JPH04327943A - ホットメルトインク記録装置 - 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】

【０００１】

【技術分野】本発明は、ホットメルトインクを用いたイ
ンクジェット記録装置に関し、より詳細には、環境温度
に応じて記録ヘッドの温度を制御するようにしたホット
メルトインクジェット記録装置に関する。

【０００２】

【従来技術】インクジェット記録方法に関しては、従来
から多くの提案がなされている。これらは、いわゆるイ
ンクと称される記録液体の小滴を飛翔させ、被記録体に
付着させて記録を行うもので、記録液体の小滴の発生法
及び小滴の飛翔方向を制御するための制御方法により、
幾つかの方式に大別される。第１の方式は、例えば、米
国特許第３０６０４２９号明細書に開示されているもの
である。これは、Ｔｅｌｅ　ｔｙｐｅ方式と称され、記
録液体の小滴の発生を静電吸引的に行い、発生した小滴
を記録信号に応じて電界制御し、被記録体上にこの小滴
を選択的に付着させて記録を行うものである。すなわち
、ノズルと加速電極間に電界をかけて、一様に帯電した
記録液体の小滴をノズルより吐出させ、吐出した小滴を
記録信号に応じて電気制御可能なように構成されたｘｙ
偏向電極間を飛翔させ、電界の強度変化によって選択的
に小滴を被記録体上に付着させるものである。

【０００３】第２の方式は、例えば、米国特許第３５９
６２７５号明細書や米国特許第３２９８０３０号明細書
等に開示されているものである。これは、Ｓｗｅｅｔ方
式と称され、連続振動発生法により帯電量の制御された
記録液体の小滴を発生させ、この帯電量の制御された小
滴を、一様な電界がかけられている偏向電極間を飛翔さ
せて、被記録体上に記録を行わせるものである。具体的
には、ピエゾ振動素子の付設されている記録ヘッドを構
成する一部であるノズルのオリフィス（吐出口）の前に
記録信号が印加されるようにした帯電電極を所定距離難
問させて配置し、前記ピエゾ振動素子に一定周波数の電
気信号を印加することでピエゾ振動素子を機械的に振動
させ、オリフィスより記録液体の小滴を吐出させる。こ
の時、吐出する小滴には帯電電極により電荷が静電誘導
され、小滴は記録信号に応じた電荷量で帯電される。帯
電量の制御された小滴は、一定電界が一様にかけられて
いる偏向電極間を飛翔する時に、付加された帯電量に応
じて偏向を受け、記録信号を担う小滴のみが被記録体上
に付着することになる。

【０００４】第３の方式は、例えば、米国特許第３４１
６１５３号明細書に開示されているものである。これは
、Ｈｅｒｔｚ方式と称され、ノズルとリング状の帯電電
極間に電界をかけ、連続振動発生法によって、記録液体
の小滴を発生霧化させて記録させる方式である。即ち、
ノズルと帯電電極間にかける電界強度を記録信号に応じ
て変調することにより小滴の霧化状態を制御し、記録画
像の階調性を出して記録させるものである。第４の方式
は、例えば、米国特許第３７４７１２０号明細書に開示
されているものである。これは、Ｓｔｅｍｍｅ方式と称
され、前記第１〜３の方式とは根本的に原理が異なるも
のである。即ち、前記第１〜３の方式が、何れもノズル
より吐出された記録液体の小滴を、飛翔している途中で
電気的に制御し、記録信号を担った小滴を選択的に被記
録体上に付着させて記録を行わせるのに対し、このＳｔ
ｅｍｍｅ方式では、記録信号に応じて吐出口より記録液
体の小滴を吐出飛翔させて記録するものである。つまり
、Ｓｔｅｍｍｅ方式は、記録液体を吐出する吐出口を有
する記録ヘッドに付設されているピエゾ振動素子に、電
気的な記録信号を印加してピエゾ振動素子の機械的振動
に変え、この機械的振動に従い吐出口より記録液体の小
滴を吐出飛翔させて被記録体に付着させるものである。 同様な記録方式として、特公昭６１−５９９１４号公報
に開示されたものもある。これは、液体を所定の方向に
吐出させるための吐出口に連通する液路中の液体の一部
を熱して膜沸騰を生起させることにより、吐出口より吐
出される液体の飛翔液滴を形成し、この液滴を被記録体
に付着させて記録させるものである。

【０００５】しかし、これらインクジェット記録層とし
て用いられるインク組成物としては、水等を基剤とした
液体のインク組成物が使われている。しかし、該インク
組成物は、紙にしみこむことによって記録されることか
ら、インクのしみこみ易い紙への記録ではにじみを生じ
てしまい、記録ドットの周辺が不鮮明で印字品質が低下
するという欠点を有している。これに対し、紙質に関係
無く良好な印字品質を得る手段として、常温で固体のワ
ックス等を基剤としたホットメルト型インク組成物を用
い、高温下で固体状インクを加熱溶融させて飛翔させ、
記録紙上で冷却固化し記録ドットを形成するホットメル
トインク記録装置が知られている。しかしながら、ホッ
トメルトインクを用いて記録を行う場合、被記録体上に
おいて、液体から固体へと相変化をし、その固化の仕方
は、被記録体の温度等の環境温度によって大きく影響を
受ける。例えば、被記録体の温度が低い場合は、被記録
体に到達したインクは急激に冷やされ、被記録体中に充
分浸透する前に固化するため、被記録体上に盛り上がっ
た状態で付着する。図４は、被記録体中に充分浸透する
前に固化した様子を示す図で、このような状態ではイン
クの被記録体への定着強度が弱く、外部からの力により
はがれ落ちたり、傷が入ったりする。また、逆に、被記
録体の温度が高い場合、インク温度の低下は遅く、この
ためインクは被記録体中に浸透し、にじみが生じてしま
う。

【０００６】以上のように、ホットメルトインクを用い
た場合には、被記録体温度によって、その画像品質が大
きく異なるという欠点がある。米国特許第４，７５１，
５２８号明細書「ＰＬＡＴＥＮ　ＡＲＲＡＮＧＭＥＮＴ
　ＦＯＲ　ＨＯＴ　ＭＥＬＴ　ＩＮＫ　ＪＥＴ　ＡＰＰ
ＡＲＡＴＵＳ」には、被記録体の温度を一定とするもの
で、具体的には、被記録体をプラテンに真空吸引して吸
着して、被記録体の温度を検出し、該検出信号に基づい
てヒータおよび熱電素子を用いたヒートポンプにより加
熱冷却し、被記録体の温度を一定に制御する手段が開示
されている。しかし、この方法では、定着用として加熱
・冷却機構を必要とするものであるから、装置は大がか
りとなり、コストも増大するという問題点がある。

【０００７】また、特開平２−２１２１５１号公報「イ
ンクジェット記録装置」には、定着強度を高めて画像品
質を向上させることを目的として、プラテンの材料を、
熱伝導率が所定範囲にあるもので構成したインクジェッ
ト記録装置が開示されている。これは、噴射されたイン
クが、被記録体に衝突してから冷却固化するまでの時間
を一定にすることを具現するためのものであるが、この
方法では、設計上の自由度がなく、更には、プラテン材
質を選択することだけでは、環境温度に応じたバラツキ
が生じてしまう。

【０００８】

【目的】本発明は、上述の問題点に鑑みなされたもので
、ホットメルトインクを用いた記録方法において、被記
録体の温度を制御するための温度制御装置として特別の
機構を必要とすることなく、高画質の画像を得ること、
また、低価格なホットメルトインク記録装置を提供する
ことを目的としてなされたものである。

【０００９】

【構成】本発明は、上記目的を達成するために、常温で
は固体で、常温より高い温度では液体の相変化する記録
体を、記録ヘッドより噴射させることにより記録を行な
うホットメルトインク記録装置において、前記記録ヘッ
ドに、該記録ヘッドの温度を環境温度に応じて変化させ
る温度制御手段を配設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。

【００１０】図１（ａ），（ｂ）は、本発明の一実施例
としてのホットメルトインク記録装置の記録ヘッドの構
成を説明するための図で、図（ａ）は断面図、図（ｂ）
は図（ａ）のＡ−Ａ線矢視拡大図である。図中、１は基
板、２は圧電素子、３は流路板、３ａはインク流路、３
ｂは壁部、４は共通液室構成部材、４ａは共通液室、５
はインク供給パイプ、６はノズルプレート、６ａはノズ
ル、７は駆動用回路プリント板（ＰＣＢ）、８はリード
線、９は駆動電極、１０は充填剤、１１は保護板、１２
は流体抵抗、１３，１４は電極、１５は上部隔壁、１６
はヒータ、１７はヒータ電源、２０はヘッドである。

【００１１】集積化されたヘッドにおいて、電極１３，
１４を有する積層された圧電素子２は、流路３ａに対応
して、該流路３ａ方向に溝加工が施され、溝１０、駆動
圧電素子２ｂ、非駆動圧電素子２ａに区分される。溝１
０には充填剤が封入されている。溝加工が施された圧電
素子２には上部隔壁１５を介して流路板３が接合される
。すなわち、前記上部隔壁１５は、非駆動圧電素子２ａ
と隣接する流路を隔てる壁部３ｂとで支持される。駆動
圧電素子２ａの幅は流路３ａの幅よりも僅かに狭く、駆
動用回路プリント板（ＰＣＢ）上の駆動回路により選択
された駆動圧電素子２ｂにパルス状信号電圧を印加する
と、該駆動圧電素子２ｂは厚み方向に変化し、上部隔壁
１５を介して流路３ａの容積が変化し、その結果ノズル
板６のノズル６ａよりインク液滴を吐出する。流路板３
の上面にはヒータ１６が配設され、該ヒータ１６によっ
てヘッド２０を加熱し、ホットメルトインクを溶融させ
る。

【００１２】図２は、本発明のホットメルトインク記録
装置の動作原理を説明するための図で、図中、２１はホ
ットメルトインク、２１ａはインク滴、２２は被記録体
（記録紙）、２３はプラテンで、図１と同じ作用する部
分には等しい符号を付している。

【００１３】図示において、流路板３の上面に配設され
たヒータ１６を電源１７により加熱すると、流路３ａ内
のホットメルトインク２１は溶融した状態となる。この
ときのホットメルトインク２１の粘度は２０ｃｐ（セン
チ・ポアーズ）以下であり、好適には１０ｃｐ（センチ
・ポアーズ）以下となるのが望ましい。ホットメルトイ
ンク２１が液状となった状態で、圧電素子２を駆動する
と、その変化により、ノズル６ａよりインク滴２１ａと
なって吐出する。吐出後のインク液滴２１ａは被記録紙
２２方向に飛翔し、被記録体２２に到達する。この時、
インク液滴は２１ａは、空気により冷やされ、被記録体
２２ａへの到達時には流路３ａ内でのホットメルトイン
ク温度より下がった状態となる。到達時のインク液滴２
１ａの温度は、ノズル６ａと被記録体２２の距離Ｌおよ
び環境温度Ｔ等に影響される。インク液滴２１ａは、被
記録体２２に到達後急速に冷やされ、固化状態となり、
その結果、記録体２２上に画素を形成する。ところがこ
の画素の大きさ、あるいは盛り上がり量は、被記録体２
２の温度によって大きく異なる。このことは、環境温度
Ｔによって、画像品質が大きく異なることを意味し、極
めて不都合である。また逆に言えば、被記録体２２の温
度が一定で、被記録体２２へ到達時のインク液滴２１ａ
の温度が一定であれば、バラツキの少ない画素が得られ
、高画像品質が得られる。

【００１４】また、一般に、ホットメルトインク２１は
、溶融後も、その温度によって粘度が変わり、高温にな
る程、粘度は低くなる。前記の如く、インク液滴２１ａ
は、飛翔中に温度が低下し、被記録体２２へ到達時には
、ヘッド２０内にあった時に比べて低い温度となる。 したがって、その粘度は、被記録体２２へ到達時には、
ヘッド２０内より高くなる。被記録体２２へ到達時のイ
ンク液滴２１ａの温度が低くすぎると、そのインク液滴
２１ａの粘度は高く、したがって、被記録体２２上で十
分広がらずに固化してしまう。その結果、画素は、図４
に図示したように盛り上がった状態となり、外力により
、はがれや傷が生じ画像品質を低下させてしまう。そこ
で、本発明は、被記録体２２の温度により、ヘッド２０
の加熱温度、すなわち、ホットメルトインク２１のイン
ク温度を変えて、常に同様の画像品質が得られるように
したものである。

【００１５】図３は、本発明のホットメルト記録装置の
温度制御方法を示すフローチャートである。以下各ステ
ップに従って順に説明する。 ｓｔｅｐ１；まず、記録ヘッドの環境温度を検知する。 この環境温度はサーミスタ等の温度検知手段により検知
する。 ｓｔｅｐ２；次に、記録ヘッドの温度を検知する。これ
は記録ヘッドに取り付けられたサーミスタ等の温度検知
手段により検知する。 ｓｔｅｐ３；記録ヘッドは環境温度に応じた温度かどう
か調べる。 ｓｔｅｐ４；前記ｓｔｅｐ３において、記録ヘッドが環
境温度でなければ、すなわち、記録ヘッド温度が環境温
度より低い場合は、ヒータをＯＮにして加熱し、前記ｓ
ｔｅｐ１に戻る。 ｓｔｅｐ５；前記ｓｔｅｐ３において、記録ヘッドが環
境温度であれば、印字する。

【００１６】上述の本発明によるホットメルトインク記
録装置の実施例および試験評価した結果について以下に
述べる。 １．実施例仕様 （１）インクジェットヘッド ノズル配列密度　　：２００ｄｐｉ（ドット／インチ）
圧電素子駆動電圧：２５Ｖ（ボルト） 圧電駆動周波数　　：４ｋＨｚ（ベタ印字時）（２）被
記録体　　　　　　　　　　：ＰＰＣ用紙（普通紙）（
３）ホットメルトインク：Ｄａｔａｐｒｏｄｕｃｔｓ社
製、ＳＩ４８０用インク（融点７５℃） ２．評価内容 試験した環境温度は、具体例、比較例とも５℃，２５℃
，４５℃とし、ヘッド温度は具体例では、１３０℃，１
１０℃，９０℃と環境温度と対応して定めた温度である
が、比較例では１１０℃一定とした。 （１）評価１：温度によるドット径のバラツキ（１００
ドット当りのドット径平均値）…表１ （２）評価２：印字後、印字面を砂消しゴムで５００ｇ
／ｃｍ２の荷重をかけて、　　　　　　　　　　　　　
　擦って汚れが発生するまでの回数 （３）評価３：印字後のドットの高さ ３．評価試験結果

【００１７】

【表１】

【００１８】表１より比較例では環境温度により、非常
にドット径はバラついているのに対し、具体例では極め
てわずかなバラツキであるのがわかる。

【００１９】

【表２】

【００２０】

【表３】

【００２１】

【表４】

【００２２】尚、本発明の実施例においては、環境温度
を検知して、ヘッド温度を変えたが、さらに、温度によ
るバラツキの少ない画像を得るには、紙面温度を検知し
てヘッド温度を制御すれば良い。

【００２３】

【効果】以上の説明から明らかなように、本発明による
と、環境温度に応じて、ヘッド温度を変えること、すな
わち、インク温度を変えることによって、被記録体上で
のインク液の広がりが、環境温度にかかわらず、ほぼ一
定となるようにしたので、常にバラツキの少ない高品位
の画像を特別な定着装置を用いることなく定着すること
が実現できる。したがって、印字面の加熱装置や特定の
材質のプラテン等を用いることがなく、低コストのホッ
トメルトインク記録装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明によるホットメルトインク記録装置
の一実施例を説明するための記録ヘッドの構成図である
。

【図２】　　本発明のホットメルトインク記録装置の動
作原理を説明するための図である。

【図３】　　本発明のホットメルト記録装置の制御方法
を示すフローチャートである。

【図４】　　被記録体中に充分浸透する前に固化した様
子を示す図である。

【符号の説明】

１…基板、２…圧電素子、３…流路板、３ａ…インク流
路、３ｂ…壁部、４…共通液室構成部材、４ａ…共通液
室、５…インク供給パイプ、６…ノズルプレート、６ａ
…ノズル、７…駆動用回路プリント板（ＰＣＢ）、８…
リード線、９…駆動電極、１０…充填剤、１１…保護板
、１２…流体抵抗、１３，１４…電極、１５…上部隔壁
、１６…ヒータ、１７…ヒータ電源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　常温では固体で、常温より高い温度で
   は液体に相変化する記録体を、記録ヘッドより噴射させ
   ることにより記録を行なうホットメルトインク記録装置
   において、前記記録ヘッドに、該記録ヘッドの温度を環
   境温度に応じて変化させる温度制御手段を配設したこと
   を特徴とするホットメルトインク記録装置。