JPH01503694A - 連続式インクジェットプリンタにおいてインク点滴速度を検出しこれに応答してインク圧力を調整するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 連続式インクジェットプリンタにおいてインク点滴速度を検出しこれに応答して インク圧力を調整するための方法及び装置式インクジェットプリンタにおいてイ ンク点滴速度を検出すること及びインク点滴速度の測定に応答してインク圧力を 調整することに関係している。

背景技術 連続式インクジェットプリンタにおいては、導電性インクの連続的ジェットが印 刷ヘッドにおける微小なオリフィスから放出されてインクフィラメントが形成さ れる。インクジェットはインクジェットヘッドに加えられた刺激信号によって誘 起された周期的外乱によって刺激されて確実に破断され、等間隔の一連の点滴に なる。インクジェットフィラメントに制御された量の電荷を誘起するために点滴 破断点の近傍に電極が配置されている。誘起された電荷はインク点滴がフィラメ ントから分離されるときにそれに捕えられ、そしてインク点滴の軌道は荷電点滴 と局部電界との間の相互作用によって決定される。二進形インクジェットプリン タにおいては、点滴は荷電しているか又はしていないかである。荷電点滴は捕獲 軌道に沿ってインク点滴捕獲器へとそらされ、又未荷電の点滴はそらされないで 紙のようなインク受容面へ進む。別形式の連続式インクジェットプリンタにおい ては、点滴は荷＠電極によって点滴に付与された電荷のレベルに依存して、複数 の印刷軌道又は捕獲軌道に沿って選択的にそらされる。

そのような連続式インクジェットプリンタにおいては、インク点滴の速度はイン クジェット印刷ヘッドにおけるインク圧力の変化及びインクの粘度の変化のため に大いに変化することがある。インク粘度は温度の変化のために、インクにおけ る溶剤の蒸発のために、又はインク調剤の際のバッチごとの変化のために変化す ることがある。

点滴の速度は点滴の大きさ及び点滴の運動曾（これははね返しに影響する）に影 響を及ぼすので、インクジェットプリンタにおいてはインク点滴の速度を制御す ることが望ましい。インク圧力をインク圧力サーボで一定に保つことによってイ ンク点滴の速度を制御しようとする試みは知られている。不幸にも、温度及び蒸 発によるインク粘度の変化がこの方策を不成功にする。フィルモア（Ｆｉ　Ｉｍ ｏｒｅ）外に１９７４年１月２２日発行された米国特許第３７８７８８２号に概 説されたような別の方策はインク点滴の速度を直接測定し、且つインク圧力を制 御して所望の速度を維持しようとする試みである。フィルモア外によって開示さ れた装置は荷電インク点滴の飛行線に沿って配列された一対の誘導性センサを備 えている。この二つの誘導性センサ間の一群の荷電点滴の飛行時間を測定し、こ れにより点滴の速度を決定するための回路が設けられている。インク圧力は所定 の速度を生じるように速度を帰還信号としたサーボループによって調節され唇。

そのような装置についての一つの問題は達成され得る測定の感度である。感度が 低いので、信号を増大するために一群の荷電点滴が使用される。しかしながら、 これは点滴の正確な位置の不明確のために測定の確度を低減する。更に、誘導性 センサが点滴荷電電極の近傍にあるので、点滴荷電電極からの誘導によってセン サに大成分の雑音が誘起される。別の欠点は、最新の高解像度インクジェットプ リンタにおいては空間が極度に制限されている区域である、点滴荷電電極の領域 に余分の構造物（誘導性センサ）を挿入する必要があることである。

上述の欠点のない、連続式インクジェットプリンタにおいてインク点滴の速度を 検出し且つ測定された速度に応答してインク圧力を調整するための装置を提供す ることがこの発明の目的この発明の目的は、インクジェットを荷電させ、インク ジェットを刺激して衛星点滴を生成し、衛星点滴に付与された部分電荷を検出し 、そして検出された部分電荷の関数としてインク圧力を調整することによって達 成される。この発明を実施する採択された方法においては、インクジェットプリ ンタは連続式二進形プリンタである。インクジェットは、衛星点滴が生成された とき、これが主点滴よりも高い電荷対質曾比を持ち且つ捕獲器へそらされるよう なレベルに荷電させられる。主点滴によって運ばれた電荷は衛星点滴によって運 び去られた電荷を検出するために蓄積・始動場所に配置された電位計によって測 定される。

図面の簡単な説明 図１はこの発明に従ってインク圧力を調整するための装置及びインクジェット印 刷ヘッドを示した概略図であり、図２は刺激振幅の関数としての測定インクジェ ット電流を示したプロットであり、 図３はジェット速度の関数として衛星点滴に付与された部分電荷を示した、プロ ットであり、又 図４はこの発明に従ってインクジェット圧力を調整する方法における諸段階を図 解した流れ図である。

発明を実施する方法 図１に言及すると、連続式二進形インクジェット印刷ヘッドが、この発明の採択 方法を実施するための関連の電気回路と共に、断面で概略的に示されている。こ の印刷ヘッドは、エイチ・ブラウン（Ｈ，Ｂｒａｕｎ）による１９８４年４月１ 日公表の公表ヨーロッパ特許出願００９７４１３−　Ａ　１号に示された形式の ものである。

インクジェット印刷ヘッド１０には圧力下で導電性インク１６を収容するインク タンク１４を規定する上方ヘッド部分１２がある。加圧インクはオリフィス板１ ８に押し通されてインクフィラメント２０を生成する。

インクジェット印刷ヘッドの上方ヘッド部分１２に圧電変換器２２が機械的に結 合されていて、上方ヘッド部分に従ってインクに機械的振動を誘起し、インクフ ィラメントの点滴２４への制御された破断を刺激することができる。圧電帰還変 換器２６は変換器２２によって上方ヘッド部分１２に付与された刺激の振幅を測 定する。

インクジェット印刷ヘッドには荷電板３０を備えた下方部分２８があり、インク ジェットフィラメント２ｏに近接して点滴荷電電極３２が配置されていて、イン ク点滴２４がフィラメント２ｏから分離するときにインク点滴に電荷を誘起する ことができる。荷電点滴は点滴捕獲器３４の面へそらされ、ここで点滴捕獲器３ ４の底部において溝穴を構成しているインク溝３６へ集められる。

インクジェットプリンタ内の適当な場所に配置された蓄積・始動場所（図示され ていない）にはノーズカップ４２が設けられている。インクジェット印刷ヘッド １ｏは印刷のために使用されていないときにはノーズカップ４２の上方に配置さ れる。ノーズカップは点滴捕獲器３４へそらされるように十分に荷電させられて いないインクジェット印刷ヘッドからのインク点滴を受けるだめのインクため４ ４を規定している。ノーズカップ４２にはこれに入るインク点滴によって運ばれ た電荷を受けるような位置に電位計電極４６が配置されている。

印刷ヘッド１０及びノーズカップ４２に水力学的に接続された流体系統４８は、 導電性インクを圧力下で印刷ヘッドの上方ヘッド部分１２におけるインクタンク １４に供給し、インクジェット印刷ヘッドの下方部分２８におけるインク溝３６ からのインクを再循環させ、且つノーズカップ４２におけるため４４からのイン クを再循環させる。

流体系統４８にはインク供給源５０、及びこの供給源からの加圧インクを印刷ヘ ッドタンク１４に供給するためのポンプ５２がある。

ポンプ５２はポンプ制御回路５４によって制御される。圧力センサ５６はポンプ ５２によって供給されたインク圧力を監視してイン御電子回路からインク圧力基 準信号ＰＲを受ける。インク圧力基準信号ＰＲは以下で説明されるようにこの発 明に従って発生される。比較器５８は圧力センサ５６からのインク圧力帰還信号 Ｐ　とインク圧力基準信号ＰＲとを比較して、ポンプ制御回路５４に供給される インク圧力誤差信号ｅを発生する。ポンプ制御回路はこのインク圧力誤差信号に 応答してインク圧力を基準レベルに対して制御する。

インクジェットプリンタ電子回路には刺激増幅器６２に周期的クロック信号（例 えば、７５ｋＨ２）を供給するシステムクロック６０がある。刺激増幅器６２の 出ツノはインクジェット印刷ヘッド１０の上方ヘッド部分１２における圧電変換 器２２に加えられる。刺激増幅器の利得、従って刺激信号の振幅は自動利得制御 サーボ６４によって制御される。自動利得制御サーボ６４は線６６上の基準レベ ル信号及び帰還変換器２６からの帰還信号を受けて、刺激増幅器の利得を帰還信 号が基準信号に一致するように制御する。

システムクロック６０からのタロツク信号は又タイミング発生器６８に供給され るが、このタイミング発生器は荷電電極３２に加えられる印刷パルスの位相を決 定するタイミングパルスを発生するものである。このタイミングパルスは、印刷 中ディジタルデータ信号を受けて、荷電電極３２に加えられる印刷パルスを発生 する荷電信号発生器７０に加えられる。

電位計７２は電位計電極４６に接続されていて、この電極に入るインクジェット 電流に比例したアナログ信号を発生する。電位計のこのアナログ出力信号はアナ ログ−ディジタル変換器７４に供給されて、電位計７２により検出されたインク ジェット電流を示すディジタル信号を発生する。

系統制御マイクロプロセッサ７６は電位計７２からのディジタルインクジェット 電流信号を受け、そして以下で説明されるようにインク圧力基準信号ＰＲを発生 するようにプログラムされている。系統制御マイクロプロセッサは又、線６６に より自動利得制御回路６４に供給されて刺激増幅器６２の利得を制御する基準信 号を発生する。増幅器利得制御基準信号を発生する方法は、この発明の本質的な 部分ではないが、ブラウン（Ｂｒａｕｎ）外によって１９８５年８月１５日出願 された同時出願係属中の米国特許出願連続番号第７６５９７２号に記載されてい る。

今度はこの発明の動作の一般的な原理が説明される。未刺激のインクジェットの 自然のフィラメント長は比較的長く、点滴分離は十分には機能しない。刺激振幅 が増大されると、フィラメントは短くなる。究極的には、遅い衛星点ａ（主点滴 より遅く移動し、従ってすばやく追いつかれて主点滴に取り入れられる、はるか に大きい主点滴間に発生する小さい小点滴）が形成される。刺激振幅が更に増大 されると、衛星の速度は増大して、ついには衛星小点滴の速度が主インク点滴の 速度に等しい領域に到達し、従って衛星小点滴は主点滴から分離したままになる 。

これは無限衛星領域と呼ばれる、刺激振幅の更なる増大は高速衛星（主点滴より も速く移動し、従って主点滴に追いついてこれに吸収される小点滴）を生成する 。注意されるべきことであるが、これらの領域の境界は明確には規定されず、衛 星生成領域の一般的な位置はインク温度、圧力、粘度及び表面張力の関数である 。

この発明の発明者が実験により決定したことであるが、無限衛星動作領域におい て生成される衛星点滴の相対的大きさはインクジェットの速度の関数であり、そ してこの速度はインク圧力の関数である。更に、衛星小点滴に付与される電荷の 割合は主点滴に対する衛星点滴の相対的大きさの関数であることが観察された。

それゆえ、衛星点滴に付与される電荷の相対的小部分が測定されるならば、その 測定値がインクジェット速度の確実な表示を与えることが発見された。

点滴荷電中、荷電電極によってインクフィラメントに電荷が誘起される。フィラ メントは破断して点滴を形成するときに、点滴上の電荷を捕えて分離する機械的 スイッチとして作用する。

衛星点滴及び主点滴に付与される電荷の大きさはそれぞれの表面積にはほぼ比例 しており、従って結果として生じる点滴の半径の２乗の関数である。この関数は 、フィラメントが破断の直前には一層円筒体に近いこと、及びフィラメントが破 断する瞬間において点滴とフィラメントとの間に生じる多少のアーク発生のため に正確ではない。

他方、衛星点滴及び主点滴の相対的質量はそれぞれの体積に、従って点滴の半径 の３乗に比例している。その結果、主点滴及び衛星点滴の電荷対質量比は異なっ ており、はぼ点滴半径の逆関数として変化する。小さい方の衛星点滴は主点滴よ りも高い電荷対質量比を持っている。衛星点滴と主点滴との間の電荷対質量比に おけるこの差はインクジェットプリンタにおいて主点滴流からの衛星点滴流の分 離を可能にするのに十分である。

この現象は次の方法でインクジェットの速度を検出してインク圧力を調整するた めに使用される。主点滴を捕獲器３４へそらせるのには不十分な比較的低い荷電 電圧（例えば５０ボルト）が荷電電極３２に加えられる。次に、刺激振幅が無限 衛星生成範囲の下の所定の低い値から増大されている間、インクジェット電流が 電位計７２によって監視される。無限衛星点滴が生成される点に刺激振幅が到達 すると、衛星小点滴はその高い電荷対質量比により捕獲器へそらされる。測定さ れたインクジェット電流は、電荷の一部分が電位計電極４６上に付着しないで衛 星小点滴と共に捕獲器へそらされるので、突然の下降を呈する。

図２は５０ボルトの電荷が荷電電極３２上に置かれたときの測定インクジェット 電流対刺激振幅のプロットを示している。低い刺激振幅においては、測定インク ジェット電流は、インク点滴が荷電電極３２の下流で破断しており、従って強く は荷電させられていないので、小さい。刺激振幅が低い値から単調に増大される につれて、フィラメント長は短くなり、インクジェット電流は上昇する。ある点 において、無限衛星点滴が形成され、そして電荷の一部分がこの衛星点滴によっ て運び去られる。図２においてＡで示されたインクジェット電流における下降は 無限衛星生成領域を示している。図１は主点滴が電位計電極４６に遭遇し続けて いる間に無限衛星２４′が捕獲器へそらされる様子を示している。

インクタンク１４におけるインク圧力が増大されると、インク荷の割合が増大す る。その結果、インクジェット電流における下降の大きさが増大する。これは、 インク圧力の増大するレベルに対してジェット電流対刺激振幅を表した、図２に おいてＢ及びＣの符号を付された点線の曲線によって示されている。図３は図１ に示された形式のインクジェット印刷ヘッドに対する最小ジェット電流対インク ジェット速度（従ってインク圧力）のプロットを示している。

この発明に従ってインク点滴速度を検出し且つインク圧力を調整する方法が今度 は図４の流れ図を参照して説明される。

インクジェット印刷ヘッド１０は図１に示されたようにノーズカップ４２の上方 に配置されている。系統制御マイクロプロセッサ７８は公称インク圧力基準値Ｐ Ｒを出力するようにプログラムされている。マイクロプロセッサは又、点滴荷電 電極３２に低い荷電電圧（例えば５０ボルト）を加えることを荷電信号発生器Ｔ 。

に指令し、且つＡＧＣ回路６４に低い基準レベルを加えることによって所定の低 い値に刺激振幅を設定するようにプログラムされている。

次に、刺激振幅が単調に増大されると共にインクジェット電流が監視される。系 統制御マイクロプロセッサ７６はインクジェット電流において最初の下降におい て最小ジェット電流ＪＩＱｉｎを検出してこれを記憶する。インク圧力基準信号 ＰＲは次の関係式に従って検出最小ジェット電流の関数として計算される。

ｐ　Ｒ＝ａ　’　Ｊ　、ｒ　ｎ十す ここで、ａ及びｂは図３に示された線のそれぞれ傾斜及び交点である。

この発明は小点滴が印刷軌道又は捕獲軌道に沿ってそらされる二進形連続式イン クジェットプリンタに関して説明されたけれども、印刷点滴が複数の印刷軌道に 沿ってそらされ得る形式の連続式インクジェットプリンタについてもこの発明が 使用され得ることは明らかであろう。更に、電位計の位置は主小点滴流によって 運ばれた電荷を検出するものとして説明されたけれども、衛星小点滴流によって 運ばれた電荷を検出するように電位計を配置してもよいことは明らかであろう。

例えば、電位計は図１に示されたインクジェット印刷ヘッド１０のインク溝３６ に配置されることができるであろう。

産業上の適用性及び利点 このインク圧力調整方法及び装置は連続式インクジェットプリンタにおいてイン ク圧力を自動的に調整して所望のインクジェット速度を維持するようにするのに 有効である。この方法及び装置はインク圧力の調整がインク粘度における変化を 自動的に補償してインクジェット速度を一定に維持するという利点を持っている 。この方法及び装置は偏向電極の近くのインクジェット経路に構造物を挿入する ことを必要としないでインク速度の感度のよい測定が行われるという利点を持っ ている。

＋Ｉ　：９　帰Ｒｅ　ｆＡ　ｒ　ｍＶ　ＰＭ５　）ＩＧ　２ ＩＧ　３ ＦＩＧ　４ 補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．インクジェットを荷電させるための装置（７０，３２）、インクジェットを 刺激して衛星点滴（２４′）を生成するための装置（６２，２２）、 衛星点滴に付与された部分電荷を検出して検出部分電荷を表す信号（ＰＲ）を発 生するための装置（４６，７２，７６）及び前記の信号に応答してインク圧力を 検出部分電荷の関数として調整することのできる装置（４８）、によって特徴づ けられている、インク点滴速度を制御するために連続式インクジェットプリンタ においてインク圧力を調整するための装置。 ２．衛星点滴（２４′）に付与された部分電荷を検出するための装置が、主点滴 （２４）の経路に配置された電極（４６）を持った電位計（７２）、及び 主点滴流から衛星点滴を除去するための装置（３２，３４，３６）、を備えてい ることによって特徴づけられている、請求項１に記載のインク圧力を調整するた めの装置。 ３．インクジェットを荷電する段階、 インクジェットを刺激して衛星点滴（２４′）を生成する段階、衛星点滴に付与 された部分電荷を検出する段階、インク圧力を検出部分電荷の関数として調整す る段階、によって特徴づけられる、連続式インクジェットプリンタにおいてイン ク圧力を調整してインクジェット点滴速度を制御するための方法。