JPS6012238B2 - インク・ジエツト印刷装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はインク・ジェットのスポット濃度を変調する装
置に関する。

最近、インク・ジェット印刷の分野において著しい開発
がなされている。インク・ジェット印刷の１つの型は導
電性のインクが加圧下で適当な１乃至複数のノズルに印
加される型の静電加圧インク・ジェットを含む。インク
は従って流れをなして各ノズルから推進され、櫨乱され
て、ノズルから出現するジェット流はノズルから予定の
距離の点で鷹乱周波数数で小適に分裂される。流れはこ
の様にして個々の小適の列へ分裂されるが、これ等の小
滴は選択的に帯電されて、印刷のためもしくはガータに
向う様制御可能に偏向されなければならない。この様な
システムのいくつかの例が存在するが、１つは米国特許
第３５９６２７５号に開示された静電偏向インク・ジェ
ットであり、小瓶の単一流が選択的に帯電され及び均一
偏向電湯を通して通過され、各小滴の電荷に従って記録
媒体上の種々の位置に衝撃される。

この様にして、適当な帯電信号を小滴に印加する事によ
って、議取り可能な印刷文字が記録表面上に形成され得
る。他の例は米国特許第３３７３４３７号に開示された
静電２値インク・ジェットより成る。このシステムの型
は１もしくはより多くの行をなして複数のジェットを発
生し、単一帯電レベルで小滴を選択的に帯電し、一定電
場によってインク小瓶捕獲器に向って偏向されるもので
ある。非常電小滴は原ジェット路に沿って非偏向のま）
移動を続け記録表面をィンパクトし、読取可能な印刷文
字を形成する。この様なシステムにおいては適当な文字
及び像の形成を信頼性をもって、妥当なコストで達成す
る事に強調がおかれ来たし、おかれ続けるであらつ。

要するに、インクＱジェット印刷器は印刷の種々のタイ
プに対し異なる紙の型を使用する種々の応用に対して使
用され得る。

印刷のために紙を衝撃するインクの小摘は印刷スポット
を形成するが、これは種々の程度で種々の型の紙を横切
って拡がり、紙の中へ惨透する。従って、現在のインク
・ジェット印刷は種々の紙のタイプに対し広範囲に変化
する印刷品質を与える。この問題に答える１つの方法は
広範囲の紙に対し中庸の品質の印刷を生ずる如き処法を
有するインク・ジェットのインクを与える事にある。他
の試みは印刷器において使用可能な紙のタイプを使用さ
れるインクと最良の相互作用を有する紙に制限する事で
あり得る。しかしながらトこの型の制約はインク・ジェ
ット印刷器の究極的な応用をきびしく制限する。静電加
圧インク・ジェット・システムは基礎溶媒が水であるイ
ンクを使用する時より信頼性をもって動作する事が発見
されている。従って、特定の型の紙及びインクがたとえ
整合されようとも、印刷品質は温度及び湿度の如き環境
状態に依存し得る。１つの解決法は制御された環境中で
のみ印刷が生ずる事を確実にするために印刷器に空調シ
ステムを与える事である。

しかしながら、この様な空調システムは一般にかさばり
、高価である。本発明の目的は種々のタイプの紙上に及
び種々の環境中でより均質な印刷品質を生ずるためのイ
ンク・ジェット印刷システムを与える事にある。本発明
に従い、静電加圧型のインク・ジェット印刷システム中
の種々の記録媒体、環境及びインクの印刷特性を補償す
るための装置が与えられる。特に「加圧流体は少なく共
１つのノズルに供給され、周期的に縄乱されて、対応す
る数の流体流フィラメントを噴出し、各フィラメントは
一連の小滴に分裂する。それら小滴は選択的に印刷媒体
に衝突して印刷スポットを形成するが、本発明の装置は
流体ジェット小滴によって印刷される記録媒体に関して
流体の印刷特性を決定し、決定された印刷特性に応答し
てスポットの各々を形成する流体の量を制御する。これ
迄に説明された静電加圧インク。

ジェット印刷システムにおいては、紙を衝撃するインク
の小滴は印刷スポットを形成し、これ等小滴は一緒に合
体されて、インクが紙に拡がるか、しみ込むかに依存し
て高品質もしくは低品質であるとして認められる字もし
〈は像を形成する。上述の如く「 この様な印刷の態様
においては、種々の紙の型及び変化する環境条件に従っ
て著しく変化する。第１図及び第２図を参照するに、加
圧静電インク１川まノズルのオリフィス１２を有するヘ
ッド１ １へ供給される。

加圧インクは従って流体フィラメント１３の形でノズル
・オリフィスを通して押出される。流体の圧力もしくは
速度は一定の周波数で蝿乱され流体フィラメント流は一
連の均一の大きさの小滴１４へ分裂する。帯電電極１５
は小滴がフィラメント１３から分裂される点において、
フィラメント流を取巻く、もしくは隣接する位置に置か
れる。ヘッド中の加圧インク１０は電気的に接地されて
おり１６、フィラメント１３中のインクは接地電位にあ
る。各小滴がフィラメントから分裂する時、小滴は帯電
電極１５上の電圧から誘導される電荷を帯びる。小滴は
フィラメント１３から投射される経路に沿い、偏向板１
７及び１８間の静電場により確立された偏向電場に遭遇
する迄進行を続ける。偏向電場中で、非帯電の小滴は偏
向される事なく原経路に沿って移動を続け、紙１９に衝
突してその上に印刷を行う。しかしながら、帯電された
小滴は偏向電場によって偏向板１６に向って偏向され、
ガータ２０１こよって阻止される。多くのインク・ジェ
ット・システムにおいては、帯電信号２１（第２図）の
帯電信号周波数即ちデータ率は各小滴が個々で帯電され
る様に小摘発生周波数即ち小摘発生率と同期される。

この実施例では、データ率Ｆは小摘発生率の整数分の１
である。さらに印刷サイクル中の帯電電極を通過する小
競の１部分のみが帯電されないで残され、紙１９上にス
ポットを形成する。印刷スポットを形成すべき小滴が非
帯電のま）残される帯電デー夕・サイクル時間１／Ｆの
部分はＴをして表わされている。従ってもしスポットの
印刷が生じないのであれば、帯電信号は全１′Ｆ帯電デ
ータ・サイクル時間負に残される。もし１つのスポット
が印刷されるのであれば、Ｔの間は帯電信号は印加され
ないが、続く１′Ｆデータ・サイクルの残り部分に対し
ては印加される。インク・ジェット・ヘッド１１及び紙
１９間の相対速度は小滴１４が中心間間隔略１小滴直径
で紙１９と衝撃する如く調節されており、帯電されない
事によって紙に衝突させられた小滴からのインクは互い
に流れ寄って１つの単一スポットを形成するものと仮定
する。第３図及び第４図は２行−多重オリフィスー２値
静電加圧インク・ジェット・ヘッド兼偏向システムの例
を示す。第３及び第４図のインク・ジェット・ヘッド兼
偏向組立体は米国特許第３９５５２０３号に開示されて
いるものである。要するに、組立体はその中にマニホル
ド３１が形成された取付けブロック３０を有する。マニ
ホルド内には圧電結晶３２及びオリフイス板３３が取付
けられている。オリフィス板は密な間隔のインク・ジェ
ット・オリフイスの２つの行３４及び３５を含む。圧電
結晶３２は裏打ち板３６上に取付けられている。帯電板
３７はブロック３０上に取付られており「帯電電極３８
及び３９の２つの列が与えられている。各帯電電極はオ
リフイス板３３の対応するオリフィスと整列されている
。加圧インクはマニホルド３１へ供給され、オリフィス
板３３のオリフィス３４及び３６を通して放出される。

圧電結晶３２は４・摘発生周波数ｆの電気信号により撹
乱され、マニホルド３１の内部容積が変化される。これ
はインクの圧力を櫨乱し、オリフイス３４及び３５から
放出するインク・ジェット流を均一な小滴の流れに分裂
せしめる。インクはフィラメントの形でオリフイス３４
及び３５から出現し、関孔４０及び４１を通過し、オリ
フィス板３３からの距離が増大するにつれて撹乱も増し
、小滴がフィラメントから分裂する。帯電電極３８及び
３９内で生ずる分裂に基づき、次いで小滴は小滴分裂の
瞬間において、対応する帯電電極に印放される電圧に依
存した電荷を帯びる。非帯電小滴は経路４２及び４３に
沿って進行し記録媒体４４に衝突する。

接地された偏向電極４５及び４６は夫々高圧偏向電極５
７から小滴経路４２及び４３の反対側上に夫々位置付け
られている。偏向電極４５及び４６は小滴経路から離れ
る様に湾曲しており、空洞４９及び５０と運倭する関孔
４７及び４８で終総している。空洞はさらに夫々像５４
及び５５によって真空源５３に接続された管６１及び５
２とつながっている。電極５７並びに電極４５及び４６
間に形成された静電電場は帯電小滴をして非帯電小滴経
路４２及び４３から偏向させて、夫々電極４５及び４６
に向けて指向せしめ、これ等に接触せしめる。

従って電極４５及び４６は偏向されて記録のために使用
されなかった小滴を遮断するガータとしての働きもする
。遮断された小滴は夫々の電極の端に向って流れ、真空
源５３によって夫々の関孔４７及び４８を通して空洞４
９もしくは５０へ吸引される。蓄積されたインクは空洞
４９もしくは５０から夫々管５１もし〈は５２を通して
真空源５３へ吸引される。このインクはその後記録に使
用されるために循環され得る。各インク・ジェット小滴
流に対し、第２図における期間Ｔ中に帯電されず、対応
する４・滴経路４２及び４３に沿って進行する４・滴１
４は印刷スポットを形成し、紙を横切って拡がり、紙の
中へ浸透する。拡がり及び浸透の程度は紙のタイプ及び
環境に従って変化する。本発明は１印刷スポット当りの
インクの量を制御する事によってインク・ジェット印刷
スポットの濃度の変調を補償し、これによって種々の紙
及び環境の特性を補償し、これによってより均一な印刷
品質を達成する。

１印刷スポット当りのインクの量を制御するための好ま
しい技法は第５図に示されている。

インク・ジェット小嫡流６０は帯電信号６１及び６２に
沿って図示されている。小摘発生周波数則ち小摘発生率
ｆｄはデータ周波数則ちデータ率Ｆｄの数倍も高い。４
・摘発生周波数は小滴流６０中に１サィクル当り１小滴
を発生する様に示されＬＩデータ・サイクルに対して必
要とされる時間は１／Ｆｏａｔａとして表わされている
。

小滴発生周波数はデータ周波数よりも数倍高いので１デ
ータ・サイクル中には多数の小滴が帯電電極を通過する
事は明らかである。この技法においては、濃度の変調は
データ・パルス幅Ｔを変化する事により達成される。

他の機械パラメータ、即ち４・摘発生周波数、印刷ヘッ
ドと紙の相対対速度、ジェット速度及び小滝の寸法は一
定に保持される。より高い濃度を必要する紙に対しては
、データ・パルス幅Ｔは増大され、１個のスポットを印
刷するのにより多くの小滴が使用される様にされる。

従って、データ・パルス６３及び帯電信号６１に対し図
示されたデータ・パルス幅は紙Ａに対して使用される。
この様な幅は１印刷サイクル中１スポット当り３個の小
滴を帯電されなくする。３つの小滴は従ってその後紙に
衝突し、単一の小滴を形成する。

より高濃度を必要とする紙Ｂに対しては、データ・パル
ス幅Ｔ′は増大され、より多くの数の小滴が１スポット
を印刷するために使用される。従って、データ・パルス
幅６４及び帯電信号６２は紙Ｂに対し使用され、１印刷
サイクル当り５個の小滴を非帯電に保持する。第５図の
濃度変調技法を達成するための回路は第６図に示されて
いる。文字発生器７０からのデータはゲート７２へ一連
の線を経て与えられる。グループ７１中の線１乃至凧の
各々は第３及び４図中の帯電板３７に設けられた２つの
列の帯電電極３８及び３９における個々の帯電電極に対
応する。ゲート回路７２は線７３によって帯電板３７に
接続されている。データ・クロック入力７５はクロック
・パルス７６（第７図）を文字発生器７０の入力７７、
ゲート回路７２の入力７８及び遅延回路８０の入力７９
へ供給する。遅延回路８０はいくつかのスイッチ可能な
入力８２一８７を有する可変抵抗器８１を有する。例え
ばスイッチ可能入力８２一８４は種々の紙のタイプを表
わし得、各々は異なる環境を表し得る入力８５−８７の
２倍抵抗値の変化を表わし得る。従つ可変抵抗器は遅延
回路８０１こよつ発生されるべき遅延の量を制御し、入
全力７９におけるクロック・パルスに応答して指示され
た遅延時間においてゲート回路７２に至る線８９上にリ
セット・パルス８８に与える。

動作に際し、文字発生器７０はクロック・パルス７６（
第７図）に応答し、データ期間９２の間第６図の帯電信
号９０及び０電圧印刷信号９１を供Ｖ給する。

ゲート回路７２はクロック・パルス７６に応答し、線７
１から線７３へ帯電信号９０もし〈は印刷信号９１を転
送する。遅延回路８川ま同一クロック・パルスに応答し
、可変抵抗器８１の設定値によって決定される遅延時間
にリセット・パルス８８を与える。線８９上のＩＪセッ
ト・パルス８８はゲート回路７２動作さして、データ期
間が終る前に印刷信号９１を終了させる。線７３の種々
の１つに供給される印刷信号及び帯電信号の例は夫々信
号１０１一１０５で示されている。例示された種々の信
号はリセット・パルス８８を生ずる遅延回路８０の遅延
が最小値である様に可変抵抗と共に示されている。もし
遅延が最大値にセットされていて最大数の小滴でスポッ
トを印刷するのであれば、リセット・パルスは第７図の
パルス１０６として現われる。第７図の例示的印刷信号
は従って破線１０７−１０９によって示された如く遅長
される。従って遅延回路８川ま第７図に示された如く制
御された遅延変化量１１０を与える。遅延回路８０の遅
延を制御する事によって、データ期間９２のうちで記録
媒体に衝突する事が可能な小滴の数が制御され得、これ
によって１印刷スポット当りのインクの量を制御する事
が可能となる。

第８図は１印刷スポット当りのインクの量を制御するた
めの他の技法を示す。

ことでは小摘発生率則ち小摘発生周波数、４・満速度び
小滴寸法は上述の機構と同様に一定に保持される。しか
しながら、濃度変調は同時に印刷パルス幅Ｔ、データ率
及び印刷ヘッドと紙の相対速度を変化する事により達成
される。従って小嫡流１２０は小滴発生周波数、速度及
び小滴寸法が一定に保持されるので一定となる。濃度を
変調するためには、紙Ａに対する印刷パルス１２１及び
１２２は紙Ｂに対する印刷パルス１２３及び１２４のよ
うに拡張され、時間間隔１２７によって表わされたデー
タ率則ちデータ周波数及び印刷速度は拡張サイクル時間
１２８によって表わされるように比例的に低下する。明
らかに、高濃度印刷のためには、多くの小滴が１個のス
ポットの印刷のために利用されるよう、データ率が減少
され及び印刷パルス幅が増大されるにつれてヘッドは減
速される。印刷パルス幅Ｔは全データ・サイクル時間１
２７もしくは１２８に等しくある必要はなく、機械の設
計が小滴周波数がデータ率よりも著しく高くなる事を可
能としない様な場合にこの第８図のシステムが使用され
る。したがってより少数の小滴がガータされる事になり
、より好ましい方法は印刷のためデータ・サイクル中利
用可能な小摘のすべてを利用する事にある。さらに他の
技法が第９図に示されている。

こ）では、ジェットの速度及び１スポット当りの小滴数
が一定に保持されている。濃度を変調するためには、小
滴及びデータ周波数、印刷パルス幅及び相対ヘッド‐紙
速度が変化される。紙Ａの場合には、インク・ジェット
４・滴流１３０の小滴寸法及び小滴率はサイクル１３１
によって示されたデータ率並びにパルス１３２によって
示された印刷パルス幅はすべて図示された通りである。
より高濃度印刷のためには、周波数及びヘッド速度は小
滴流１３３を生ずるために低下され、サイクル１３４の
データ率及び印刷パルス１３５のパルス時間がすべて変
化される。この結果、１スポットはより大きな小滴１３
３によって印刷され、印刷速度及びデータ率が低下され
る。第１０図はさらに他の技法を示す。

こ）ではデータ率、印刷パルス幅及びヘッド速度は一定
に保持され、濃度変調はジェットの速度及び小摘発周波
数を変化する事によって達成される。級Ａに対しては、
小嫡流１４０は図示された如き速度及び小滴率を有し、
サイクル幅１４１によって図示された如きデータ周波数
を使用し、パルス１４２の印刷パルス幅Ｔを使用する。
紙Ｂに対して必要とされるより高い濃度に対しては、同
一の印刷パルス幅がパルス１４５及びデータ・サイクル
１４６によって示された如く同一データ周波数に対して
使用される。しかしながら、小滴流１４８はより高いジ
ェット速度及びより高い４・滴率の両方を有し、１スポ
ット当りより多数の４・滴を生ずる。従って濃度変調は
より多数の小滴の衝撃で達成され、従って小滴流１４８
に対して１スポット当りインクのより多くの容積を与え
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従って動作する静電２値インク・ジェ
ット・印刷装置の概略図である。 １０・・・・・・加圧静電インク、１１・・・・・・ヘ
ッド、１２・・・・・・ノズル・オリフィス、１３・・
・・・・流体フィラメント、１４・・…・小滴、１５…
・・・帯電電極、１７，１８……偏向電極、１９……記
録媒体、２０……ガ−夕。 第２図は本発明に従う帯電信号波形の図である。第３図
は本発明に従うインク・ジェット・印刷装置に対するイ
ンク・ジェット・ヘッド兼偏向構造体の正面図である。
第４図は第３図の装置の断面図である。第５図は本発明
を説明するための例示的波形図である。第６図は本発明
に従う例示的帯電信号発生制御回路の図である。７０・
・・・・・文字発生器、７２・・・・・・ゲート、３７
・・…・帯電電極、８０・・・・・・遅延回路、８１・
・・・・・可変抵抗器。 第７図は第６図の回路を含む本発明の実施例の信号を図
示した一連の波形図である。第８図は１スポット当りの
インク量を制御する他の技法に従う例示的波形図である
。第９図はさらに他の技法に従う例示的波形図である。
第１０図はさらに他の技法を示した例示的波形図である
。第１図 第２図 第３図 第４図 舞５図 第６図 第７鷲 ※８図 繁９図 第１０蟹

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 少なくとも１つのノズル・オリフイスと、該ノズル
   ・オリフイスから流体フイラメントを射出させるよう該
   ノズル・オリフイスに加圧流体を供給するための流体供
   給手段と、該流体フイラメントを一連の小滴に分裂させ
   るために該加圧流体を所定の小滴発生率で周期的に撹乱
   するための撹乱手段と、印刷信号の応答して選択的に該
   小滴を一定の電荷量に帯電させるための帯電電極と、該
   帯電電極により帯電されなかつた小滴を記録媒体に衝突
   させて印刷スポツトを形成させるために、帯電された小
   滴が該記録媒体に衝突しないようにするための遮断手段
   とより成るインク・ジエツト印刷装置において、 上記
   小滴発生率よりも低いデータ率で上記印刷信号を選択的
   に発生するための印刷信号発生手段と、 上記印刷信号
   を上記帯電電極へゲートするためのゲート手段と、 上
   記記録媒体の種類及び環境を表わす入力信号を個々に発
   生するための入力手段と、 上記入力信号に従つて上記
   ゲート手段のゲート動作の終了を制御するための可変遅
   延手段と、 より成るインク・ジエツト印刷装置。