JPH02266951A - 非接触型記録装置 - 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】 技亙光互 本発明は、ワックス等の相変化記録媒体を利用した記録
装置に関し、例えば、コピア、プリンター、ＦＡＸ等の
記録エンジンに適用されるものである。

丈来援生 従来技術としては、米国特許第３７９０７０３号明細書
、特開昭６３−５７２４８号公報、特開昭６３−１２２
５５３号公権などがある。米国特許第３７９０７０３号
明細書には、オリフィスとオリフィス近傍に設けたスイ
ッチング加熱手段と、エアー流により吐出インクを印写
面に運ぶ構成が開示されているが、加熱手段を加熱ＯＮ
Ｌ、ていないときは、オリフィス先端部でインクが固化
して目詰り状態が発生する様なエアー温度の設定は特に
示されてない、また、加圧ガスがインクを吐出さすため
の力として十分作用する構成になっていない、さらに、
オリフィスから吐出したインクが飛散して解像が上がら
ないばかりでなく、記録媒体の温度や粘度特性と加圧ガ
スの温度との関係については何も触れていない。

このため、大きい加熱パワーが必要であり、環境温度条
件により印写特性が大きく変化し、信頼性において問題
があった。

また、特開昭６３−５７２４８号公報には、ノズル口近
傍に設けた加熱手段によりインクの表面張力や粘度を低
下させ、静電吸引力により吐出を出やすくしている点は
開示されているが、相変化インクを利用したものではな
い。

また、特開昭６３−１２２５５３号公報には、静電気力
で吐出させ、飛翔中にエアーに乗せて印字スピードを上
げるもので、マルチの構成については開示されているが
、相変化インクを利用したものではない。

上記２件の公開公報のものは、従来の静電吸引方式の改
良であって、相変化を吐出原理に利用したものでなく、
放置時の目詰りや紙面への付着インクのにじみ、ドツト
径の変形等画質低下の問題を残している。又、高電圧の
スイッチングが必要で集積化やコストの点においても問
題がある。

従来技術の記録装置にはインパクト方式とノンインパク
ト方式に大別されるが、インパクト方式は騒音の問題が
大きく、特にパーソナル分野への普及にともない、低騒
音、メンテナンスフリーのノンインパクトプリンターが
要求されている。ノンインパクトプリンターとしては、
インクジェット、サーマル、レーザー電子写真の各方式
があるが、高速、普通紙印写、メンテナンスフリーを満
足するものとして、インクジェット方式が有望視されて
いる。このインクジェット方式は、一般にインクを常に
定量吐出して記録し、しかもインクが、染料性色材であ
るため、特に印刷は鮮明でカラー印刷に有利であり、非
接触であるため非常に低騒音で印刷品質の耐久性がある
ことが特徴となっている。インクジェットにも、圧力パ
ルス方式、荷電制御方式、電界吸引方式等があるが、こ
れらに共通な問題点として長期放置に対する同化、目詰
り、また記録面とノズル面の接触、記録面からの紙粉等
ゴミのノズル面付着等がある。

旦−一敗 本発明は、上述のごとき欠点を解決するためになされた
もので、コピア−、プリンター等、記録部エンジンにお
いて、特に、カラー化やディジタル記録を可能にするも
ので、普通紙記録に有利な記録装置を提供することを目
的とする。又、非接触記録で直接像形成が可能であるた
め、装置の耐久性や信頼性が上がり、小型でコンパクト
な記録装置が可能となる。

また、インクは相変化を利用するものであり、放置時の
乾燥目詰りという従来の水性インクを利用した各種方式
の問題点を根本的に解決することを目的とする。また、
紙粉等のノズル面への付着により生じるインクの噴射方
向変化、画質の低下という信頼性の問題を原理的に解決
することを目的とする。また、インク吐出のために印加
するエネルギーを最低限にし、インクの気化、分解を防
ぐことにより信頼性の高い記録装置を提供することを目
的とする。

さらに、加熱によるスイッチングを行う方式の尾引きに
よる画質の低下、応答の悪さという問題点を解決するこ
とを目的とする。

皇−一双 本発明は、上記目的を達成するために、（１）常温では
固相で、加熱によって粘性が低下するインクを用いる非
接触型記録装置において、インクを融点温度近傍又は融
点以上に加熱して吐出口近傍まで供給する手段と、イン
クの融点以下の温度の気体流を供給する手段とを有し、
気体流の直進流路に対し、インクの吐出ノズル又はスリ
ットの開口内方を９０度又はそれ以下の角度に設定し、
吐出口近傍の固相又は高粘度の液相状態のインクを加熱
吐出させる際、インクの温度をその融点以上かつ沸点も
しくは分解点以下に保つ加熱制御手段を有すること、更
には、（２）吐出口近傍の固相又は高粘度の液相状態の
インクを加熱・吐出させる際、吐出口近傍のインクにお
いて、インク吐出用ヒータから最も遠い位置のインクが
最も近い位置のインクに対して熱応答の時間的な遅れが
２０％以内になることを特徴としたものである。

以下、本発明の実施例に基づいて説明する。ここで使用
する相変化、高温溶融インクとは、ワックス等を主成分
とするもので、少なくとも常温で固体化し、常温以上に
融点をもつもので、例えば、５０℃以上で溶解して、粘
度低下する特性であれば良い。

例として、温度に対して粘度変化を示す記録媒体の特性
を第７図に示す、５０℃〜６０℃以下の常温では固体化
しくＡ領域）、８０℃以上の高温になれば、５０００Ｐ
以下の低粘度液体（Ｃ領域）となり吐出に十分な低抵抗
となる。又、その中間（Ｂ領域）は吐出口まで供給する
に十分な粘度であり、少なくともこのＢ領域以上の温度
のＰｒｅｌ−１ａａｔしてやれば良いことになる。

以上の記録媒体の特性を利用した記録原理について以下
に記載する。エアー等の気体流を例えば１０ｍ八以上の
スピードで連続的に流しておく。

これに対し、スリット又はノズル流路の吐出口流体抵抗
を小さくする為の加熱スイッチングを行ない、ワックス
等を主成分とする高温溶融インクを低粘度化する。そし
て、インクタンク側との液面差圧又は加圧によって、さ
らに、気体流壁面に作用する摩擦応力によって吐出飛翔
することになる。

一般に、圧縮性と粘性を考えない理想流体の定常流のも
とでの壁面圧力Ｐａは、 Ｐａ＝Ｐ−１／２　・ｐｖ” ただし、Ｐ：その上部気体流の総圧 ρ：気体の密度 ■＝気体流の流速 であり、気体流速Ｖが速れけば、総圧Ｐに比べ壁面圧Ｐ
ａは小さな値すなる。このＰａが、インクタンク側から
の圧力に対して小さく、さらに、供給管路と気体流中へ
の吐出口壁面での粘性による圧力損失よりも大きい圧力
が供給インクに加わっている場合、インクが吐出するこ
とになる。又、気体流中に吐出しようとするインクに対
し、気体流速度勾配に応じた摩擦応力も吐呂力、搬送飛
翔力として作用することになる。

以上の様に、ノズル又はスリット近傍の加熱ヒーターに
通電することにより１例えば１５０〜３００℃の高温と
なり、１００ｃｐ以下の低粘度となったインクはヒータ
ーに通電されている間、連続的に吐出することになる。

そして、気体流中で加速飛翔して紙面に付着後、冷却し
て固化することになる。

第１図は、本発明の非接触型記録装置に用いるインクの
示差熱分析結果の一例を示す、このインクは、固体から
液体に相転移する際に常温から裏金に溶解するまでの温
度範囲で、一つ又は二つ以上の転移温度を有する常温で
固体のインクである。

常温とは、５〜３５℃の範囲であり、この温度から、溶
融点までに一つ又は二つ以上の転移温度を有するか否か
は、示差熱分析（ＤＳＣ）を行うことにより容易に判別
できる。すなわち、示差熱分析において呪われる吸熱の
ピークに相当する温度が転移温度である。第１図におい
ては、シ１ルダーを含め、４つの吸熱のピークを示して
いる。この例に示す様な複数の転移温度を有するのは、
単一化合物によりビークルを構成する場合においては、
部分的に微細な結晶構造を有する常温で固体であって、
５０〜２００℃の範囲で融点を有し、常温から融点まで
の範囲でガラス転移点を有する化合物である場合である
。この様な特性を示す化合物の例としては、ポリアクリ
ス酸エステル類、ポリエチレンオキサイド、エチレン酢
酸ビニル共重合体等が挙げられる。また、複数の化合物
でインクのビークルを構成する場合で、融点が異なる２
種以上の化合物を混合すると、複数の転移温度が現われ
る。

以上のインクに用いられる化合物は、他に、カルナバワ
ックス、キャンデリラワックス、鯨ろう、密ろう、木ろ
う、ホホバろう等の天然ワックス、テトラコサノール、
ヘキサコサノール等の高級アルコール類、およびそれら
のエステル類、他に高級脂肪酸およびそのエステル類が
ある。

そして、インク全体が流動性となるための完全溶解温度
は、最も高温にある転移温度以上の値であることになる
。

第２図は、本発明による非接触型記録装置のシステム構
成図で、図中、１はプレヒーター　２はインクタンク（
Ｃ；シアン、Ｍ；マゼンダ、Ｙ；イエロー、Ｂニブラッ
ク）、３は加圧ポンプ、４は加熱ドライブ用端子、５は
印字面に衝突した気体流を回収するためのスクイズ板、
６はフィルター　７は断熱板、８は温度検出用端子、９
は温度制御部、１０はドライバー内蔵ヘッド、１１は記
録紙、１２はインク加圧制御バルブである。特に、カラ
ー化を構成する場合、ラインヘッド灸近接して小型化も
必要とする。このとき、１０〜１００ｒｎ／ｓの流速を
有する気体流が相互に合流すると騒音の発生と層流の乱
れとなり、記録媒体の印写面付着が不安定になる。そこ
で、ヘッドユニット間及び印写面に気体流回収手段５を
設けている。この印写面からの回収気体流を数μｍ径の
フィルタ６を介して加圧ポンプ３に接続して吸収する。

又、気体流の回収系及び加圧供給系とも断熱構造を有す
る構成とする。この循環気体流の温度は１００℃以下で
あり１例えば、５０℃程度の設定が可能である記録媒体
が一般的である。このため。

断熱板７としては特殊な材料は必要でなく、多孔室を有
する樹脂材料、ゴム材料、ガラス綿、繊維質材料であれ
ば良い。

具体的には、ケイ酸カルシウム、塩基性炭醸マグネシウ
ム、カポサイト、吹付は石綿、あわガラス、硬質ポリウ
レタン等を主成分とする管路を構成する。なお、記録ヘ
ッドの全体を覆うプレヒーターの両端部は開放されてい
るが、実際には両側とも密閉構造となっている。

第２図のシステムにおいて、インク吐出口へ供給するた
めのＰｒｅ　Ｈｅａｔによる供給インク温度は、流動性
となる溶解温度、又は供給インクのタンク側より加圧す
る構成とすれば、完全溶解する必要はなく、いくつかあ
るうちの１つのインクの融点温度近傍であれば良い＊　
Ｐｒｅ　Ｈｅａｔ温度は低い温度であるが、エネルギー
損失が小さく、構成上、又、材料上選定に当っても自由
度が大きく低コスト化できる。

第３図及び第４図は１本発明のヘッド部の構成図で、図
中、２１は共通液室、２２は上板、２３は気体流路、２
４はスイッチング用ヒータ、２５はペースプリヒート用
ヒータである。記録体吐出用スリットが気体流路２３に
対して９０度（第３図）、又はそれ以下の角度（第４図
）に設定されている。スイッチングヒーターＯＦＦ時に
インク吐出口よりインクが吐出しない構成にするために
、気体流の供給温度はインク融点温度以下に設定し、イ
ンク吐出口上を流れる気体流によって、吐出口インクの
みが冷却され、Ｐｒｅ　Ｈｅａｔｌｉ度より低下し、イ
ンク粘度が高く吐出のための流体抵抗が増加することを
狙っている。

第Ｓ図は、気体流供給温度に対する吐出口のインク表面
の冷却温度を示す、インク吐出口のディメンションは５
０μ−以下の微小寸法であるため、直接気体流と接する
面積が小さく、冷却効果は大きくない、そのため、気体
流の供給温度は、出来るだけ低い方が好ましく、使用環
境温度の上限近傍に常にコントロールしておくのが安定
な吐出特性が得られる。環境温度が変動しても、吐出口
インク温度が一定温度にコントロールされていれば。

吐出のためのスイッチングヒーターにより溶解するため
の印加熱量は、一定量で常に安定した吐出となる。例え
ば、インク吐出口スリット幅３０μ園、気体流の流速Ｌ
ｏｏｍ／ｓ、気体流供給ｍ度３５〜４０℃のとき、吐出
口インクの表面温度は５℃低下する。このとき、パラフ
ィンを主成分とするインクを用いたシステムにおいては
、安定な吐出特性が得られた。

利用したインクは融点が６０〜８０℃、沸点もしくは分
解点が２５０℃以上のインクである。インク吐出ロスリ
ット帽が１０〜３０μｍ、気体流の流速が１０〜Ｌｏｏ
ｍ／ｓ、スイッチング用ヒーターに印加するワット量が
０．１〜ＩＷ／ｄｏｔ、印加時間が０゜１〜２ｍ＠ａｃ
の範囲内でスイッチオン時、吐出口近傍のインクにおい
て、スイッチング用ヒーターに最も遠い位置のインクの
ピーク温度は融点以上、最も近い位置のインクのピーク
温度は沸点もしくは分解点以下に保つよう加熱制御し鮮
明な画像を得た。

第６図に、スリット幅が３０ｐｍ、気体流の流速Ｌｏｏ
ｍ／ａ、スイッチング用ヒータに印加するワット量が０
　、４　Ｗ／ｄｏｔ、印加時間１ｍ５ｅｃの場合。

吐出口近傍インクのスイッチング用ヒーターからの距離
に対する熱応答の時間的な遅れを示す、ここで、スイッ
チング用ヒーターは４μｍの保護層が表面を覆っている
構成である。また、熱応答の時間的な遅れとはピーク温
度に達するまでの時間の遅れを意味する。

また、第６図で、スイッチング用ヒーターから８μｍ、
１８μｍの位置のインクは１時間的な遅れがそれぞれ１
０％、５０％である。この結果から、１５μｍ以上離れ
た位置では、２０％以内の時間的な遅れは難しいと判断
してスリット幅を１０〜１５μｍとした。その時、熱応
答の時間的な遅れは２０％以内になり、尾引きは大幅に
低減され１画質および装置全体の応答性の向上がみられ
た。

劾−一一釆一 以上の説明から明らかなように１本発明によると以下の
ような効果がある。

（１）請求項１の効果は、インク搬送用気体流路に対し
、インク吐出ノズル又はスリットの開口方向を９０度又
はそれ以下の角度に設定した構成により、開口部のみの
インクが効率的に冷却され。

インク加熱吐出時は、吐出口近傍のインクの温度を融点
以上かつ沸点もしくは分解間以下に保つ加熱制御手段を
有するため、インクの気化、分解を防ぎ、高画質化が可
能である。

（２）請求項２の効果は、インク加熱吐出時、吐出口近
傍のインク内で熱応答の大きい時間的な遅れのない構成
としているため、装置全体の応答性が向上するとともに
尾引きを防ぎ、信頼性の高い記録装置が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１１！ｌは１本発明によるインクジェット記録装置に
用いるインクの示差熱分析結果を示す図、第２図は、本
発明による非接触型記録装置のシステム構成図、第３図
及び第４図は、ヘッド部のも！成因、第５図は、気体流
供給温度に対する吐出口のインク表面の冷却温度を示す
図、第６図は、吐出口近傍インクのスイッチング用ヒー
ターからの距離に対する熱応答の時間的遅れを示す図、
第７＠は、記録媒体の温度に対する粘度変化の特性を示
す図である。 １・・・プレヒーター　２・・・インクタンク（Ｃニジ
マン、Ｍ：マゼンダ、Ｙ：イエロー、Ｂニブラック）、
３・・・加圧ポンプ、４・・・加熱ドライブ端子。 ５・・・スクイズ板、６・・・フィルタ、７・・・断熱
板、８・・・温度検出用端子、９・・・温度制御部、１
０・・・ドライバー内蔵ヘッド、１１・・・記録紙、１
２・・・インク加圧制御バルブ。 第　１２ 時間［分］ 第　２　図 藁 区 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、常温では固相で、加熱によって粘性が低下するイン
   クを用いる非接触型記録装置において、インクを融点温
   度近傍又は融点以上に加熱して吐出口近傍まで供給する
   手段と、インクの融点以下の温度の気体流を供給する手
   段とを有し、気体流の直進流路に対し、インクの吐出ノ
   ズル又はスリットの開口内方を９０度又はそれ以下の角
   度に設定し、吐出口近傍の固相又は高粘度の液相状態の
   インクを加熱吐出させる際、インクの温度をその融点以
   上かつ沸点もしくは分解点以下に保つ加熱制御手段を有
   することを特徴とする非接触型記録装置。 ２、吐出口近傍の固相又は高粘度の液相状態のインクを
   加熱・吐出させる際、吐出口近傍のインクにおいて、イ
   ンク吐出用ヒータから最も遠い位置のインクが最も近い
   位置のインクに対して熱応答の時間的な遅れが２０％以
   内になることを特徴とする非接触型記録装置。