字記号を形成する。
　印字に使用されなかったインク粒子２０は印字ヘッド２の内部に設けられたガター１９により捕捉される。補捉されたインク粒子２０は回収ポンプ２１により吸引されインク循環系のインク回収管路を通じてインク容器１０に戻る。
　つぎに、本実施例に係る最適な粒子形状となるように調整する機能を有する帯電制御型インクジェットプリンタ１００の概略構成を図３に示す。
　図３は、図２で説明した検出部３の詳細な構成に加えて、制御ユニット３０の構成を示すとともに、ノズル１６から噴射されたインク柱１１７が粒子化されていく状態を模式的に示したものである。図２で説明した構成部品と同じものには、同じ番号を付した。
　検出部３は、粒子観察部３１と、帯電量観測部３３とを備え、制御ユニット３０は、制御部３２と、流体制御部３４とを備えている。検出部３を構成する粒子観察部３１と帯電量観測部３３とは、印字ヘッド２に取り付けられている。
　粒子観察部３１は、ストロボ３１１とカメラ３１２とを備え、ノズル１６から噴射されたインク柱１１７をストロボ３１１で照明する。このストロボ３１１による照明(ストロボ照明)は、ノズル１６から噴射されたインクが静止して観察されるようにストロボ照明の周波数を調整する。このように調整されてストロボ照明で照明されたノズル１６から噴射されたインクを、カメラ３１２で複数のインク粒子の形状が十分に識別できる程度までに、またはカメラ３１２の視野にストロボ照明された数個のインク粒子が入る程度に視野を拡大して撮像する。
　図３では、説明のために、粒子観察部３１を帯電電極１７の上に配置して、帯電電極１７の上側からカメラ３１２でノズル１６から噴射されたインクを撮像するような構成を示したが、実施には粒子観察部３１は帯電電極１７に対して９０°回転した方向、即ち帯電電極１７の横方向から、帯電電極１７の１対の電極板で視野が遮られない位置に配置されて、帯電電極１７を通過するインク粒子を撮像する。
　カメラ３１２で撮像されるストロボで照明されたインクの形状は、噴射直後のインク柱１１７の状態から先端部分１１８が分離されて１１９，１２０，１２１、１２２，１２３へと分離直後の尾を引いた細長い形状（１１９）から丸い粒子形状（１２３）に徐々に変化して行く様子が観察される。粒子観察部３１のカメラ３１２で観測したインク粒子１１９乃至１２３の形状の画像データは、粒子観察部３１から制御部３２に送られる。
　制御部３２では、画像処理部３２１と機構制御部３２２とを備え、画像処理部３２１において、カメラ３１２で撮像されたインク粒子１１９乃至１２３の形状の画像データを予め記憶されていた基準画像データと比較して、観察されたインク粒子１１９乃至１２３の形状と各位置における基準形状データとの差異を抽出する。機構制御部３２２は、画像処理部３２１で抽出した差異が小さくなるように流体制御部３４を制御する。
　流体制御部３４は、制御部３２より出された制御信号に基づいて、ノズル１６に超音波振動を印加する図示していない圧電素子２３の振動の振幅を制御する励振部２２に印加する電圧や、ノズル１６に供給するインクの圧力を調整する減圧弁１４の圧力、及びポンプ１１による溶剤タンク１１０に収容するインクを溶かす溶剤のインク容器１０への供給量を制御する。
　減圧弁１４で圧力が調整されたインクは、励振部２２で駆動された圧電素子２３により超音波振動しているノズル１６から吐出し、インク柱１１７となる。そして、インク柱１１７の先端部分１１８はインク粒子１１９へ変化し、インク粒子１２０，１２１，１２２と徐々に変形して帯電したインク粒子１２３となる。この帯電は、帯電電極１７の電界が形成された１対の電極板の間を通過することによって行われる。
　帯電電極１７を通過して帯電したインク粒子１２３は、１対の電極板で形成される偏向電極１８が形成する電界によって偏向される。
　この際、インク粒子１２３の帯電性は、インク粒子１２３の形状、特にインク柱１１７の先端部分１１８がインク粒子１１９へ変化する際の形状によって左右されることが判明した。
　従って、このときの形状、即ち、インク柱１１７の先端部分１１８がインク粒子１１９へ変化するときの形状を粒子観察部３１にて観測することで、インク粒子の帯電性を調べる(予測する)ことが可能になる。
　前述したように、ノズル１６から吐出されたインクにより形成されるインク粒子１１９乃至１２３の形状は、制御部３２で制御される流体制御部３４で、励振部２２の励振周波数、励振電圧、及び減圧弁１４による圧送力(インク圧力)を調整することにより変えることができる。
　そこで、本実施例においては、粒子観察部３１にて、ノズル１６から噴射された直後から偏向電極１８に入射するまでのインク粒子形状を観察し、予めインプットされた各位置ごとの最適粒子形状に合わせるように制御部３２で流体制御部３４を制御するようにした。これにより、様々な帯電制御型インクジェットプリンタ稼働条件においても安定して印字が可能になる。
　なお、帯電性の確認は、インク粒子回収部であるガター１９により回収されたインク粒子の帯電量を帯電量観測部３３で調べる事で行う。この際、偏向電極１８に電圧が印可されていると、帯電したインク粒子１２３は偏向されてしまうので、偏向電極１８には電圧を印可しないものとする。
　さらに、粒子観察部３１のカメラ３１２で撮像された画像データと帯電量観測部３３で測定された電荷量の関係性はデータとして保存され、制御部３２に対してフィードバックされる。
　次に、制御部３２の画像処理部３２１の構成を、図４に示す。画像処理部３２１は、粒子観察部３１のカメラ３１２で撮像された画像から検査領域を設定する検査領域設定部３２１１、検査領域設定部３２１１で設定した領域内のインク粒子の画像を予め記憶されている画像とパターンマッチングさせて類似した記憶画像を抽出するパターンマッチング部３２１２、パターンマッチング部３２１２で抽出した予め記憶しておいたインク粒子の画像の情報から機構制御部３２２で制御する情報を取得する制御情報取得部１：３２１３を備えている。
　また画像処理部３２１は、検査領域設定部３２１１で設定した領域内におけるインク粒子の領域を特定する粒子領域特定部３２１４、粒子領域特定部３２１４で特定したインク粒子領域に異物が含まれていないかを判定する異物判定部３２１５、異物判定部３２１５で異物が含まれていないと判定されたインク粒子の画像からインク粒子の画像特徴量を抽出する画像特徴量抽出部３２１６、画像特徴量抽出部３２１６で抽出したインク粒子の画像特徴量から機構制御部３２２で制御する情報を取得する制御情報取得部２：３２１７を備えている。
　次に、本実施例におけるインク粒子形状制御方法の処理の流れについて、図５のフロー図を用いて説明する。
　まず、初期の設定条件で励振部２２で圧電素子２３を駆動してノズル１６を高周波振動させた状態でノズル１６から噴出させたインクに対して、ストロボ３１１からストロボ光を照射する（Ｓ５０１）。この時、ストロボ光に発光周波数は、ストロボ光が照射されたインク粒子が静止しているように観察されるように調整されている。
　このように、ストロボ光が照射されて静止しているように観察されるインク粒子を粒子観察部３１のカメラ３１２で撮像して（Ｓ５０２），インク粒子の画像を取得する。このカメラ３１２で撮像されて取得されたインク粒子の画像は、粒子観察部３１から制御部３２へ送られ、画像処理部３２１に入力される。
　画像処理部３２１に入力した画像は、検査領域設定部３２１１で、画像が２値化された上で図６に示すような検査領域６０１が設定される（Ｓ５０３）。
　次に、この検査領域６０１において左端のインク粒子を含む領域６０２、即ち、一番最初に観察されるインク粒子の像が含まれる領域６０２を抽出して、パターンマッチングにより予め記憶しておいたインク粒子形状と機構制御部による制御情報との関係が既知のインク粒子画像の中から領域６０２の画像と最も一致する画像を選んで、粒子形状を特定する（Ｓ５０４）。ここで、形状既知の画像としては、例えば、図７の表７０１に示すような、データベースに記憶されている粒子観察部で取得した画像を分類するためのインク粒子をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄのように分類した画像である。
　次に、予め記憶しておいたインク粒子形状と機構制御部による制御情報との関係から機構制御部による制御情報を取得する（Ｓ５０５）。ここで、予め記憶しておいたインク粒子形状と機構制御部による制御情報との関係としては、図８の表８０１に示すような、データベースに記憶された、粒子観察部で取得した画像を分類した結果と装置の制御部位及び制御量との関係を示す表に示された関係である。
　例えば、Ｓ５０４において、パターンマッチングの結果、インク粒子の画像が図７の形状Ａにいちばん近いと判定された場合には、Ｓ５０５において、図８の表から、記憶制御部で制御する箇所がなく、現状のままでよいと判定される。一方、Ｓ５０４において、インク粒子の画像が図７の形状Ｂにいちばん近いと判定された場合には、Ｓ５０５において、図８の表から、インク粘度調整機構を制御して、インクの粘度を下げる方向で調整するような制御指令が選択される。
　一方、Ｓ５０３で設定した検査領域６０１の画像から粒子領域を特定する（Ｓ５０６）。図６に示した画像においては、検査領域６０１の画像の中の右から４番目の粒子が含まれる小領域の画像６０３を特定した場合を示している。
　次に、Ｓ５０６で特定した小領域の画像に、微小なインク粒のような異物が含まれていないかをチェックする（Ｓ５０７）。このチェックの結果、画像の中に異物が含まれていると判断された場合には（ＮＯの場合）、Ｓ５０５へ進んで、データベースに記憶されているインク粒子画像情報から機構制御部による制御情報を選択する。
　一方、Ｓ５０７で画像の中に異物が含まれていないと判断された場合には（ＹＥＳの場合）、Ｓ５０６で特定された粒子領域内のインク粒子の画像の特徴量を抽出する（Ｓ５０８）。ここで抽出するインク粒子の画像の特徴量としては、インク粒子の画像のＸ方向又はＹ方向の寸法、Ｘ方向の寸法とＹ方向の寸法との比などがある。
　次に、Ｓ５０８で抽出したインク粒子の画像の特徴量を基準画像データの特徴量と比較し、その差分値をデータベースに記憶された画像特徴量差分値と機構部制御量との関係から機構部の制御情報を取得する（Ｓ５０９）。データベースに記憶された画像特徴量差分値と機構部制御量との関係の一例としては、例えば、図９の表９０１に示すような、データベースに記憶されている、粒子観察部で取得した画像を分類した結果と装置の制御部位及び制御量との関係でまとめることができる。
　Ｓ５０５で制御情報が取得されたか、及び、Ｓ５０９で制御情報が取得されたかを判定し（Ｓ５１０）、何れもＹＥＳの場合（粒子形状および画像特徴量差分値がデータベースに記憶されている範囲内の場合）には、それぞれの制御情報が機構制御部３２２へ出力される（Ｓ５１１）。
　Ｓ５１１で画像処理部３２１からの制御情報を入力した機構制御部３２２は、この入力した制御情報に基づく制御信号を流体制御部３４に送り、励振部２２の励振周波数や励振電圧、減圧弁１４によるインク圧力、ポンプ１１を駆動してインク容器１０に溶剤タンク１１０から溶剤を供給してインクの粘度調整等を実行する。
　一方、Ｓ５１１でＮＯと判定された場合（Ｓ５０５及びＳ５０９の少なくとも何れか一方で制御情報が取得できなかった場合）には、警告を発して（Ｓ５１２）印刷を停止し（Ｓ５１３）、ＮＯと判定された情報を本体１の操作表示部５の画面上に表示する（Ｓ５１４）。
　本実施例によれば、印刷しながらノズル１６から噴射された直後のインク粒子形状を定量的にモニタして各機構部を調整することができるので、一定の品質を保った状態で、印刷を継続して行いことは可能になる。また、ノズル１６から噴射された直後のインク粒子形状を定量的にモニタしているので、インクの材料が変わっても、調整に多大な時間を取られることなく、印字の品質を一定に保って印刷を継続することができる。
　１…本体　　２…印字ヘッド　　３…検出部　　４…導管　　１０…インク容器　　１４…減圧弁　　１６…ノズル　　１７…帯電電極　　１８…偏向電極　　１９…ガター　　２２…励振部　　３０…制御ユニット　　３１…粒子観察部　　３２…制御部　　３２１…画像処理部　　３２２機構制御部　　３３…帯電観察部　　３４…流体制御部　　１００…帯電制御型インクジェットプリンタ。

Claims (10)

  1. 　インクを吐出するノズル部を有する印字ヘッドと、
    　前記印字ヘッドのノズル部に供給するインクの圧力を調整する減圧弁と、
    　前記印字ヘッドのノズル部に供給するインクを収容するインク容器と
    を備えた帯電制御型のインクジェットプリンタであって、
    　前記ノズル部から吐出されて粒子状になったインクを撮像する撮像部を更に備えたことを特徴とする帯電制御型インクジェットプリンタ。
  2. 　請求項１記載の帯電制御型インクジェットプリンタであって、前記撮像部はストロボ光を発行するストロボ光発光部を備え、前記撮像部は、前記ストロボ光発光部から発行させたストロボ光を前記ノズル部から吐出されて前記粒子状になったインクに照射して前記粒子状になったインクの拡大画像を撮像することを特徴とする帯電制御型インクジェットプリンタ。
  3. 　請求項１記載の帯電制御型インクジェットプリンタであって、前記撮像部で撮像して得た前記ノズル部から吐出されて前記粒子状になったインクの画像を処理する画像処理部を更に備えたことを特徴とする帯電制御型インクジェットプリンタ。
  4. 　請求項３記載の帯電制御型インクジェットプリンタであって、前記画像処理部で処理した結果に基づいて前記ノズル部及び前記減圧弁及び前記インク容器内の前記インクの粘度、励振周波数、励振電圧、吐出圧力を制御する制御部を更に備えたことを特徴とする帯電制御型インクジェットプリンタ。
  5. 　請求項３記載の帯電制御型インクジェットプリンタであって、前記画像処理部は、前記撮像部で撮像して得た前記ノズル部から吐出されて前記粒子状になったインクの画像を予め記憶しておいた画像と比較して前記粒子状の異常を検出したときには異常情報を出力することを特徴とする帯電制御型インクジェットプリンタ。
  6. 　インク容器に収容されたインクを減圧弁を介して印字ヘッドのノズル部から噴出させて粒子状にして印字対象物に印字する帯電制御型インクジェットプリンタを用いた印字方法であって、前記ノズル部から噴射させて粒子状になったインクをカメラで撮像して前記ノズル部から噴射させて粒子状になったインクの画像を取得しながら印字することを特徴とする帯電制御型インクジェットプリンタを用いた印字方法。
  7. 　請求項６記載の帯電制御型インクジェットプリンタを用いた印字方法であって、前記インクの画像として、前記ノズル部から噴射して粒子状になる前の前記インクの画像と、前記ノズル部から噴射して粒子状になった後の前記インクの画像とを含む画像を取得することを特徴とする帯電制御型インクジェットプリンタを用いた印字方法。
  8. 　請求項６記載の帯電制御型インクジェットプリンタを用いた印字方法であって、前記ノズル部から吐出されて前記粒子状になったインクにストロボ光を照射して前記粒子状になったインクの拡大画像を撮像することを特徴とする帯電制御型インクジェットプリンタを用いた印字方法。
  9. 　請求項６記載の帯電制御型インクジェットプリンタを用いた印字方法であって、前記撮像して得た前記ノズル部から吐出されて前記粒子状になったインクの画像を処理して前記ノズル部から吐出されて前記粒子状になったインクの形状の情報を得ることを特徴とする帯電制御型インクジェットプリンタを用いた印字方法。
  10. 　請求項９記載の帯電制御型インクジェットプリンタを用いた印字方法であって、前記画像を処理した結果に基づいて前記ノズル部及び前記減圧弁及び前記インク容器内の前記インクの濃度の何れか制御しながら印字対象物に印字することを特徴とする帯電制御型インクジェットプリンタを用いた印字方法。
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