JPH0383652A - 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】 挟亙公夏 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、ＦＡＸ等の記録エンジンに適用されるもの
である。

凭」０え豊 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（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。

且−一並 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、装置の耐気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１本発明の構成により、搬送気体流がスリットから吐
出し、紙面に到達する過程において、インクを搬送気体
流の中心付近に保ちながら搬送することが可能であり、
高解像度の画質を得ることを目的とする。さらに、紙面
まで搬送する気体流を層流状態に保ち、飛翔インクの拡
散を押えて高解像度の画質を得ることを目的とする。

隻−一衷 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、気体流路に対し、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、吐出部側熱手段によるインク溶融の制御で
記録する装置であって、スリット状気体流路のスリット
幅寸法、気体流速、気体流の動粘性係数で決まるレイノ
ルズ数を２００〜２０００の範囲に設定すること、更に
は、印写面位置を気体流スリット先端より０．５〜ＩＩ
ＩＩｌの距離に設定した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、ｉｉ度に対して粘度変化を示す記録媒体の特
性を第７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、少なくともとの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１０ｗ＋／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　・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、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”Ｃ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
Ｌｏｇ〜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体流を回収するためのスクイズ板、
６はフィルター、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〜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　Ｈｓａｔ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、Ｐ　ｒ
ｅ　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１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、ヘッド部断面図、第２図は、吐出口の拡大図である
。図中、２１は共通液室、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、２
６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０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０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。

まず、０．１ｋｇ／ｃｓｉ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、１〜２■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、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、垂直型ヘッド構造の例であり、インク流路は
、０．１閣程度のスリット状である。図中、２２は上板
、その他第１図及び第２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。

記録体吐出用スリットが気体流路２３に対して９０度に
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、第２図、第３図のヘッド構成で、気体流スリッ
トからの流れは二次元気体噴流であり、気体流スリット
幅りとスリット端部から紙面方向の距離Ｈとしたとき、
一般にＨ／Ｄ＞１０の領域は、遷移領域を含むポテンシ
ャルコア領域である。

これら軸線上の最大速度は、コア領域では減衰がほとん
どなく、それより先では大きく減衰して行く１本発明の
記録装置では気体流スリット幅りは０．０５〜０．１＋
ａｍ＋幅であり、前記コア領域はＯ，Ｓ〜１ｍの範囲で
ある。したがって、０．５〜１＋ｍ先に印写紙面を設け
ることでインク搬送能力があり、しかも、各種紙厚にも
対応した装置構成が可能となる。そして、ここで気体流
の速度Ｖであるが気体流路スリット幅りと、気体の動粘
性係数ヤや決まるレイノルズ数Ｒａ＝ＤＶ／Ｖが重要で
ある１例えば、空気の動粘性係数９＝０．１５６×１０
°’ｍ”／５（２０℃において）である。

第４図（ａ）〜（ｃ）には気体流の状態が示されている
０本発明の記録装置の吐出インクを紙面まで運び、しか
も、解像度を保つための気体流の状態は、第４図（ａ）
、（ｂ）の範囲であり、第４図（ｃ）ではドツトの拡が
りが発生する。第４図（ａ）は、レイノルズ数Ｒｅ＝５
００〜１０００、第４図（ｂ）は、レイノルズ数Ｒｅ＝
１０００〜２０００、第４図（ｃ）は、レイノルズ数Ｒ
ｅ＝２０００以上である。第４図（ａ）番士、気体流ス
リット端部よりＬｗａの範囲は、層流力へ確保されてお
り、第４図（ｂ）は、０．５ｗｍまで層流である。第４
図（Ｑ）は、０．５１ｍ以下の距離において、すでに乱
流が発生しており、この状態は、本発明の記録装置に向
かない。又、紙面位置を３．５〜１ｍに設けることは、
搬送インクの速度が保たれているため、インクの定着性
が確保できる。

食−一一朱 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）吐出インクの拡散を押え、紙面に対し、垂直な搬
送気体流として画質の高解像度を達成することができる
。

（２）気体流噴流速度が保たれ、かつ、層流領域にある
ため、インクの印写面定着性を確保でき、高画質化が可
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、ヘッド部断面図、第２図は、吐出口の拡大図、第３
図は、垂直型ヘッド部の構成図、第４図（ａ）〜（ｃ）
は、気体流の状態を示す図、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、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、２２・・・上板、２３・・・気体
流路、２４・・・スイッチングヒータ、２５・・・ペー
スプリヒーＩ−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。 第 図 第 図 Ｉｂ） ＋（７１ （ＣＪ 第 ５ 図 第 図 第 図 温度１；対Ｔる枯濱変化持性

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、気体流路
   に対し、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
   インク溶融の制御で記録する装置であって、スリット状
   気体流路のスリット幅寸法、気体流速、気体流の動粘性
   係数で決まるレイノルズ数を２００〜２０００の範囲に
   設定することを特徴とする非接触型記録装置。