JPH03184855A - 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】 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。

従来技術 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号公報などがある。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３− 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。

且−一的一 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。

又、相変化を利用するインクであり、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大きい
問題を根本的に解決すること。さらに、紙粉等のノズル
面への付着により、噴射方向変化等、画質低下という信
頼性の問題を原理的に解決することを目的とする。

又、噴射ＯＦＦ後のインク領域の下部のみに加熱ヒータ
ーを設け、エアー中にさらすヒーター面− 積を極力小さくして加熱時の熱損失を押えることを目的
としている。さらに、吐出記録媒体が気体流中に十分乗
る構成とし、印写ドツトが広がらずに高解像度の画像を
得ることを目的とする。

さらに、吐出インクの立上がり、立下がりの応答性を上
げ、吐出停止時のインクの切れを良くした高速化の達成
、それと同時に飛翔中のインクの拡散を押えて高解像度
の画質を得ることを目的とする。

碧ニーー戒。

本発明は、上記目的を達成するために、（１）常温で固
体、加熱することによって溶融する高温溶融インクを用
いた非接触型記録装置において、気体流路に対してイン
ク吐出ノズル又はスリット開口を設定し、吐出口インク
を気体流で固化し、吐出部加熱手段によるインク溶融の
制御により記録する装置であって、吐出用供給インクを
加圧し、かつ、吐出部加熱手段の制御周波数に同期した
圧力変動を与えること、或いは、（２）常温で固体、加
熱することによって溶融する高温溶融インクを５− 用いた非接触型記録装置において、気体流路に対してイ
ンク吐出ノズル又はスリット開口を設定し、吐出口イン
クを気体流で固化し、吐出部加熱手段によるインク溶融
の制御により記録する装置であって、インク吐出部に設
けた電極と印写面側に設けた電極間に静電界を与え、か
つ吐出部加熱手段の制御周波数に同期した電界強度変化
を与えることを特徴としたものである。以下１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する高温溶融インク（記録媒体）
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９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、５００ｃｐ
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ＰｒｅＨｅａ
ｔ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ＬｏｌＩ／ｓ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ま 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は小さな値となる。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７− 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
力も吐出力、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、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。ここで、気体流の流速を１０〜
１００ｍ／ｓで流すことで、吐出口の記録媒体には数Ｌ
ｏｇ〜数１００ｇの負圧値は容易に発生する。

第５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ニジアン、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８− 層流を回収するためのスクイズ板、６はフィルタ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、１４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
インヘッドを近接して小型化も必要とする。このとき、
１０〜１００　ｍ　／　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径のフィルター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、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、断熱材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。

９− 具体的には、ケイ酸カルシウム、塩基性炭酸マグネシウ
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５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。

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
　Ｈｅａｔ温度より低下し、０− 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６図は、吐出インクを印写面まで運んだ気体流を回収
する構成とした図で、加圧ポンプに循環するシステムが
電力損失の少ない利点がある。図中、１２は印写面（記
録紙）１１に近接したスクイズ板５による気体流の回収
路、１３はヘッドである。これは、印写面からのはね返
すミストの回収又は印写ペーパーに付着している紙粉を
回収することになり、従来のインクジェットにおいて大
きな問題になっていた紙粉等のゴミのノズル面の付着に
よる目詰りや噴射方向の変化による画質乱れの問題点を
解決することができる。

第１図及び第２図は、本発明による非接触型記録装置の
ヘッド部の一実施例を説明するための構成図で、第１図
は、ヘッド部吐出口の拡大図、第２図は、ヘッド部断面
図である。図中、２１は共通液室、２３は気体流路、２
４はスイッチングヒータ、２５はペースプリ上−１〜用
ヒータ、２６は表面部材、２７は断熱材、２８はアルミ
材、２９はアルミナ基板、３０はドライバー搭載基板、
３１は保持部材、３２は気体流路構成部材、３３はイン
ク、３４は振動板、３５はＰＺＴである。

表面部材２６には、温度伝導率が大きく、耐熱性に優れ
ている材料が用いられる。例えば、ＡＱ、Ａｆｉ合金、
緻密質アルミナ、サファイア、スピネル、炭化珪素、窒
化珪素、サーメットなどである。

また、断熱材２７には、温度伝導率の小さい材料が用い
られる。例えば、石英ガラス、ソーダガラス等のガラス
類、多孔質アルミナ、フォルステライト、ステアタイト
、ジルコン、コージライト、ムライト、ジルコニア等の
セラミックス類である。

まず、０　、１−０　、２　ｋｇ　／　ａｎ　”の加圧
エアーをエアー流路２３（スリット＠５０〜１００μｍ
）に供給し、エアー流速５０　ｍ　／　ｓ以上の流れを
作っておく。インクタンク及び共通液室２１に設けたプ
リヒート用ヒータ２５で吐出部まで供給するインクを融
点以上加熱して液相化しておく。さらに。

供給エアーを加圧したポンプ出力又は別に設けた加圧ポ
ンプにより、供給インクをＰ＝２００〜１０００ｇ／ｃ
ｓ２に加圧しておく。この加圧値はインク吐出スリット
幅、インク粘度により決定される値である。そして、本
発明の実施例に示す共通液室２１の背面に設けた振動板
３４とＰＺＴ３５で構成される加圧ユニッ１へで供給イ
ンクに圧力変動を与えるものである。

第３図（ａ）、（ｂ）及び第４図（ａ）、（ｂ）は供給
インクの圧力変動で吐出部スイッチングヒータの駆動タ
イミングを示す図で、Ｐはインクの静圧値、ｖ）Ｉはヒ
ータ印加電圧、ＴＨはヒータ温度を示す。動作としては
圧力ビーク値とヒータ温度のピーク値がほぼ同期してい
る。又、インク温度の低下以前にインク圧力を低下させ
、吐出後のスリット部前面のインク残留を無くするもの
である。

圧力変動としては静圧値Ｐの２０〜３０％以上の脈動を
与えることでインク吐出の高速化、インク切れに効果が
あることが確認できた。加圧ユニットの振動板３４は５
０〜２００μｍ厚のＳＵＳプレートにユニモルフＰＺＴ
３５を接着したものであり、ドラ１〜配列方向は２〜３
冊ピッチに長方形１３− 板ＰＺＴを連続的に接着し、同時に同期駆動して圧力変
動を与えるものである。第４図においては、正弦波状の
圧力変動を負圧値まで与える構成で２周期に１回のヒー
タ開動を選択的に印加する。

第７図は、本発明による非接触型記録装置のヘッド部の
他の実施例を示す図で、静電界をバイアスとして与える
構成であり、インク吐出スリッ１へを構成する表面部材
端面に電極をスパッタ、蒸着等により設けたものである
。図中、３６は吐出口電極、３７は印写面電極、３８は
ペーパー、その他第１図と同じ作用をする部分は第１図
と同じ参照番号を付しである。この場合の表面部材はス
リン１〜部インクを冷却、固化するため、ポリイミド。

ガラス等の断熱板の上に設けた絶縁性、高熱伝導性部材
とする。材質としてはセラミックスであるチッ化アルミ
ニウム、炭化シリコン、アルミナ等が適する。又、０．
５〜１＋ｎ＋ｎ先に設けたプラテン（ゴム材等の絶縁材
）を、表面に＠１〜２ｍｎ程度の電極を設定し、スリッ
ト部電極との間に電圧パルスを印加し、インク吐出のた
め静電吸引力をバ１４ イアスとして発生させる構成である。印加電圧としては
５００〜ＩＫＶ程度であればパイアスカとして作用する
。

第８図（ａ）、（ｂ）は、第７図に示した実施例におけ
る静電界と吐出部加熱ヒータの駆動タイミングを示す図
である。Ｅは静電界、ＶＨはヒータ印加電圧、ＴＨはヒ
ータ温度を示す。スリット側電極をグランド、プラテン
側電極を十電位とした例を示す。ヒータ温度のピーク値
近傍で、静電界ＯＦＦのタイミングとしている。なおエ
アー流路を構成するスリット板はガラス、アルミナ等の
絶縁材よりなる。なお、スリット側電極はドツト配列方
向に共通ベタ電極であっても良いが、スイッチングヒー
タの配列ピッチと同じに分割された電極を設け、後端部
で電気的に接続された同時駆動されて構成がより効果的
である。

豊−一果 以上の説明から明らかなように、本発明によると、以下
のような効果がある。

（１）供給インクの背圧及びエアー流により、インク吐
出力が与えられるが、圧力変動成分により、吐出立上り
立下りの応答性が加速され、又、ヒーターＯＦＦ後のイ
ンク吐出スリット先端部におけるインク残留が無くなり
、高速化と同時に高信頼性化が達成できる。

（２）バイアスとして静電吸引力をインク吐出力に与え
ているため、インク吐出の応答性を上げ、同時にインク
切れ後の残留を無くし、さらに飛翔中のインク拡散を押
えることが出、来るので、高解像度向上が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明による非接触型記録装置の
ヘッド部の一実施例を説明するための構成図で、第１図
は、ヘッド部吐出口の拡大図、第２図は、ヘッド部断面
図、第３図及び第４図は、インク加圧と吐出部加熱ヒー
タの駆動タイミングを示す図、第５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６図は、吐出イ
ンクを印字面まで運んだ気体流を回収する構成を示す図
、第７図は、本発明による非接触型記録装置のヘッド部
の他の実施例を示す図、第８図は、他の実施例における
静電界と吐出部加熱ヒータの駆動タイミングを示す図、
第９図は、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。 ２１・・・共通液室、２３・・・気体流路、２４・・・
スイッチングヒータ、２５・・・ペースプリヒート用ヒ
ータ、２６・・・表面部材、２７・・・断熱材、２８・
・・アルミ材、２９・・・アルミナ基板、３０・・・ド
ライバー搭載基板、３１・・・保持部材、３２・・・気
体流路構成部材、３３・・・インク、３４・・・振動板
、３５・・・ＰＺＴ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、常温で固体、加熱することによって溶融する高温溶
   融インクを用いた非接触型記録装置において、気体流路
   に対してインク吐出ノズル又はスリット開口を設定し、
   吐出口インクを気体流で固化し、吐出部加熱手段による
   インク溶融の制御により記録する装置であって、吐出用
   供給インクを加圧し、かつ、前記吐出部加熱手段の制御
   周波数に同期した圧力変動を与えることを特徴とする非
   接触型記録装置。 ２、常温で固体、加熱することによって溶融する高温溶
   融インクを用いた非接触型記録装置において、気体流路
   に対してインク吐出ノズル又はスリット開口を設定し、
   吐出口インクを気体流で固化し、吐出部加熱手段による
   インク溶融の制御により記録する装置であって、インク
   吐出部に設けた電極と印写面側に設けた電極間に静電界
   を与え、かつ前記吐出部加熱手段の制御周波数に同期し
   た電界強度変化を与えることを特徴とする非接触型記録
   装置。