(57)【要約】【課題】調合開始から終了まで所望の配合比でインクジェット用インクを製造するための複数の原料液体を混合する際に、目的とする混合比での調合を精度よく制御することができるインクジェット用インクの製造方法を提供すること。【解決手段】インクジェット用インクを製造するための複数の原料液体を所定の混合比となるように調合領域に供給して混合することによりインクジェット用インクを製造する際に、各原料液体の流量を所定の混合比に基づいて調合開始から調合終了までの間制御し、この制御をステッピング制御で開始してその後ＰＩＤ制御とすることにより行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクジェット用インクを製造するための複数の原料液体の各々を供給ラインから調合領域に供給して調合することによるインクジェット用インクの製造方法において、
前記複数の原料液体の各流量を、各供給ラインに設けた弁を操作して、前記調合領域で得られるインクジェット用インクに目的とする組成を付与するための混合比により制御し、
前記複数の原料液体の各流量の制御を、前記調合領域での調合開始から調合終了までの全期間にわたって、ステッピング制御により開始し、その後ＰＩＤ制御に切り換えることにより行い、
前記ステッピング制御は、前記混合比を得るために予め設定された各弁の開度の最大値まで各弁の開度を段階的に増加させ、かつ、各段階の各々に対して前記混合比を得るために予め設定された各弁の開度を各段階において維持することにより行う
ことを特徴とするインクジェット用インクの製造方法。
【請求項２】
前記複数の原料液体の粘度は３００ｍＰａ・ｓｅｃを超えない請求項１に記載のインクジェット用インクの製造方法。
【請求項３】
前記ステッピング制御における前記開度の最大値までの到達時間が、調合開始から１０秒以上３０秒以下の範囲内にある請求項２に記載のインクジェット用インクの製造方法。
【請求項４】
前記開度の最大値に到達する時の弁の開度をＬ〔％〕、ステッピング制御のステップ段数をＮ（Ｎ＝５〜３０）とした時に、１段の開度操作量Ｌ／Ｎ〔％〕が０．５％以上であり、かつ、１段の保持時間Ｔ／Ｎが１秒以上である請求項３に記載のインクジェット用インクの製造方法。
【請求項５】
前記複数の液体原料のうち、最小の粘度をもつ液体原料と最大の粘度をもつ液体原料の粘度の比が１０倍以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のインクジェット用インクの製造方法。
【請求項６】
前記弁がダイヤフラム調節弁である請求項１〜５のいずれかに記載のインクジェット用インクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット用インクの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット用インクの製造には、２種類以上の液体原料を流量制御した状態で混合してインクジェット用インクを製造する方法が利用できる。流量制御の一般的な方法として、液体の流量を設定値近辺で安定に保つことが可能なＰＩＤ制御が知られている。ＰＩＤ制御では、１種類の液体が流れるような系においては、事前流し確認を行うことで、比較的容易に適当なＰＩＤ条件を探し出すことができる簡便さがある。その反面、２種類以上の液体が合流するような系の場合には、互いの干渉も考慮に入れて条件出しを行わなければならない煩雑さが存在する。
【０００３】
そこで、２種類の液体原料の流量制御を行うために、一方の濃度をみて、他方の調節弁を操作する方法が特許文献１で提案されている。この方法では、例えば、一方の干渉を受けて、他方の流量が設定値から外れたとしても、その影響も含めて他方へフィードバックをかけることで、流量を安定に保つことができるシステムとなっている。
【０００４】
また、２種類の液体原料の流量を流れ出しから制御する方法も開発されており、特許文献２で提案されている。この方法では、２本のグローブ弁を使用し、両液の流量を共に増加させていくことで、流れ出しからの流量調整と設定値到達後の流量調整が両立できるシステムになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３２０２３８公報
【特許文献２】特開平５−２５３４５７公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に開示される、一方の情報を受けてから反応するこのようなシステムにおいては、流量がある程度安定している設定値近辺での調整は可能と思われる。しかしならが、このようなシステムは、調合開始時、すなわち、液体が流れ出し設定値に到達するまでの、流量が加速している領域での、両液の流量調整を行うには不向きだと推察される。
【０００７】
特許文献２に開示される方法では、原料が、純水とエチルアルコールといった比較的低粘度であり、かつ、近い粘度をもつ液体同士の混合を実施しており、さらに液体の流量も数ｍＬ／ｍｉｎの小流量の領域である。これに対して、インクジェット用インクの製造では、粘度差が１０倍以上のある液体原料同士の混合や、数ｋｇ／ｍｉｎの流量領域での混合を達成できることが要求される。従って、引用文献２は、インクジェット用インクの製造において効果的な制御方法を得るための十分な情報を開示しているとはいえない。
【０００８】
また、グローブ弁も含め、液体の流量を調整する一般的な調節弁として、例えば、弁の開閉度を操作しやすいニードル弁や、安価なボール弁等が挙げられるが、これらはメカニカルシール部が露出している構造を持っており、原料液体からの侵食を受けやすい。また逆に原料液体へのバルブ部材からの汚染成分の溶出も懸念される。インクジェット用インクでは、これらの汚染成分が、吐出性能を劣化させるなどインクジェットの機能を阻害する可能性がある。よって、色材や溶剤、活性剤などの様々な物性の原料を使用するインクジェット用インクの製造では、耐接液性の観点からメカニカルシール部が露出した流量調整機器の使用は、回避したい状況にある。
【０００９】
この弱点を克服し、接液性を重視したフッ素皮膜のダイヤフラムを弁体にもつ、サニタリー用途の調節弁が上市されている。ダイヤフラム調節弁は、液体が通る部分と駆動部とをダイヤフラム膜で遮っているため、メカニカルシール部が存在しない構造をとっており、接液性に優れている。それと同時にダイヤフラム調節弁を使用することで、ｋｇ／ｍｉｎオーダーでの流量にも対応可能となる。
【００１０】
さらに、インクジェット用インクでは、各液体原料を投入する際に、それぞれの配合の比を±１％の誤差範囲内で混合するといった高精度での流量制御が求められる。これは、配合比が守られていないインクをインクジェットプリンターで使用した時に、インクの吐出性能や印字物の色味性能を満足できなくなってしまう可能性があるからである。よって、配合比にばらつきの無い均質なインクを調合するための流量制御が、調合開始から終了まで達成できていないと高価な原料を廃棄することになってしまう。
【００１１】
以上のような背景から、接液性に優れるダイヤフラム調節弁を使用して、近い粘度だけでなく、異なった粘度をもつ複数の液体原料を混合するために、流れ出しからの流量調整と設定値到達後の流量調整を高精度で行う制御方法の開発が必要となった。
【００１２】
しかし、特性の異なる２種以上の液体原料を合流させて調合するインクジェット用インクの製造において、高接液性のフッ素皮膜付ダイヤフラム調整弁の使用も可能であり、かつ調合開始から終了まで所望の配合比での流量制御を簡便に行う方法は見当たらない。
【００１３】
本発明の目的は、調合開始から終了まで所望の配合比でインクジェット用インクを製造するための複数の原料液体を混合する際に、目的とする混合比での調合を精度よく制御することができるインクジェット用インクの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のインクジェット用インクの製造方法は、
インクジェット用インクを製造するための複数の原料液体の各々を供給ラインから調合領域に供給して調合することによるインクジェット用インクの製造方法において、
前記複数の原料液体の各流量を、各供給ラインに設けた弁を操作して、前記調合領域で得られるインクジェット用インクに目的とする組成を付与するための混合比により制御し、
前記複数の原料液体の各流量の制御を、前記調合領域での調合開始時から調合終了時までの全期間にわたって、ステッピング制御により開始し、その後ＰＩＤ制御に切り換えることにより行い、
前記ステッピング制御は、前記混合比を得るために予め設定された各弁の開度の最大値まで各弁の開度を段階的に増加させ、かつ、各段階の各々に対して前記混合比を得るために予め設定された各弁の開度を各段階において維持することにより行う
ことを特徴とするインクジェット用インクの製造方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、調合開始から終了まで所望の配合比でインクジェット用インクを製造するための複数の原料液体を混合する際に、目的とする混合比での調合を精度よく制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明による代表的な工程の模式図である。
【図２】本発明による実施例１における操作量と流量値のトレンドデータである。
【図３】比較例１における流量値のトレンドデータである。
【図４】比較例２における流量値のトレンドデータである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１８】
本発明では、インクジェット用インクの製造方法における複数の原料液体の調合における混合比の制御を、調合開始から調合終了までの全期間について、ステッピング制御によって開始し、その後ＰＩＤ制御により行う。
【００１９】
各原料液体の調合は、各原料液体のそれぞれに設けられた供給ラインから、製造装置に設けられた調合領域に各原料液体を供給することで行われる。各供給ラインからの原料液体の流量は、調合領域において得られるインクジェット用インクに目的とする組成を付与するための混合比が得られるように供給ラインに設けられた弁によって調節される。
【００２０】
本発明における「調合開始」は、各供給ラインに設けた弁の全てが上述した混合比を達成するための開度に調整された段階をいう。「調合終了」は、各供給ラインに設けた弁の全てを閉じた段階、あるいは調合領域からの製品としてのインクジェット用インクの取り出しを停止した段階をいう。
【００２１】
各供給ラインは、少なくとも配管及び弁（流量調節弁）を用いて構成できる。各供給ラインにおける弁から調合領域までの部分は、複数の原料液体の予め設定された混合比が得られるように各弁で流量制御された原料液体の流れが同時に調合領域に到達できるように構成することが好ましい。なお、調合領域からのインクジェット用インクの取り出しにおいては、目的とする組成を達成していない場合には、製品取り出しラインに流さず、廃棄ラインに流すスイッチング機構を利用してもよい。
【００２２】
一方、弁と調合領域の間に流量計を設けることによって供給ラインからの液体原料の流量を測定し、得られた測定値を用いて流量制御を行うことが可能となる。
【００２３】
流量計としては、液体の流量を測定できるものでれば、方式に関わらず使用することが可能である。インクジェット用インクの製造では、液体原料の投入量を質量で管理することが多いので、コリオリ質量流量計が好適である。
【００２４】
一方、弁としても方式に関わらず使用することが可能である。インクジェット用インクの製造では、耐接液性や洗浄性などのサニタリー性能を得ることができるので、フッ素皮膜のダイヤフラム調節弁が好適である。
【００２５】
各供給ラインからの原料液体の流量は、インクジェット用インクにおける目的とする組成を得るために予め設定された値の混合比（ＭＲps）となるように調節される。上述したコリオリ質量流量計やフッ素皮膜のダイヤフラム弁を組み込んだ配管系に液体原料を流す場合には、各ダイヤフラム調節弁における開度Ｌ（％）を、上述した混合比を達成できる値として予め設定しておく。この開度Ｌの設定値は、系のＣｖ値からの算出、あるいは、流し確認をすることにより、知ることができる。各液体原料についてそれぞれ事前にこの開度Ｌ〔％〕を調査しておくことで、ステッピング制御に利用することができる。
【００２６】
具体的には、予め設定した開度Ｌの最大値Ｌmax〔％〕をＮ分割した時の開度Ｌmax／Ｎ〔％〕を１段とし、任意の時間（到達時間）Ｔ秒間をかけて段階的に開度を増加させ、合計Ｎ段ステップさせＬmax〔％〕まで到達させる。更に、各段階においても予め設定したＬ〔％〕を用いて、ステッピング制御を行う。
【００２７】
なお、開度Ｌの最大値Ｌmax〔％〕は、供給ラインに安定した流れが得られるように設定することが好ましい。
【００２８】
複数の液体原料のうち、最小の粘度をもつ液体原料と最大の粘度をもつ液体原料の粘度の比が１０倍以上である場合に対しても本発明は適用可能である。
【００２９】
また、本発明で扱うことができる液体原料の粘度は、３００ｍＰａ・ｓｅｃを超えないことが望ましい。これ以上大きいと配管抵抗が大きくなり、ステッピング制御で調整できない程度の流れ出しの遅れが生じる可能性があるからである。下限は特にないが、液体であることを前提としているので、一般的な液体の粘度０．１ｍＰａ・ｓｅｃ以上がそれにあたる。この範囲の粘度の液体であれば、それぞれの液体原料の粘度の値が、近いもの同士でも遠いものとの組合せでも、制限なく使用することができる。
【００３０】
ステッピング制御は、後述する外乱などの各供給ラインでの流量や複数の原料液体の混合比に対して影響が生じやすく、ＰＩＤ制御が必要とされる動作環境が形成される前までとすることが好ましい。この動作環境が生じるまでの時間は、用いる装置の構成から予め検討しておくことができる。
【００３１】
３００ｍＰａ・ｓｅｃ以下の粘度の原料液体を用いた場合には、ステッピング制御を行う任意の時間Ｔ秒は、１０秒以上３０秒以下の範囲内にあることが望ましい。
【００３２】
ステッピング制御を１０秒以上行う必要がある理由としては、次のような液体原料の粘度差による特性の違いからである。
【００３３】
純水のような粘度の小さい液体は、弁を開けると速やかに流れ出す特性を持つのに対し、インクジェット用インクでよく使用されるようなグリコール系の液体原料は、弁を開けてから流れ出すまでに、純水に比べて若干の遅れが生じる。これが、３００ｍＰａ・ｓｅｃ以下であれば、その遅れが１秒以内であることがわかっている。よって、調節弁の操作後は、１秒間を開けた状態で保持することが望ましいため、ステッピング制御の１段の保持時間Ｔ／Ｎは、１秒以上が望ましい。これによりステッピング制御を実施する全体の時間Ｔを算出すると１０秒以上になる。
【００３４】
なお、ステッピング制御により流量制御を開始しない場合には、ステッピング制御が１０秒未満であるのと同等の理由で、所望の配合比を得られない可能性がある。例えば、流れ出しの弁の全閉状態から、設定値到達の開度Ｌｍａｘ〔％〕を狙ってステッピング制御をかけずに調節弁を直接Ｌｍａｘ〔％〕まで一度に操作させたり、最初からＰＩＤ制御を行う場合が、これに相当する。その理由としては、使用する液体原料の粘度によっては弁の制御に流量の制御が追従できないまま原料液体を調合領域に流すことが考えられる。
【００３５】
一方、ステッピング制御時間が３０秒以下である必要性は、次のような背景に基づく。ステッピング制御中は、シーケンサーからの一方的な指示に従うだけの動きしか弁は行わないため、外乱が発生した時に、その影響に対して、流量の補正ができない状態にある。例えば、貯留領域としての原料タンクから原料液体が使用されることで水位が下がり水頭圧が変動するなど、外乱が発生する可能性がある中で、無防備な状態を長く保持しないために３０秒以内で、ＰＩＤ制御に切り替える。その後は、ＰＩＤ制御によって圧力変動に対応できる状態にするのが、所望の配合比から外れを防止し、規格外品製造のリスク削減に繋げることができる。
【００３６】
また、ステップ段数Ｎについては、５〜３０段が望ましい。３０段以下である理由としては、Ｌｍａｘ／３０で計算される１段の調節弁操作量（開度操作量）が小さくなり、調節弁が稼動可能な最低分解能より小さくなってしまう可能性がある。特にＬｍａｘ／Ｎが０．５％より小さくなると、調節弁の操作が追従できなくなる可能性が出てくるためである。したがって、Ｌｍａｘ／Ｎは０．５％以上であることが好ましい。一方、５段以上である理由としては、段数が少なくなると、１段の調節弁操作量が大きくなるため、１段の操作での流量変化も大きくなり、そのときに発生する脈動が他方の流量へ影響を及ぼす可能性がある。さらに、１段の操作量が大きいと、粘度が純水より大きい液体原料を使用した場合に、流れ出しが遅れて、追従できない可能性が出てくるからである。
【００３７】
ＰＩＤ制御は、各弁においてＬｍａｘまで弁を開いた段階から開始し、調合終了まで行う。ＰＩＤ制御は定法に従って行うことができる。例えば、先に挙げた外乱による調合領域における混合比の乱れの発生を検知して、外乱の要因を排除する制御を行う。外乱が原料液体のタンク中での水頭圧の変動による流量の乱れである場合は、弁の開度の調節や加圧手段による加圧などによりこれを解消する動作を行う。
【００３８】
以上のステッピング制御及びＰＩＤ制御は、これらの制御を実行するプログラムを組み込んだコンピュータシステムからの指令により、インクジェット用インクの製造装置における弁等の制御に必要な構成部分の動作を制御することによって行うことができる。
【実施例】
【００３９】
（実施例１）
図１は、本発明の一実施例のフロー図である。複数の液体原料用に配管Ａ、Ｂ、Ｃの３系路をもち、これらが調合領域を構成するスタティックミキサー４で合流混合され排出ラインＤから取り出される。配管Ａ、Ｂ、Ｃにはそれぞれ原料タンク、コリオリ式流量計、フッ素皮膜のダイヤフラム調節弁を各１つずつ設置した。配管Ａのコリオリ式流量計には、エンドレスハウザー社プロマス８３Ａを、ダイヤフラム調節弁にはバウマン社８４０００を使用した。配管Ｂ、Ｃのコリオリ流量計には、エンドレスハウザー社プロマス８３Ａを、調節弁にはバウマン社８３０００を使用した。また、各調節弁に指示を出す調節計には、山武社ＡＨＣ２０００を使用した。また、各液体原料の粘度の測定には、東機産業社ＲＥ−８０Ｌを用いた。
【００４０】
まず、各配管に粘度の異なる原料を満たし、流量設定値に対する調節弁の到達開度Ｌｍａｘを調べることにした。Ａには、粘度２ｍＰａ・ｓｅｃの液体原料を、Ｂには、粘度２０ｍＰａ・ｓｅｃの液体原料を、Ｃには、粘度１２０ｍＰａ・ｓｅｃの液体原料をそれぞれ満たし、Ａ、Ｂ、Ｃの各原料タンクについて０．１５ＭＰａの圧力をかけて一斉に送液を行った。
【００４１】
目的とする３種の原料液体の混合比を得るためのＡにおける流量設定値を１０．０ｋｇ／ｍｉｎにして流した結果、安定して流れた時の調節弁到達開度Ｌｍａｘ（Ａ）は、６２．０％であった。同様に、Ｂの調節弁の設定値に対する開度を調べると、流量設定値６．０ｋｇ／ｍｉｎの時、開度Ｌｍａｘ（Ｂ）は、３８．３％であった。同様に、Ｃでは、流量設定値１．６６ｋｇ／ｍｉｎの時、開度Ｌｍａｘ（Ｃ）は１３．９％であった。
【００４２】
ステッピング制御の段数Ｎは２０段とし、制御の時間Ｔは２０秒とした。このときの１段のステップ量を開度操作量Ｌ／Ｎより算出し、以下の結果を得た。得られた結果からステッピング制御の条件を設定した。
Ｌｍａｘ（Ａ）／Ｎ＝６２．０／２０＝３．１％
Ｌｍａｘ（Ｂ）／Ｎ＝３８．８／２０＝１．９％
Ｌｍａｘ（Ｃ）／Ｎ＝１３．９／２０＝０．７％
これらの条件で調合を開始すると、１秒ごとに、Ａ、Ｂ、Ｃそれぞれについて上記ステップ量だけ操作量が変わっていき、２０秒かけて、２０段のステッピング制御が行われた。その後、ＰＩＤ制御に切り替え、さらに４分４０秒流し、調合を終了した。このときに得られた操作量と流量値のトレンドを、調合開始から３０秒までの拡大図として図２に示し、評価結果を（評価）に記す。
【００４３】
（比較例１）
実施例１で使用した液体原料Ａ、Ｂ、Ｃを各配管に原料を満たし、流量設定値と調節弁の到達開度Ｌｍａｘ（Ａ）、Ｌｍａｘ（Ｂ）、Ｌｍａｘ（Ｃ）は、実施例１と同じ条件を使い、ステッピング制御を行わず、開度Ｌｍａｘを狙って、直接調節弁を操作させる運転を行った。粘度が１２０ｍＰａ・ｓｅｃの液体原料Ｃは、調節弁の大幅な操作量に追従できなかった。このときに得られた流量値のトレンドを、調合開始から１０秒までの拡大図として図３に示し、評価結果を（評価）に記す。
【００４４】
（比較例２）
実施例１において、Ａにおける調節弁が開度Ｌｍａｘ（Ａ）に到達した段階で、その開度を維持し、調節弁をＰＩＤ制御せずに流し続けると、４０秒を超えたあたりから、著しく流量が低下した。この時の流量の変化量は、−２．４％であり、本発明が要求する配合比の許容を超える値であった。
【００４５】
また、ステッピング制御を行う時間Ｔを、３０秒を超えて設定する以外は実施例１と同様にして調合すると、上述したＡにおける流量の低下が生じる領域になってしまうことから、実施例１の制御においては、３０秒以内でのＰＩＤ制御への切り替えが必要であることがわかった。このときに得られた流量値トレンドを、４０秒から７０秒までの拡大図として図４に示した。
【００４６】
（参考例１）
これまでに使用した液体原料と粘度が異なるＥを用いて、流量設定値に対する調節弁の安定開度Ｌを調べることにした。Ａには、粘度２ｍＰａ・ｓｅｃの液体原料を、Ｅには、粘度１４００ｍＰａ・ｓｅｃの液体原料をそれぞれ満たし、Ａ、Ｅの各原料タンクについて０．１５ＭＰａの圧力をかけて一斉に送液を行った。しかし、Ｅの流れ出しは、Ａの流れ出しに比べ約１０秒遅く、Ｔ／Ｎ＝１ｓｅｃの保持時間をもたせたステッピング制御を行ったとしても、調合開始からの本件が要求する配合比での流量制御を行えないことがわかった。
【００４７】
（評価）
以下の項目に従って、実施例１及び２における流量制御に対する評価を行った。得られた結果を表１及び表２に示す。
・各液体原料の設定値を全液体原料の設定値の合計で割って算出される値を基準指標とする。
・調合開始からの任意の時間経過後に、各液体原料の流量を全液体原料の流量の合計で割って算出される値を配合比とする。
・配合比と基準指標の値の差が±１％以内であれば、所望の配合比を得ることができているので、判断をＯＫとし、差が大きい場合はＮＧとした。
【００４８】
【表１】
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【００４９】
【表２】
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【符号の説明】
【００５０】
１：  原料タンク
２：  コリオリ流量計
３：  ダイヤフラム調節弁
４：  スタティックミキサー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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