JPH05201025A - ジェット印刷用ドロップの品質制御方法及び装置 - Google Patents

ジェット印刷用ドロップの品質制御方法及び装置

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JPH05201025A
JPH05201025A JP4266320A JP26632092A JPH05201025A JP H05201025 A JPH05201025 A JP H05201025A JP 4266320 A JP4266320 A JP 4266320A JP 26632092 A JP26632092 A JP 26632092A JP H05201025 A JPH05201025 A JP H05201025A
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drop
pressure
reservoir
fresh
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JP4266320A
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Elaine A Pullen
エイ プーリン エレイン
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    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
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    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/17—Ink jet characterised by ink handling
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B41J2/195—Ink jet characterised by ink handling for monitoring ink quality

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Ink Jet (AREA)
  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、長作動時間に亘って温度変
化及び印字流体の組成変化を考慮に入れると同時に、ド
ロップの流れ時間を比較的一定に維持することにある。 【構成】 連続ジェット印字装置に使用される印字流体
の飛行時間及び組成を制御する方法及び装置。新鮮イン
キ供給源と装置のインキ供給源とは三方切換え弁により
切り換えられる。ドロップの一定飛行時間の維持に必要
な圧力は、制御装置により周期的に比較される。両供給
源は同一の作動環境内にあるので、あらゆる圧力差は装
置のインキの粘度変化によるものである。必要に応じて
ポンプにより溶剤が添加され、粘度が所望の値に戻され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、印字流体をノズルから
噴射させる形式のドロップ印字（ドロップマーキング）
装置であって、液体をドロップ（小滴）に変換し、次に
該ドロップを印字目的の基板に向けて噴射する間に種々
の手段により制御するドロップ印字装置の分野に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】このような装置の例として、高速ラベル
印刷、製品識別等に使用される良く知られたインキジェ
ット印字装置があるが、他のドロップ印字装置も当業界
において知られている。本発明を有効に採用する１つの
特定形式の装置として、連続流同期インキジェットプリ
ンタがある。一般に、このような装置は、インキリザー
バと、遠隔位置に配置されていて導管を介してインキリ
ザーバに連結されたノズル又はプリントヘッドとを有し
ている。インキは、加圧されてリザーバからノズルに送
られ、ノズルはインキドロップの連結流を噴射する。導
電性であるインキは、インキドロップがノズルを出ると
きに荷電される。次に、インキドロップは偏向電界に通
され、該偏向電界は選択されたインキドロップを偏向さ
せ、インキドロップの或るものを基板上に堆積させる一
方、残余のインキドロップをリザーバに戻して再使用す
る。
【０００３】リザーバからのインキの流れを検出し且つ
インキパラメータを調節して所望の流量を維持する技術
は従来から知られている。これは、本願の譲受人に係る
以前の米国特許第4,555,712 号に教示されている。この
米国特許には、従来技術で得られる精度よりかなり正確
な方法でインキドロップ速度を実質的に一定に決定し且
つ維持する手段を提供する方法及び装置が開示されてい
る。
【０００４】米国特許第4,555,712 号の好ましい実施例
では、制御装置が、リザーバへの補給溶剤の添加を制御
することにより流量を調節する。これにより、インキの
粘度は、インキドロップ速度を実質的に一定に維持でき
るように調節される。この装置を用いた経験から、大き
な温度変化により、粘度及び流量は実質的に一定に維持
されるものの、インキ供給源中の固形物（染料及び樹
脂）の割合（％）はその初期組成から１０〜４０％とい
う大きな幅で変化する。組成がこのように大きな幅で変
化すると、インキ乾燥時間、ドロップの破砕ポイント及
びインキドロップのチャージング特性等のインキジェッ
ト装置にとって重要な他の特性に影響を与える。
【０００５】米国特許第4,555,712 号に開示された装置
の改良が、米国特許第4,860,027 号に開示されている。
米国特許第4,860,027 号は、印字流体の組成を許容範囲
内に維持できるようにする温度変化補償方法を教示して
いる。これは、選択された時間間隔で温度を測定し且つ
この温度変化による流れ時間差（flow time differenc
e) を決定することにより達成される。この情報は、印
字流体に更に溶剤を添加すべきか否かを決定するのに、
電子制御装置により用いられる基準流れ時間を変えるの
に使用される。
【０００６】米国特許第4,860,027 号の技術は、組成を
許容レベル内に維持するのに温度変化を考慮するもので
あるが、或る作動条件下での流れ時間（flow time)を一
定に維持するものではない。より詳しくは、米国特許第
4,860,027 号の技術は、作動温度の気付いた変化を補償
するために流れ時間を調節するものであって、このため
流れ時間は変化される。印刷の品質にとってインキドロ
ップの流れ時間は厳格であり、或る状況下では米国特許
第4,860,027 号の技術は好ましくない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明の目的
は、長作動時間に亘って温度変化及び印字流体の組成変
化を考慮に入れると同時に、ドロップの流れ時間を比較
的一定に維持することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、インキ
ドロップ速度、従ってドロップの飛行時間が実質的に一
定に維持される。これは、必要に応じて制御装置に流れ
圧力を調節させるドロップ速度検出器を用いることによ
り達成される。必要な場合には溶剤の添加により、装置
のインキ供給源が変化される。
【０００９】三方切換え弁を使用して、新鮮インキ（装
置を通って未だ循環されていないインキ）又は装置のイ
ンキのいずれかをインキジェットノズルに供給する。設
定時に新鮮インキが供給され、最適の印刷結果がえられ
るように、ノズルから噴射されるドロップ速度が設定さ
れる。装置のインキを使用して印刷作業を開始した後、
制御装置により三方切換え弁が周期的に作動され、新鮮
インキが再度使用される。現在の作動条件下で、従って
温度変化、ノズルの磨耗及び装置の他の無数の変化を考
慮に入れて、ドロップ速度を一定に維持すべく装置が再
調節される。流体ラインに設けられた圧力センサにより
流体圧力が検出される。次に、この読取り値が記憶され
て、比較される。
【００１０】この値は、次に、装置のインキ供給源にス
イッチバックされる。装置のインキドロップ速度が所望
の値になるようにし、圧力センサからの読取り値と、新
鮮インキ供給源について得られた値と比較する。両場合
において速度及び作動温度は同一であるので、検出した
圧力の読取り値のあらゆる差に反映されるのは装置のイ
ンキの粘度変化のみである。粘度の調節に溶剤が必要で
あれば、溶剤ポンプを用いて溶剤リザーバから溶剤を添
加する。
【００１１】
【実施例】本願明細書の従来の技術の項で説明したよう
に、本発明は米国特許第4,555,712 号及び米国特許第4,
860,027 号に開示の従来技術の改良であり、これらの両
米国特許を参考文献としてここに掲示する。これらの米
国特許には、リザーバからノズルへのインキの流量を比
較的一定に維持することが教示されている。これによ
り、ノズルから噴射されるドロップの速度（ドロップ速
度）が比較的一定に維持され、装置により得られる印刷
品質が最適化される。米国特許第4,555,712 号には、イ
ンキをリザーバからノズルまで移動させる圧力を調節す
ること、溶剤を添加してインキの粘度組成を変化させる
こと、並びにインキを加熱又は冷却すること等を含む多
くの方法で流量を一定に維持できることが開示されてい
る。
【００１２】一般に、一定の流量すなわち飛行時間（fl
ight time)を維持する好ましい方法は、インキ供給源に
「メーキャップ」溶剤を添加することである。これは、
印字に使用されなかったインキドロップが、装置のイン
キ供給源に戻されて再使用されるためである。インキの
溶剤成分は揮発性を有しており、経時揮発により粘度が
高くなってしまう。この粘度変化は、しばしば他の作動
条件によって紛らわされてしまい、従って、いつ及びど
れだけの量の溶剤を添加すべきかを知ることを困難にし
ている。例えば、長時間使用による機器の昇熱に伴う温
度上昇により、単に粘度を一定に維持する装置が干渉さ
れる。
【００１３】米国特許第4,860,027 号は、温度変化を補
償する流れ時間の計算に修正を加える温度センサを、ノ
ズルに隣接して組み込むことによりこの問題を解決する
ことを試みている。この方法はかなりの成功を収めてい
るけれども、本発明によれば、温度のモニタリングを行
わず且つ温度の関数としての制御パラメータを調節せず
して、温度を自動補償すると同時に流量（及び飛行時
間）を一定に維持できるものである。更に本発明によれ
ば、インキ組成の保全性を従来技術よりも良好に維持で
きる。なぜならば、本発明では、同一作動条件下での、
装置のインキの流量及び粘度と、新鮮なインキの流量及
び粘度との動的比較を行うからである。この方法では、
例えば、特定インキについての書類に書かれた仕様と使
用される実際の輸送特性（actual characteristics of
the shipment) との間の実社会差異（real world diffe
rence)により必然的に生じる非信頼性と共に、索引表、
インキ補償データ、温度補正ファクタ等を無視できる。
【００１４】図面には、本発明を実施する好ましい実施
例が示されている。プリントヘッド１０は、装置のイン
キリザーバ１６から三方切換え弁１４を介してインキの
供給を受けるノズル１２を有している。ノズル１２に供
給されるインキは、当該技術分野において知られている
圧電装置により供給されるエネルギにより、ドロップの
流れに形成される。ドロップは荷電電極１８に通され、
ここで選択されたドロップが荷電され、次に高電圧偏向
電界２０に通される。荷電されたドロップは印字すべき
基板に偏向され、一方、荷電されないドロップはコレク
タ２２を介して装置のインキリザーバ１６に戻される。
【００１５】飛行中のドロップの速度は、高電圧偏向板
２０に接続されたドロップ速度検出器２４により測定さ
れる。このドロップ速度検出器２４は、例えばFilmore
の米国特許第4,417,256 号に開示された形式のような従
来のものでよい。装置のインキ供給源（インキリザー
バ）１６からノズル１２に至る供給ラインには圧力セン
サ２６が設けられており、該圧力センサ２６により粘度
変化が決定される。圧力センサ２６及びドロップ速度検
出器２４からの出力は、米国特許第4,555,712 号及び第
4,860,027 号に開示された形式の制御装置２８に入力さ
れる。この制御装置２８は、半導体論理装置又はプログ
ラムされたマイクロコンピュータ装置で構成できる。い
ずれの装置にせよ、装置の機能は印刷装置を適正に作動
させるものである。制御装置２８は圧力センサ２６及び
ドロップ速度検出器２４からの入力を受け入れて、三方
切換え弁１４と、装置のインキをリザーバ１６からノズ
ル１２に供給するのに使用される圧力源３０とを作動さ
せる。
【００１６】図示の実施例においては、圧力源３０は圧
縮空気源である。所望ならば、圧力源３０の代わりに流
体ポンプを使用できる。装置のインキ供給源に溶剤を添
加したい場合には、ポンプ３２により溶剤供給源３４か
らリザーバ１６に溶剤を添加する。ポンプ３２の作動
は、制御装置２８の制御下で行われる。
【００１７】以下に説明する目的のために新鮮インキリ
ザーバ３６が設けられており、該新鮮インキリザーバ３
６は、装置のインキリザーバ１６と同様にして加圧され
る。装置の作動をチェックしたい場合には、プロセス制
御装置２８は、三方切換え弁１４を操作することによ
り、装置のインキに代えて新鮮インキを用いることがで
きる。使用されない新鮮インキは、新鮮インキリザーバ
３６に戻されるのではなく、装置のインキリザーバ１６
に戻されることに留意されたい。従って、新鮮インキリ
ザーバ３６内には、溶剤の揮発が全く生じていないバー
ジンインキのみが収容されている。
【００１８】本発明によれば、新鮮インキリザーバ３６
は、装置のインキリザーバ１６と実質的に同じ作動環境
に維持されている。従って、新鮮インキリザーバ３６
は、装置のインキリザーバ１６と同じ温度、振動及び他
の環境条件を受ける。これは、後述のようにして新鮮イ
ンキと装置のインキとの比較を行うときに、検出した全
ての差異が、専ら装置のインキ組成によるものであっ
て、温度又は他の可変物理量によるものではないという
ことを確実にする上で本発明の重要な特徴である。これ
により、米国特許第4,860,027 号に開示の形式の温度セ
ンサ及び粘度計算温度補償を行う必要がなくなる。
【００１９】本発明による装置の作動は次の通りであ
る。最初に、ノズル１２から噴射されるドロップ速度
が、所与の基板、距離等について最高の印刷をする所定
限度内にあるように、圧力源３０を新鮮インキを用いて
調節する。次に、装置のインキリザーバ１６から三方切
換え弁１４を介してノズル１２に供給されるインキを用
いて印刷を開始する。
【００２０】重要なことは、装置のインキの現在の品質
を周期的に決定することである。この目的のため、プロ
セッサ（制御装置）２８が三方切換え弁１４を作動し
て、新鮮インキリザーバ３６に切り換える。次に、ドロ
ップ速度が最初のセットアップで確立された所望の限度
内にあることをドロップ速度検出器２４が表示するま
で、装置を調節する。このとき、所望のドロップ速度を
生じさせるのに必要な圧力を決定するため、圧力センサ
２６も制御装置２８により尋問される。この圧力値は、
装置のインキリザーバ１６からのインキを使用するプリ
ントヘッド１０の通常の作動中に記録された値と比較さ
れる。
【００２１】速度が同じであり且つ両インキリザーバ１
６、３６が実質的に同じ温度であって、新鮮インキと装
置のインキとの間に何らかの圧力差があるということ
は、装置のインキの粘度がその初期値から変化している
ことを反映している。次に、必要に応じ、ポンプ３２を
用いてリザーバ（溶剤供給源）３４からの溶剤を添加す
ることにより、補償を行うことができる。
【００２２】装置のインキに必要な圧力Ｐs が新鮮イン
キに必要な圧力Ｐf より大きい場合には、装置のインキ
の方が新鮮インキより粘度が高いということである。例
えば、長時間作動中の装置の温度変化又は他の原因によ
り逆の関係が成立する場合には、溶剤の添加を差し控え
る。数学的に示すならば、圧力差Ｐd は、 Ｐd ＝Ｐs −Ｐf として表される。この圧力差が正であれば溶剤を添加
し、負であれば溶剤の添加を差し控える。
【００２３】本発明は、温度変化及びドロップ速度変化
を単に粘度変化にのみ注目するものではないため、従来
技術では得られない結果を得ることができる。また、使
用されたインキと、同じバッチ又はロットからの新鮮イ
ンキとの比較を行うものであるため、圧力Ｐd をゼロ以
外の一定値に保持することにより、インキ組成を特別化
（カスタム化）させることができる。例えば、インキの
粘度を新鮮インキより高い粘度に維持したい場合に必要
なことは、単に圧力Ｐd をゼロより大きい所望の値に維
持することを制御装置２８に入力すればよい。これとは
異なり、圧力Ｐ d を負に維持するならば、装置のインキ
の粘度は新鮮インキの粘度より低く維持される。この一
定オフセット能力は、種々のプリンタ及び印刷用途につ
いてのインキ特性を特別化するのに有効に使用できる。
【００２４】以上、本発明の好ましい実施例について例
示し且つ説明したが、当業者には、本発明の広い特徴か
ら逸脱することなく種々の変更をなし得ることが理解さ
れよう。本発明の種々の特徴は特許請求の範囲の記載に
明らかにされている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施例を示す図面である。
【符号の説明】
１０ プリントヘッド １２ ノズル １４ 三方切換え弁 １６ インキリザーバ（インキ供給源） １８ 荷電電極 ２０ 高電圧偏向電界（高電圧偏向板） ２２ コレクタ ２４ ドロップ速度検出器 ２６ 圧力センサ ２８ 制御装置 ３０ 圧力源 ３２ ポンプ ３４ 溶剤供給源（リザーバ） ３６ 新鮮インキリザーバ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 9012−2Ｃ Ｂ４１Ｊ 3/04 １０４ Ｋ

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ドロップ印字装置の所望のインキドロッ
    プ速度を維持しながらインキ粘度を調節する方法におい
    て、 ａ．新鮮インキのみを使用して所望のドロップ速度を設
    定し、 ｂ．次に、印字装置を通ってリサイクルされ且つ溶剤の
    揮発及び温度変化を受けたインキを使用して印字装置を
    作動させ、 ｃ．リサイクルされたインキを使用する間に所望のドロ
    ップ速度を維持するのに必要な流体圧力Ｐs を決定し、 ｄ．リサイクルされたインキと同じ温度変化を受けた新
    鮮インキの使用に周期的に戻し、 ｅ．上記工程ｄの間にドロップ速度を所望の値に戻し、 ｆ．上記工程ｄの間に所望のドロップ速度を生じさせる
    のに必要な流体圧力Ｐ f を決定し、 ｇ．圧力差Ｐd （ここで、Ｐd ＝Ｐs −Ｐf ）を決定
    し、 ｈ．Ｐd が所望の値より大きい場合には、リサイクルさ
    れたインキに溶剤を添加することを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 ドロップ印字装置の所望のインキドロッ
    プ速度を維持しながら温度とは無関係のインキ粘度の変
    化を検出する方法において、 ａ．新鮮インキのみを使用して所望のドロップ速度を設
    定し、 ｂ．次に、印字装置を通ってリサイクルされ且つ溶剤の
    揮発及び温度変化を受けたインキを使用して印字装置を
    作動させ、 ｃ．リサイクルされたインキを使用する間に所望のドロ
    ップ速度を維持するのに必要な流体圧力Ｐs を決定し、 ｄ．リサイクルされたインキと同じ温度変化を受けた新
    鮮インキの使用に周期的に戻し、 ｅ．上記工程ｄの間にドロップ速度を所望の値に戻し、 ｆ．上記工程ｄの間に所望のドロップ速度を生じさせる
    のに必要な流体圧力Ｐ f を決定し、 ｇ．圧力差Ｐd （ここで、Ｐd ＝Ｐs −Ｐf ）を決定す
    る工程を有しており、該圧力差Ｐd が、温度変化以外の
    ファクタによるインキ粘度の変化に相当することを特徴
    とする方法。
  3. 【請求項３】 印字ドロップを形成する圧力源により、
    インキ流を選択された速度で強制的にノズルに通すドロ
    ップ印字装置の、温度とは無関係のインキ粘度の変化を
    検出する装置において、 ａ）インキ速度を検出する手段と、 ｂ）ノズルに供給されるインキの流体圧力を検出する手
    段と、 ｃ）最初は新鮮インキを収容する第１リザーバとを有し
    ており、前記新鮮インキが、印字装置を通って反復循環
    され、第１リザーバに戻されて溶剤の揮発及び温度変化
    を受け、 ｄ）温度変化のみを受ける新鮮インキのみを収容する第
    ２リザーバと、 ｅ）ノズルにインキを供給する第１リザーバと第２リザ
    ーバとを切り換える手段と、 ｆ）前記温度検出手段及び圧力検出手段に応答して下記
    事項i)〜iii)を周期的に計算する手段とを有しており、
    前記事項i)〜iii)が、 ｉ）第１リザーバから循環されたインキを使用している
    間に前記選択されたインキ速度を維持するのに必要な流
    体圧力Ｐs と、 ii）第２リザーバからの新鮮インキを使用している間に
    前記選択されたインキ速度を維持するのに必要な流体圧
    力Ｐf と、 iii)圧力差Ｐd ＝Ｐs −Ｐf とであり、該圧力差が、温
    度変化以外のファクタによるインキ速度の変化に相当
    し、 ｇ）前記周期的計算手段が前記切換え手段を作動させる
    手段であって、前記第１リザーバ及び第２リザーバの各
    々からのインキについてのインキ速度及び流体圧力を周
    期的に検出できるようにする手段を更に有していること
    を特徴とする装置。
  4. 【請求項４】 前記第１リザーバに溶剤を添加する手段
    を更に有しており、前記周期的計算手段は、圧力Ｐd が
    ゼロ±定数より大きい場合に前記溶剤添加手段を作動さ
    せることを特徴とする請求項３に記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記インキ速度検出手段がドロップ速度
    検出器であることを特徴とする請求項３に記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記流体圧力検出手段が、ノズルへのイ
    ンキ供給源を備えた回路に設けられた圧力センサである
    ことを特徴とする請求項３に記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記インキが、第１リザーバ及び第２リ
    ザーバに適用される圧力源により強制的にノズルに通さ
    れることを特徴とする請求項３に記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記第１リザーバと第２リザーバとを切
    り換える手段が三方切換え弁を備えており、該三方切換
    え弁の入力が前記両リザーバの各々に連結されており、
    前記三方切換え弁の出力がノズルに供給されることを特
    徴とする請求項３に記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記周期的計算手段がマイクロプロセッ
    サを用いたプログラム可能な制御装置であることを特徴
    とする請求項３に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記溶剤添加手段が、 ａ）溶剤リザーバと、 ｂ）溶剤を第１リザーバに噴射する手段とを備えている
    ことを特徴とする請求項４に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 装置のインキ供給源からインキドロッ
    プを形成するノズルに供給されるインキの粘度を維持す
    る装置において、 装置のインキ供給源に近接しているけれども分離して配
    置されていて、共通の温度条件に曝される新鮮インキ供
    給源と、 インキを、前記装置のインキ供給源又は新鮮インキ供給
    源のいずれか一方から、インキドロップを形成するノズ
    ルに供給すべく選択的に作動する手段と、 ドロップ速度を検出する手段と、 所定速度をもつドロップを形成すべく前記新鮮インキ供
    給源から供給されるインキに加えられる第１圧力と、前
    記所定速度をもつドロップを形成すべく前記装置のイン
    キから供給されるインキに加えられる第２圧力とを検出
    する手段と、 第１圧力と第２圧力との圧力差に応答する手段であっ
    て、選択された量の添加剤と装置のインキ供給源内のイ
    ンキとを混合して装置のインキ供給源の粘度を実質的に
    一定に維持する圧力差応答手段とを有していることを特
    徴とする装置。
JP4266320A 1991-10-03 1992-10-05 ジェット印刷用ドロップの品質制御方法及び装置 Pending JPH05201025A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/770597 1991-10-03
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