JPH08323977A

JPH08323977A - 加熱式ドラムを備えたインクジェットプリンタ

Info

Publication number: JPH08323977A
Application number: JP8127089A
Authority: JP
Inventors: Lesley P Dudek; ピーデューデックレズリー; Vaughan Louis Dewar; ルイスデュアーヴォーガン; Dale R Ims; アールアイムズデール; Michael C Ferringer; シーフェリンジャーマイケル
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1995-05-30
Filing date: 1996-05-22
Publication date: 1996-12-10
Also published as: US5771054A

Abstract

(57)【要約】【課題】インクどうしのにじみを解消し、高速かつ質
の高いプリントを行う。【解決手段】回転するドラム１６への用紙の保持は、
真空力及び静電力によって実現することができ、印刷及
び乾燥が完了するまで用紙が正確にドラムに保持され
る。加熱されたドラムを複数回回転させることによるパ
ーシャルトーンプリンティングにより、インクがベタで
印刷された大面積におけるインクのまだらを解消するこ
とができる。ドラム１６は内側からまたは外側から加熱
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、用紙を搭載し、１
つ以上の全幅（full width）サーマルインクジェットプ
リントバー、シングル・ダイ（die ）・プリントヘッド
もしくは部分幅（partial width ）プリントヘッドまた
はその集合体を通過するように用紙を複数回搬送する加
熱式ドラムを使用したマルチパス・サーマルインクジェ
ットプリント装置に関する。本発明によるマルチパス・
プリント装置は、低速乾燥ブラックインクと高速乾燥カ
ラーインクを用いることにより、出力直後でも汚さずに
積み重ねたり手で扱ったりすることのできる高品質の乾
燥プリントを供給することができる。この場合プリント
速度はカラープリントで１分間に１０ページ以上、モノ
クロの文字または画像プリントで１分間に２０ページ以
上である。

【０００２】

【従来の技術】どんなプリンタでも画像のエッジをきわ
めてシャープに形成することが望ましく、これを「レー
ザの品質」にまで向上させるのが目標となっている。カ
ラープリンタの場合、通常はカラー再生の質が重視さ
れ、エッジの鮮明さ（edge definition ）にはあまり関
心が向けられない。一方、無地の用紙にシャープなエッ
ジを形成することのできるブラックインクジェットプリ
ンタは本質的にインクの乾燥速度が遅い。つまり乾燥時
間を十分とるか、熱によって乾燥するかしない限りはプ
リンタから出力された紙の上のインクはまだ濡れてい
て、このための汚れが発生する可能性がある。

【０００３】カラープリンタを用いる場合、高速乾燥イ
ンクの使用により色どうしのにじみ（ブリード）は低減
される。高速乾燥インクはエッジ鮮明度は劣るが、カラ
ー再生には許容可能である。そこで、理想的には、フル
カラープリンタにおいて、モノクロの文字及びグラフィ
ックのプリントには低速乾燥ブラックインクを使用し、
カラー再生には高速乾燥カラーインクを用いるのが好ま
しい。ところが、ブラックインクの乾燥速度が遅いため
に、通常の印刷でこれをカラーインクとともに使用する
と、色どうしのにじみが起こる。これを避けようとする
と、かなりの乾燥時間が要求される。また、低速乾燥ブ
ラックインクを加熱式プラテンで乾燥すると、ブラック
画像の質が劣化し、通常モードでプリントした場合まだ
らな画像となってしまう。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来から、プリントド
ラムを有するインクジェットプリント装置が知られてい
るが、これらの装置にも以下のような問題があった。ま
ず、プリント後の乾燥のためにプリント速度が制限され
てしまう。しかし一方で、出力前に十分な乾燥を行わな
いと高品質の画像を生成することができない。たいてい
のプリンタには、次の２つの画像定着（すなわち乾燥）
方法のいずれかが用いられている。すなわち、自然の空
気乾燥によって画像を乾燥させる方法か、加熱装置に画
像を導いて画像を乾燥させる方法である。空気乾燥の一
般的な問題は、乾燥時間が長すぎること、また、十分に
乾燥させる前にプリントされたまだ“湿った”状態の画
像に触れたり、その紙を移動したりすると画像がにじん
でしまうことである。一方、加熱装置によるプリント後
の加熱処理にも以下の様な問題がある。ドライヤーはた
いていの場合、最も条件の悪いプリント作業に対処でき
るように設計されている（すなわちプリント範囲が非常
に広い）。このため、高温加熱のための電力源を非常に
大きいものにしなければならないかあるいは乾燥時間を
長くしなければならない。プリント範囲や他の制約を補
償する適応性のあるドライヤーも知られているが、これ
らのドライヤーでも十分な乾燥を行いながら最も効率の
良い処理能力を提供することはできない。

【０００５】従来から、往復運動するプリントヘッドを
用いたプリンタにおいて、より優れたエッジ鮮明度を実
現するとともにカラーインクの色のにじみを解消する特
別なプリント処理が開発されている。しかしながら、こ
れまでのところ、高品質で、高速のサーマルインクジェ
ットプリンティング（カラープリントで毎分１０枚以
上、ブラックプリントで毎分２０枚以上) を実現できる
プリント装置及びプリント方法は存在しない。

【０００６】そこで、本発明の目的は、高品質で高速の
プリント動作が可能で、色どうしのにじみの発生を低減
したサーマルインクジェットプリンタを供給することに
ある。

【０００７】本発明の別の目的は、プリント動作が完了
するのに要する時間を乾燥にも利用することで、あらか
じめ配分されたサイクルタイムを活用し、これにより乾
燥に必要な追加的な時間を削除もしくは削減することに
よって処理能力（スループット）を増加させることにあ
る。

【０００８】本発明のさらに別の目的は、プリント表面
が加熱されることにより発生するインクの斑を解消する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的及びその他の
目的は、無地の用紙、ラベル、または透明シート（tran
sparancies) などのプリント媒体を、保持し、搬送し、
加熱する加熱回転式ドラムを有するサーマルインクジェ
ットプリンタ及びそれによるプリント方法によって達成
される。

【００１０】本発明の加熱式ドラムは、真空力または静
電力によって、枚葉紙をドラム表面に自動的にしっかり
と固定させることができる。また、このドラムは通常の
書簡用紙、リーガルサイズの用紙、Ａ４などのヨーロッ
パサイズの用紙に適合する大きさに設計されている。

【００１１】プリンタは、プリンティングに係る電子デ
ータを受信して保存し、ブラック画像とカラー画像を区
別することができる。プリンタは、好ましくはパーシャ
ルトーン形式でデータを１つ以上のプリントヘッドに送
り、質の高い画像を生成する。プリンタは、シングル・
ダイ・プリントヘッド、部分幅アレイ（ＰＷＡ）（すな
わち、２つ以上のダイが接合されて形成された単一プリ
ント素子、シングルダイより幅が広い）、ＰＷＡ群（す
なわち、整列したプリントユニットとして形成されたＰ
ＷＡの集合体）、または全幅アレイ（ＦＷＡ）を用いる
ことができる。

【００１２】本発明は、１つ以上のモノクロプリントヘ
ッドまたはカラープリントヘッドのいずれかを用いて実
施することもできる。ＦＷＡカラープリントバーを用い
るとカラー処理能力は増加するが、各色に対して１つず
つＦＷＡプリントバーを設けるのはコストがかかる。一
方、ＰＷＡを用いたカラープリンティングはコストを低
減することはできるが、処理能力も減少する。そこで、
本発明においては、特別なプリンティング処理により、
高速プリント及び高速乾燥を可能にするとともに、加熱
式ドラムアセンブリを複数回回転させながら、正確な見
当合わせ及び熱による乾燥を行う。

【００１３】ドラムの加熱は、内側表面接触型加熱器、
内部搭載型放射加熱器及び外部搭載型放射加熱器または
温風送風機を含む複数の方法によって行うことができ
る。ただし、その方法はこれに限られるものではない。
ドラムの加熱処理はプリント動作中に行われるが、応用
形態または必要に応じて、プリント動作の前に（前熱処
理）及びプリント動作の後に（後熱処理）行ってもよ
い。

【００１４】プリンタは回転する加熱式ドラムに自動的
に給紙する。ここで、給紙をドラムへの用紙の自動装置
動作に適合する方法で行うようにしてもよい。また、プ
リンタはプリント済みの用紙をドラムから自動的に分離
し、出力トレイ、デカーラー(de-curler) 、インバー
タ、またはその他のプリント後処理位置に排出するよう
にすることもできる。

【００１５】好ましくは、少なくとも（パーシャルトー
ンでの）ブラックインクのプリントにはドラムを複数回
回転させて画質を強化するとともに「むら」を解消す
る。このような効果は、低速乾燥型のインク調合物を用
いてプリントする場合に特に重要である。すなわち、プ
リントに要する時間内にインクが十分に乾燥されていな
い場合には、プリント動作を伴わない回転をさらに１回
以上追加し、プリント用紙を排出する前にインクを十分
に乾燥させて、インクによる汚れを防止する。

【００１６】プリントヘッド群または部分幅アレイ（Ｐ
ＷＡ）群は、約１．２８インチ（約３．２センチメート
ル）のプリント能力を有し、４つのプリントヘッドから
構成することができる。これら４つのプリントヘッド
は、１つのブラックプリントダイと３つのカラープリン
トダイから構成されており、マニホルドや基板など他の
プリント素子とともに、互いに密接に位置合わせされて
いる。キャリッジは、このプリントヘッド群を収容する
架台（クレードル）を、ドラムの回転と回転の間のスペ
ーシング動作のたびに移動させる。１回のキャリッジの
移動を、ＰＷＡ幅の２分の１である０．６４インチ（約
１．６センチメートル）にすることによって、パーシャ
ルトーンプリントが可能になる。１枚の用紙全体のプリ
ントは、用紙にドラムの周囲を数回回転させるプリント
動作によって完成する。ブラック１色のプリンティング
は、ＦＷＡを用いて１分間に２５枚まで、一方カラーの
場合はＰＷＡプリントヘッドを用いて１分間に約５枚プ
リントできる。

【００１７】加熱されたドラムは、可能な限りの速さで
インク（特にブラックインク）を乾燥させ、インクどう
しのにじみを最小限に抑える。加熱された紙基板上の広
い範囲にブラックインクをベタでプリントすると、画像
にむらが起こることが多い。本発明においては、大きい
面積に一度にプリントするのではなく、パーシャルトー
ンプリントを何回も行うことによって、フルイメージを
完成させる前にある程度インクを乾燥させ、上述のよう
なインクどうしのにじみを解消している。また、パーシ
ャルトーンプリント、特にチェッカーボーディング（チ
ェッカーボード状のプリンティング）は、プリントヘッ
ドによる印字上の欠点(Printhead signature defect)を
最小限に抑え、さらに紙のカールを抑える。

【００１８】本発明においては、上述のような回転ドラ
ムを用いたマルチパス・プリントと、加熱による乾燥を
併せて用いることにより、エッジが極めてシャープで色
どうしのにじみが少ない印字を生成することができる。
さらに、ブラックプリントで毎分２０ページ、カラープ
リントで毎分１０ページ以上のプリント速度を達成する
ことができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】まず、図１について説明する。好
適なプリンタ１０は、給紙トレイ１２、給紙パス１４、
ドラム１６、用紙押さえ手段１８、全幅アレイ（ＦＷ
Ａ）ブラックプリントバー２０、可動式キャリッジ上に
放射状に間隔をあけて配設されたシアン、イエロー、マ
ゼンタ、ブラックのプリントヘッド（２２ａ−ｄ）から
成るカラー部分幅アレイ（ＰＷＡ）プリントヘッド群２
２、排紙パス２４、排紙トレイ２６、及び断熱壁２８を
含む。プリントバー２０とプリントヘッド群２２は、ド
ラム１６から離れる方向に傾けることができ、これによ
りこれらの部材の自動または手動によるメンテナンス、
修理、調整を行うことができる。

【００２０】ＦＷＡプリントバー２０は黒一色の文書印
刷に用いられ、ＰＷＡプリントヘッド群２２はカラー文
書を生成するために用いられる。ブラックのＰＷＡプリ
ントヘッド２２ｄは、プリントヘッド２２ａからドラム
の横方向（すなわち、図１において図面に向かって奥の
方向）にずらされた位置にある。カラーＰＷＡプリント
ヘッド群２２は、放射状に並べられたＦＷＡプリントバ
ーに置き換えることもできる。

【００２１】カラーＦＷＡアレイを用いれば、カラープ
リンティングの処理能力は実質的に高められるが、同時
にさらなるコストがかる。中速度でコストの安いモノク
ロプリントを所望するのであれば、前記のＦＷＡプリン
トバー２０とＰＷＡプリントヘッド群２２をシングル・
プリントヘッドダイまたはＰＷＡアレイに置き換えても
よい。

【００２２】プリンタ１０は、静電学及び真空を利用し
て用紙をドラム１６上に保持する（ショートエッジフィ
ード（short edge feed ）) 。ドラム１６は、プリント
ヘッド２０と２２を通過するよう用紙を搬送する搬送機
構として用いられると同時に、用紙を加熱してプリント
済みの用紙上のインクを用紙が出力される前に乾燥させ
るドライヤーとしての機能をも有する。プリンタ１０の
構成に関する好適なパラメータが次の表に示されてい
る。

【００２３】

【表１】図２には、本発明のプリンタに用いられる好適なインク
供給構成が示されている。カラープリントヘッド２２の
シアン、マゼンタ、イエローの各カラーに対して１つず
つカラーインク容器３０が設けられている。これらのイ
ンク容器は、可撓性の供給ライン３４によってそれぞれ
のプリントヘッド２２に接続されている。ブラックイン
ク容器３２は、ブラックプリントバー２０とＰＷＡプリ
ントヘッド群２２のブラックプリントヘッドとの双方
に、分割型供給ライン３４を通じてインクを供給するこ
とができる。ブラックＦＷＡプリントバー２０をモノク
ロプリントに使用し、プラックＰＷＡプリントヘッドを
カラープリントに用いるのが好ましいが、ブラックプリ
ントバー２０をモノクロプリントとカラーイメージプリ
ントの両方に使用すれば、ＰＷＡプリントヘッド群２２
のブラックプリントヘッドに要するコストを削減するこ
ともできる。また、ブラックプリントバー２０とブラッ
クプリントヘッド２２のそれぞれに別々のインク容器を
設けることもできる。この場合には、それぞれの容器に
異なるインク組成物を供給することもできる。こうし
て、例えば、ブラックプリントヘッド２２には高速乾燥
ブラックインクを使用し（これによってカラープリント
におけるインクどうしのにじみを低減し）、ブラックプ
リントバー２０には低速乾燥ブラックインクを使用する
（これによりモノクロプリントのより高い画質を得る）
こともできる。

【００２４】プリンタの制御を簡易化し安定性を得るた
めに、ドラム１６は一定の速度で駆動される。すなわ
ち、用紙Ｐ（図１）はドラムがフルスピード回転してい
る間にドラムに着脱される。加熱されたドラム１６の回
転速度は、噴射論理（ジェット（オリフィス）の数及び
一回の噴射数）と最大ジェット噴射レートによって決定
される最大値に設定されている。ただし実際には、プリ
ントヘッドの解像度を考慮するとドラムの表面速度は制
限される。回転速度はドラムの直径から簡単に求められ
る。ドラムの直径は、プリントヘッドのメンテナンス作
業に用いられるガター（図９に詳しく示されている）及
び予想される最大サイズの用紙の端部への移行スペース
が確保できるよう公称直径が選択されている。好適なド
ラム直径の場合、ドラムの円周は１５．３インチ（約３
８．２５センチメートル）となり、このドラムには８．
５インチ（２１．２５センチメートル）ｘ１１インチ
（２７．５センチメートル）、８．５インチ（２１．２
５センチメートル）ｘ１４インチ（３５センチメート
ル）及びＡ４サイズの用紙を供給することができる。た
だし、特定のエンコーダやドラム駆動のためのギア構成
を所望のピクセル間隔に適合させるために、あるいはさ
らに大きなサイズの紙を使用可能とするために、ドラム
の直径を変更することもできる。このようなドラムを用
いた場合、ドラム速度はその表面において毎秒２０イン
チ（５０センチメートル）が好ましい。このドラム１６
の速度はどんな目的に対しても弱めたり速めたりされる
ことはない。例外があるとすれば、加熱されたドラムに
よる乾燥をプリント動作中良好な状態に維持できない時
その処理速度（スループット）を低める場合であろう。
しかしながら、すでに調整済みのドラム速度を制御する
のは難しくそのタイミングも難しいため、そのような場
合には、ドラム１６を余分に回転させる方法の方が良い
解決策である。

【００２５】キャリッジの運動及びプリントヘッドのサ
イズは、乾燥の場合よりより複雑な機構でプリンタの処
理量を厳密に限定する。このため、ＰＷＡプリントヘッ
ド群２２を用いてフルカラー文書をプリントすると、た
いていの場合プリントには乾燥に要する以上の時間がか
かる。そこで、加熱されたドラム１６からの乾燥がプリ
ント中に維持できない場合にはドラムをさらに余分に回
転させてプリント処理速度を落とすことができる。

【００２６】さらに、後で詳細に述べる乾燥に関する理
由により、ドラムに用紙が供給されて用紙が一定速度で
ＦＷＡプリントバー２０及びＰＷＡアレイ２２の方向に
搬送されている間に、加熱されたドラムによってこの用
紙をあらかじめわずかに加熱することができる。また、
水分が多いなど特定の状況では、プリント動作に先立ち
給紙された状態でドラムを回転させることにより、用紙
をあらかじめ加熱してそこから水分を除去することもで
きる。

【００２７】ＦＷＡプリントバーを用いたモノクロプリ
ンティングの第１の例について図１に基づいて説明す
る。全幅ブラックプリントバー２０は、ブラック１色の
ページを高速でプリントする。プリントはドラム１６を
２回以上回転させて行うのが好ましい。この場合、各パ
ス（すなわちドラムの各回転）ごとに画素のパーシャル
トーンがプリントされる。最も好ましくは、ドラムを２
回転させ、各回転時にチェッカーボードのように画素を
半分ずつプリントする（チェッカーボード方式）。チェ
ッカーボード方式はむらを低減することができ、特に、
プリントに用いられるインクが低速乾燥のもので加熱さ
れた支持体（ドラム１６）上でプリントが行われる場合
には効果的である。続いて、３回目の回転で用紙を完全
に乾燥させた後、用紙をドラムから剥離させ、必要に応
じて出力デカーラーを介して、排紙トレイに送る。

【００２８】ここで３回転周期のＦＷＡプリンティング
を想定した場合、最初にプリントされたインクの乾燥時
間は１．５３秒（２回転の時間）に、最終回転の０．７
６５秒のうちの一部の時間（約０．５秒から０．３８
秒）を加えた時間である。このように、一部のインクは
約１．９秒間乾燥される。最も乾燥時間の短いインク
は、０．７６５秒（１回転分の時間）プラス０．３８
秒、すなわち１．１４秒のあいだ乾燥される。すなわ
ち、ドラム１６は、この最後にプリントされたインクを
約１．１４秒以内に乾燥するのに十分な程度加熱されて
いなければならない。

【００２９】ブラック１色のプリントの処理速度は、用
紙の移動と、ドライヤーによる公称温度での用紙の乾燥
という要件によって決定される。ブラック１色のプリン
ティングでは、図６の表に従ってドラムの回転動作が３
回行われる。紙に対する定格速度が毎秒２０インチであ
れば、ドラムの３回転プリント動作は１分間に２６．１
ページを印刷する。なおこれらのプリントは真のフルペ
ージ文書である。上記のスケジュールに従ってドライヤ
ーが乾燥を完了できない場合に、乾燥を維持させる目的
でプリンタの処理速度を低減させる方法が２つある。第
１の方法は、各プリント周期または選択された周期にド
ラムの回転を追加する方法である。これにより減少した
処理速度は、追加された回転を１、２、３、４回までと
すると、それぞれ毎分１９．６ページ、１５．７ペー
ジ、１３．０ページ、１１．２ページ（毎分）となる。
第２の方法は、ドラムの回転速度を遅くすることにより
乾燥時間を増す方法である。この方法ではプリント時間
を連続的に引き延ばすことができる。しかし、プリント
バーの傾斜は固定された給紙速度に基づいて設定される
のでドラム速度が低下してもごくわずかな調節しかでき
ない。さらに、このような速度低下は装置の処理制御要
件に大きく影響するため、タイミング及びその他の機能
の制御のためにより複雑なハードウェア及びソフトウェ
アが必要となる。

【００３０】ＰＷＡプリントヘッド群２２の代わりに放
射状に配設された４つのＦＷＡプリントバーを用いてカ
ラープリンティングを行った場合にも同じ処理速度を得
ることができる。従って、一回の回転で全色をプリント
した場合には（パーシャルトーンであってもなくと
も）、毎分２０ページ以上のカラープリントが可能であ
る。あるいは、画質を向上させるためには各色を別々の
回転時すなわち複数のドラム回転によって（パーシャル
トーンで）プリントすることもできる。これにより、処
理速度は減少するが画質は向上する。

【００３１】ＦＷＡプリントバー２０を用いた場合のプ
リンタ処理速度に関する更なる制約として、プリンタに
配分された有効電力に基づく加熱素子の出力電力の要求
がある。例示されるプリンタ１０においては、加熱素子
に用いられる電力は８００ワットに制限されるべきであ
るとされている。この値は、プリンタの他の機能の制御
のために十分な電力が残るように選択されたものであ
る。当然ながら、配分される電力量は、使用される特定
のプリンタ、装置の各要素の出力要件、および初期コス
トとランニングコストの両者に関する経済的影響に依存
している。このように、モノクロのプリントの場合、
（プリント時間が短いために）出力要求と処理速度との
間で適当に譲歩し合う必要がある。

【００３２】必要とされる乾燥時間は、以下に示す複数
の制約によって制御される。すなわち、プリントされた
インクの領域カバー率、使用される特定インクの特性、
湿度、用紙の材質及び厚さなどである（ただし、制約は
これらに限られるものではない）。少なくとも文字のプ
リントに関していえば（すなわち、グラフィックではな
い場合）、領域カバー率は名目的なものである。従っ
て、通常の１ページはドラムが３回転する間に乾燥され
る。しかしながら、グラフィックイメージなどで領域カ
バー率が大きい場合や湿度が高い場合には、センサによ
ってこれらの状況を検出しドラムをさらに余分に回転さ
せることができる。こうすることにより、限られた状況
においてのみ処理速度を減少させるようにする。乾燥に
係る制約および要求される乾燥時間の特定的な決定方法
については後で詳しく説明する。

【００３３】ＰＷＡプリントヘッド群２２を用いたフル
カラープリントの場合、乾燥に関する要件はＦＷＡプリ
ントバーによるブラックプリントに比べると厳しくな
い。これは、キャリッジを移動するために必要な回転回
数が多いため、必然的に画像の大部分に対してより長い
乾燥時間が与えられるためである。４つのカラープリン
トヘッド２２を収容するＰＷＡキャリッジはカラーペー
ジのプリントに使用される。好ましいプリントヘッド
は、それぞれが１．２８インチ（３．２センチメート
ル）の長さで、それぞれ３８４のジェット（オリフィ
ス）を有する２つのダイから構成されている。ブラック
プリントヘッドは、他のカラープリントヘッドからプリ
ントヘッドの２分の１の幅だけ前方に位置する専用のパ
スでプリントを行う。他のカラーヘッドは（放射状に配
設され）同一のパスでプリントを行う。キャリッジはプ
リント動作中は静止しているのが好ましく、回転動作に
おいてプリントを行わない間に横方向に（２分の１ヘッ
ド幅ずつ）移動する。このようなシステムを用いること
により、ドラム１６を１５回転させることによって、
８．５インチ（２１．２５センチメートル）幅の用紙が
１インチ（２．５センチメートル）のマージンで（プリ
ント幅は６．４インチ（１６センチメートル））１ペー
ジプリントされる。プリンティングモードとしては、好
ましくはチェッカーボードモードが、もしくは他のパー
シャルトーンプリンティングモードがプリントヘッド２
２すべてに対して用いられる。ただし、チェッカーボー
ドが望ましくない場合には回転回数を減らすことがで
き、これによって出力がほぼ２倍になるという２次的効
果が得られる。

【００３４】カラーイメージの好適なプリント方法が図
５に示されている。ＰＷＡプリントヘッド群２２を用い
た１５周期のプリント動作を想定した場合、乾燥時間は
ページを横切る方向に変化する。例えば、プリント領域
の右端部にチェッカーボード方式の２回目のパスでプリ
ントされたカラーは、１回のフル回転とさらなる部分回
転が乾燥時間に当てられる。すなわち、好適なドラム表
面速度である毎秒２０インチで、約０．７６５秒プラス
０．２３秒（０．７６５秒の３０％）である。これに対
し、１回目の回転でプリントされた画素は、１４回のフ
ル回転プラス０．２３秒が乾燥時間であり、これはおよ
そ１１秒に相当する。このように、（ドラムが３回転し
かしない）ＦＷＡバーのプリンティングとは異なり、Ｐ
ＷＡのカラープリンティングは乾燥時間が非常に不均一
である。しかしながら、このようなばらつきが目に見え
る差異を生じることはない。

【００３５】好適なＰＷＡプリンティング動作について
より詳細に説明する。ドラム１６の第１回転は、用紙の
先端部が第１プリントヘッド（ＰＷＡ２２ｄ）に位置し
たときに開始する。ブラックプリントヘッドの中心がプ
リント領域の左端部に位置するとき、（用紙のプリント
領域を横方向に横切る）キャリッジの位置をゼロとす
る。図５においては、ドラムのスタートポイントは、キ
ャリッジがゼロポイント（プリント準備状態）にあり、
用紙の先端がプリント領域に達している場合に想定され
ている。

【００３６】マージンは７．０４インチまでは処理速度
を損失することなく広げることができる。回転によって
は、ヘッドの左半分あるいは右半分のいずれかが０．１
インチしか使用されない場合もあるからである。６．４
インチ（１６センチメートル）のプリントページ幅が多
くのプリンタに見られる通常の６．５インチ（１６．２
５センチメートル）のプリント領域に十分近い場合に
は、ドラムの回転は１５回で十分である。プリントペー
ジ幅が６．５インチ（１６．２５センチメートル）から
７．０４インチ（１７．６センチメートル）の場合、ド
ラムをもう１回転（すなわち合計１６回転）させる必要
がある。この場合、フルカラープリンティングの処理速
度は必然的に毎分４．９ページに低下する。

【００３７】ドラム１６は１５．３インチ（３８．２５
センチメートル）の円周を有し、毎秒２０インチ（５０
センチメートル）の表面速度で回転する。このように、
ドラムの１回転に要する時間は０．７６５秒である。す
なわち、１５回転では１１．４８秒かかる。これによ
り、フルカラープリンティングでは、毎分５．２３ペー
ジのプリントができる。プリントヘッド２２を収容する
キャリッジを次ページのプリント開始点に復帰させるた
めに利用することのできる時間は、１回転（１５番目の
回転）プラス１４回目の回転の残りの部分、すなわち最
後のプリントヘッドが下端マージンを離れてから第１の
プリントヘッドが上端マージンの位置にくるまでの時間
である。前記のマージンがそれぞれ１インチで、第１プ
リントヘッドから最後のプリントヘッドまでの円周上の
距離が１．５インチである場合、前記１４回目の回転の
部分回転により得られる距離は４．８インチ（１２セン
チメートル）である。このような１４番目の回転の１部
と１５番目のフル回転に要する時間は１．０１秒であ
る。この１．０１秒が、プリントヘッド群２２を収容す
るキャリッジが８．９６インチ（２２．４センチメート
ル）横方向に移動するのに利用できる時間である。な
お、これにはヒステリシスを補償する時間が含まれる
（また、この時間を前回の回転時に転写されたインクの
乾燥に用いることもできる）。

【００３８】チェッカーボードプリントモードによって
最も改善されるのは低速乾燥のブラックインクであるこ
とが判明した。したがって、ブラックをチェッカーボー
ド方式でプリントし、他の色（ＣＹＭ）を同じパスでプ
リントすることによりブラック再生の問題を低減すると
ともに処理量を向上させることができる。

【００３９】あるいは、ブラックＦＷＡが第１の回転も
しくは第１及び第２の回転で（チェッカーボード方式）
フルカラーイメージのブラック部分をプリントし、その
後の回転によってＣＹＭプリントヘッド２２がカラーを
プリントすることもできる。この例では、処理速度が高
まることに加え、最大限の乾燥時間が必然的に得られ
る。４番目の回転で初めてカラープリンティングが行わ
れた前述の好適なＰＷＡプリント動作に比較すると、こ
の実施形態では、ブラックインクの乾燥時間がより長く
与えられるだけでなく、その処理速度をわずかに向上さ
せることもできる。

【００４０】加熱式ドラム１６はＦＷＡとＰＷＡ両方の
プリンティング実施形態に適用ができ、複数の制約に適
応すべくデザインされている。図３及び図４に詳細が示
されている。ドラムは、ドラムの周囲に用紙を正確に見
当合わせして押さえて保持し、こうして保持された用紙
をプリントヘッド２０もしくは２２の１つ以上を通過す
るように搬送する。好ましくは、このような見当合わせ
並びに紙押さえはドラムと保持される用紙とに与えられ
る真空力または静電力によって行われる。真空による吸
着を用いる場合、真空による紙押さえ及びそのタイミン
グ（時間調節）については米国特許第４，４６９，０２
６号（発明者：アーウィン(Irwin) ）に開示されている
方法によって達成することができる。ただし、静電力に
よる保持の方がより好ましいので、これについては以下
に詳細に説明する。

【００４１】用紙の適当な位置調節（見当合わせ）は、
用紙がドラムに達するタイミング及び電荷（静電力の場
合）または真空（真空紙押さえの場合）の活性化（アク
チベーション(activation)）によって行われる。用紙は
ひとたびドラムに保持されるとドラムから取り外される
まで、その後の回転動作の間じゅう同じ位置に保持され
る。用紙は剥離フィンガー５８を用いてドラムから取り
外すことができる。剥離フィンガー５８は従来から知ら
れているもので、用紙の先端部が剥離ポイント（テイク
オフポイント）に近づくと作動される。ドラム上に保持
された後には用紙はカールした状態になりやすいのでデ
カーラー（巻きのばし装置）が備えられていることが好
ましい。デカーラーは剥離フィンガーの後段に設けるこ
とができ、これにより用紙はまっすぐ伸ばされた状態に
なる。続いて、このまっすぐになった用紙が排紙パス及
び排紙トレイに搬送される。

【００４２】ドラムの設計上特徴的な別の側面は蓄熱で
ある。たいていの加熱制御装置は、マイクロ波エネルギ
ーなどの熱源をドラム表面外部に用いない限りは急速に
変化する加熱要求に適応することができない。そこでド
ラム１６は一般的に蓄熱部として機能する。蓄熱容量が
大きすぎる場合、ウォームアップに要する時間が長くな
りすぎる。一方、容量が小さすぎると、ドラムから段階
的に熱が奪われると、熱の再生がその速度に追いつかな
くなる結果、１枚のプリントもしくは連続するプリント
において乾燥が不十分になる。さらに、蓄熱部が大きく
なると、駆動システムが駆動すべき質量及び慣性が大き
くなる。ここでは、図示されない駆動モータはベルトを
介してドラムから分離されてドラムの回転開始時の問題
はないと想定されている。さらに、好ましくは、ドラム
１６は一定の速度で（あるいはプリントモードに応じた
２、３種類の速度で）運転される。

【００４３】ドラムは内側からの加熱が好ましい。この
ため、ドラムは加熱素子から用紙までの熱路（ヒートパ
ス）上に直接位置される。ドラムは熱伝導性が高く、高
い熱拡散性を有し、ドラム表面における熱の均一性が直
ちに得られなければならない。さらにドラムの製作コス
トも低く抑えなければならない。アルミニウムを押し出
し成形したものが最も簡単である。可能な限り多くの部
分を本質的に軸方向にし、既成の押し出しダイにおいて
これらの部分を形成することによりコストを抑えること
ができる。材料（アルミニウム）が軽量で強く、機械加
工性の特性があるなどもその他の重要な長所である。

【００４４】好適なドラム１６の断面は適度な壁厚を有
する円筒であり（壁厚０．２５０インチ、被膜の厚み
０．００２−０．００５ミル（ｍｉｌ＝１／１０００イ
ンチ））、その表面上に電気抵抗のある薄い被膜を有す
る。この電気抵抗のある薄膜は静電による紙押さえが行
われる場合に用いられる。軸方向にドラム長さの溝がガ
ター５２（図９に詳細が示される）として形成され、こ
こにプリントバー２０及びプリントヘッド２２が周期的
にインク滴を噴射することができる。これにより潜在性
問題を解消することができる。

【００４５】電気的絶縁体（被膜）は、静電力が用いら
れる場合に用紙上に存在する静電荷が逃げるのを防ぐた
めに、用紙Ｐとドラム表面の間に位置しなければならな
い。被膜に用いられる材料にはいくつかのかなり厳しい
要件がある。まず、被膜は高い電気的抵抗を有し、電荷
が用紙から接地されたドラムに漏れないようにしなけれ
ばならない。また、被膜はドラムの動作温度において上
記のような高い抵抗を有さなければならない。被膜材料
は、その下部に位置するドラムから上部に位置する用紙
に熱を伝達できるよう熱伝導性が高いものでなければな
らない。さらに、被膜材料は動作温度において優れた機
械的特性を要求され、その破壊電圧は使用される電圧で
の破壊を避けるために十分に高くなければならない。

【００４６】以上のような要件を満たすことのできる材
料はわずかである。ドラムの所望動作温度は、マイラー
（ＰＥＴ）の使用温度限度を超えている。また、陽極酸
化物（anodic oxide）を要求される破壊強度で成長させ
るのは明らかに困難である。ＧＥ社のＵｌｔｅｍ（ポリ
エーテルイミド：polyetherimide）は、その使用温度限
度の高さ及び熱伝導性の高さゆえに被膜材料の潜在的な
候補とすることができる。しかしながら、好適な材料は
カプトン（ポリイミド）である。この材料は、必要な機
械的特性、熱特性、及び電気特性を備えているように思
われるからである。さらに、ソリューションコーティン
グ（溶液からの被膜形成）で被覆できるのも利点であ
る。

【００４７】絶縁層をできる限り薄くし、被膜の熱抵抗
を最小限に抑えることが望ましい。さらに、薄膜であれ
ば、要求される静電圧力を供給するのに必要な電荷密度
電圧を最小限にするのに有用である。好ましい被膜の厚
さは、約１ミルから２ミルである。

【００４８】静電保持力が用いられる場合、用紙Ｐをド
ラム１６に保持する静電保持圧力は、印加される電界の
平方に比例する。用紙／被膜／ドラムから成る構造に印
加することのできる電界は、空気ギャップのパッシェン
破壊（Paschen breakdown ）によって制限される。この
パッシェン限界は、ギャップの長さの関数であり、５か
ら１００μｍの範囲のギャップの長さでは、次式によっ
て表される：Ｅ_p ＝６．２＋３１２／ｄここで、Ｅ_pは、Ｖ／μｍ単位で表される破壊電界であ
り、ｄはμｍで表されるギャップである。よって、保持
力（圧力）を最大にするためには、用紙を絶縁被膜に接
触させながら電荷を加えるのが好ましい。電界の限界値
は、用紙と被膜との間の平均空気ギャップ厚みによって
設定される。一般的な用紙の平均空気ギャップ厚みは８
から１０μｍであるので、印加することのできる最大電
界は、約３７ボルト／μｍである。この電界は、２４イ
ンチの水の圧力を提供するもので、高い保持力が可能と
なる。

【００４９】３７ボルト／μｍの電界を生成するために
は、約３２７μＣｏｕｌ（クーロン）／ｍ²の電荷密度
を印加する必要がある。毎秒２０インチの処理速度で、
用紙幅が８．５インチ（２１．２５センチメートル）の
場合、上記の電荷密度を供給するために必要な電荷電流
は約３６μａｍｐ（アンペア）である。被膜が２ミルの
カプトン層で用紙が１０μｍの平均エアギャップを有す
ると仮定すると、約９００ボルトの電圧が生じる。４ミ
ルの厚みの透明シートの場合、同じ電界を得るために必
要な電圧は約１６００から１８００ボルトとなる。この
ように、適当な電荷アプリケータによって、これらの所
望電圧における上記のアンペア数が生成できるようにし
なければならない。

【００５０】用紙に電荷を与えるために用いられる充電
装置５４は、用紙が被膜／ドラムの構成に抗して保持さ
れている間に電荷を与えることにより、用紙が電荷の供
給によってドラムに接触する方向に動くときに起きる絶
縁破壊を避けるようにしなければならない。このような
装置としては導電性の充電ロールが理想的であるが、比
較的硬い充電ブラシまたは押さえ（presser foot）を備
えたコロトロン（corotron）でも十分である。これらは
容易に入手が可能な従来から周知のものである。充電ロ
ールは、ドラム上においてより正確な用紙の位置合わせ
を可能にするが、これは重大な先端決めの間に用紙上に
発生する摩擦がより少ないためである。

【００５１】比較的柔らかい充電ロールを用いて、それ
ほど大きい圧力をかけることなくその全長が用紙に接触
できるようにすることが望ましい。その硬さは、デュロ
メータによるショア硬さ（Shore-A durometer)が５０以
下であるのが好適である。充電ロールの抵抗の値はそれ
ほど重大ではないことは明白だが、約１ｘ１０⁵Ｏｈｍ
・ｃｍの以下でなければならない。

【００５２】硬さ及び抵抗の要件に加え、充電ロールは
ドラムの温度に耐えることができ、随時インクまたはイ
ンク残留物にさらされたときにこれに耐えられなければ
ならない。好ましい充電ロールは、炭素を加えたシリコ
ンからつくられ、約３０のショア硬度を有する。ＢＴＲ
の一般的な充電ロールは、ウレタン、ＥＰＤＭ、あるい
は適当な添加物を加えたニトリルゴムから作られてい
る。これらを代わりとして用いることもできるが、これ
らは好適なドラムの予測される温度に対して十分適当で
あるわけではない。

【００５３】アクチュエータ５６は、用紙の先端が充電
装置に達する直前に、充電装置を被膜とドラムの構造に
接触させる。このように、被膜の充電は、用紙が充電装
置５４に達する直前に開始される。駆動にはソレノイド
が用いられるが、その他のこれに匹敵するようなアクチ
ュエータで代用することもできる。

【００５４】充電装置５４は、用紙の後端部の充電が終
了するまで、用紙及び被膜／ドラムの構造に接触した状
態で保持されている。充電完了時点において、アクチュ
エータ５６は充電装置を後退させる。この結果、用紙
が、その２回目以降の回転時に充電ロールを通過して回
転しても、用紙上の濡れたインクに充電装置が触れるこ
とはない。

【００５５】用紙の両端部をドラム上の被膜表面にしっ
かりと押しつけるのは難しいが、これは、用紙の梁強度
（たわみ強度）が用紙が曲がるのを妨げようとするため
である。さらに、用紙の曲率半径を決定するのは（少な
くとも用紙がドラムにきつく保持されていなければ）、
それぞれの位置における用紙の曲げモーメントであり、
この曲げモーメントは用紙の端部ではゼロになる。従っ
て、用紙の端部をドラムにしっかり保持するのは難し
い。

【００５６】もし充電装置５４が電荷を印加した後に用
紙のたわみ強度によって用紙がドラムの被膜から剥離す
れば、電界はパッシェン限界を超え、空気ギャップは絶
縁破壊する。一度紙を離れた電荷は用紙をドラム１６に
保持することはなく、空気ギャップは電界が減少するに
つれて広がる。このような行程が反復的に静電力を弱
め、ついには用紙がドラムから剥がれ落ちる。

【００５７】用紙が剥がれ始めた場合に用紙の端部領域
から電荷が失われる第２の原因は、用紙の横方向の伝導
である。ギャップが広がるにつれ、用紙のポテンシャル
はたとえパッシェン破壊が生じても増加し、電荷はギャ
ップが最大である高ポテンシャル領域からギャップが最
小であるポテンシャル領域に移動する。

【００５８】ここで、用紙の保持能力を助けたり高めた
りする要因が２つある。紙は、加熱されるにつれ曲げら
れた状態の形状を受け入れ始める。このためドラム／被
膜から用紙を剥がそうとする力は弱まる。第２に、用紙
をあらかじめカールさせるのも、用紙の有効たわみ強度
を低減するためには効果的である。実験により、２０号
（２０＃）の紙は（あらかじめカールさせていないとし
ても）、４８時間もの間保持されることが証明された。
ただし、これより厚い紙及び湿気の高い紙になると問題
がある。このように、用紙をあらかじめカールさせ、さ
らに加熱されたドラムを用いることによって、静電力は
絶縁破壊することなくプリント用の紙または透明シート
を簡単に保持することができる。

【００５９】充電装置に要求される電源は、作業に対し
て選択された装置に左右される。一般的に、接触型の充
電器（ロールまたはブラシ）に要する電力はコロトロン
に要する電力よりも低い。従来から、ＴｒｅｋＣｏｒ
−ａ−Ｔｒｏｌ電源が用いられ、好適である。これは非
常に用途の広い装置で、多くの動作モードで調節可能な
レベルの一定電流または一定電圧の出力を供給すること
ができる。

【００６０】新しい用紙を取り付けるに先立ち、ドラム
から電荷を除去することが必要である。これは、電圧を
合理的な範囲内に維持するために行わなければならない
動作である。ただし、電荷を完全に中和する必要もない
し、絶対的な均一も求められない。このために、金属ブ
ラシまたは導電性ポリマーブラシが有効である。しか
し、多くの導電性ポリマー物質では温度が問題となるた
め、金属ブラシの方が好ましく、実際にこれが用いられ
ている。

【００６１】次に、加熱されたドラム１６の乾燥機能に
関する特定の要件について説明する。ここで、例を示す
ために以下の事項が想定される。すなわち、ドラム内部
での放射加熱を行うこと、及び断熱壁２８（図４に明示
されている）がドラム周囲に設けられ熱損失を低減して
いること、である。さらに例として、８００ワットの電
力消費量が乾燥のために用いられる。加熱に必要な電力
要件を決定するためには、用紙を加熱するための電力
と、インクからの水分を加熱して蒸発させる電力と、予
測される熱損失とを別々に扱うことが効果的である。加
熱に必要な電力はこれらの合計値であり、長時間にわた
る平均値としての合計電力制約（ここでは８００ワッ
ト）以下でなければならない。

【００６２】加熱されたドラムは基本的にシートヒータ
であり、用紙の熱伝導によって用紙の表面からインクを
蒸発させる。領域カバー率の低いプリンティングでは、
熱のほとんどが乾燥させるインクの存在しない加熱用紙
上で消費される。一方、このようなヒータは（外部放射
加熱よりも優る安全効果として）ドラムの温度以上に用
紙を加熱することができない。そこで、インクの揮発性
物質を蒸発させるためには、プリントのベタ領域に必要
な熱をドラムからさらに取り込むことができる。図７に
は、用紙の温度を１００℃まで上昇させるために必要な
電力が、１分あたりの出力枚数（ｐｐｍ）に対して示さ
れている。ただし、図においては、８．５インチ（２
１．２５センチメートル）ｘ１１インチ（２７．５セン
チメートル）で、２０ポンド（平方メートル当たり７５
グラム）の用紙が用いられ、４つの場合が示されてい
る。示される４つのラインはそれぞれ乾燥用紙を示す
線、ＲＨ（相対湿度）が１５％、４０％、８５％にそれ
ぞれ調整された用紙を示す線である。

【００６３】高いＲＨ状態のもとに保管されている用紙
は湿気を帯びる。所定の水分量を有する用紙が加熱され
ると、熱の１部が用紙に吸収された後には水分の１部は
蒸発する。インクを加熱してその揮発性物質を蒸発させ
るためには用紙を加熱しなければならない。用紙を加熱
するためには、用紙の温度を上げて水分を蒸発させるた
めの十分な熱を供給しなければならない。異なる水分量
を有する用紙を加熱するために必要な電力を計算する際
に、用紙の有効熱容量が用いられる。有効熱容量は、水
分を蒸発させるために必要な熱量を考慮したものであ
る。乾燥用紙は、０．４ｃａｌ／ｇｍ℃（グラム℃）の
熱容量を有し、一方、始めに８５％ＲＨに調整され、２
２℃から１２２℃まで加熱された用紙は、約０．８７ｃ
ａｌ／ｇｍ℃の有効熱容量を有する。このように、用紙
の水分量が多いほど加熱が困難であり、図７には、２０
ポンドの用紙（８．５インチ（２１．２５センチメート
ル）ｘ１１インチ（２７．５センチメートル））２５ペ
ージを１分間で１００℃まで加熱するためには、割り当
てられた８００ワットの電力供給のほとんどが使用され
ることが示されている。

【００６４】しかしながら、用紙の加熱に電力供給のす
べてを費やすわけにはいかない。電力は、用紙にプリン
トされたインクを加熱し、インクから水分を蒸発させる
ためにも必要だからである。インクを加熱させて、イン
クに含まれる揮発性成分の蒸気圧力（及び気化率）を上
昇させる。要求される（短時間の）乾燥時間を得るため
には、インクをその沸騰温度まであるいは沸騰温度付近
まで加熱する必要がある。

【００６５】用紙上のインクから水分を除去するために
必要な熱量の計算から、インクのベタ領域でのインク適
用量（ink coverage）は１平方センチメートル当たり１
ミリグラムであると想定される。さらに、液体インクは
沸騰温度近くに達するためには最低７０℃で加熱する必
要があること、及びインクは水と同様に１ｃａｌ／ｇｍ
℃の熱容量（比熱）を有することが想定される。さらに
は、インク質量の８０％が水分量として蒸発されなけれ
ばならないこと、インクの蒸発熱も水と同様に５４０ｃ
ａｌ／ｇｍであることが想定される。そこで、これらす
べての仮定を考慮して、８．５インチ（２１．２５セン
チメートル）ｘ１１インチ（２７．５センチメートル）
の用紙を１００％の領域カバー率で１分間に２５ページ
プリントする場合、インクを処理するために必要な電力
は、図８に示すとおり５２５ワットとなる。なお、ドラ
ム内部の熱分散を（少なくとも一時的に）無視すれば、
インク領域カバー率が小さくなればそれに比例して要求
される電力も小さくなる。

【００６６】ドラムから断熱（オーブン）壁２８への熱
損失率は約７５ワットであると推定されている。もし断
熱壁がドラム周囲に設けられていなければこの数字は著
しく増加する。この熱損失率はプリンタがプリント動作
を行っているか否かという状態には依存しないと想定さ
れる。プリント動作中にはさらにドラムから大気中への
熱損失も考えられる。これは、インク及び用紙から発生
された水蒸気を取り除くためにドラムのキャビティを通
じて引き出されるものである。このような損失は約５０
ワットであると推定される。また、ドラムから、断熱壁
を貫通する冷却されたプリントバーまたはプリント素子
への熱損失がさらに５０ワットである。

【００６７】なお、ここでは用紙を真空によって保持す
る場合に見られるドラムにおいて真空ホールを通過する
空気流による熱損失は含まれていない。このような空気
の流れは、用紙の周囲または下部にあるいは用紙を通過
するように発生するものである。このような空気の流れ
によるドラムからの熱損失は、１ｃｆｍ（立方フィート
／分）の空気流について約４７ワットである。したがっ
て、空気流は最小限であることが要求される。特定設計
のプリンタに対する総熱損失は、分析と実験のいずれか
によって求めることができる。

【００６８】これらの損失を合計することにより、８０
０ワットの電力レベルを与えられた場合の加熱ドラムの
連続出力能力を推定することができる。まず、合計１７
５ワットの損失（ただしドラムを通過する空気流による
損失を除く）があるとして、ＲＨ４０％で保管された２
０ポンドの用紙にプリントを行うと仮定すると、一分間
に２５ページをプリントするためには約５２０ワットが
必要であることが図７からわかる。この５２０ワットを
上記の熱損失１７５ワットに加算すると、合計は６９５
ワットとなる。与えられた８００ワットからこれを差し
引いた残りの１０５ワットでは、およそ２０％の領域カ
バー率で継続的にプリントすることができる（図８参
照）。

【００６９】上記の環境で用紙を３２号（３２＃）の用
紙に変えた場合には、１分間に２５ページの処理速度で
はプリントできない。実際に、熱損失を１７５ワットと
すると、用紙の加熱に必要な電力を６２５ワット未満に
落とさない限りは継続的なプリントを行うことはできな
い。これは、ＲＨが４０％の用紙では１分間に１８ペー
ジの処理量である。しかしながら、処理量を１分間に１
６ページにまで落とせば、用紙の加熱に要する電力は約
５５０ワットになる。これを１７５ワットの損失と加算
すると、インクの加熱及び乾燥のために７５ワットが残
る。このように、処理率が１分間に１６ページで７５ワ
ットをさらに消費できれば、約２０％の領域カバー率で
プリントすることができる。

【００７０】この例から、サイズまたは重量の異なる用
紙の場合の加熱要件を簡単に求めることができる。ま
た、水分及びカバー領域をセンサでモニタすることによ
り、（余分の回転を加えることによって）適当な処理速
度を自動的に選択することができ、あるいは、乾燥要件
の状態が最適である間に（during peak drying require
ment situations ）電力を増大させて所定の処理速度を
維持することもできる。この後者の選択は、マイクロ波
加熱器などの迅速に調節が可能な加熱機構が用いられた
場合により適当である。

【００７１】乾燥に要する電力の計算に加え、装置は、
要求される期間のあいだ要求される熱を制御及び供給す
るべく設計されなければならない。加熱されたドラム
（ドライヤー）１６は、用紙及び画像部分の水分が含ま
れる全範囲にわたってその温度を維持する必要がある。
キャリッジプリンティング（ＰＷＡ）の実施形態の場合
は、処理速度が小さいため（また、各回転時のカバー領
域が小さいため）、ドラムの温度を維持するための時間
が十分与えられる。したがって、電力の制限はＦＷＡプ
リントバープリンティングの場合にのみ起こる。ドライ
ヤーのエネルギー要件を計算する場合に、考慮すべき要
因がいくつかある。水分を有する用紙は加熱する必要が
ある。このために、用紙を熱して水分を蒸発させるため
のエネルギーが要求される。従って、用紙にプリントを
行うために必要なエネルギーは、入力用紙トレイの環境
における相対湿度に依存している。表２には、２０号の
用紙の最大領域カバー率及び最大処理速度に対する湿度
の影響が示されている。ここで、用紙の重量の大きくな
るほど処理能力は低くなる。

【００７２】

【表２】一般的な戦略として、ドラムの温度が設定ポイントを下
回ると（または、ヒータの使用率が最大値を超える
と）、ページとページのプリントの間にドラムをさらに
余分に回転させる。これによれば、湿度が非常に高く、
領域カバー率が大きい場合でも、全スループットとして
多少のプリントを得ることができる。この戦略を用いれ
ば、プリンティングコントローラはカバー領域または相
対湿度を検知する必要はなく、ジョブのコマンド（サブ
ミッション）と組み合わせた場合のこれらの影響のみを
検出すればよい。ただし、カバー領域の検出結果を利用
すれば、ドラムの回転サイクルに加える余分の回転を開
始するためのしきい値を設定することができる。

【００７３】ドラムを加熱する好適な方法は、ドラムの
中央領域に設けられた静止型放射放熱器４４（図３及び
図４参照）を用いる方法である。放熱器を静止型のもの
にすることにより、回転式の高出力電気接触子の問題が
解消される。外部操作によらない熱拡散は、熱を要求も
所望もしない部分を含めたドラム内部のすべての部分に
熱が供給されるため、その放熱の管理という面ではあま
り優れていないが、このような放熱器はコスト効率がよ
く構造が簡単である。ただし、放射の向きをさらに変え
るために反射板を設けるのが好適である。このような反
射板はドラムの端部ベル４０の内部に用いることができ
る。

【００７４】ドラムの熱質量は大きく、その温度は熱入
力あるいは出力にゆっくり反応する。高密度プリンティ
ングの際中に放熱器をオフにしても、プリントされてい
る用紙の乾燥には影響を及ぼさない。しかしながら、ド
ラムの外側表面から熱が不均一に取り除かれ、また熱が
内側表面に均一に加えられた場合、空間的な温度差が発
生する。このような温度差を最小化するために用いるこ
とのできる唯一の機構は、ドラム表面における横方向の
熱の流れである。これを実現するためには、プリント媒
体への熱の流れが最大であると予想されるドラムの内部
表面の領域に吸熱性の塗料をコーティングする。なお、
吸熱性の塗料は適当なものであればどんなものでもよ
い。モデル計算により以下のことが示された。すなわ
ち、ドラムに吸熱性被膜を選択的にコーティングするこ
とによって、１１インチ（２７．５センチメートル）の
文書を連続的にプリントした場合のドラム周面における
温度差をかなりの程度低減させることができる。

【００７５】あるいは、加熱素子をドラム内部に設ける
こともできる。これらの加熱素子は、ドラムに沿って均
等に並べてもよいし、ドラム内部の特定な位置に配設し
て可能なプリント領域を直接加熱させることもできる。
このような選択的加熱の場合、より高速の加熱が可能に
なり、これはプリント開始時にはまだ暖められていない
端部キャップなどの領域には有効である。さらに、これ
らの加熱器は能動的または受動的な制御によってより正
確なゾーン制御を可能にする。しかしながら、これらの
加熱素子に必要なスリップリング及び検出素子のため
に、装置の複雑性が増し、更なるコスト及び制御が要求
される。

【００７６】ドラムの質量は、好適な大きさ及び厚さの
アルミニウムを用いて約１５５０グラムとされている。
アルミニウムの熱容量（比熱）は０．２４ｃａｌ／ｇ℃
であるから、ドラムの熱容量は３７２ｃａｌ／℃とな
る。また、ドラムの加熱率は、８００ワットの入力に対
して毎秒約０．５１℃であり、ドラムが暖められていな
い状態から動作温度に達するには約４分かかる。推定さ
れる１７５ワットの熱損失により、（入力される電力が
ゼロの場合）毎秒０．１１℃の割合でドラムは冷却され
る。

【００７７】例えば、ドラムヒーターの電源が切られ、
８５％ＲＨに調整された３２号（３２＃）の用紙が入力
され、１００％のカバー領域がプリントされて出力され
た場合、動作を行ったドラム領域の温度は約４℃しか低
下しない。ＲＨの値がより小さい２０ポンドの用紙であ
れば影響はさらに小さい。

【００７８】ドラムに要求される電力のほとんどは用紙
の加熱に用いられる。重く水分量の高い用紙を連続的に
プリントすれば、８００ワットの入力でもドラムの温度
は低下する。そこで、ドラムの温度が低すぎる場合に
は、プリンタのコントローラはさらなる乾燥時間を加え
ることによってドラム温度に対応する必要がある。乾燥
時間を追加することにより、より低速の処理ができる。
さらに、ドラムヒーターが要求される温度になるための
時間を与えることができる。カラープリントのジョブを
入れると、ドラムが温度を回復して安定させるための十
分な時間を与えることができる。

【００７９】ドラム内部に設けられる好適な放射放熱器
は、離れた端部をも支持できるワイヤーフォーム４６を
用いたカンチレバー搭載型である（図３（Ｂ）参照）。
このような構造により、ランプの交換が可能になる。た
だし、１つのドラムベアリング／支持機構が中空である
ことが要求されるとともに大型のベアリング４２が必要
になる。

【００８０】加熱されたドラムの温度規制が所望される
場合には、センサ６０がドラム温度を検出していなけれ
ばならない。センサはドラムとともに回転することがで
きるが、このためには検知信号（sensitive signal）を
搬送する回転式電気接触子が必要となる。センサ（６
０’）はドラムに接触してその温度を検出することがで
きるが、反応時間及び耐久時間が限定要因となる。好ま
しくは、このようなセンサはドラムの平均温度に比例す
る信号を供給する。センサ６０は、ドラムの一端の近傍
に取り付けられて、ドラムの回転中にメンテナンス用溝
部（ガター）に接触しないようにするのが好ましい。

【００８１】センサは静止型で、ドラムの内壁に抗して
搭載されているワイパーに取り付けることができる。テ
スト済みのセンサがドラム壁の端部に形成された穴に埋
め込まれ、スリップリングが信号を外部に搬出する。

【００８２】ドラムの端部ベル４０はドラムを支持及び
駆動し、またドラムとの同心状態を維持する必要があ
る。端部ベルはドラムの温度以上に耐えることのできる
材料で作られていなければならないが、ベル内部の反射
板によってランプからの直接照射が避けられるようにな
っている。ドラムからベアリングに向かう過度の熱流動
を防ぐために端部ベルの熱伝導性は小さくなくてはなら
ない。

【００８３】断熱壁２８は、移動するキャリッジを除い
たドラム部分を可能な限り取り囲む覆い（エンクロージ
ャ）を形成するのが好ましい。これにより、不必要な熱
損失を最小限に抑えることができる。実際の使用時以外
には用紙の搬入及び搬出パスは遮断されているのが好ま
しい。キャリッジに支持されているプリントヘッドは、
限定された開口を通過してインクを噴射するが、この開
口はプリンタがプリントを行っていない間は閉じられて
いてもよい。

【００８４】（熱伝導損失を低減するために取付シャフ
トにフェノールサポートを設ける以外には）外部環境か
らドラムを断熱するための手段を設けない場合、１３５
℃の温度で外部環境に損失されるパワーは１８０ワット
である。したがって、熱損失を最小限に抑えるためにド
ラム周辺に熱シールドを用いることが好ましい。

【００８５】用紙は、多くの水分を含み、これらの水分
はドラムにおいて蒸発させられる。もちろん、インクの
水分がさらにこれに加えられる。１２％の領域カバー率
で１分間に２５ページプリントする場合、インクによる
水分量は１分あたり１．４４グラムであり、用紙の水分
量はこの３倍であると考えられる。この水蒸気がプリン
タ内部で凝縮しないようにするためにはどのくらいの空
気流が必要であるかを予測するための見積もりがなされ
た。これらの推定値は一定ではないが、空気の冷却作用
のためにかなりの電力が失われることがわかった。

【００８６】ドラムは加熱されると膨張する。そこで、
本発明プリンタでは、加熱された状態でのドラムの大き
さに基づいてプリントヘッドをドラムから一定距離だけ
離している。この補償量は半径方向に約０．００６イン
チである。これは０．０３５インチのインク噴射距離
（throw distance）と比較するときわめて小さい値であ
り、しかもそれほど変動しない。さらには、ドラムの長
さ方向の膨張を可能にするべくベアリングを設計する必
要がある。

【００８７】モータは図示されない減速ベルトとプーリ
システムを介してドラムを駆動する。減速は必要な電力
を小型モータで発生させるために必要である。１０２４
チック（１０２４−ｔｉｃｋ）のエンコーダ５０はドラ
ムから直接駆動される。ドラムは１分間にわずか７８．
１１回転の速度で回転し、１回転につき９２１６エンコ
ーダチック、すなわちドラム周面に沿って１ピクセルあ
たり１チックが必要とされる。ピクセルクロック周波数
は、エンコーダパルスを位相ロックループで乗算する
（９倍する）ことにより得られる。

【００８８】本願においてモータに関する要求はわずか
である。ただし、モータはドラムに加えてプレカーラー
も駆動しなければならない。このように、モータについ
ては選択肢が多いため、決定要因としてはコストが考え
られる。しかしながら、高速での連続操作とともに運用
寿命（service life）を決定要因としてもよい。現在で
は、７．５度のステッパーモータが選択されている。

【００８９】プリント用搭載ドラムのドライブ比は、モ
ータ対ドラムで２４：１３０である。トルクを伝達する
ためにタイミングベルトが用いられおり、ドラムの大き
い慣性モーメントにより歯形周波数振幅を減衰させるこ
とを狙っている。いずれの場合も、エンコーダがドラム
上に設けられ、プリントはドラム位置マーカーに基いて
行われる。

【００９０】このクラスのシャフトエンコーダ５０の最
も好まれる供給元は、ヒューレットパッカード社（Hewl
ett-Packard)である。この会社は１回転あたり１０２４
チックのロータリーエンコーダを複数のスタイルで製造
している。また、インデックスパルスをさらに有するも
のもある。インデックスパルスは、ドラムを用紙の操作
及びプリントに同期させるために必要である。ドラムは
メンテナンス位置を有しており、これによりドラムの回
転対称性が崩れている。直径の大きいコード・ホィール
を用いることにより感応性(sensitivity) が最大限に低
減されることが期待される。さらに、同心性のエラーの
一部を除去する目的として、直径について対向位置に設
けられた２つのセンサをコードホィール上に用いること
ができる。ここでも、多くの選択肢があり、その特性で
はなくコストが決定要因となっている。

【００９１】ガター５２は、好ましくはドラムの表面に
沿って設けられた帯状部（ストリップ）であり、これに
は吸収材料が満たされており、この中に向ってプリント
バーとプリント素子の少なくとも１方によってインク滴
を噴射することができる。このガターはドラムの１部で
あるため、ドラムとともに約１３５℃に加熱される。ガ
ター内に噴射されたインク滴は用紙上のインク同様乾燥
され、不揮発性の残留物のみが残る。なお、このガター
は交換が可能である。

【００９２】ガター内に噴射されたインク滴から水分は
急速に蒸発するので、インク残留物がインク滴のヒット
したところから離れたところに移動するとは考えられな
い。平坦な表面上にインク滴が噴射されるとすると、イ
ンク残留物の堆積物はやがて、その表面上から落下する
形状になる。このため、インク滴を噴射することのでき
る多孔性または繊維性の表面が好ましい。なお、このよ
うな吸収性のある多孔性または繊維性のガターライナー
は、ユーザによって交換が可能である。

【００９３】用紙のドラムへの装着は、プレカーラーか
ら用紙をとり、電荷の供給と同時にその用紙をドラム表
面に伸ばすように置いて行われる。一方、用紙の取り外
しは、剥離フィンガー５８を作動させてこれにより用紙
の先端部を持ち上げてドラムから分離させるようにガイ
ドして行われる。

【００９４】好適な実施形態を参照しながら本発明を説
明してきたが、これは例示であり発明を限定するもので
はない。請求の範囲に記載されるように、本発明の範囲
を逸することなくさまざまな変更を本発明に加えること
が可能である。

【００９５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、加熱さ
れたドラムによって可能な限りの速さでインク（特にブ
ラックインク）を乾燥させ、インクどうしのにじみを最
小限に抑える。本発明においては、大きい面積に一度に
プリントするのではなく、インクの複数回にわたる搬送
によりパーシャルトーンプリンティングを行うことによ
って、フルイメージを完成させる前にある程度インクを
乾燥させ、上述ようなインクどうしのにじみを解消して
いる。

【００９６】さらに、本発明においては、上述のような
回転ドラムを用いたマルチパス・プリンティングと、加
熱による乾燥を併せて用いることにより、エッジが極め
てシャープで色どうしのにじみが少ない印字を生成する
ことができる。本発明のプリントを用いることにより、
ブラックプリントで毎分２０ページ、カラープリントで
毎分１０ページ以上のプリントを達成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるサーマルインクジェットプリン
タの内部構造を示す図である。

【図２】本発明によるインク処理装置の概略図であ
る。

【図３】本発明による加熱式ドラムの図であり、
（Ａ）は端面図、（Ｂ）は長手方向の断面図である。

【図４】本発明による加熱式ドラムとその周辺構造の
部分断面図である。

【図５】本発明によるフルカラー画像印刷の一連の印
刷及び乾燥動作を説明するための図である。

【図６】本発明によるモノクロ画像印刷の一連の印刷
及び乾燥動作を説明するための図である。

【図７】異なるＲＨ値における用紙の加熱に要する電
力を示したグラフである。

【図８】異なるプリントカバー領域を有する用紙のイ
ンク蒸発に要する電力を示したグラフである。

【図９】本発明による加熱式ドラム及びガターを示す
図である。

【符号の説明】

１０プリンタ、１２給紙トレイ、１４給紙パス、
１６ドラム、１８用紙押さえ手段、２０ＦＷＡプリ
ントバー、２２ＰＷＡプリントヘッド、２４排紙パ
ス、２６排紙トレイ、２８断熱壁、３０カラーイ
ンク容器、３２ブラックインク容器、４０端部ベ
ル、４２ベアリング、４４放射放熱器、５２ガタ
ー、５４充電装置、５６アクチュエータ、５８剥
離フィンガー、６０，６０’ センサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者デールアールアイムズアメリカ合衆国ニューヨーク州ウェブスターリトルポンドウェイ 926 (72)発明者マイケルシーフェリンジャーアメリカ合衆国ニューヨーク州オンタリオコートランドドライブ 347

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プリンティングに先立ち、シートを保管
するための給紙部と、プリント済みのシートを保管するための排紙部と、画像をシートにプリントするための少なくとも１つのイ
ンクジェットプリントヘッドと、前記給紙部と排紙部との間に設けられた加熱式回転ドラ
ムであって、その外表面にシートが接触するように保持
手段によってシートを保持して正確に見当合わせし、画
像をシートにプリントするために少なくとも１つのイン
クジェットプリントヘッドを通過するように複数回回転
することによりシートを搬送し、保持されているシート
が回転している間にこのシートに熱エネルギーを送るこ
とができる熱源を有し、これにより前記プリントヘッド
を通過してシートが回転する間に、このシートとシート
にプリントされたインクを乾燥させる加熱式回転ドラム
と、乾燥したシートを前記ドラムから引きはがす剥離
機構と、を有する高速インクジェットプリンタ。