JPH1178059A - 荷電制御型インクジェットプリンタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】荷電制御型インクジェットプリンタのインク物
性値管理をインク物性値検出専用のセンサを設けること
なく実現し、安定な印字品質を得る。 【解決手段】インク粒子の帯電位相を検出する帯電位相
検出センサは、インク物性値と関わりのあるインクジェ
ットプリンタの屈曲点電圧を検出することもできること
を利用し、この検出情報を基に、インク濃度を制御する
ことにより、インク物性値の管理を行うことを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明の対象は、荷電制御型
インクジェットプリンタであるが、特にインクの温度変
化や溶剤混入もしくは溶剤揮散による濃度変化による粘
度等物性値変化を検出して補正する物性値管理手段およ
び物性値管理方法についてである。

【０００２】

【従来の技術】従来、温度変化，濃度変化によるインク
の物性値変化を制御する手段としては、１）特許第2598
134 号（平成９年１月）に記載のように、流量を計測す
る流量計を設け、基準体積になるまでの時間が基準値幅
内になるようにインク・溶剤調合弁を制御する方法が示
されていた。

【０００３】また、２）USP4905503号公報（平成２年６
月）に記載のように、圧力センサを設け、圧力損失から
粘度を推定し、粘度管理を行う装置が示されていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来技術１），２）
は、ノズル周辺にインク粘度等物性値管理のみのために
流量計，圧力センサを設けているため、構造が複雑とな
る問題がある。本発明は、インク物性値管理のみのため
に物性値検出手段を設けることなく他の目的のために設
けられた手段を用いて安価な装置でインク粘度等物性値
管理を行うことを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明では、インク噴出
ノズルからインク噴出時に、インク柱がくびれて粒子に
なるまでのノズル出口からの距離（インク柱長と称す
る、図４参照）が最短となる電歪素子の励振電圧（屈曲
点電圧と称する）は、インク物性と相関関係がある。た
とえば図６に示すように、インク粘度の逆数（温度に対
応）が大きくなると、屈曲点電圧が減少する傾向があ
る。このような特性を示す場合は、各インク粘度で、良
好な粒子化ができ、良好な印字が可能なノズルからのイ
ンク噴出の流量流速には、図３に示すようにある範囲が
ある。

【０００６】従って、図７に示すように現在の環境温度
で所望の屈曲点電圧近傍のある範囲に屈曲点電圧が入る
ように制御することにより、たとえば図９に示すように
環境温度が変化して、破線に示すように屈曲点電圧が許
容範囲からはずれる際は、インク弁制御を行うことによ
り屈曲点電圧を好ましい範囲に常に設定することが可能
となる。実際は、インク弁の制御では、インクを濃くす
る必要がある場合は高粘度のインク（濃縮インク）を補
給し、インクを薄める必要がある場合は、低粘度の溶剤
を補給して、屈曲点電圧が所望の値となるように制御す
ることにより、インクの粘度等物性値管理が実現でき
る。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の荷電制御型インクジェッ
トプリンタの実施例を図１〜図９を用いて説明する。図
１は、本発明の荷電制御型インクジェットプリンタの構
成を示し、図２はインクの密度、粘度の温度変化の例を
示し、図３はインク流量流速と良好印字領域の関係を示
し、図４は屈曲点電圧検出手段の例を示し、図５はイン
ク柱長・帯電位相と電歪素子励振電圧の関係を示し、図
６は屈曲点電圧とインク温度・インク粘度逆数の関係を
示し、図７は屈曲点電圧許容範囲とインク温度の関係を
示し、図８は屈曲点電圧制御手段の構成例を示し、図９
は環境温度・屈曲点電圧許容値・屈曲点電圧測定値・イ
ンク弁制御の有無の時間変化の例を示している。

【０００８】まず、本発明の荷電制御型インクジェット
プリンタの全体構成を図１〜図３を用いて説明する。荷
電制御型インクジェットプリンタでは、図１に示すよう
に、インク噴出ノズル２にポンプ１６で加圧されたイン
クを供給し、電歪素子１に交流電圧を印加することによ
り、インク噴出ノズル２から噴出したインクが、くびれ
て粒子化され、インク粒子は帯電電極３で帯電され、偏
向電極４で帯電量に比例した距離だけ偏向されて印字が
なされる（図示せず）。

【０００９】一方、印字されない場合は、インク回収部
５に回収されて、ポンプ１６に戻り、再利用される。イ
ンクは、たとえば溶剤をベースに色素（染料もしくは顔
料）と混合したもので、図中の混合インク容器２０に初
期的に設けられている。インク噴出ノズル２は出口手前
に細径部があり、長時間使用しないと目詰まりを起こす
ことから、溶剤容器１９より溶剤をさらに補給して洗浄
することにより、目詰まりを防止する。

【００１０】しかし、溶剤を加えると、インク濃度が低
下し、インク粘度が低下する問題がある。逆に、環境温
度が高くなると、インクの中から溶剤が揮散し、インク
濃度が高くなる問題がある。実際は、濃度の高低と温度
の高低により、インクの物性値（粘度，密度，表面張力
など）は変化する（図２参照）。特に、粘度の温度変化
は大きい。

【００１１】温度変化などによりインク粘度など物性値
が変化すると、インク噴出ノズル２から噴出するインク
の流量流速が変化する（図３参照）。このインクの流量
流速の変化は、インクの粒子化に影響を与え、インクジ
ェットプリンタの印字品質に影響を与える。図３で示し
たように、インクの流量流速がある範囲にあるときに良
好な印字が可能な良好印字領域があることが実験により
わかった。これから、流量流速がこの範囲を超えないよ
うに、インクの物性値管理を行う必要がある。

【００１２】そこで、ここでは、初期的に正しい組成の
インクがつめられている混合インク容器２０の他に、高
粘度の濃縮インクが詰められている濃縮インク容器１
８、溶剤が詰められている溶剤容器１９を設ける。イン
クの物性値を管理するために、屈曲点電圧（後述する）
を検出し、それがインク物性値に対応して変化するた
め、その値に基づき、流量流速が所定の範囲になるよう
に、インク溶剤切り替え弁２８を切り替え濃縮インクも
しくは溶剤を送ることにより、混合インクの濃度を高め
る（粘度を高める）もしくは濃度を低くする（粘度を低
くする）の制御と、電磁弁２９をオンオフして、混合イ
ンクに濃縮インクもしくは溶剤を補給するかしないかを
制御する。このようにすることにより、インク物性値の
管理が可能となる。

【００１３】次に、屈曲点電圧およびその検出手段につ
いて、図４〜図７を用いて説明する。インク噴出ノズル
２から噴出するインクは図４（ａ)，(ｂ）に示すように
電歪素子１の振動によりくびれて粒子化される。インク
粒子は帯電電極３で帯電され、偏向電極４で帯電量に比
例する量だけ偏向され（図示していないが）、右上方向
に飛翔し、印字媒体に衝突し印字される。印字に使用し
ないインク粒子は、帯電電極で微小な電圧で帯電され
て、端部がポンプにつながっているインク回収部５によ
り、回収されて再利用される。

【００１４】インク回収部５には、帯電電極で粒子に帯
電する電圧の電歪素子励振電圧との最適位相差を検知す
る帯電位相検知センサ６（屈曲点電圧検出センサも兼
用）が設けられている。インク回収部５に送られるイン
ク粒子は前述のように、帯電アンプから、例えば図中上
部の０〜７の８段階で４５゜ずつの位相差で間欠的微小
に帯電されると、十分帯電される位相ではセンサアンプ
９から大きな出力が得られる。もっとも帯電された位相
を帯電位相とし、励振電圧に対する帯電電圧の位相差を
決める。センサアンプ出力９をあるしきい電圧で２値化
し、帯電の有無の情報により、シフト回路１１で位相を
たとえば４５゜シフトし、帯電信号生成回路１０でシフ
ト回路１１の信号に基づき、帯電信号を生成し、帯電ア
ンプ８で増幅する。ここで、帯電信号は、電歪素子１に
印加する励振電圧を生成する励振アンプ７の原信号を生
成しているクロック回路１２の信号との位相差を文字信
号の文字高さに合わせて電圧振幅を決めその乗算を行う
ことにより作られているのである。

【００１５】ここで、電歪素子の励振電圧を変化させた
ときに、インク柱長が最短となる電圧を屈曲点電圧と呼
ぶ。粒子を帯電させる位相を検知するために行っている
帯電位相とインク柱長の電歪素子励振電圧に対する変化
は図５に示すような関係があり、帯電位相が極値をとる
電歪素子励振電圧は、屈曲点電圧であることから、励振
電圧を変えて、帯電位相を検出することにより、帯電位
相の変化量が最小となる励振電圧を探索することによ
り、屈曲点電圧を検出することができる。

【００１６】ここで、荷電制御型インクジェットプリン
タの屈曲点電圧とインク温度の関係はたとえば図６のよ
うに温度変化とともに単調に変化する特性となるように
する。横軸はインク粘度の逆数とみてもほぼこの関係が
なりたつことから、粘度の情報がともにこのセンサ出力
として検出できる。

【００１７】ここで、流量流速が良好印字領域となるよ
うに、図７に示すように屈曲点電圧許容最大値と最小値
を設定して、そこからはずれた場合（図中、丸印，角
印）は、その範囲に入るように制御する。

【００１８】次に屈曲点電圧制御手段について、図１、
図８、及び図９を用いて説明する。

【００１９】屈曲点電圧を制御する屈曲点電圧制御手段
１７は図１の破線で示した部分であり、濃縮インク・溶
剤切り替え弁２８，電磁弁２９およびコントロールユニ
ット２１内の要素からなっている。ここでは、コントロ
ールユニット２１内部の要素を中心に図８を用いて説明
する。屈曲点電圧基準値は屈曲点電圧検出値とつきあわ
され、偏差判定手段で許容幅には入っているか否か判定
され、たとえば比例微分積分型制御（ＰＩＤ制御）によ
り、偏差を小さくするようにインク弁の濃縮インク・溶
剤切り替え時間と電磁弁のオンオフ制御がなされる。電
磁弁がオフの場合は、屈曲点電圧が許容範囲にあり、制
御手段を動作させる必要がないことを意味する。

【００２０】このような制御手段を動作させると、図９
に示すように環境温度変化時に屈曲点電圧測定値が許容
範囲を超えるとインク弁制御が作動し、屈曲点電圧が許
容範囲に入るように制御される。

【００２１】次に、本発明の荷電制御型インクジェット
プリンタのインク物性管理方法について、図１０〜図１
２を用いて説明する。図１０は、通常の印字工程のフロ
ーを示し、図１１は本発明の屈曲点電圧検出制御工程の
フローを示し、図１２は、通常の印字工程と屈曲点電圧
検出制御工程の関係を示している。

【００２２】通常の印字工程は、温度センサで環境温度
もしくはインク温度を検出し（工程３０）、温度に対応
する電歪素子励振電圧設定を行い（工程３１）、インク
粒子帯電位相を検出し（工程３２）、帯電位相の調整を
し（工程３３）、文字列信号に基づきインク粒子を帯電
し（工程３４）、印字する。

【００２３】一方、屈曲点電圧検出制御工程は、温度セ
ンサで環境温度を検出し(工程３０)、あるステップ幅で
変化させる電歪素子の励振電圧設定を行い（工程３
１）、インク粒子帯電位相を検出し（工程３２）、前回
検出位相との差Δθｉ（＝θｉ−θｉ−１）を演算し
（工程３５）、Δθｉが最小になる電圧ＶをＶｅ（屈曲
点電圧）と決める（工程３６，３７）。その工程を励振
電圧を変えて（工程３８）、Ｖｅが許容範囲内に入るか
判定し（工程３９）、その結果に基づき屈曲点電圧制御
手段を動作させるかもしくは動作させない（工程４
０）。

【００２４】実際は、図１２に示すように、通常の印字
が行われる間は、屈曲点電圧検出制御工程は行わず、通
常の印字が行われない間に屈曲点電圧検出制御工程を行
う。

【００２５】以上の手段および方法を講じることによ
り、インクの粘度等物性値管理を行うことができ、良好
な印字品質の得られる荷電制御型インクジェットプリン
タを提供することができる。

【００２６】

【発明の効果】以上述べたように本発明の手段を講じる
ことにより、下記のような効果を奏する。

【００２７】（１）荷電制御型インクジェットプリンタ
で用いられているインク帯電位相検出手段を屈曲点電圧
検出手段として用いることにより、インク物性値検出専
用装置を設けることなくインク物性値を検出することが
できる。

【００２８】（２）荷電制御型インクジェットプリンタ
の使用液体容器として、濃縮インク容器，溶剤容器，混
合インク容器を設け、弁で濃縮インク・溶剤を切り替え
補給することにより、インクの薄まりにも濃縮に対して
もインク物性の制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の荷電制御型インクジェットプリンタの
構成を示す図。

【図２】インクの密度と粘度の温度変化との関係を示す
特性図。

【図３】インク流量流速と良好印字領域の関係を示す特
性図。

【図４】屈曲点電圧検出手段の例を説明する図。

【図５】インク柱長・帯電位相と電歪素子励振電圧の関
係を示す特性図。

【図６】屈曲点電圧とインク温度・インク粘度逆数の関
係を示す特性図。

【図７】屈曲点電圧許容範囲とインク温度の関係を示す
特性図。

【図８】屈曲点電圧制御手段の構成を示す図。

【図９】環境温度・屈曲点電圧許容値・屈曲点電圧測定
値・インク弁制御の有無の時間変化を示す特性図。

【図１０】通常の印字工程のフローチャート。

【図１１】本発明の屈曲点電圧検出制御工程のフローチ
ャート。

【図１２】通常の印字工程と屈曲点電圧検出制御工程の
関係を示す特性図。

【符号の説明】

１…電歪素子、２…インク噴出ノズル、３…帯電電極、
４…偏向電極、５…インク回収部、６…帯電位相検出セ
ンサ、７…励振アンプ、８…帯電アンプ、９…センサア
ンプ、１０…帯電信号生成回路、１１…シフト回路、１
２…クロック回路、１３…文字信号発生回路、１４，２
１…コントロールユニット、１５…屈曲点電圧検出手
段、１６…ポンプ、１７…屈曲点電圧制御手段、１８…
濃縮インク容器、１９…溶剤容器、２０…混合インク容
器、２２…偏差判定手段、２３…ＰＩ制御器、２４…制
御手段ＳＷ，２５…ＤＡ変換器、２６…Ｄ制御器、２７
…サンプラー、２８…インク溶剤切り替え弁、２９…電
磁弁、３０…温度検出工程、３１…電歪素子励振電圧設
定工程、３２…帯電位相検出工程、３３…帯電位相検出
工程、３４…文字列信号に基づく帯電工程、３５…位相
変化演算工程、３６…位相変化最小値検出工程、３７…
屈曲点電圧決定工程、３８…電圧可変数調査工程、３９
…屈曲点電圧許容値幅内検出工程、４０…屈曲点電圧制
御手段動作工程。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 栗原 聡 茨城県日立市東多賀町一丁目１番１号 株 式会社日立製作所電化機器事業部多賀本部 内 (72)発明者 峯岸 孝壽 茨城県日立市東多賀町一丁目１番１号 株 式会社日立製作所電化機器事業部多賀本部 内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インク供給部，溶剤供給部，インク粒子化
   用電歪素子を有するインク噴出ノズル，インク粒子帯電
   部，インク粒子偏向部、及びインク粒子回収部を有する
   荷電制御型インクジェットプリンタにおいて、ノズルか
   らのインク噴出時にインク柱がくびれて粒子になるまで
   のノズル出口からの距離が最短になる電歪素子励振電圧
   （屈曲点電圧と称する）を検出する屈曲点電圧検出手段
   を有し、屈曲点電圧が基準値幅内となるように屈曲点電
   圧測定値との偏差を周期的に演算し、その値に基づき、
   インク・溶剤切り替え弁を制御する信号を生成する屈曲
   点電圧制御手段を有することを特徴とする荷電制御型イ
   ンクジェットプリンタ。