JPH02266950A - 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】 １４九駅 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。

従」１支術− 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
していないときは、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。

ｌ−一度 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１紙粉等のノズル
面への付着により、噴射方向変化等１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、インク吐出の為に印加するエネルギーを最低限の電
力とする構成として、効率の良い記録装置を提供するこ
とを目的とする。

さらに、インク吐出制御のためのスイッチングヒーター
のＯＮ、ＯＦＦ制御によって確実に吐出制御可能な温度
制御、特に定常状態のインク温度制御を行い、信頼性向
上を狙うことを目的としている。

さらに、環境温度の変化に対する加圧ポンプの特性変化
補償、長期使用によるフィルタ目詰り、ポンプ性能劣化
等による気体流の流速変化を補償し、吐出インクの印写
面搬送力、及び、吐出口インクの冷却効果を安定にし、
信頼性の高い記録装置を提供することを目的とする。

璽−一部 本発明は、上記目的を達成するために、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、インク吐出を制御するための
スイッチングヒーターと、スイッチング制御で吐出した
インクを気体流で搬送する搬送手段と、搬送気体流中に
インクを吐出するためのインク供給手段と、吐出口と、
インク吐出口までインクを供給可能にするため供給イン
クを常時加熱する加熱手段とを設けた構成であって、搬
送気体流を加圧するポンプからインク吐出口までの管路
中に、気体流速又は気体流量検出手段を設けて搬送気体
流の流速を一定に制御す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１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６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ＰｒｅＨｅａｔシ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Ｌｏｗ／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ａ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　争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
とになるゆ又、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。

第１図は、本発明による非接触型記録装置の一実施例を
説明するための全体構成図で、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
した気体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、１２はイ
ンク加圧制御バルブ、１３は開放管路、１４．ＩＥＩは
流量制御バルブ、１６はフィルタ、１７は吸入管路であ
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、１０〜１００ｍ／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。

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２図及び第３図は、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　Ｈｅａｔ温度より低下し、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２図、第３図の構成ヘッドにおいて、前述したように Ｐａ＝Ｐ−１／２　・ρＶ” であり、インク吐出口が構成されている気体流壁面には
、Ｐａなる圧力が加わっている。

第４図は、スリットを流れる気体の流速に対するインク
吐出口がある気体流壁面の圧力を示す例である。ここで
、気体流スリット１ｇ０．１ｍｍにエアーを流した場合
であって、流速Ｌｏｏｍ／ｓに対し、インク側に８０　
ｇ／ａｌ＃の圧力が加わっていることになる。従って、
供給インクに少なくとも８０　ｇ／ａＪ以上の加圧力が
必要となる。この加圧力は、５０ｍ八以上の高速気体流
を用いる場合必要であり、第１図に示す様な、タンク側
より共通の加圧エアーを印加すれば可能である。そして
、この特性はＬｏｏｍ／ｓ以上の高速であるほど、流速
変化に対する気体流壁面圧力の変化が大きくなり、イン
ク吐出特性に影響を及ぼすことになる。

吐出インクを紙面に運ぶ気体流は、印写の解像度を保つ
為には、印写面に衝突するまで層流である必要がある。

気体流スリット５０〜１００μｍからの噴出流を層流に
保つためには５０〜１００ｍ／ｓ以上の高速エネルギー
で噴出することが必要であり、気体流速の大きい変動は
許容されない領域にある。一方、加圧ポンプの環境温度
に対する特性変化、又も長期間使用によるフィルタ目詰
り。

ポンプ性能劣化は避けることができない。

従って、第５図に示す構成で上記開運を補償しようとす
るのが本発明の狙いである。すなわち、加圧ポンプ下流
に設けた流量計出力信号と、流量設定値を比較し、加圧
ポンプドライバーを制御することで、常に設定流量の一
定値にコントロールする構成である。

流量センサーは、例えばセンサー流路の上・下流中にサ
ーモレジスターを設け、上流側の熱が下流側に移動する
ことによるブリッジ回路の不平衡出力信号を検出する方
式のもの、あるいは、Ｓｉチップ上に設けた薄膜ヒータ
抵抗体が気体流に冷却されて、ブリッジの抵抗値が変化
する出力を検知する方式等のものを用いることができる
。又、加圧ポンプはシリコン材よりなるダイアフラムを
ＤＣモーターによって往復■動し、吸・排弁の作動によ
り気体流を圧送する簡単な構成で実現でき、駆動電圧レ
ベルを可変することで流量コントロールが可能である。

インク吐出口近傍の気体流スリット断面積をＳ、流速を
Ｖ、流量をＱとしたとき、Ｖ＝Ｑ／Ｓである。そして、
供給圧は、Ｏ、１〜０　、２　ｋｇ／ａＪであり空気の
圧縮率を無視すると、スリット部流量Ｑの代用値として
、上流部の加圧ポンプ出力流量を測定しても十分であり
、スリット部流速制御が可能である。

また、第５図に示すポンプ駆動回路にフィールドバック
する構成の他に熱膨張を応用したサーマルバルブ等、流
量制御バルブにフィードバックすることで正確な流量コ
ントロール系も可能である。

羞−一来 以上の説明から明らかなように、本発明によると、イン
ク吐出口を壁面に有する気体流スリットに流す気体流速
を一定値に制御することで、吐出インクの搬送が一定で
安定な画像が得られるだけでなく、インクの吐出力も一
定に制御していることになり、画像濃度が安定した印刷
が得られ、大きな品質向上が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による非接触型記録装置の一実施例を
説明するための全体構成図、第２図及び第３図は、ヘッ
ド部の構成図、第４図は、スリットを流れる気体流速に
対する気体流壁面の圧力特性を示す図、第５図は、吐出
インク搬送気体流の流速を一定に制御するための構成図
、第６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。 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、１０・
・・ドライバー内蔵ヘッド、１１・・・記録紙、１２・
・・インク加圧制御バルブ、１３・・・開放管路、１４
．１５・・・流量制御バルブ、１６・・・フィルタ、１
７・・・吸入管路。 第 図 気体流速

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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、インク吐
   出を制御するためのスイッチングヒーターと、スイッチ
   ング制御で吐出したインクを気体流で搬送する搬送手段
   と、搬送気体流中にインクを吐出するためのインク供給
   手段と、吐出口と、インク吐出口までインクを供給可能
   にするため供給インクを常時加熱する加熱手段とを設け
   た構成であって、搬送気体流を加圧するポンプからイン
   ク吐出口までの管路中に、気体流速又は気体流量検出手
   段を設けて搬送気体流の流速を一定に制御することを特
   徴とする非接触型記録装置。