JPS6039553B2 - インク噴射式記録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 嵩張らなくて高速の改良されたプリンタに対する必要性
が最近非常に増加している。

そのようなプリンタの応用例の１つは、人間の読取可能
な記録を生じる為に使用される実際の印刷装置がコンピ
ューター・システム全体に於る大きな聡路になっており
、その印刷装置が必要な出力を生じる事が出来るように
なる前にそのシステムによって発生されるデータがいま
いま何時間もの間磁気テープ、ディスク・ドラム等のよ
うな一時的な記憶装置に保持されていなければならない
、というようなコンピューター出力分野に於る応用例で
ある。今日この一般領域に於て現在利用できるプリンタ
の多くは目に見える文字若しくは記号を生じる為、記録
媒体に対して実際に印刷素子が力ずくで移動されなけれ
ばならないところの打撃型のものである。近年適当なノ
ズルに圧力下でインクが与えられるインク噴射式印刷装
置が開発されてきた。ィンクは個々の小滴に分離させら
れらる。満の形成はノズルの物理的振動、インク供給装
置の中に生じノズル等へ伝えられる圧力変動を含めこの
分野で利用可能な多数の異なる方法によって制御される
。インク噴射装置へそのような外部の動揺を与えるとノ
ズルから発射される噴流は所定の周波数で且つノズルの
先端から幾分変動幅をもった距離の点で均一な満に分離
する。しかしこの小摘の形成とインク小滴流へのビデオ
・チャージ信号の付号とが同期される必要がある。その
ようなシステムに於て滴が形成される割合は（ノズルを
振動させるような）物理的動揺手段に与えられる信号に
よって決定される。ノズルによって形成される各滴に静
電チャージを与える手段がそのようなシステムの中の、
インク流が滴となり始める位置の付近に設けられる。普
通、この手段は噴流を取囲み且つ適当なチャージ源に結
合された中空管、チャネル、板等である。ビデオ信号は
ノズルとチャージ用電極との間に与えられ、噴流から満
に分離する時にそのチャージ用電極にあるビデオ信号の
振幅によって滴の帯びるチャージの大きさが決まる。そ
の後滴は一定の軍場を通り、そこを通る時にその滴が帯
びているチャージの振幅によってその偏向量が決定され
る。

適当な記録表面が偏向手段の下流に位置付けられると小
滴はそのような記録表面を打ち小さな点を形成する。書
込表面上の滴の位置は滴が受ける偏向量則ち小滴上のチ
ャージの大きさによって決まる。このように、チヤ−ジ
量を適当に変える事によって小滴が記録用表面を打つ位
置は制御される事ができ、その結果そのようなシステム
に適当なビデオ信号を与える事により人間の目‘こ見え
る謙取可能な印刷記録がその記録用表面の上に形成され
る事ができる。米国特許第３５９６２７５号、リチャー
ド・ジー・スイートの「流体小滴記録装道（Ｆｌｕｉｄ
ＤｒｏｐｌｅｔＲｅｃｏｒｄｅｒ）」は上記のような
記録印刷システについて開示している。そのようなシス
テムの場合小摘が帯びるチャージが普通静電誘導によっ
て引起されるのでノズルから発射される流体の流れから
滴が分離する時刻は非常に重要である。

ビデオ信号によって確立される電界は滴が分離する間維
持される。滴ぁ、ビデオ信号によって決まり且つその信
号の大きさに比例するチャージを帯びる。しかし満が分
離する時刻にそのビデオ信号が上昇中若しくは下降中で
あったり又は全く存在していなかったりする場合滴上の
正確なチャ−ジは最大ビデオ信号に或る所定の且つ一定
の関係で比例するのではなく、最大ビデオ信号の時間の
関数となる。一連のビデオ信号に従って正確な所定のチ
ャージを個々の小滴上に置く為にはビデオ信号のタイミ
ングに対し小滴が分離する時刻を正確に知る必要がある
。言い換えれば、小滴分離時刻とビデオ信号付与時刻と
は正確に同期していなければならない。滴と形成とビデ
オ信号との正確な同期が得られなかった場合、印刷のプ
ロセスを制御するのが非常に不正確になるとともにそれ
に伴って最終的な印刷結果の一様性、明瞭性、及び一般
的な質を大きく低下させる。そのようなインク噴射印刷
装置に於る小瓶形成のタイミングを検出する為の多数の
装置が過去に於ても使用されている。

その２つの例は米国特許第３４６５３５０号及び同第３
４６５３５１号のクーア（Ｋｅｍ）外による「インク滴
書込装置（ＩｎｋＤｒｏｐ Ｗｒｉｔｉｎｇ Ａｐｐａ
ｒａｔ雌）」に開示されている。しかしこれらのシステ
ムでは、何れもインク溝等のようなある種の受取部材の
上にインクの小滴が実際に衝突する事が必要とされる。
４・滴形成が迅速に行なわれるすべてのインク噴射式プ
リント動作においては、そのシステムの同期を非常に正
確に制御することが必須である。

上記クーア外による２つの特許に開示されるような検出
素子はそのシステムの感度を減少させる受取素子上への
インクの付着による問題を生じる。それに伴い、これは
非常に高速な応用例に於るそのようなシステムの同期を
正確に制御する事を困難にしている。このようにインク
が付着する場合、インクが一定期間毎に除去されるよう
にする保守の問題をも生じる。４・滴が形成される正確
な時刻を検出するのに、インクの噴流の近くにそれに当
らないような位置に棒状の導電素子から成る誘導性のチ
ャージ感知素子を設け、インクの小滴が最初にチャージ
されたのと同じ様な誘導性静電効果によって前記棒状素
子にチャージさせる様にして、インク噴射式印刷装置に
於る改良された感知を可能ならしめる事が分った。

従って、本発明の目的は、小滴のチャージを静電誘導に
よって感知する際、感知素子がインク４・滴によって汚
されないようにすることにある。

本発明の他の目的は、その様な素子と関連する信号対雑
音比の優れた感知回路を提供する事にある。本発明の目
的は個々のインクの小滴が静電気的にチャージされ、そ
して静電気的に偏向される様なインク噴射式印刷装置に
使用される感知素子によって普通達成される。

その素子はチャージ・ステーションの下流の、小滴流に
当らないが近いという様な位置に位置付けられた導電性
部村から成る。一対の遮蔽板が前記感知素子の両側に前
記インク流に対して略直角に位置付けられる。各板には
小さな孔が開いてインク小滴流がその中を通過できる様
になっている。感知素子によって検出された誘導チャー
ジに従うパルス出力を表わす適当な電流増幅器に該素子
は接続される。

本発明の好適な実施例によれば、特別のテスト用チャー
ジがインクの小滴に与えられるようなテストサイクルが
用いられ、また連続する複数個の小滴が該感知素子の中
のチャージを累積的に足し合せる様に用いられ、それに
よって信号対雑音比と素子の正確さとを大きく改良する
。第ＩＡ図には、インク小滴の静電偏向を利用した普通
のインク噴射式記録装置のチャージ・ステーションと偏
向ステーションとの間に本発明の誘導性感知素子が設け
られたものが示されている。

その装置の機械的部分は加圧インクが貯蔵されるインク
溜め１０とノズル１４へインクを供給する導管１２とか
ら成る。圧力をうけたインクの噴流１６がノズル１４か
ら噴出し、小滴１８を形成する。流れから小摘が形成さ
れる事に関する詳細は第９図にもっとはっきりと示され
ているが、小摘の形成される位置がノズルの下流の、チ
ャージ・ステーション２０の内部である事に留意された
い。この事が必要なのは滴の上にチャ−ジが誘導的に置
かれるようにする為、チャージ用電界の影響の下で小滴
１８が形成される直前にインクの内部に露路が存在して
いる事が必要だからである。この特徴は第９図にはっき
りと示されている。チャージ・ステーションを離れた後
、小満は遮蔽板２４の中の適当な孔を通過し、ここで開
示される実施例では長く延びた金属棒として示される滴
チャージ感知器２２の付近を通過する。この樺の位置の
詳細については図面と下記の説明にもっとはっきりと示
されている。次に小滴は偏向板２６に到達し、ここで偏
向板の上のチャージの大きさと各小滴上のチャージの大
きさとの結果から個々の小滴の偏向が生じる。米国特許
第３５９６２７５号に示されるような割合広く使用され
ている装魔では、偏向電界が一定に維持され、個々の小
滴の上のチャージが変化される。しかし、本発明の感知
装置はチャージが一定で且つ板に可変電界が生じるもの
でも同様にして良く動作する事を理解されたい。インク
の４・滴は偏向電界を通過した後記銭用表面２８の上に
突き当るが、その位置はチャージ素子２０に与えられた
ビデオ信号によって決定される。滴形成変換器３０がノ
ズル１４に取付けられている。

前記の例おような普通の装置ではこの変換器は圧電結晶
であってノズルを機械的に振動させ一連の小滴１８を形
成する為のものである。結晶の振動周波数は小滴が形成
される割合を決める。結晶の振動の位相が、特にビデオ
信号源に対し、小滴が形成される正確な時刻を決定する
事は云う迄もない。前にも述べたように、４・滴の形成
される時刻がビデオ信号源３２から与えられた信号と正
確に同期していなければ、その小滴は全くチャージされ
ないか又は不正確なチャージをその上に帯びる事になり
その結果、印刷の質が非常に低下する。ここの開示され
る装置では同期信号源３４が変換器３０を駆動するのと
ビデオ信号源３２の為の基本調時（タイミング）源３２
として動作するのとの両方の轍らきを兼ねている。この
信号源は普通は満を形成する為の所望の周波数を発生す
る普通の高安定発振器である。ビデオ信号源３２に進む
同期信号は位相変化網３６を通る。ここに於る位相変化
は検出素子２２に接続された増幅器３８から受け取られ
る信号に従って導入される事も出釆る。このように、も
しもチャージ信号が与えられる時点に対して小滴の分離
するのが早過ぎたり又は遅過ぎたりする場合には、下記
で説明されるようにしてこの状態を修正する為変化網３
６の中に位相変化が導入される事が出来る。第ＩＢ図は
、滴がインク流から分離する時チャージ信号に位相が合
っている場合と完全に位相が外れている場合とを示す図
である。

この図に於て、線Ａは摘発生変換器３０１こ与えられる
信号を表わす。この曲線上の２つの矢印はその流れから
滴が分離する正確な時刻を表わす。線Ｂはビデオ信号源
３２によってチャージ素子２０上に位置付けられるチャ
ージ信号が滴が分離するのと位相がほぼ合っている状態
を示す。また線Ｃは滴が完全に分離した後でチャージ信
号が与えられている状態を示す。級Ｃの状態の場合、小
摘の上にはチャージが置かれないので装置に誤動作を生
じる事になる。インク噴射式記録装置に於てその装置の
最適動作を確保する為には、正確で信頼性のある同期手
段が設けられる必要がある。

前にも述べたように、従来の装置ではそのようなタイミ
ング良Ｐち同期の測定をするのにインクの小瓶を直藤遮
ぎる必要があった。これらの素子の上にインクが溜まる
と様々な問題が起る事となった。その１つの問題は素子
上にインクが付着し、そこで乾いてしまうと感度が鈍る
事である。隣り合う装置を邪魔する事にもなる。そのよ
うな付着を避ける為若しくはその悪影響を最小にする為
装置を定期的に閉止し該素子を清掃する必要がある事が
分った。本発明によれば誘導性のチャージ感知器が個々
のインク小滴を遮ぎる事はなく単に誘導的に信号を拾い
上げ適当な増幅器によってそれが増幅されるだけである
。・好適な実施例に於て、４・滴の形成とチャージとの
その時の同期をテストするよう特別なテストサイクルが
その装置とともに周期的に用いられる場合にもっとも良
い結果が得られる事が分った。

第２図及び第３図は小滴にテスト信号を与える為の２通
りの方法を表わす。両図に於て、糠Ａは変換信号を表わ
し、線Ｂはチャージ板に与えられる信号を表わす。また
矢印は滴が分離する瞬間を表わす。第２図のテスト信号
は変換信号期間に沿って連続的に位置付けられた一連の
短期間のパルスから成る。このように第２図のサイクル
は所定の数のインク小滴群に一連のテスト・パルスが与
えられ、その一連のパルスが少しずつずれて与えられる
必要がある。予め決められた大きさの信号が感知器と増
幅器とによって検出される場合、変換信号の位相に対し
てその小滴がある特定の時刻に分離されている事が明ら
かとなる。位相変化網３６は検出された分離点の辺りに
チャージ用ビデオ信号を適宜中心付けるよう制御される
事が出来る。チャージされた若し〈は部分的にチャージ
されたテスト用滴が記録動作に悪影響を与えないように
する為それらの滴を遮ぎる、例えば溝２７のような周知
の手段が設けられる。

もし必要であればテスト用瀬は普通の記録に使用される
ものとは反対にチャージされても良い。第３図にはテス
ト位相中連続する一連の小滴に煩斜信号が与えられ、検
出されたチャージの大きさに従って、インク小滴が分離
するタイミングが変換信号の位相に対して容易に解かれ
得るようなアナログ装置が開示される。

このようにして、例えば実施例のように鏡斜信号のかな
り低いところで滴の分離が生じるような場合には、位相
の後の方で満が分離されるとすればもっと大きな煩斜信
号則ちチャージ信号がその小滴の上に位置付けられ、そ
れに付随してもって大きなチャージが感知器によって検
出される。そして第２図の実施例に関連して説明された
ように修正信号が位相チャージ網の中に送られる。ビデ
オ信号をチャージ用電極に与える時刻を制御するのに必
要な位相変化網を構成するための電子回路は当業者にと
っては自明のものである。

第４図乃至第７図には実際の動作若しくはチャージ効果
が開示される。第４Ａ図及び第４Ｂ図は時亥』ｔ，及び
ｔ２に於る個々のインク小滴の位置を示すだけである。
第４Ａ図及び第４８図とともに第５図を参照すると、イ
ンク小滴が感知器の先端に到達する時に時刻ｔ，に於て
最大の誘導チャージが現われ、そこでその最大のチャー
ジ効果が感知される。第６図には時亥Ｕｔ，がプラト−
領域の開始点として示されている。この最大のチャージ
効果は時刻らまで感知され、それら雌縦ま滴が感知器の
領域を離れるにつれて下がり始める。先端についても同
様にして、小滴が感知素子の先端に近づくにつれてチャ
ージがゆっくりと上がり始める。第６Ａ図乃至第６Ｄ図
には、テスト位相中使用される一連の小滴が第６０図に
示される誘導チャージの合言ＫＩを最大にするよう用い
られそれによって装置の感度若しくは信号対残音比を増
加させる態様が示されている。一連の線６Ａ，６Ｂ及び
６Ｃは単に曲線５を複写したものであるが、感知素子を
通過する一連の連続する滴のチャージ効果を示している
。第６８図はチャージされた小滴を連続的に検出する間
、感知素子に発生されたチャージの総量を示す。

感知素子に生じた、従って非常に高い入力インピーダン
スを有する増幅器を含む事が望ましい感知素子検出回路
に生じた信号若しくはチャ−ジは基本的には第６Ｄ図に
示される波形である。増幅器に与えられると、このチャ
ージ信号波形はその増幅器の入力回路の中に第７図の曲
線によって例示されるような信号電流を生じる。このよ
うに実際に使用される回路によっては時刻ｔ，若しくは
ｔ２の時に現われる信号は位相変化網を制御する為にも
使用される事が出来る。

第４Ａ図及び第４Ｂ図の中に断面が示された本発明の好
適な実施例は銅若しくはアルミニウムのような非常に導
電性の高い材料で構成された１本の細長い棒状部材であ
る。

譲導性チャージ感知器はインクの噴流の通路を取巻き検
出回路に適宜接続された板、リング状部材、若しくはＵ
字溝のように別の形状を有していても良い。遮蔽板はア
ルミニウム、真銭、銅等のような任意の薄い材料であっ
て良い。

その開口部はそこをインク小滴が通るのを邪魔する可能
性がない様十分大きくしてある。板の厚さと間隔とはあ
まり重要ではないが、板相互の間隔の一例を挙げると該
感知素子の両側で約１．６肌である。尚、図面には示し
ていないが、遮蔽板はチャージ感知器を漂遊電界から保
護する為周知の様式で接地される。第８図及び第９図に
は周知のマトリックス型印刷動作で使用される様なアレ
イ状の個々のインク噴流印刷ノズルとともに使用される
様特に適用された本発明の好適な実施例が示されている
。実際、この実施例では各インク噴流毎に別々の感知素
子が設けられてマトリックスを構成している。第８図に
は第ＩＡ図の感知素子に似た様なものが只一つだけその
全体的構成として示されているが、／ズル、電子回路等
が複数個ある事を理解されたい。第８図を参照すると、
複数個の個々の棒状素子２２が非導電性プラスチック・
ブロック４０の中に装着されたものが示されている。

ブロック４０の両側には遮蔽板４２が接合されるか又は
別の方法で固着され、その板の内部には該感知構成を通
つてインクの小滴流が流れる様通路の役目をする関孔４
４が設けられる。複数本の個々のインク小滴流が図面に
はっきりと示され、参照数字４６によって表わされる。
各インク流はその後夫々の偏向坂を通り、多くのマトリ
ックス型印刷装置の場合にはその偏向板が夫々のインク
小滴を溝もしくは何か別の遮蔽物に打ちつける又はそれ
らを通過させ記録表面上の所定の位置に点を形成せしめ
る。同様にして図にも示されるように増幅器４８が各感
知素子２２に抵抗５０のような適当なインピーダンス素
子を介して接続される。

別の方法として、１９７１年ニューヨーク、マグロウヒ
ル社発行トピー、グレーンプ（Ｇｒａｅｍｐ）、ヒユー
ルズマン著「デザイン・アンド・アプリケーション」の
「オベレーショナル増幅器（ＯｐｅｒａｔｉｏｎａＩＡ
ｍｐｌｉｆｉｅ笹）」に記されたような電圧増幅器への
電流の入力に感知素子が接続されても良い。各増幅器の
出力は、前にも述べたように、関連ノズル及びチャージ
用電極の為のチャージ信号の位相を制御するよう関連位
相シフト制御網に与えられる。装置全体の相対的構成は
第９図にもって分り易く示されている。

この図にはノズル、小滴に分離するインク流、チャージ
板、感知素子を含む感知ステーション及び偏向板が示さ
れている。この図は小滴がチャージ用電極２０の領域内
で形成される様子を良く示している。前にも述べたよう
にこの事が要求されるのは、チャージ用電圧が小摘上に
所望の効果を与えるようにする為、滴に分離する直前に
、チャージ用電界の完全な影響の下にその影響を受ける
ところの小瓶からインク流を介してアースに電子が流れ
出せるようにしなければならないからである。チャージ
用電極の位置決めはほぼ普通のとおりで、小滴の形成さ
れる点も比較的一定である。というのも初期の装置の物
理的変数が粘度、温度等の中にあるからである。本発明
により解決される特定の問題はチャージ用電極にチャー
ジ信号を与える際に滴分離時刻を正確に同期する事であ
る。この図と第ＩＢ図の線Ｃとから理解されるように、
滴分離時刻に電極上にチャージ信号がない場合、その小
滴は全々チャージを受取らないか又は前のチャージ信号
の影響によってほんの僅かのチャージを受取るかのどち
らかである。感知素子２２の形と位置とは内部に開孔４
４を有する遮蔽板４２とともに第９図に示される。前に
も述べたように、その素子はインク小滴上のチャージを
敏感に検出出来るよう該インク小滴の流れの近くに、且
つインク小滴が感知素子に理由もなく衝突する事がない
程度に遠くに配置される必要がある。近付いて釆て且つ
遠ざかって行くチャージされた滴だけが感知器出力に影
響を与えるので、その信号の大きさは感知器の中によっ
ては実質的に悪影響を受けない。実際、インク滴直径５
乃至２針音の感知器が整合を容易にする為用いられる。
その流れからの間隔の１つは小摘の直径の約５乃至１の
音である。１仇ｈＱの抵抗５０に印加されて現われる普
通の電圧値は上記のような寸法の場合、１００ＫＨＺで
断固の滴に対して５０乃至１５肌Ｖである。

本発明の好適な態様を説明する為、テスト期間中に複数
個の滴が開示されているが、この事は絶対に必要という
訳ではない。

例えば１つの小滴が用いられる事も出来る。しかしこの
場合感知増幅器の信号対雑音比がもっと重要になってく
る。印刷信号に対してもっと大きいテスト信号が１つ若
しくは複数個のテスト滴シーケンスとともに用いられ、
層状に検出される信号を提供しても良い。本発明の感知
素子の動作についてはこれまで述べてきたが、その基本
的な素子は導電性のチャージ感知部材と一組の遮蔽板と
である。この導電性素子はインク流に対して誘導的にチ
ャージするような関係で、且つインク流が前記素子に突
き当らない事を保証するようにある程度離れて位置づけ
られる。このようにして、動作時には、その素子は小瓶
上にチャージが生じている事を譲導的に感知し、更に該
小滴上のチャージの量を感知してチャ−ジ信号の影響に
ついての確かな表示を与える。後者の場合その流れから
インク小滴を正確に分離する時刻にチャージ信号を時間
的に同期させるのに振幅が用いられても良い。連続的に
チャージされた小滴からのエネルギーを集めてもっとも
大きな出力信号とより良い信号対雑音比を鍵供する事に
よってその装贋の全体的な精度を簡単に増進する事が出
釆る。感知回路に高インピーダンスを用いる事も可能で
あり、これも信号対雑音比を改良する。最後に、この素
子は特定のチャージ同期だけでなく他のパラメータをモ
ニターするのにも実際には使用される事が出釆る。例え
ばインク流に沿って周知の正確な距離だけ隔てられた点
にそのような素子を複数個配置する事によって速度の測
定にも使用出来る。

【図面の簡単な説明】

第ＩＡ図は本発明の滴の議導性チャージ感知素子を用い
たインク噴射式記録装置の主要な機械的素子及び電気的
素子を示す。 簡単な機構の斜視図と機能のブロック図とを組合わせた
もの、第ＩＢ図は第ＩＡ図の装置の主な時間関係を示す
一連の線図、第２図は装置の１つの動作サイクルのうち
のテスト位相部分の間インク満をチャージする好適な方
法を示す一組の線図、第３図は１つの動作サイクルのテ
スト位相部分の間種々のインク小滴にテスト信号を与え
る別の実施例を示す一組の線図、第４Ａ図及び第４Ｂ図
は時亥比，及びｔ２の時に感知素子の先端に対するイン
ク小滴の位置を示す図、第６図はチャージされた滴が前
記素子を通過する時に該感知素子に発生されるチャージ
の変化状態を示す図、第６Ａ図乃至第６０図は感知素子
の中に個別に誘起された一連のチャージと該素子の中に
導入されたチャージの累積量とを示す線図、第７図は第
６Ｄ図の線図に示された結果、該感知回路の中に導入さ
れた電流を示すグラフ、第８図は複数個のインク噴流の
同期をモニターする為本発明の応用例の１つとしてマト
リックス状の感知素子より成る好適な実施例を示す斜視
図、そして第９図は第８図に示された検出素子のうちの
１つをノズル、チャージ機構及び偏向手段とともに示す
部分断面図である。１０……インク溜め、１４……ノズ
ル、１６……インク流、１８……インク滴、２０……チ
ャージ・ステーション、２２・・…・チャージ感知器、
２６……偏向ステーション。 第ＩＡ図 第１８図 第２図 第３図 第４Ａ図 第４８図 第５図 第６Ａ図 第６８図 第６Ｃ図 第６０図 第７図 第８図 第９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ インク供給手段と、ノズルと、前記ノズルから高圧
   のインク流を噴出させてその下流でインクの小滴を形成
   させる手段と、前記インク小滴を荷電する手段と、荷電
   された前記インク小滴を偏向させる手段とを備え、偏向
   された前記インク小滴を記録媒体に衝突させて可視的記
   録を形成するようにしたインク噴射式記録装置において
   、前記インク小滴上の電荷の量を静電誘導によつて感知
   するため電荷検出電極を前記インク小滴に直接接触せず
   且つこれに近接した関係で前記荷電手段の下流側に設け
   、前記インク小滴を通過させるための開口部をそれぞれ
   有する一対の遮蔽板を前記インク小滴の流れに対し略直
   角となるように前記電荷検出電極の両側に設けるととも
   に、信号利用手段へ接続される前記電荷検出電極を漂遊
   電界から保護するため前記一対の遮蔽板を接地させるよ
   うにしたことを特徴とする、インク噴射式記録装置。