JPH02303844A - 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】 １１分立 本発明は、ワックス等の相変化記録媒体を利用した非接
触型記録装置に関し、例えば、コピア、プリンター、Ｆ
ＡＸ等の記録エンジンに適用されるものである。

従】ｑＬ髄 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ＯＮＬ、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一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固化、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。

且−一五 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。

また、吐出口用スイッチングヒータオフ時、吐出口近傍
と液室内部のインクの温度差を大きく保てる構成であり
、吐出口近傍への過不足のないスムーズなインク供給が
可能であるため、地肌汚れ等による画質低下および記録
速度の問題を解決することを目的とする。

隻−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、
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、気体流路中にインクの吐出
ノズル又はスリットを設け、インク吐出制御ヒータオフ
時に吐出口近傍のインクを固相又は高粘度の液相又はそ
れらの混在状態に保つ非接触型記録装置において、前記
吐出口近傍のインクおよび気体流に接する部材に、温度
伝導率の大きい材料を用い、該部材とインク液室を構成
する部材との間に断熱材を設けること、更には、（２）
前記吐出口近傍のインクおよび気体流に接する部材に温
度伝導率０．１ｄ／Ｓ以上の材料を、断熱材に温度伝導
率０．０５ａ＃／ｓ以下の材料を用いることを特徴とし
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１１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、５００ｃ
ｐ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Ｐｒｅ　Ｈｅａｔ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／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
とての壁面圧力Ｐａは、 Ｐａ＝Ｐ−１／２　・ρＶ” 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５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。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４図は１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実全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現われる吸熱の
ピークに相当する温度が転移温度である。第４図におい
ては、ショルダーを含め、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１
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１１、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、複数の転移温度が呪われる。

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ＨＭ　＋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−１７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〜Ｌｏｏｍ／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。Ｐ
ｒｅ　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、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部れの問題点を
解決することができる。

第７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
０μｍ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
、インク吐出ロスリット幅３０μｍ、気体流の流速１ｏ
ｏｎ／ｓ、気体流供給温度３５°Ｃ〜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。

第８図及び第９図は、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、２４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９
０度（第８図）、又はそれ以下の角度（第９図）に設定
されている。

この構造により、高速な記録が行なえ、得られた画像も
高画質であった。また、環境条件に対しても常に安定な
吐出特性が得られた。

第１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、図中、２１は共通
液室、２２は上板、２３は気体流路、２４はスイッチン
グヒータ、２５はペースプリヒート用ヒータ、２６は表
面部材、２７は断熱材である。

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、ＡＱ金合金緻
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１例えば１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。

以上の構成において、スイッチング用ヒータオフ時、吐
出口近傍のインクから気体流への放熱が表面部材を介し
て広い面積で行なえる。また、プリヒート温度による表
面部材および気体流の温度上昇を抑えることができる。

そのために、吐出口近傍インクは液室内部インクより低
温であり、プリヒート状態でのインク吐出防止、および
吐出口近傍への過不足のないスムーズなインク供給を同
時に実現できる。したがって、高画質化、高速化が可能
で、安定な吐出特性が得られる。例えば、インク吐出ロ
スリット＠３０μｍ、気体流の流速Ｌｏｏｍ／ｓ、気体
流供給温度３５℃〜４０℃のとき、表面部材をＡＱ、断
熱材を石英ガラスとした構造では吐出口インクの表面温
度は液室内インク温度に比較して１０℃以上低下する。

第２図及び第３図は、゛本発明の他の実施例を示す図で
、第２図はヘッド断面図、第３図は吐出口に拡大図であ
る。図中、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、その他第１図と同じ作用をする部分は同一
の参照番号が付しである。

０　、１　ｋｇ／ａＪ以上に加圧したエアーを供給し、
スリット状の２つのエアー流路を合流させ、その後、印
字面に向けて流出さす、このエアー流出口から、印字面
までは、１〜２Ｉ！ｆｉの距離に設定する。この間を層
流を保ちながら、エアーを流すには吐出口のエアー流速
は、５０ｍ／ｓ以上が必要である。

この様な高速エアー流中に、安定にインクを供給、搬送
することを実現するのが本発明の実施例の構成である。

この例では、２つのエアー流路は、９０°の角度で合流
している例を示している。そして、この合流点に、イン
クの吐出スリット部先端を設定し、加圧供給されたイン
クがスイッチングヒータＯＮによって、低粘度に溶融し
たインクを吐出し１合流エアーの内側セータ一部に飛翔
するものである。

これにより、搬送気体流がスリットから吐出し、紙面に
到達する間、インクを搬送気体流の中心付近に保ちなが
ら確実な搬送が可能であり、流路へのインクの蓄積が無
く、信頼性が確保できることになる。

第１０図に、断熱材の温度伝導率をパラメータにして１
表面部材の温度伝導率に対する。吐出口近傍インク表面
とインク内部の温度差（冷却効果）を示す０表面部材に
温度伝導率Ｑ、ｌａＩ／ｓ以上、断熱材に温度伝導率０
．０５ｄ／ｓ以下の材料をそれぞれ用いることにより、
吐出口近傍インク表面とインク内部の温度差を大きく保
つことができる。

夏−一来 以上の説明から明らかなように、本発明によると、吐出
口用スイッチングヒータオフ時、吐出口近傍への過不足
のないスムーズなインク供給が可能であるため、高画質
化、高速記録が可能である。

また、環境条件の変化に対しても常に安定な記録ができ
る。さらに構成部材により適した材料を使用しているの
で、さらに高画質で高速な記録が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は１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、第２図及び第３図は
、本発明の他に実施例を示す図、第４図は１本発明によ
る非接触型記録装置に用いるインクの示差熱分析結果を
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＋ｉ、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、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８図及び
第９図は、ヘッド部の構成図。 第１０図は、断熱材の温度伝導率を示す図、第１１図は
、記録媒体の温度に対する粘度変化の特性を示す図。 ２１・・・共通液室、２２・・・上板、２３・・気体流
路、２４・・スイッチング用ヒータ、２５・・・ペース
プリヒート用ヒータ、２６・・・表面部材、２７・・・
断熱材。 特許出願人　　株式会社　リ　コ　− 第１図 第２図 第３図 第４図 ″４間〔分１ 第　５　図 第６図 第　７　図 気Ｘ太ｌの供給：ａ、ｉ（’・二ｊ 第　８　図 第１１図 ５０　６０　　７０　　　ａｏ　　　９０　　ｉｏｏ　
　ｉ５Ｑ温濱［’Ｃ］

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、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、気体流路中に
   インクの吐出ノズル又はスリットを設け、インク吐出制
   御ヒータオフ時に吐出口近傍のインクを固相又は高粘度
   の液相又はそれらの混在状態に保つ非接触型記録装置に
   おいて、前記吐出口近傍のインクおよび気体流に接する
   部材に、温度伝導率の大きい材料を用い、該部材とイン
   ク液室を構成する部材との間に断熱材を設けることを特
   徴とする非接触型記録装置。 ２、前記吐出口近傍のインクおよび気体流に接する部材
   に温度伝導率０．１ｃｍ＾２／ｓ以上の材料を、断熱材
   に温度伝導率０．０５ｃｍ＾２／ｓ以下の材料を用いる
   ことを特徴とする請求項１記載の非接触型記録装置。