JPH07304167A - インクジェットプリンタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はインクジェット記録装置に関し、特
に記録紙の紙質に依存しない高品質印字と高速乾燥、高
速印刷が可能なプリンタを実現することが目的である。 【構成】 水性インク滴を吐出して被記録材に印刷を行
なうインクジェットプリンタにおいて、印刷される直前
領域の被記録材の表面をベルト式プリヒータで圧接加熱
乾燥させると共に、加熱乾燥されている該被記録材を真
空吸着搬送しながらその表面に印刷する構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はインクジェット記録装置
に関し、特に記録紙の紙質に依存しない高品質印字と高
速乾燥、高速印刷が可能なインクジェット記録装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録装置に用いられるイ
ンクは通常、安全性等の面から水を溶媒とする水性イン
クが用いられている。そしてこの水性インクはヘッドに
おける目詰まりを防止する目的で蒸発速度を低くするこ
とが必要であるが、これは印刷後のインクの乾燥速度を
遅くし、印刷後の用紙の取扱いを困難とするだけでな
く、カラー印刷の場合のインクの流れや混色、用紙のし
わの発生や用紙の膨張、伸縮による印刷精度の低下まで
もたらす。これらを軽減する目的でインクと記録紙の改
良が行なわれているが、いずれも専用化、高コスト化が
避けられないのが現実である。

【０００３】これに対し、記録装置側の対策で高速乾燥
させようといういくつかの提案があり、最近その製品へ
の適用（Hewlett-Packard Journal,Feb.1994,P.35)もな
されている。その具体的な方法は熱風加熱、熱輻射加
熱、加熱プラテンローラからの伝熱加熱などによって印
刷前後の記録紙を加熱、乾燥させようとするものであ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしこれらのいずれ
の方法も、対象とする記録紙の温度検出とそれによる加
熱源の通電制御が必要であり、記録紙の搬送トラブルに
よる過加熱や発煙発火防止対策、安全対策が不可欠であ
る。しかもこれらの加熱効率は一般的に低く、消費電力
は必ずしも小さなものではない。更に電源投入後、印字
を開始できるまでの待ち時間がこの加熱源の昇温時間で
決定されるぐらい長くかかるのが一般的である。

【０００５】本発明の目的は、クイックスタート、低消
費電力になることは勿論のこと、記録紙の温度検出や加
熱源の通電制御が全く不要で、記録紙の搬送トラブルに
よる過加熱が小さく、発煙発火防止対策が不要で、安全
対策が大幅に削減できる記録紙乾燥方法を提供し、高速
印刷が可能なインクジェットプリンタを実現することで
ある。更に本発明のもう一つの目的はヒゲ状にじみを大
幅に低減し、カラー印刷の場合のインク流れや混色、更
には記録紙のしわ発生や膨張による印刷精度の低下など
を防ぎ、普通紙、再生紙に対しても高価なインクジェッ
トプリンタ用線用紙と同程度の印刷品質を実現すること
である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、水性インク
滴を吐出して被記録材に印刷を行なうインクジェットプ
リンタにおいて、印刷される直前領域の被記録材の表面
をベルト式プリヒータで圧接加熱乾燥させると共に、加
熱乾燥されている該被記録材を真空吸着搬送しながらそ
の表面に印刷することによって達成される。

【０００７】また、前記ベルト式プリヒータのベルトが
厚さ２０〜５０μｍのポリイミド樹脂製エンドレスベル
トであり、該ベルト式プリヒータの圧接ローラがシリコ
ンゴムからなる軟質ローラであり、該ベルト式プリヒー
タの加熱源が薄いジルコニア添加アルミナセラミック伝
熱板とＰＴＣヒータから構成することによって、更に、
前記ＰＴＣヒータが、そのキュリー点が１２０℃から２
３０℃の範囲から選ばれた一定のキュリー点を持つＰＴ
Ｃヒータチップから構成することによって達成される。

【０００８】また、前記真空吸着搬送の吸引空気量が印
刷領域付近までは大きく、それ以降は小さくなってお
り、この真空吸着搬送用ベルトを多孔質膜からなるエン
ドレスベルトとすることによって上記目的はより効果的
に達成される。

【０００９】

【作用】本発明のインクジェットプリンタに利用される
ヘッドは、静電方式、圧電方式、サーマル方式など、ど
の方式のものでも同一の効果が得られることは説明する
までもないであろう。しかし本発明者による大規模、高
集積密度のサーマルインクジェットプリントヘッドが得
られるようになった現在、このヘッドを用いて高速印刷
が可能となったマルチカラーまたはフルカラーのサーマ
ルインクジェットプリンタに本発明を適用するのが最も
大きなインパクトを与えることも明らかである（特願平
０５−９０１２３号参照）。というのは、従来タイプの
サーマルインクジェットプリンタのフルカラー印刷の印
刷スピードは０．５ページ／分（ｐｐｍ）程度であるの
に対し、本発明者の発明になるサーマルインクジェット
プリンタのフルカラー印刷の印刷スピードは、印刷イン
クの乾燥時間を無視すれば１００ｐｐｍでも可能となっ
ているからである。すなわち、このプリンタでの印刷ス
ピードの限界は印刷インクの乾燥時間で決定されている
のである。

【００１０】さて、印刷インクで濡れた記録紙を高速乾
燥させるには非接触で加熱、乾燥させるか記録紙の裏面
から伝熱加熱する方法しか知られておらず、いずれも加
熱効率の非常に悪い方法であることは既に述べた通りで
ある。これに対し、本発明のベルト式プリヒータは、印
字前の記録紙の印字面側から圧接加熱するので加熱効率
の最も良い方法となっている。そして記録紙の保管状況
によって異なる記録紙中の含有水分がこのプリヒーティ
ングによって蒸散され、ヘッド下に搬送された記録紙は
高温低湿度のほぼ一定条件の被記録材となっている。す
なわち、記録紙の保管状況に依存しない常に理想的な条
件にある被記録材をヘッド下に供給できるのである。し
かもこのヘッド下に搬送された被記録材は既に真空吸着
ベルトに固定されており、被記録材が通気性のある記録
紙の場合、真空吸着ベルト側からの吸引によって着地イ
ンク滴は記録紙の厚さ方向に拡散しやすい条件で定着さ
れる。このことは、厚さ方向にも高温低湿度となってい
る記録紙の高速乾燥能力を最大限に活用し、順次着地す
る他色のインク滴を最小の滲み量と混色率でフルカラー
印刷できることを示している。この高温低湿度の記録紙
への印字によって、従来方法では低減させることが困難
であったヒゲ状滲みを大幅に低減させることができるよ
うになり、普通紙、再生紙でも高価な専用紙並みの印字
品質で記録することが可能となった。そして真空吸着ベ
ルトによる記録紙の固定搬送は、印字過程における記録
紙の伸縮変形を最小限に抑え、フルカラー印刷時の着地
インク滴の位置ずれを最小にして高品質なフルカラー印
刷を可能とした。

【００１１】以上で説明した事情は通気性の無いＯＨＰ
シートの場合でも結果的にはよく似た印刷品質が得られ
ており、これはＯＨＰシートの方が記録紙よりも熱容量
が大きく、インクの乾燥速度という点で類似の効果を発
揮しているものと推定している。また、特殊な例ではあ
るが、封筒などのように２重の袋状記録紙もこのベルト
式プリヒータはしわを発生させることなく加熱乾燥する
ことができ、これへの高速印刷も可能である。

【００１２】なお、本ベルト式プリヒータは耐熱性、剛
性を有するポリイミド樹脂製エンドレスベルトで、加熱
源の熱を有効に被記録材に伝達する観点からと、熱伝導
性、剛性、潤滑性、電気絶縁性に優れたジルコニア添加
アルミナセラミック放熱板との加圧摺動による摩耗寿命
等の観点からその厚さは２０〜５０μｍが最適であるこ
とを実施例で示す。また、加熱源にＰＴＣヒータ得を用
いると、その自己温度制御性能によって何らの温度制御
を行なうことなく設計通りの温度に被記録材を加熱する
ことができ、しかも本プリンタは少なくとも数ｐｐｍ以
上のカラー印刷速度を有するので、印刷速度を全ての印
刷モードで一定としても何らの不都合も生じないので加
熱源の温度は常に一定としてよい。すなわち、一定のキ
ュリー温度を持つ一種類のＰＴＣヒータチップからプリ
ヒータを構成してよく、設定温度を変える必要がないの
である。ただし、ラインヘッドとか走査型ヘッドによっ
てプリンタの印刷速度が変わるので、それに応じてＰＴ
Ｃヒータのキュリー温度を選定すればよい。ただし、搬
送トラブルなどによる記録紙の過加熱を避ける目的で利
用するＰＴＣヒータの最高キュリー点は２３０℃（記録
紙加熱面で約１８０℃）以下とするのがよい。また、真
空吸着搬送での吸引空気量を印刷領域付近までを大きく
し、それ以降を小さくするのは被記録材が搬送部に導入
された初期段階において大きな吸着力を確保するためで
あり、搬送ベルトを微細な多孔質膜または網目状シート
で構成したエンドレスベルトとすることによって印字領
域における記録紙全域にわたって搬送ベルトからの真空
吸引を均一化でき、記録紙全域での高品質印刷が実現で
きるのである。

【００１３】

【実施例】本発明になるフルカラーサーマルインクジェ
ットプリンタの断面構造を図１に示す。

【００１４】被記録材６は印刷される直前にベルト式プ
リヒータ２によって順次加熱され、被記録材６が記録紙
の場合はその含有水分を蒸散させて若干温度を低下させ
ながら真空吸着搬送器３の多孔質搬送ベルト３４に吸着
固定されてフルカラーラインヘッド１の直下に搬送され
てくる。フルカラーラインヘッド１は本発明者によって
発明（特願平０５−９０１２３号、０５−２３１９１３
号、０５−３１８２７２号）された大規模、高集積密度
のサーマルインクジェットプリントヘッドで、搬送され
てくる被記録材６の幅一杯に例えば４００ｄｐｉ（ドッ
ト／インチ）の密度でインク吐出ノズルが並んでおり、
このノズル列が約１．５ｍｍ間隔で被記録材６の搬送方
向に４列並んで３色＋黒色の水性インク滴を被記録材６
に向かって吐出してフルカラー印刷するようになってい
る。４はオリフィスキャップ、５はオリフィス面のクリ
ーニング関連部材であるが、本発明に直接的な関係がな
いので説明を省略する（特願平０６−６５００５号参
照）。

【００１５】まず、ベルト式プリヒータ２の詳細な説明
を行なう。この種のヒータはレーザビームプリンタの定
着器として考え出されたもので（ＵＳＰ３，８１１，８
２８）、クイックスタートと低消費電力化をその目的と
している。加熱源としては赤外線ランプとか発熱抵抗体
を用い、正確な温度検出と制御が不可欠である。また、
エンドレスベルト２４は耐熱性と高温剛性に優れたポリ
イミド樹脂フィルムの表面に非粘着性に優れたＰＴＦＥ
を被覆した２層構造のヘッドとし、トナーのオフセット
を防ぐ工夫がなされるのが一般的である。これに対し図
１に示すプリヒータ２では、加熱源に自己温度制御性を
持つ複数個の薄いＰＴＣ（Positive Temperature Coeff
icient）サーミスタヒータチップ２２と、このヒータの
表面の平滑性、ベルト２４との潤滑性、更には良好な熱
伝達性などを同時に満足させるジルコニア添加アルミナ
セラミック放熱板２１から構成し、エンドレスベルト２
４にはポリイミド樹脂単層膜を用いることを大きな特徴
としている。ＰＴＣヒータは、それ自身の低い熱伝導率
の為にいわゆるピンチ効果が出やすく、大きな発熱量を
引き出すことに限界があるが、ここではＰＴＣヒータチ
ップの厚さを０．９ｍｍと薄くし、チップの通電電極の
配置に工夫を凝らして比較的大きな加熱能力を引き出し
ている。しかしこの薄いチップとしたことによって平滑
性のよい長尺の単体ヒータとすることが難しく、約１０
ヶのチップを並べて構成する必要があった。このため、
薄いエンドレスポリイミドベルト２４の摺動に対し、ベ
ルトにしわを発生させないための平滑な薄板で、摩耗や
摩擦係数が小さく、熱伝導率が大きく、しかも電気絶縁
性で安い放熱板２１が必要となったのであり、上記ジル
コニア添加アルミナセラミック（例えば（株）日立化成
のハロックス−Ｚ）が最適材料として選定されたのであ
る。断熱ホルダ２３に埋め込まれたＰＴＣヒータ２２に
１００ＶＡＣ電源を接続した時の放電板２１の表面温度
と、図１に示すように圧接ローラ２６をセットして記録
紙６を通した時の記録紙表面の出口温度の測定結果を図
２に示す。ここに用いたポリイミドベルト２４の厚さは
２５μｍ、放熱板２１の厚さは０．３ｍｍ、ＰＴＣヒー
タ幅とニップ幅が８ｍｍ、ＰＴＣヒータのキュリー温度
が１７０℃、記録紙の通紙速度は５０ｍｍ／Ｓであっ
た。この結果を見て分かるように、ＰＴＣヒータに通電
を開始して５〜１０秒後にはほぼ飽和温度近くまで昇温
させることができることである。すなわち、図２の条件
（Ａ４縦送りで８〜９ｐｐｍの搬送速度）で通電開始５
秒後にこのプリヒータに導入される記録紙は１００〜１
１０℃に加熱され、その含有水分は急速に蒸散、ほぼ完
全に乾燥した９０〜１００℃の記録紙がフルカラーライ
ンヘッド１の直下に搬送されてくるのである。２０〜３
０ｐｐｍという高速プリンタに対しては、ＰＴＣヒータ
チップのキュリー温度を高くすればよく、また２４０℃
までのキュリー温度を持つＰＴＣヒータチップは容易に
入手できる。そしてこのプリヒータにＰＴＣヒータを用
いる利点は、温度検出と通電制御が全く不要となるだけ
でなく、葉書の印刷などのようにヒータ幅（ベルト幅）
よりも狭い被記録材を通しても、その通紙による温度低
下領域のみのＰＴＣヒータに余分な電流が流れて温度低
下を回復させ、常にヒータ幅全域の温度を均一（±５％
程度の範囲で）に維持してくれることである。一方、こ
のような機能のない赤外線ランプとか発熱抵抗体で加熱
すると、通紙以外の部分のヒータは通紙によって冷却さ
れるヒータと同じ電流が流れるために異常昇温し、ポリ
イミドベルトを破壊してしまう。従ってこれを防ぐため
に印刷を一時中断するなどの安全対策がとられているよ
うである。

【００１６】次に圧接ローラ２６について述べる。記録
紙６に両面印刷する場合、既に印刷されている面と加熱
圧接する圧接ローラ２６は非粘着性に優れたシリコンゴ
ムで構成するのが最善である。というのは、既に印刷さ
れている面の印刷がレーザビームプリンタによるトナー
（軟化点が１１０〜１２０℃という低いものが増えてい
る）である場合も想定され、トナーに対する非粘着性と
いう点ではＰＴＦＥよりもシリコンゴムの方がはるかに
優れているからである（特開平０５−３４１６７２号参
照）。勿論、液体インクジェットプリンタによる印刷面
に対しても問題がない。更に伝熱板２１とエンドレスベ
ルト２４との圧接摺動による摩擦力と摩耗量は小さい程
よく、被記録材への加熱効率をよくする必要がある。こ
れらを同時に満足させるには圧接ローラ２６の加圧力を
小さくし、ニップ幅を大きくして圧接加熱時間を長くす
る必要がある。このためには圧接ローラを発泡シリコン
ゴムローラとし、その硬度もＪＩＳ−Ａスケールで５度
以下とするのがよい。こうすることによってニップ幅を
８ｍｍ程度にすることは容易であり、図２もこのような
条件での結果である。

【００１７】以上のような条件で圧接摺動させた時のジ
ルコニア添加アルミナセラミック伝熱板２１とポリイミ
ドベルト２４との動摩擦係数の時間経過とそれらの摩耗
量を測定した。図３がその結果であるが、カーボン微粉
末入りの導電性ポリイミドベルトの場合も含め、何らの
潤滑剤を用いることなく非常に小さな動摩擦係数を維持
できることが分かる。なお、この場合のベルトの摺動速
度は５０ｍｍ／Ｓであり、２００時間は３６ｋｍ走行に
相当している。すなわち、Ａ４用紙を縦送りして約１０
万ページを通紙した結果である。そしてこの時の伝熱板
２１とポリイミドベルト２４の摺動面の摩耗量を測定し
たところ、両者共、測定限界の１μｍ以下であり、２５
μｍ厚さのポリイミドベルトで１００万ページの通紙も
可能と思われる。なお、プリンタによっては数１００万
ページということが要求される場合もあるが、加熱効率
の点からはポリイミドベルトの厚さは薄い程よく、５０
μｍ以下の範囲で利用するのが望ましい。

【００１８】次に真空吸着搬送器３について述べる。ベ
ルト式プリヒータ２で加熱された被記録材６はガイド
（図示せず）によって真空吸着搬送器３に導かれ、プリ
ヒータと等速または若干遅い搬送速度で送行中の多孔質
搬送ベルト３４に吸着されてラインヘッド１の直下に搬
送されてくる。多孔質搬送ベルト３４には例えばテフロ
ンコートまたはポリイミドコートしたガラスクロスのエ
ンドレスベルトが利用できる。ただし、ガラスクロスに
は隙間の多い「からみ織」または網目状シートなどが適
している。そしてラインヘッド１の直下付近の吸引穴３
２を緻密にあけておくか、各ノズル列に対応した位置に
幅１ｍｍ程度の吸引溝を４本（４色フルカラーの場合）
あけておくことによって、この付近の記録紙全面から均
一に吸引できるようになっている。この吸引が記録紙の
固定搬送と同時に付着インクを直ちに紙の厚さ方向に吸
引し、加熱された記録紙全面での滲み、混色、インク流
れを完全に防止すると共にインクの高速乾燥に大きく貢
献することは作用の項で述べた通りである。なお、ヘッ
ド１の直下から遠ざかった位置での吸引穴３２は記録紙
６をソフトに吸着搬送するだけでよく、また吸引ダクト
３３からの吸引空気量を少なくするためにもその穴数は
大幅に少なくしてある。またこれらは多孔質搬送ベルト
の摺動摩耗量の低減と回転駆動力の低減にも大きく貢献
している。

【００１９】さて、以上に述べた方法で約３０ｐｐｍま
での高速、高品質フルカラー印刷が可能となったが、こ
こではその結果が顕著に認識できるモノクロ印字での糸
状滲みについて示す。図４は、インクジェットプリンタ
用に開発された滲まない専用紙、レーザビームプリンタ
用普通紙、再生紙の３種類の記録紙に印字した結果の拡
大写真である。ここではプリヒーティングによって約６
０℃に加熱し、しかも真空吸引の結果を見るために加熱
のみの印字結果も示してある。加熱印字、加熱吸引印字
の効果の大きさが一目見るだけで明らかである。このよ
うに、モノクロ印字では付着インク量が少ないために６
０℃程度にプリヒーティングするだけでこれだけの効果
が認められる。しかし、フルカラー印刷では付着インク
量が約１桁多く、記録紙を１００℃以上に加熱、乾燥さ
せ、しかも真空吸引しながらの印刷が高品質化に不可欠
な条件となる。しかし、これだけの対策によって、安価
な普通紙、あるいは再生紙を用いても高価な特別仕様の
専用紙と同程度の画質が得られる効果は絶大である。

【００２０】なお、図４を見て分かるように、主インク
滴に続くサテライト（サブドロップ）は認められない。
これは本発明者の特許出願発明（特願平０６−２１０６
０号）になるサテライトフリーサーマルインクジェット
プリントヘッドを用いたためであり、これによってゴー
ストを解消させると共に余分なインクを付着させない分
だけ乾燥負荷が低減し、印字品質の更なる向上に寄与し
ているのである。なお、吸着固定搬送が高精細印刷に有
効であり、６００〜８００ｄｐｉという場合に特に効果
的な結果が得られるのであるが、その評価を定量化する
のが難しいこともあり本願では省略する。

【００２１】以上説明した内容はラインヘッドを前提と
したものとなっているが、より小規模な走査型カラーヘ
ッドを図１のラインヘッド１の部分で走査印字させれば
全く同一の結果が得られることは説明するまでもないこ
とであろう。なお、ＯＨＰシートでは吸引による高品質
化は得られないが、高速乾燥とそれによる混色、インク
流れ等が防止できることは同じである。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、印刷直前領域の被記録
材をベルト式プリヒータで加熱乾燥させ、しかも真空吸
着搬送しながら印字するので普通紙、再生紙に対しても
専用紙並みの印刷品質とすることができ、しかもインク
を高速に乾燥させられるので高速フルカラー印刷時にお
ける用紙ハンドリングが容易となる。そしてＰＴＣヒー
タ等を用いたベルト式プリヒータは複雑高価な制御系が
不要で、しかも各種サイズの被記録材を連続印刷しても
何ら不都合は発生せず、安全でもある。そして真空吸着
搬送ベルトに微細多孔質エンドレスベルトを用いること
によって、記録紙の全域にわたって吸引による高印字品
質化と高速乾燥を保障できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明になるフルカラーサーマルインクジェ
ットプリンタの断面構造図である。

【図２】 ベルト式プリヒータのヒータ単独での伝熱板
表面温度と、記録紙を加熱した時のヒータ出口での温度
の経時変化である。

【図３】 ジルコニア添加アルミナセラミック伝熱板と
ポリイミドエンドレスベルトの圧接摺動時の動摩擦係数
の経時変化である。

【図４】 各種記録紙に従来印字、６０℃加熱印字、６
０℃加熱吸引印字した時の拡大写真である。

【符号の説明】

１はフルカラーラインヘッド、２はベルト式プリヒー
タ、３は真空吸着搬送器、４はオリフィスキャップ、５
はヘッドクリーナ、６は被記録材、２１は伝熱板、２２
はＰＴＣヒータチップ、２３は断熱ホルダ、２４はポリ
イミド製エンドレスベルト、２５はドライブローラ、２
６は圧接ローラ、３１は搬送台、３２は吸引穴、３３は
吸引ダクト、３４は多孔質搬送ベルト、３５は搬送ドラ
イブローラ、３６はテンションローラである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ６５Ｈ 5/22 Ｃ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水性インク滴を吐出して被記録材に印刷
   を行なうインクジェットプリンタにおいて、印刷される
   直前領域の被記録材の表面をベルト式プリヒータで圧接
   加熱乾燥させると共に、加熱乾燥されている該被記録材
   を真空吸着搬送しながらその表面に印刷することを特徴
   とするインクジェットプリンタ。
2. 【請求項２】 前記ベルト式プリヒータのベルトが厚さ
   ２０〜５０μｍのポリイミド樹脂製エンドレスベルトで
   あり、該ベルト式プリヒータの圧接ローラがシリコンゴ
   ムからなる軟質ローラであり、該ベルト式プリヒータの
   加熱源が薄いジルコニア添加アルミナセラミック伝熱板
   とＰＴＣヒータから構成されていることを特徴とする請
   求項１記載のインクジェットプリンタ。
3. 【請求項３】 前記ＰＴＣヒータが、そのキュリー点が
   １２０℃から２３０℃の範囲から選ばれた一定のキュリ
   ー点を持つＰＴＣヒータチップから構成されていること
   を特徴とする請求項２記載のインクジェットプリンタ。
4. 【請求項４】 前記真空吸着搬送の吸引空気量が印刷領
   域付近までは大きく、それ以降は小さくなっていること
   を特徴とする請求項１記載のインクジェットプリンタ。
5. 【請求項５】 前記真空吸着搬送用ベルトが多孔質膜ま
   たは網目状シートからなるエンドレスベルトであること
   を特徴とする請求項１、４記載のインクジェットプリン
   タ。