JPS63500509A - 連続インク・ジェット・プリンタにおける誘発振幅調整方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 連続インク・ジェット・プリンタに おける誘発振幅調整方法及び装置 技術分野 この発明は連続インク・ジェット・プリンタに関し１％に連続インク・ジェット ・プリンタ・ヘッドにおける誘発振幅の調整に関する。

発明の背景 連続インク・ジェット・プリンタにおいては、導電性のインクの連続インク・ジ ェットヲ印刷ヘッドの微小オリフィスから追い出してインク・フィラメントを形 成する。インク・ジェットはインク・ジェット・ヘッドに印加された誘発信号に より導入された周期的な動揺により誘発され、均等な間隔の一連のドロップに確 実に切断される。インク・ジェット・フィラメントに、制御し几荷電量χ誘導す るには、ドロップ・ブレーク・オフの近傍に配置され几電極が用いられる。誘導 された電荷はインク・ジェット・フィラメントから分離する際にインク・ドロッ プに取り込まれ、インク・ドロップの弾道は荷電されｍドロップと局部的な電界 との間の相互作用によって決定される。バイナリ形式のインク・ジェット・プリ ンタでは、ドロップが荷電されているか、いないかの状態にある。荷電されｍド ロップは捕捉軌道乞描いてインク・ドロップ・キャッチャ−へ偏向され、荷電さ れていないドロップは偏向されることなくインク受面１例えば紙に進行する。他 の形式の連続インク・ジェット・プリンタでは、ドロップが荷電している電極に よりドロップに与え几荷電レベルに従い、複数の印刷軌道、又は捕捉軌道に沿っ て選択的に偏向される。

このようなインク・ジェット・プリンタでは、インク・ジェット・フィラメント の長さがインク・ジェット・ヘッドに印加される誘発信号の振幅の関数として変 動する。インク圧力、温度、粘性及び表面張力のような変数はフィラメント長と 誘発振幅との間の関係に影響される。一般に、非常に低い誘発振幅においては、 インク・ジェット・フィラメントが比較的長く、発生する小さなサテライト・ド ロップ粒子が急速に主ドロップによって制圧され、これに取り込まれる。誘発振 幅が更に増加すると、インク・ジェット・フィラメントは短くなり、小さなサテ ライト・ドロップ粒子の速度が主インク・ドロップの速度に等しい点に達するま で、小さなサテライト・ドロップ粒子の速度は増加する。これは無数サテライト 領域と呼ばれ、比較的狭い幅の誘発振幅で発生する。誘発振幅が更に増加すると 、サテライト・ドロップ片の速度が主ドロップより大きくなす、サテライト・ド ロップ粒子が急速に支配的となり；主ドロップに入り込む。

誘発振幅が更に増加することにより、サテライトが発生しないサテライト・フリ ー領域が発生する。誘発振幅が更に増加し、サテライト・フリー領域の上端を超 えると、フィラメント長は最小となり、再び長くなり始める。「オーバードライ ブ」と呼ばれるこの動作領域では、サテライトが再び生成される。サテライトが 存在していると、ドロップの荷電及び偏向を制御することが困難なので、インク ・ジェット・プリント・ヘッドｔサテライト・フリー領域で動作させるのが好ま しい。（あるインク・ジェット印刷装置では無数サテライトを意図的に発生させ て印刷に用いることに注意すべきである。この発明は印刷にこのような無数サテ ライトを用いるインク・ジェット印刷装置を目的とするものではない。）インク 温度、及び粘性（例えば溶媒の蒸発による）の変化は、誘発振幅とフィラメント 長との間の関係、即ちサテライト発生領域を変化させるので、誘発振幅を周期的 、かつ自動的に調整してインク・ジェット・プリント・ヘッドの誘発がサテライ ト・フリー領域内となるように確保することが好ましいものとなる。

１９８３年１月１１日にトガワ他に発行され几米国特許第４．３６８．４７４号 は、インク・ジェット・プリント・ヘッドの誘発振幅制御装置を開示している。

トガヮ他により開示された前記装置では、細いドロップ荷電パルスをドロップ荷 電電極に印加している。この細いドロップ荷電パルスを誘発サイクルにおいて位 相シフトし、その間にインク源に電気的に接続されている検知コンデンサにより インク・ドロップ上に導入され几荷電を監視する。荷電パルスの位相がドロップ 分離の位相に一致すると、電荷がサンプリング・コンデンサに導入される。サテ ライトの発生はコンデンサ上のある位相で比較的大きな荷電により示され、主ド ロップ分離の位相を表わし、ｔた他の位相では比較的小さな荷電によりサテライ ト・ドロップ分離の位相を表わしている。荷電が１位相のみのサンプリング・コ ンデンサに存在するのであれば、これはインク・ジェット・ヘッドがサテライト ・フリー領域において作動していることを示してＡる。誘発振幅は、誘発がサテ ライト・フリー領域で発生していることン測定が示すまで調整される。

誘発調整のこのような方法は、ドロップ荷電検知装置が信号対雑音比の低いもの になるという欠点がある。インク・ジェットとドロップ荷電電極との間における 静電容量が比較的大きく、接地され几インク供給部に接続されているサンプリン グ・コンデンサにより検出可能な信号を圧倒する傾向がある。

他の欠点は、測定技術が誘発周期にわ几る狭い荷電信号を位相シフトさせること により発生し几位相情報に依存していることである。多重インク・ジェット・プ リント・ヘッドは、ジェット間のドロップ分離位相の差により、この技術を全て のジェットに同時に実行することができない。この位相の差（「位相欠陥」とい う）は６４ジエツトを有する多重インク・ジェット・ヘッドに対して２０°〜９ ０°の範囲にあることが分かつ九〇この技術に関するこの他の欠点は、開示され 几技術がサテライト・フリー動作の範囲の中央付近の点に対して誘発振幅が調整 されていること？補償しないことである。この調整がサテライト・フリー処理の 範囲の縁近傍で動作させ九ときは、インクの粘性又は温度における僅かの変化で も装置を調整外に追いやり、サテライトが発生し始めることになる。

従って、この発明の目的は１以上で述べた欠点のないインク・ジェット・ヘッド における誘発を幅を調整する方法及び装置を提供することにある。

Σ己１２」し註 この発明の目的は、無数サテライｌ’先ず発生する誘発振幅を検知し、検知した 振幅の関数として誘発振幅を調整することにより達成される。この発明の好まし い実施例においては、主ドロップをキャッチャ−へ偏向させるＫは不充分な低い 荷電電圧を荷電電極に印加させ、誘発振幅を変化させる間に、インク・ジェット の経路に配置され几検知電極を有する電位計によってインク・ジェット流を監視 する。無数サテライトが発生する流の一部が奪い取られる。インク・ジェット流 のディップを検出して無数サテライトが発生する誘発振幅を識別する。検知し７ ｔ！幅を予め定め几定数と乗算することにより誘発振幅を調整する。１．５〜２ ．８Ｃｐ　間の範囲にある粘性のインクを有するインク・ジェット・プリンタで は、この定数ヲ２．２であるとしてい几。

面の　率な　明 第１図はこの発明により誘発振幅を調整するインク・ジェット・プリント・ヘッ ドを示す概要ブロック。

第２図は誘発振幅の関数としてインク・ジェット流乞プロットし九図、 第３図はこの発明によるフィラメント長測定方法のステップを示すフローチャー トである。

且ｊ１ソ１１匹 第１図を参照すると、連続的な二進のインク・ジェット・プリント・ヘッドの断 面図と、関連するこの発明の実施例の電子回路が示されている。このインク・ジ ェット・プリント・ヘッドはプラタンの名により１９８２年６月２１日に出願さ れ几米国特許出願第３９０．１０．５号に示されている形式のものである。イン ク・ジェット・プリント・ヘッド１０は上側ヘッド部１２’！’備えており、上 側ヘッド部１２は圧力を掛は九導電性のインク１６を貯えるインク溜１４１ｆｔ 画定する。圧力が加えられ几インク１６はオリフィス１８から押し出され、イン ク・フィラメント２０を発生させる。

ピエゾエレクトリック・トランスデユーサ２２はインク・ジェット・プリント・ ヘッド１０の上側ヘッド部」２に機械的に結合され、上側ヘッド部に機械的な振 動を誘起させ、ドロップ２４に制御され几インク・フィラメントの切断を誘発さ せる。

ピエゾエレクトリック・フィードバック・トランスデユーサ２６はピエゾエレク トリック・トランスデユーサ２２が上側ヘッド部１２に与え几誘発振幅を測定す る。

インク・ジェット・プリント・ヘッド１０には、荷電プレート３０を有する下部 ２８と、インク・フィラメント２０に隣接して配列され、インク・フィラメント ２０からドロップ２４が離脱する際にドロップ２４を荷電させるドロップ荷電電 極３２とが備えられている。荷電され主ドロップはドロップ・キャッチャ−３４ の面へ偏向され、ドロップ・キャッチャ−３４の底部に溝を設げ几インク・ガラ ター３６に収集される。

ノーズ・カップ４２は、インク・ジェット・プリンタ内の適当な位置に配列され 几蓄積及び開始ステーション（図示なし）に設けられる。インク・ジェット・プ リント・ヘッド１０は、印刷に使用されていないときは、ノーズ・カップ４２上 に配置される。ノーズ・カップは、ドロップ・キャッチャ−３４へ偏向される程 には荷電されていないインク・ジェット・プリント・ヘッド１０からのドロップ ２４Ｆ！’受は取るインク溜４４１ｈ：画定している。電位計の電極４６はノー ズ・カップ４２１Ｃ進入し几ドロップ２４が搬送する電荷を受け取るノーズ・カ ップ４２内の位置に配置される。

液体装置４８は、インク・ジェット・プリント・ヘッド１０及びノーズ・カップ ４２に水力学的に接続され、インク・ジェット・プリント・ヘッド１０の上側ヘ ッド部１２にあるインク溜１４に圧力を掛げ几導電性のインクを供給し、インク ・ジェット・プリント・ヘッド１０の下部２８にあるインク・ガラター３６から インクを再循環させ、かつインク溜４４及びノーズ・カップ４２からインクを再 循環させる＠インク・ジェット・プリ／りの電子回路は１周期的なりロック信号 （例えば、７５　ＫＨｚ　）を誘発増幅器５２に供給するシステム・クロック５ ０を備えている。誘発増幅器５２の出力信号はインク・ジェット・プリント・ヘ ッド１０の上側ヘッド部１２のピエゾエレクトリック・トランスデユーサ２２に 印加される。

誘発増幅器５２のゲイン、即ち誘発信号の盪幅は自動ゲイン制御サーボ５４によ り制御されている。自動ゲイン制御サーボ５４は線５６の基準レベル信号及びピ エゾエレクトリック・フィードバック・トランスデユーサ２６からフィードバッ ク信号を受取り、フィードバック信号が基準信号に一致するように誘発増幅器５ ２のゲインを制御している。

システム・クロック５０のクロック信号はタイミング発生器５８にも供給されて おり、タイミング発生器５８はドロップ荷電電極３２に印加される印刷パルスの 位相を決定するタイミング・パルスを供給する。タイミング・パルスは荷電信号 発生器６０に印加され、荷電信号発生器６０は印刷中にゲイジクルリ印刷データ を受取り、ドロップ荷電電極３２に印加される印刷パルスを発生している。

発生する。電位計電極４６のアナログ信号はアナログ・ディジタル変換器６４に 供給され、電位計６２が検知し九インク・ジエツφ流を示すディジタル信号を発 生させる。

で説明するが、線５６の自動ゲイン制御回路５４に基準信号を供給して誘発増幅 器５２のゲインを制御するようにプログラムされている。

次に、この発明の動作概要を説明しよう。誘発されていないインク・ジェットの 自然フィラメント長は、比較的長く、ドロップ分離は余り見らｎない。誘発振幅 が増加でるに従って、フィラメントは短くなる。結局、緩慢なサテライト・ドロ ップ（小さなドロップは主ドロップより緩慢に移動する主ドロップ間に発生し、 従って主ドロップが急速に優勢となり、支配的となる）が形成される。誘発振幅 が更に増加すると、サテライト・ドロップの速度が主インク・ドロップの速度に 等しい領域に達するところまで、サテライトの速度が増加し、サテライト・ドロ ップが主インク・ドロップから分離し几ままとなる。これは無数サテライト領域 と呼ばれる。更に、誘発振幅が増加すると、高速度のサテライトが発生する（主 インク・ドロップより高速度に移動するドロップであり、従って主インク・ドロ ップが優勢となり、支配的となる）。これらの領域の境界は明確ではなく、サテ ライトが発生する領域の一般的な位置は、インクの温度、圧力、粘性及び表面張 力の関数であることに注意すべきである。

誘発振幅が更に増加すると、サテライト・フリー領域の降下が発生する。この領 域はインク・ジェット・プリント・ヘッドの動作の好ましい範囲である。ある高 い誘発振幅では、インク・ジェット・フィラメントが最小となり、再び長くなり 始める。

オーバードライブと呼ばれるこの領域では、サテライトも発生するが、これらの 発生は非常に不安定である。

この発明は、無数サテライトが先ず発生する誘発振幅乞検出し、検出した誘発振 幅の関数として誘発振幅を調整することにより、サテライト・フリー領域の動作 を確実に達成可能なことｌ実験により確かめ几。この誘発調整方法はインク圧力 、温度。

粘性及び表面張力が変化しても信頼性があることが分かつ几。

この発明は、ドロップがドロップ荷電電極３２（第１図を参照）により荷電され たときに無数サテライト・ドロップ片の質量比の変化が主インク・ドロップの質 量比に対する変【ヒより大きいことが分かった。この現象は次の方法により無数 サテライトの発生の検出に用いられる。ドロップ荷電電極６２に主インク・ドロ ップを偏向させるには不充分な比較的低い荷電電圧（例えば、５０ボルト）は、 ドロップ荷電電極３２に印加される。無数サテライトが発生する領域の下の予め 定め九低い値から誘発振幅を増加させる間に、インク・ジェン″Ｐｋを電位計６ ２により監視する。無数サテライトが発生する点に誘発振幅が達し九ときは、サ テライト・ドロップ粒子は質量比に対して高いりもサテライト・ドロップ粒子よ りキャッチャ−に転換する几めに、急激な降下を示す。

第２図はドロップ荷電電極３２の帯電を５０ボルトとし、誘発振幅を低い値から 単純に増加させたときに測定され几インク示す。

第１図は無数サテライト２４がどのようにしてキャッチャ−に偏向され、かつ主 インク・ドロップが電位計電極４６に衝突し続けるかを示すものである。この発 明による誘発調整方法を以下、第３図を参照して説明しよう。

インク・ジェット・プリント・ヘッドＺ第１図に示すようにノーズ・カップ４２ 上に配置する。システム・コントロール・マイクロプロセッサ６６は低い荷電電 圧（例えば、５０ボルト）をドロップ荷電電極３２に印加し、かつ自動ゲイン制 御サーボ５４に対する低基準レベルを印加して予め定め几低電圧で誘発振幅ｌ設 定するようにプログラムされている。次に、誘発振幅する誘発振幅を記憶する。

次に、誘発振幅ンこのディップのところで検出した条幅の関数として調整する。

この誘発振幅調整方法は６４ジエツｌ’有し、前述しｔ米国特許出願第３９０， １０５号に示された形式の多重インク・ジェット・プリント・ヘッドに適用し几 。無数サテライト発生点で検出され几誘発振幅は、２．２の係数が掛けられ、動 作中の誘発振幅が決定される。この係数は１．５　Ｃｐ〜２．８　Ｃｐ　のイン ク粘性範囲で誘発振幅をサテライト自由動作範囲の中央に正しく調整することが 分かつ九。オーバードライブはディップが発生する誘発振幅の３．２〜３．４倍 で発生することが観察され几。試験した第１形式のインク・ジェット・プリント ・ヘッドによると、フィラメントの切断はオーバードライブの低領域で極めて安 定であることが観測され、この安定性を利用する几めにはオーバードライブの領 域近傍で動作させるとよいことが分かつ几。従って、増倍率は３．０に設定され 、良好な結果が得られ几。

この発明の他の実施例では、電位計電極がインク・ガラター６６に配置される。

前述したように、ドロップ荷電電極６２の低荷電電圧により、インク・ジェット ・プリント・ヘッドを動作させ、かつ無数サテライトがキャッチャ−に偏向され る忙従い、電位計により無数サテライトとして検知され几電流のスパイクを検出 し、無数サテライトヲ発生する誘発振幅を判定する。

次いで、誘発振幅を前述のように、検出した蚤幅の関数として調整する。

効果及び工業的な応用 インク・ジェット誘発調整方法及び装置は連続インク・ジェット・プリンタの誘 発振幅を自動的に調整ｆるのに有用である。

この装置により、高い信号対雑音比により信頼性のあるインク・ジェット誘発効 果を測定する方法が得られ、測定がドロップ分離位相から独立しているので、こ の方法？複数のインク・ジェットに同時に印加することができる。更に、この方 法はサテライト自由動作範囲の中心に対して誘発振幅を調整する効果があるので 、インクの粘性、温度及び圧力における僅かの変化によってサテライト発生まで 系が混乱することはない。

ＦＩＧ、　３ 国際調査報告 ＡＮＮＥ＆　Ｔｏ　ＴＨＥ　ＩＮτＥＲＮＡＴＩＯＮＡｒ、ＳジＧＣＨＲＥＰＯ ＲＴ　ＯＮ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．連続インク・ジエツト・プリンタにおける誘発振幅を調整する誘発振幅調整 方法において、 無数サテライトが最初に発生する誘発振幅を検知する検知ステツプと、 前記誘発振幅を、検知した誘発振幅の関数として調整するステツプと を備えたことを特徴とする誘発振幅調整方法。
2. ２．請求の範囲第１項記載の誘発振幅調整方法にかいて、検知した前記誘発振幅 の関数は一定の増倍率を有することを特徴とする誘発振幅調整方法。
3. ３．請求の範囲第２項記載の誘発振幅調整方法において、前記インク粘性は１． ５から２．８Ｃｐまでの間で変化し、前記一定の増倍率は２．２であることを特 徴とする誘発振幅調整方法。
4. ４．請求の範囲第１項記載の誘発振幅調整方法において、前記検知ステツプは更 に 偏向されていないインク・ジエツトの経路に配置された電位計によつてイク・ジ エツト電流を検知するステツプと、無数サテライトのインク・ドロツブをキヤツ チヤーに偏向することにより、誘発振幅が増加するに従い急峻なデイツプがイン ク・ジエツト電流発生する誘発振幅を検出するスツプとを有することを特徴とす る誘発振幅調整方法。
5. ５．請求の範囲第１項記載の誘発振幅調整方法において、前記検知ステツプは更 に 前記誘発振幅を、予め定めた低い値から増加させるに従い、キヤツチヤーに配置 されている電極を有する電位計により、前記キヤツチヤーにサテライトを偏向さ せるときに、前記誘発振幅を検出するステツプを有することを特徴とする誘発振 幅調整方法。
6. ６．連続インク・ジエツト・プリンタの誘発振幅を調整する誘発振幅調整装置に おいて、 無数サテライトが最初に発生する誘発振幅を検知する手段と、 検知した前記誘発振幅の関数として誘発振幅を調整する調整手段と、を備えたこ とを特徴とする誘発振幅調整装置。
7. ７．請求の範囲第６項記載の誘発振幅調整装置において、前記調整手段は一定の 係数によつて検知した前記誘発振幅を乗算する手段を備えたことを特徴とする誘 発振幅調整装置。
8. ８．請求の範囲第７項記載の誘発振幅調整装置において、前記インク粘性は１５ から２．８Ｃｐまでの間で変化でき、前記一定の増倍率は２．２であることを特 徴とする誘発振幅調整装置。
9. ９．請求の範囲第８項記載の誘発振幅調整装置において、前記検知手段は更に 偏向されていないインク・ジエツトの経路に配置された検知電極を有し、前記イ ンク・ジエツト電流を表わす信号を発生する電位計と、 前記インク・ジエツト電流の信号に応答して、前記誘発振幅が増加するときの前 記インク・ジエツト電流の信号におけるデイツブを検出する手段と を，備えたことを特徴とする誘発振幅調整装置。
10. １０．請求の範囲第９項記載の誘発振幅調整装置において、前記検知手段は更に キヤツチヤーに配置した電極を有する電位計を含み、前記キヤツチヤーにサテラ イトを偏向させる前記誘発振幅を検知する手段であることを特徴とする誘発振幅 調整装置。