JPH03184854A - 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】 技先立夏 本発明は、ワックス等の相変化記録媒体を利用プリンタ
ー、ＦＡＸ等の記録エンジンに適用されるものである。

藍」Ｕ連成 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。

止−一匁 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３− 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。

さらに、気体流路の構造より吐出インクの立上り、立下
り特性の改良を行ない、高速化の達成を図り、スイッチ
ングヒーターの開動方法の改良により高速化と高信頼性
化の達成を目的とする。

棗−一皮 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。

Ａ− 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
、インク吐出口に対する気体流路又は気体の流量を非対
称にしたこと、更には、（２〉前記インク吐出口に対し
て、その両側から合流する気体流路の設定角度をインク
吐出口近傍で気体流の逆流が発生しない角度に設定した
こと、或いは、（３）高温溶融インクとエアー流を用い
た非接触型記録装置において、１ドツトに対する吐出部
加熱手段の開動において、主パルスの直後に補助パルス
を印加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１０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ＰｒｅＨｅａｔ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１０ｆｆｌ／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・ρ■ま ただし、Ｐ：その上部気体流の総圧 ρ：電気体密度 ■＝気体流の流速 であり、気体流速■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。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〜
１００ＩＩｌ／ｓで流すことで、吐出口の記録媒体には
数Ｌｏｇ〜数１００ｇの負圧値は容易に発生する。

第６図は、本発明による非接触型記録装置のジ− 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、１
１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、例えば、５０℃程度の設定８− 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６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
　Ｈａａｔ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７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、Ｏ，’１ｋｇ／ａ＃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、１〜２ＩＩ１１の距離に設定＝１１ 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、合流エアーの内側セーター部に飛翔す
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３図は、インク吐出口近傍のエアー流分布を示す図で
ある。インク吐出口に対し、その両側から合流する気体
流路設定角度は９０’の場合であり、吐出近傍の薄層領
域で吐出方向へ向かう逆流１２− れが発生している。この流速は、中心付近の流速に対し
、１桁〜２桁小さい流速であるが、インク吐出特性に悪
影響を及ぼす。第３図は、シミュレーション結果である
が、スケールモデルによる可視化実験においても確認さ
れ、吐出の応答性、ＯＦＦ時のインク切れに対し、その
性能を低下させている。この逆向きの流れは、気体流路
の設定角度が６０’程度になると、程んど無視できる値
になってくる。これによりインク吐出特性の向上やイン
ク特性の向上に効果がある。

しかし、分流する気体流路の設定角度が６０゜の場合で
もインク吐出口近傍の合流部は、気体流速が非常に小さ
い領域がある。この改良実施例が第４図、第５図である
。第４図において、上側が下側の気体流路の幅に比べて
狭い構成であり、それぞれ同じ気体流量を流した場合、
上側の気体流速の方が大きい値である。そして、インク
吐出口近傍の気体合流は図示の様な流れとなり、インク
吐出口表面の気体流速は、対称構成に比べてより大きい
値となってインク吐出特性の向上が可能となる。第５図
は、気体流路の構成は対称形であるが、上側気体流の流
量を多く、下側より流速が大きい値に設定した時の流線
を示す。この場合も第４図と同様、インク吐出口表面の
気体流速はより大きい値となり同様な効果がある。以上
の比較は、合流後の気体流量は全て等しい値としたとき
の効果の確認による。例として、合流後のエアー流につ
いて、スリット＠０　、１　ｍ　ｍでＲｅ数８００のと
きの流速は、エアーの場合、１２８ｍ／ｓである。

第８図（ａ）、（ｂ）は、インク吐出口下面に設けられ
たスイッチング制御用ヒータの構成図で、（ａ）は平面
図、（ｂ）は（ａ）のｎ−ｎ断面図である。図中、３４
は発熱抵抗パターン、３５は個別リード電極、３６は共
通リード電極、３７は保護層、３８はリード電極、３９
はグレーズ層。

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
番号が付しである。

先端部領域に抵抗パターンを有し、下層に保温層の機能
のガラス層がある。この断面構造からもわかる様に抵抗
パターンに通電したとき、熱の拡散部が先端部では非常
に少なく、内側発熱部は後方への拡散が多くなる。した
がって、発熱温度も先端部インクになる。

インク吐出特性、特にインク切れ特性の改良の実施例を
第９図（ａ）、（ｂ）に示す。（、）は印加電圧、（ｂ
）はヒーター表面温度である。この実施例は、１ｍ５ｅ
ｃ、０．３Ｗ相当程度の主パルスのＯＦＦより２５０μ
ｓｅｃ後、２５０μｓｅｃの補助パルスを印加した場合
であり、このときのヒーター面Ａ、Ｂ部の温度上昇特性
を示す。立下り時後方への拡散の多いＢ点の冷却が速い
。

したがって、スリット部のインクについては、内側イン
クは先に固化するが、先端部インクは遅れて固化するこ
とになり先端部溶解インクは、先行するインク↓こまっ
て引き出され、したがってスイッチングヒーターＯＦＦ
後のスリット先端部でのインク残留の問題を解決できる
。

羞−一来 以上のような説明から明らかなように、本発明１５− によると、以下のような効果がある。

（１）インク吐出口近傍の気体流速を他方に比べて、非
対称としているため、吐出後のインク搬送力が増し、結
果として、インク吐出の高速化が可能となる。

（２）合流する気体流の衝突を無くし、吐出口近傍のエ
アー流の低下を押えることで、インク吐出の高速化が可
能となる。

（３）さらに、スリット内インク固化の温度分布に内側
と先端部で大きな差をもたせ、吐出ＯＦＦ時のインク残
留を無くし、信頼性の向上が可能となる。

【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図は、インク吐出口近傍のエアー流分布を示す
図、第４図及び第５図は、インク吐出口近傍の構成の他
の実施例を示す図、第６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７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８図（
ａ）、（ｂ）は、インク吐出口下面に設けられたスイッ
チング制御用ヒータの構成図で、（ａ）は平面図、（ｂ
）は（、）のＨ−１ｆ断酊図、第９図（ａ）、（ｂ）は
、スイッチング制御用ヒータへの印加電圧とヒーター表
面温度の状態を示す図で、（ａ）は印加電圧、（ｂ）は
ヒーター表面温度、第１Ｏ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、３ｏ・・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。 鼻 ５　　わ り ９ ツ

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、インク
   吐出口に対する気体流路又は気体の流量を非対称にした
   ことを特徴とする非接触型記録装置。 ２、高温溶融インクとエアー流を用いた非接触型記録装
   置において、１ドットに対する吐出部加熱手段の駆動に
   おいて、主パルスの直後に補助パルスを印加することを
   特徴とする非接触型記録装置。