以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1に示されるように、インクジェット記録装置10は、正面に操作表示部11が設けられた装置本体12を有し、装置本体12には印字ヘッド13が導管14により接続されている。このインクジェット記録装置10は、例えば、図1に示されるように、食品や飲料等を生産する工場の生産ラインに据え付けられ、食品等の梱包物を印字対象物つまり被印字物Wとしてこれにマーキングを施すために使用される。装置本体12は使用者が操作できる位置となるように図示しない支持台の上に配置される。印字ヘッド13はベルトコンベア15により搬送される被印字物Wに近接されて図示しない支持台に設置され、ベルトコンベア15により矢印Sで示される方向に移動する被印字物Wにインクジェット記録装置10により印字作業が行われる。
生産ラインとしてのベルトコンベア15には、ベルトコンベア15による被印字物Wの移動速度にかかわらず同じ幅で被印字物Wに印字するために、移動速度に応じた信号を出力するエンコーダ16が被印字物Wの移動方向位置検出手段として設けられている。ベルトコンベア15により搬送された被印字物Wが印字ヘッド13に対して移動方向上流側の所定の位置まで到達したことを検出し、インクジェット記録装置10に対して印字開始を指示するための信号を出力する印字センサ17がベルトコンベア15に近接した配置されている。エンコーダ16および印字センサ17はそれぞれ装置本体12内の制御部に信号線を介して接続されている。
印字ヘッド13は、図2に示されるように、インク柱18を吐出するノズル20を有し、ノズル20には装置本体12内に配置されたインク容器22内のインクを供給するインク供給流路23が接続され、インク供給流路23には供給ポンプ24が設けられている。インク容器22内のインクは、供給ポンプ24により吸引、加圧されてインク柱18となってノズル20の噴出口21から噴出される。ノズル20には電歪素子25が備えられており、インクは電歪素子25により一定周期で振動され、ノズル20の噴出口21から噴出されるインク柱18は粒子化される。生成されるインク粒子19の数は、電歪素子25に印加される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。
ノズル20の前方には帯電電極26が配置されており、インク粒子19には印字情報に対応した大きさの電圧を帯電電極26に印加することによって電荷が与えられるようになっている。帯電電極26の前方にはプラス偏向電極27aとマイナス偏向電極27bとが隙間を介して配置されている。帯電電極26により帯電されたインク粒子19は、両方の偏向電極27a,27bの間に形成される電界中を飛翔している間に帯電量に比例した力を受けて偏向され、被印字物Wに向かって飛翔して被印字物Wに着弾する。その際に、インク粒子19は帯電量に応じて矢印Rで示す偏向方向つまり主走査方向に着弾位置が変化し、さらに主走査方向Rに対してほぼ直角な移動方向つまり副走査方向Sにベルトコンベア15が被印字物Wを移動させることで、偏向方向と直行した方向にもインク粒子19は着弾される。これにより、複数の着弾粒子によってドットマトリックス状に文字や図形が被印字物Wにマーキングされることになる。
印字に使用されないインク粒子19を回収するために、ノズル20の噴出口21に対向して印字ヘッド13内にはガター28が配置されており、偏向電極27a,27bの間を偏向されずに直線的に飛翔するインク粒子19はガター28により捕捉される。捕捉されたインク粒子19は、回収流路29によりインク容器22に回収されるようになっている。
図1に示されるインクジェット記録装置10は、ベルトコンベア15により搬送しながら被印字物Wに対して印字しており、被印字物Wはベルトコンベア15により印字ヘッド13に対して副走査方向Sに移動する。これに対して、ベルトコンベア15を停止させた状態のもとで被印字物Wに対して印字作業を行う場合には、印字ヘッド13を移動することによって被印字物Wは印字ヘッド13に対して副走査方向Sに移動することになる。このように、被印字物Wに対して印字ヘッド13を副走査方向Sに相対的に移動させることに被印字物Wにマーキングが施される。
図3はインクジェット記録装置10の制御部30を示すブロック図である。制御部30は制御信号を演算するMPU(マイクロプロセッシングユニット)31と、制御プログラムおよび演算式などを予め記憶しておくROM(リードオンリーメモリー)32と、一時的にデータを記憶するRAM(ランダムアクセスメモリー)33とを有している。図1に示す操作表示部11は、インクジェット記録装置10の作業状況や印字内容等を表示する表示部と、印字情報等をキー入力するタッチパネルとを有しており、表示部34はMPU31に接続され、タッチパネル35はパネルインターフェース36を介してMPU31に接続されている。図1に示したエンコーダ16はエンコーダパルス検知回路37に接続され、印字センサ17は被印字物検出回路38に接続されている。
制御部30は、インクジェット記録装置10による印字動作を制御する印字制御回路39と、インク粒子19に帯電させるビデオデータを記憶しておくビデオRAM40とを有している。ビデオデータは文字信号発生回路41により帯電信号に変換され、帯電信号は帯電電極26に送られる。MPU31は図3に示される各部材に対してデータ等を送るためのバスライン42により接続されている。
上述したインクジェット記録装置10においては、タッチパネル35を作業者が操作することにより印字内容、印字書き出し時間等の印字情報が入力され、入力情報はパネルインターフェース36を介してMPU31に送られる。印字書き出し時間は、印字センサ17が被印字物Wを検出してから印字ヘッド13により被印字物Wに対する印字が開始されるまでの時間である。MPU31は、ROM33に記憶されているプログラムにより、インク粒子19へ帯電させるビデオデータを印字情報に応じて作成し、バスライン42を介してビデオRAM40に格納する。
ベルトコンベア15により搬送された被印字物Wが印字ヘッド13の上流側の所定の位置まで移動したことが印字センサ17により検出されると、被印字物検出回路38を通じて、MPU31に印字開始の指令が届く。これにより、MPU31は、ビデオRAM40に記憶されているビデオデータをバスライン42を介して文字信号発生回路41に送る。文字信号発生回路41は、送られてきたビデオデータを帯電信号に変換する。印字センサ17が被印字物Wを検出してから印字書き出し時間が経過すると、エンコーダパルス検知回路37がエンコーダ16からのパルスを検出する度に、印字制御回路39は、バスライン42を介して1つの主走査方向分の帯電信号を帯電電極26に送出するタイミングを制御する。
このように、エンコーダ16からパルスがエンコーダパルス検知回路37に入力される度に、1主走査方向分の帯電信号が帯電電極26に送出される。ノズル20から噴出されたインクは帯電電極26内で粒子化され電荷を受けて帯電される。帯電されたインク粒子19は、両方の偏向電極27a,27bによって形成される電界の中を飛翔通過することにより帯電量に応じて偏向される。これにより、インク粒子19が被印字物Wに向けて飛翔して付着し印字が行われる。帯電されずに印字に使用されなかったインク粒子はガター28により捕捉されてインク容器22へ回収される。
図4は、上述のように、エンコーダ16からパルス信号が送られる毎に、パルス信号の立ち下がりをトリガーとして主走査方向Rにインク粒子19を偏向し、被印字物Wが印字ヘッド13に対して副走査方向Sに移動することによって1つの文字が被印字物Wに印字された状態を示している。
図5には被印字物Wに向けてインク粒子が飛翔している状態が示されている。印字ヘッド13は被印字物Wに対しては離れて配置され、ベルトコンベア15により印字ヘッド13に対向する位置まで搬送移動されたときにおける印字ヘッド13は、被印字物Wに対して印字距離Laを介して対向することになる。したがって、印字ヘッド13の前面から噴出したインク粒子19は印字距離Laを飛翔した後に被印字物Wに着弾される。一方、帯電電極26により帯電されたインク粒子19は、帯電電極26から印字ヘッド13の前面までのヘッド内部距離Lbを飛翔した後に印字ヘッド13の前面から噴出されることになる。
このように、帯電電極26により帯電されたインク粒子19は、ヘッド内部距離Lbと印字距離Laを合計したインク粒子飛翔距離Liを飛翔して被印字物Wに着弾されるので、インク粒子19の飛翔時間Tiは、インク粒子19の飛翔速度をVとすると、以下のように表される。
Ti=Li/V …式(1) ただし、Li=La+Lb
被印字物Wへの印字は、被印字物Wの種類に応じて移動方向において種々の位置が設定される。被印字物Wの搬送方向中央部に印字する場合もあり、端部に印字する場合もある。被印字物Wに対する印字位置は、タッチパネル35を作業者が操作することにより設定される。この設定は、印字センサ17が被印字物Wを検出してから帯電電極26に帯電信号が送られるまで時間、つまり書き出し時間Toを作業者がタッチパネル35を操作して入力される。
図6は本発明の印字タイミングを示すタイムチャートである。図6に示すように、書き出し時間Toが設定された状態のもとで、印字センサ17が被印字物Wが所定の位置となったことを検出したら、帯電電極26から被印字物Wまでのインク粒子飛翔距離Liに応じて求めたインク飛翔時間Ti時間だけ帯電タイミングを書き出し時間Toよりも早めるように制御する。図6に示すように、帯電タイミングを書き出し時間Toよりも早めるように補正すると、実際にインクが被印字物Wに着弾するタイミングつまり印字タイミングを書き出し時間Toに一致することになる。これにより、被印字物Wに対して理想的な位置に印字を行うことができ、印字品質を高めることができる。
図7は従来の印字タイミングを比較例として示すタイムチャートである。図7に示すように、印字センサ17が被印字物Wを検出してから書き出し時間Toが経過した時点で帯電電極26に帯電信号を送るようにすると、実際に被印字物Wにインク粒子が着弾するのは、インク飛翔時間Tiだけずれることになる。
図8(A)は本発明のインクジェット記録装置10における被印字物Wに対するインク粒子の着弾状態を示す概略図であり、図8(B)は比較例としてのインクジェット記録装置におけるインク粒子の着弾状態を示す概略図である。
図8(A)に示すように、印字センサ17が被印字物Wを検知してから帯電電極26に帯電信号を送る帯電タイミングをインク飛翔時間Tiだけ早めると、(1)〜(3)に示すように移動する被印字物Wに対して理想的な位置(A)にインク粒子が着弾される。これに対し、図8(B)に示すように、帯電タイミングを書き出し時間Toに設定すると、実際の印字位置(B)は、理想的な位置(A)から距離eだけずれることになる。
印字位置のずれは、被印字物Wを移動する速度を早くすればする程大きくなるので、図7に示すように、印字センサ17が被印字物Wを検出してから書き出し時間Toが経過した時点で帯電電極26に帯電信号を送るように制御すると、低速で被印字物Wを移動させた場合を図8(A)とし、それよりも早い高速で被印字物Wを移動させた場合を図8(B)とすると、図8(B)に示すように実際の印字位置は理想的な印字位置よりもずれることになる。このように、被印字物Wの搬送移動速度を早くすると、印字位置のずれが大きくなるが、図6に示すように、帯電タイミングを書き出し時間Toよりも早めることにより、被印字物Wを高速で搬送移動させても、理想的な位置に印字させることができる。
インク飛翔時間Tiは図5に示した印字距離Laにより相違する。ベルトコンベア15により搬送される被印字物Wが全て同一のサイズであれば、印字距離Laは全ての被印字物Wに対して同一距離となる。これに対し、サイズが相違する複数種類の被印字物Wを混在させてベルトコンベア15により同時に搬送する場合には、被印字物Wによって印字距離Laが相違することになる。
印字距離Laの算出方式としては、タッチパネル35を作業者が操作することにより入力された印字距離Laに基づいて印字距離Laにおけるインク粒子の飛翔時間を求める距離入力方式と、印字距離測定器により印字距離Laを検出してインク粒子の飛翔時間を算出する距離測定方式とがある。距離入力方式は、上述のように、ベルトコンベア15により搬送される被印字物が全て同一のサイズの場合に好適である。これに対し、距離測定方式は、サイズが相違する複数種類の被印字物Wが混在して搬送される場合に好適である。
図9は、距離入力方式のインクジェット記録装置10におけるタッチパネル35の印字内容設定画面50を示す正面図である。この画面50には、文字高さ入力部51,文字幅入力部52,書き出し時間Toを入力する書き出し時間入力部53、およびエンコーダ16が使用されるか否かを入力するエンコーダ標記部54に加えて、印字距離Laの情報を入力する入力操作部としての印字距離入力部55と、ヘッド内部距離Lbの値を入力するヘッド内部距離入力部56が設けられている。これらの入力部に対する数値は、数値入力部57を操作することにより入力され、入力された値は、RAM32に記憶される。
このインクジェット記録装置10は、図6に示すように、書き出し時間Toよりもインク飛翔時間Tiだけ帯電タイミングを早く補正することができるとともに、図7に示すように帯電タイミングを書き出し時間Toの終了時に設定することもできる。図9に示す印字内容設定画面50には、帯電タイミングを補正するモードと補正しないモードとに切り換えるために、モード切換入力部58が設けられている。図9において丸印で示す部分にそれぞれ入力された数値が点灯表示される。
図10は距離入力方式としてインクジェット記録装置における印字タイミングの制御アルゴリズムの他の例を示すフローチャートである。
印字距離Laの情報は印字距離入力部55を作業者が操作することにより予め入力され、ヘッド内部距離Lbはヘッド内部距離入力部56を操作することにより予め入力されており、それぞれの入力情報は、記憶手段としてのRAM32に格納されている。
被印字物Wに対する印字操作が開始されると、ステップS1において印字距離Laとヘッド内部距離Lbとの合計値であるインク粒子飛翔距離LiをRAM32から読み出してステップS2においてインク飛翔時間Tiを飛翔時間算出手段としてのMPU31により算出する。この状態のもとで、ステップS3において印字センサ17のオンが検出されたら、エンコーダ16の平均周期を算出し、帯電タイミングの補正値を帯電タイミング制御手段としてのMPU31により算出する(ステップS4,S5)。平均周期の算出は、図6に符号Pで示すように数10パルス分の周期の平均値により算出される。帯電タイミングの補正値は、書き出し時間Toからインク飛翔時間Tiを減算することにより求められる。求められた補正値に基づいて印字センサ17がオンしてから帯電電極26に供給される帯電信号の帯電タイミングを設定してステップS7において印字を行うことにより、理想的な被印字位置に印字がなされることになる。
補正値の算出方式としては、印字距離Laのみに基づいてインク飛翔時間を算出する方式と、上述のように印字距離Laとヘッド内部距離Lbの合計値に基づいてインク飛翔時間を算出する方式とがある。印字距離Laのみに基づいてインク飛翔時間を算出するようにしても印字位置を理想に近い位置に設定することができるが、合計値に基づいてインク飛翔時間を算出すると、より理想に近い位置に印字位置を設定することができ、印字品質をより高めることができる。
インクジェット記録装置10が使用される生産ラインにおいては、印字ヘッド13がヘッド内部距離Lbの異なる他の印字ヘッド13に交換されることがある。印字ヘッド13がヘッド内部距離Lbが相違する他の印字ヘッド13に交換されたときには、図9に示した印字内容設定画面50のヘッド内部距離入力部56を操作することにより新たなヘッド内部距離Lbの情報が入力される。このように、ヘッド内部距離Lbの情報を入力することができるようにすると、ヘッド内部距離Lbが相互に相違する複数種類の印字ヘッド13を選択的に使用することができるインクジェット記録装置10となる。
図11は本発明の他の実施の形態であるインクジェット記録装置を示す概略図である。
図11に示すベルトコンベア15は、相互にサイズが相違する複数の被印字物Wを混在させて搬送しており、被印字物Wが印字ヘッド13に対向する位置まで移動したときにおける印字ヘッド13と被印字物Wとの間の印字距離Laは、被印字物Wの種類によって相違する。図11に示す実施形態のインクジェット記録装置10は、印字距離Laを検出する印字距離測定器つまり印字距離測定センサ61を有している。この印字距離測定センサ61としては、被印字物Wに向けてレーザー光等の光を照射する発光素子と、反射光を受光する受光素子とを有するセンサが使用される。印字距離測定センサ61は、印字ヘッド13のインク噴出口よりも被印字物Wの移動方向上流側に設けられる。このインクジェット記録装置10においては、印字センサ17は印字距離測定センサ61よりも上流側に配置されている。このタイプのインクジェット記録装置10の印字内容設定画面50には、印字距離Laを入力するための印字距離入力部55は不要となる。
図12は図11に示すインクジェット記録装置10の印字タイミングの制御アルゴリズムの他の例を示すフローチャートである。
図12に示すように、被印字物Wに対する印字操作が開始され、ステップS11において印字センサ17がオンしたらエンコーダ16の平均周波数を算出する(ステップS12)。ステップS13において、印字距離測定センサ61のオンが検出されたら、図10に示すステップS4〜S7と同様に、ステップS14〜S17が実行される。ステップS14における帯電タイミングの補正値の算出方式としては、上述した場合と同様に、印字距離Laのみに基づいてインク飛翔時間を算出する方式と、印字距離Laとヘッド内部距離Lbの合計値に基づいてインク飛翔時間を算出する方式とがある。印字距離Laのみに基づいてインク飛翔時間を算出するようにしたインクジェット記録装置10の印字内容設定画面50には、ヘッド内部距離入力部56は不要となる。
図11に示すインクジェット記録装置10においては、印字距離測定センサ61は印字センサ17よりも下流側に配置されているが、印字距離測定センサ61を印字センサ17よりも上流側に配置するようにしても良い。
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、インクジェット記録装置10は、図1に示す場合にはベルトコンベアを搬送される被印字物に対して文字等を印字するために使用されているが、固定された状態の被印字物に対して印字ヘッドを移動させて文字等を印字する場合にも適用することができる。インクジェット記録装置10は、図1および図5に示すように被印字物Wの側面に印字するようにしても良く、図11に示すように被印字物Wの上面に印字するようにしても良い。さらに、被印字物Wの底面に印字することもでき、その場合にはコンベア15に設けられたスリットを介して被印字物の底面に印字することになる。