JPH0247353B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はマトリツクス印刷機における電極の消
耗量を減少する方法に関し、さらに具体的には印
刷が行なわれる反応領域のPHを制御する事によつ
て電解質印刷機中の電極の消耗を減少する方法に
関する。

〔従来の技法の説明〕

移動する記録媒体上に印刷を行なう場合には、
印刷電極に何等かの消耗を生ずる。機械的に導入
される印刷電極の劣化は一般にこの様な状況にお
いて避けがたいもの、つまりスループツトの増大
のための妥協として受容されている。消耗された
電極をしばしば取換える必要性を最小化する従来
技法の試みは電極の被覆材料のめつきの厚さを増
大する事もしくは印刷機を記録媒体が移動させる
時、電極及び記録媒体を分離させる配列体に関心
が向けられた。

しかしながら、電解質印刷の場合には、印刷電
極の劣化の問題は電解質並びに印刷機の陽極及び
陰極の両方において生ずる化学反応の効果によつ
て複雑になる。さらに具体的には或る型の電解質
印刷では、陽極は過剰な酸にさらされ、これによ
つて生ずる化学的消耗を受けるかもしくは陰極が
過剰な塩基から生ずる劣化にさらされる。従来の
技法の試みはこの電極の消耗の問題の面を軽減し
得るが、電極の消耗を阻止する事は出来ない。例
えば印刷電極は不活性の丈夫な消耗防止層が何等
かの方法でめつきされ、被覆され得る。しかしな
がら、この動作環境における印刷電極を被覆する
ためのすべての要件を満足する保護材料は数が少
なく、通常の方法を使用しては被覆する事が困難
である。さらに、この様な方法は高価につき、及
び／もしくは電解質印刷機のスループツト率及び
印刷品質を劣化する。使用されるインクを中性化
する事によつてインク・ジエツト印刷機における
食刻もしくは腐食効果を避ける若干の試みが存在
したが、この様な緩衝剤の使用は電解質印刷機に
おいては有効ではない。なんとなれば１つの反応
成分の単なる中性化では電気化学的に誘導される
印刷電極の劣化の問題を解決する事が出来ないか
らである。

従つて、本発明の目的はマトリツクス電解質印
刷機において電気化学的に導入される印刷電極の
消耗を減少もしくは除去する方法を与える事にあ
る。

本発明に従えば、記録媒体の表面の注意深いPH
緩衝作用が印刷電極上の電解質反応の効果を制限
する様に使用される方法が与えられる。

本発明に従えば、印刷過程もしくは印刷機のス
ループツト率を修正する必要なく動的に調節され
得る電極消耗制限方法が与えられる。

本発明に従えば、動的に調節され得、印刷品質
もしくは安定度に影響を与えない電極の消耗を制
限する方法が与えられる。

本発明の上述及び他の目的は、使用されるべき
記録媒体の表面が通常に発生する余分の酸性もし
くは塩基性電極反応間に平衝を与えるようなPHに
緩衝された電解質印刷方法によつて達成される。
一般に、この方法は5.5乃至7.0の範囲に記録媒体
の表面のPHを保持する事を考慮している。さらに
具体的には、PHの範囲は6.0及び6.5間に保持さ
れ、電極の劣化が避けられる。

正しいPHの範囲は記録媒体の印刷表面にこのPH
範囲を確立する事によつて達成される。これに代
つて、もしくはこれの追加として、電解質印刷過
程を促進するのに使用される湿潤剤が記録媒体の
表面に適切なPH値を与える様にPHを調節される。
この値は予定のPHを有する湿潤剤を単に使用する
か、もしくは記録媒体の表面のPHをモニタし、必
要に応じて、補償する様に湿潤剤のPHを調節する
事によつて行なわれる。この様な緩衝作用の全体
的な効果は電極で生ずる任意の余分の酸もしくは
塩基性材料を平衝させ、これによつてその効果を
最小化し、もしくは完全に打消す事である。

〔好ましい実施例の説明〕

従来の技法において示された如く、電解質印刷
は印刷電極によつて適切な記録媒体１０に印加さ
れる信号の電圧もしくはパルス幅を制御する事に
よつて達成され得る。米国特許出願第237560号に
さらに完全に説明されている如く、記録媒体１０
は第１図に示された如く表面層１２、導電層１４
及び支持層１６より成る。表面層１２は代表的に
は約５乃至50ミクロンの厚さを有する。この層は
５つの主なる成分を含む。その１つは適切な色の
顔料、一般には白土である。この白土成分は最終
用途に従つて表面層１２の輝度、白さ及び／もし
くは吸収度を増大もしくは減少する様に選択され
る。表面層１２はその成分として、ロイコ染料、
染料安定剤、結合剤及び電解質を含む。これ等は
その成分の予定の量で導電性層１４の表面を被覆
する様に適用される。ロイコ染料は通常の室温条
件の下にその発色団が可視的でないものである。
しかしながら、これな適切な時間間隔十分なエネ
ルギのパルスがこれに印加される時は可視的なス
ペクトルとなり、永久に可視的スペクトルにシフ
トされる。

導電層１４は一般に約1000オングストロームの
厚さのアルミニウムの如き薄い金属箔或は塩化ナ
トリウム（NaCl）もしくは他の適切な塩の被膜
から形成される。支持層１６はその名前が示す如
く、表面及び導電層１２及び１４を支持するのに
使用される。これは代表的には15乃至50ミクロン
の厚さ及び通常利用可能な紙から製造される。

上述の説明に従つて作成された記録媒体を使用
する１つの可能な電解質印刷配列体は第２図に概
略的に示されている。図示された如く、記録媒体
１０は任意の適切な輸送機構によつて、印刷スタ
イラス、即ち陽極である電極１８の下にもたらさ
れる。印刷スタイラスはタングステン合金もしく
は酸化ルテニウムで被覆された部材から形成され
る。この様な化合物は極めて安定で、印刷過程に
化学的に介入する傾向をほとんどもしくは全く示
さない。接地電極２０、即ち陰極は同一ではなく
ても、類似の材料で製造され得る。説明を簡単に
するために、第２図には唯１個の陽極及び陰極が
示されているが、代表的印刷ヘツドは第３図に示
された如く最小250個の印刷電極を有する。

制御回路２２は電源Ｖ＋及び書込み電極１８間
に結合されている。制御回路２２は通常の設計の
ものであり得る。特に電解質色マトリツクス印刷
機において使用されるに適している１つの制御回
路の設計は米国特許出願第391777号に説明されて
いる。他の適切な制御回路の設計は米国特許出願
第323843号に説明されている。制御回路２２は適
切な振幅及び／もしくはパルス幅の電圧パルスを
形成し、選択的に印刷電極１８に送る様な働きを
有する。パルスは入力バス２４によつて結合され
たテキストもしくはグラフ源から受取られる指示
に従つて制御回路２２によつて形成され適切な印
刷電極に送られる。

印刷を容易に行なうために、液体供給兼アプリ
ケータ２６が与えられている。液体供給兼アプリ
ケータ２６が使用される代表的液体計量供給装置
の詳細は米国特許出願第240332号に見出される。
液体供給兼アプリケータ２６は印刷電極１８の下
を通過する前に記録媒体１０の表面層１２上に極
めて少量の液体を均一に計量して与える様に適合
されている。表面層１２上に液体を適用する事は
２重の目的を有する。印刷電極１８は表面層１２
とゆるく接触する様に位置付けられているので、
表面層上の液体の存在は摩擦力を減少させ、これ
によつて印刷速度を増大させる。さらに液体の存
在は記録媒体１０特にその表面層１２の導電率を
増大させる事によつて電解質印刷反応を促進する
一助となる。経済性と安全性の見地から、水が使
用されるに好ましい液体であるが、表面層成分と
両立可能である他の液体が成功裡に使用され得
る。

本明細書で使用される用語「印刷反応領域」は
印刷が生ずる一般領域、即ち記録媒体１０の表面
層１２と印刷電極１８及び２０の近接領域を意味
する。印刷は受取られたパルスを記録媒体１０の
湿つた上部表面に印加する事によつて達成され
る。これ等のパルスの結果として、電解質成分の
１部として表面層１２に被覆された遊離臭素イオ
ンは印刷電極１８の個所で臭素を形成する様に変
換される。この反応は次の如く進行する。

2Br^-⇔Br₂＋2e^- (1) 2H₂O⇔O₂＋4H⁺＋4e^- (2) 反応式(1)によつて利用可能になつた臭素はロイ
コ染料を変換させる。即ち、ロイコ染料は可視ス
ペクトルに永久的にシフトされ、印刷電極１８の
下に印刷されたピクセルが形成される。しかしな
がら、反応(2)は余分の水素の陽イオンの存在によ
つて陽極に余分の酸を形成する。この直接的結果
として、非緩衝表面層１２が使用されるか、反応
領域中の表面PHは５もしくはそれ以下である時に
は印刷電極１８は食刻もしくは電気化学的に浸食
される。第３図に示されたのと類似の実際の印刷
ヘツドＨにおいて、その電気化学的に誘導される
消耗は同様に陽極を取巻く絶縁材料に影響を与
え、印刷ヘツドの表面に点刻及び溝を生ずる。過
酷な場合、印刷電極材料の或るものは接地電極２
０上にめつきされる。この動作は印刷の品質及び
臭素の発生の効率を劣化するが上述の極端な場合
を除き、陰極ではほとんど消耗は生じない。

陰極即ち接地電極２０において誘導される電気
化学反応は次の式に従つて進行する。

4e^-＋2H₂O⇔2OH^-＋H₂ (3) 利用可能な酸素と再結合しない水酸陰イオン
OH^-は陰極のまわりに潜在的な余分のアルカリ
性環境を生ずる。表面層１２上の反応領域がPH７
以上にシフトされると、これ等の余分のアルカリ
性イオンは隣接する材料を浸漬して、陰極に電気
化学的に誘導される食刻を与える。塩基性イオン
によつて陽極に誘導される消耗はほとんどもしく
は全く存在しない。

電極の劣化により電極はしばしば取換えねばな
らず、印刷品質及び印刷機のスループツト率に対
して負の効果を与える。低いPHは陽極の劣化に好
都合であり、高いPHは陰極の食刻に好都合であ
る。中性のPHの表面層１２の使用は電極食刻の問
題を避ける一助となるが完全に避ける事は出来な
い。なんとなれば発生される過剰な塩及び塩基が
平衝をずらす事が発見されているからである。こ
の消耗の問題はしかしながら表面層１２のPHを
5.0乃至7.0の範囲に、最も好ましくは6.0乃至6.5
の範囲に設定する事によつて解消される。臭素は
印刷ヘツド及び電極材料に緩慢に作用するので、
表面層１２の上部における反応領域のPHを好まし
い範囲に保持する様に注意深く制御する事によつ
て陽極及びこれを取巻く材料の酸性食刻が制限さ
れる。この様なPH緩衝作用の結果として陰極にも
類似のもしくはより好ましい利点が得られる。

反応領域のPHを制御する１つの方法は表面層１
２に適切な材料を含ませる事によつて表面層１２
の緩衝作用を制御させる事にある。炭酸カルシウ
ムもしくはリン酸カリウムがこの作用に適してい
る事が発見されている。炭酸カルシウムは次の反
応に従つて緩衝作用を与える。

H⁺＋CaCO₃⇔HCO₃ ^-＋CA²⁺ (4)陽極で OH^-＋HCO₃ ^-⇔H₂O＋CO₃ ^2- (5)陰極で リン酸カルシウムが緩衝作用を与える反応は次
の通りである。ここでカリウムは反応中には導入
されない事に注意されたい。

H⁺＋HPO₄ ^2-⇔H₂PO₄ ^- (6)陽極で OH^-＋H₂PO₄ ^-⇔HPO₄ ^2- (7)陰極で 同様に表面層１２を湿らせるのに使用される液
体中の正しい量の緩衝剤を含ませる事によつて反
応領域を緩衝させる事が可能である。従つて、必
要に応じて適切な量の緩衝剤が液体供給量２６に
加えられる。この様な方法は記録媒体の表面層１
２を製造の目的の為に一定のPHにセツトし、しか
もPHの変動を補償するために反応領域の調節され
た緩衝作用を可能にする。この様な変動は記録媒
体の経年変化は、その貯蔵時もしくは使用時の環
境、印刷ヘツド材料の性質もしくは任意の他の因
子によつて生じ得る。

緩衝の目的のために印刷ヘツドに置かれたセン
サによつて測定された後、実際の必要に従つて緩
衝剤を加える事によつて動的に緩衝作用を与える
事が可能である。従つて、第４図に示された如
く、PH感知装置３０が印刷電極１８の直接近傍に
位置付けられる。これは表面層１２の上部にある
反応領域のPHを測定し、測定されたPHに比例した
信号を目標のPHと比較する比較回路３２に与え
る。比較回路３２は従つて実際のPHと目標のPH間
の差の程度に比例した誤り信号を発生する。この
信号は緩衝剤の供給源３４に送られる。次に通常
の設計の排出弁（図示されず）が誤り信号によつ
て導管を介して液体供給装置２６に正しい量の緩
衝剤を流入せしめ、そして誤り信号を０に駆動す
る様にする量だけ開かれる。この様な配列体は動
作が緩慢であるが、新しい湿潤流体のバツチが混
合されるか、もしくは他の記録媒体が印刷機に挿
入されるのを待つ必要がなく動的にPHを調節する
装置を与える。この結果、本発明は適切に使用さ
れる緩衝作用によつて過剰な酸もしくは塩基材料
を継続可能な平衝状態にもたらす事によつて過剰
な酸もしくは塩基材料の悪影響を最小化し、完全
に避ける事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は電解質印刷に使用される記録媒体の概
略図である。第２図は第１図に示された記録媒体
を使用する電解質印刷配列体の概略図である。第
３図は電解質印刷機に使用される印刷ヘツドの概
略図である。第４図は本発明に従う自動化緩衝装
置を組込んだ第１図に示された記録媒体を利用し
た電解質印刷機の概略図である。 １０……記録媒体、１２……表面層、１６……
支持層、１８，２０……印刷電極、２２……制御
回路、２６……液体供給兼アプリケータ、３２…
…比較回路、３４……緩衝剤の供給源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なく共１個の陽極及び１個の陰極、印刷制
   御装置、ロイコ染料を含む処理された表面層を有
   する記録媒体及び該記録媒体を湿潤させるための
   流体の供給源を有する電解質印刷機の印刷反応領
   域のPHを制御する方法であつて、 (a) 印刷前に上記記録媒体の上記処理された表面
   層を湿潤させる段階と、 (b) 上記湿潤された表面層を上記陽極及び上記陰
   極の下にある印刷反応領域に移動させる段階
   と、 (c) 電気パルスを上記陽極に印加し、上記ロイコ
   染料を可視的にスペクトルにシフトさせる段階
   と、 (d) 上記印刷反応領域のPHを5.0乃至7.0間に保持
   する段階とより成る 印刷反応領域のPHを制御する事によつて印刷ヘ
   ツド及び電極の劣化を抑制する方法。