JP2832576B2

JP2832576B2 - 温度保持装置及び方法

Info

Publication number: JP2832576B2
Application number: JP6058024A
Authority: JP
Inventors: ナッサー・アラビザデー; ダグラス・エム・スタンレー; ブライアン・エフ・ジョンソン
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 1993-03-02
Filing date: 1994-03-02
Publication date: 1998-12-09
Anticipated expiration: 2013-12-09
Also published as: EP0613780B1; DE69408001D1; DE69408001T3; JPH0717054A; DE69408001T2; EP0613780A3; EP0613780B2; EP0613780A2; US5424767A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は相変化インクを用いたイ
ンク・ジェット印刷に関し、特に複数のインク噴出口
（オリフィス）を有するインク・ジェット印刷ヘッド全
体を均一な温度に保ち、印刷ヘッド中のインクを加熱す
る加熱装置（ヒータ）の改善を改善した印刷ヘッド用の
温度保持装置及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来知られる装置及び方法では、複数の
インク噴射口を有するインク・ジェット印刷ヘッドに相
変化インクを供給し、所定の制御の下で熱を加えてこの
インクを溶かし、溶融したインクを選択的に印刷媒体に
噴射して画像を形成していた。相変化インクは、その利
便性、画像品質、経済性、普通の印刷媒体が使用可能で
ある点などで優れている。

【０００３】米国特許第４４１８３５５号には、複数の
噴射口を有するインク・ジェット印刷ヘッドについて記
載している。これによれば、蛇行して長い加熱素子をイ
ンク室の熱輻射壁板に圧着し、インク室内の相変化イン
クを溶融している。インク室の壁板中央にあるくぼみに
はサーミスタが挿入され、インク室の温度を検出する。
インク・ジェット印刷ヘッドは印刷媒体を横切って前後
に往復運動し、圧電変換素子駆動の噴射口から選択的に
インクを噴射し画像を印刷する。

【０００４】周知のように、インク・ジェット印刷ヘッ
ドがインク滴を噴射する速度は、圧電変換素子がインク
滴に与えるエネルギー、印刷ヘッドの幾何的形態、イン
クの粘性等のパラメータによって定まる。特に相変化イ
ンクの粘性は、温度によって大きく変わる。典型的な相
変化インクでは、室温で固体、融点近くの８６度Ｃで弾
性体、約１３０度Ｃ〜約１４０度Ｃの噴射温度で液体で
ある。既知の代表的な印刷ヘッドで、圧電変換素子のエ
ネルギーを固定した場合では、インク滴の噴射速度が１
度Ｃ当たり２〜３％変化する。

【０００５】インク・ジェット印刷ヘッドはインク滴を
噴射しながら印刷媒体に対して相対的に移動するので、
インク滴の着地点はインク滴の噴射速度の変動に比例し
て変化する。インク滴の着地精度を許容範囲内にするた
め、相変化インクを所定温度に制御し、インク・ジェッ
ト印刷ヘッドの複数の噴射口をどれもほぼ同じ温度にし
なければならない。インクの温度に３度Ｃよりも大きな
変動があると、インク滴の着地に明かな誤差が生じる。

【０００６】各噴射口の温度が均一にならない要因とし
ては、熱が均一に伝導しないための損失、空気による対
流損失、印刷ヘッドの周辺装置への熱の輻射損失等があ
げられる。前後に往復運動する印刷ヘッドを使用したプ
リンタでは、印刷ヘッドの中央部分に比較し、その前縁
と後縁は”風に当たる”ために特に対流損失が原因で温
度が均一にならない。

【０００７】印刷ヘッドを大きくして噴射口の数を増や
せば、各噴射口のインクの温度を均一に保つのはますま
す難しくなる。米国特許第５０８７９３０号（対応日本
出願特開平３−１５０１６５号）は、相変化インクを噴
射する幅９５ミリ・メータ、噴射口数９６の印刷ヘッド
について記載している。米国特許第５０８３１４３号
（対応日本出願特開平５−４２７４６号）は、往復運動
するキャリッジに関して記載しており、このキャリッジ
に装着したインク室に上述の印刷ヘッド取り付けてい
る。

【０００８】複数の加熱装置を使用して９６個の噴射口
を熱量に差をつけて加熱すれば、印刷ヘッド全体に渡っ
てインクの温度を均一にすることができる。このとき各
加熱装置は、その加熱装置に隣接して設けた温度センサ
ーに応じて制御する。しかし、このようにすると不必要
に複雑で高価なものなってしまう。

【０００９】図７は、従来の加熱装置１０を示してい
る。この加熱装置は、その短い辺のへり近くの縁を中央
部分より強く加熱するように作られている。１個の加熱
薄片１２が噴射口数９６の印刷ヘッドの短い辺のへりで
の不均一な対流損失を補正する。加熱薄片１２は、１個
の温度センサー１８を採用した温度制御回路１６で一定
に制御される。加熱装置１０は、既知の柔軟性（フレキ
シブル）回路である。この回路中の加熱薄片１２は、エ
ッチングしたインコネル（Inconel、登録商標）合金薄
片を１対のカプトン（Kapton、登録商標）製絶縁層の間
に挟んで形成している。カプトン層の一方には、熱伝導
銅薄片層を接着する。加熱装置１０は、噴射口数９６の
印刷ヘッドの主面の大きさに合わせて形成される。

【００１０】加熱薄片１２は、１対の接触端子１４で温
度制御回路１６に接続される。温度制御回路１６は、サ
ーミスタ１８で検出した温度に応じて接触端子１４から
パルス変調した電圧を印加する。加熱薄片１２は、１１
組の隣接する加熱領域２０（破線で区切って示す）を有
する。加熱薄片１２に沿った電流量はどこでも同じであ
るため、ワット数の密度は各加熱領域中の加熱薄片１２
の電気抵抗値に比例する。そこでサーミスタ１８付近の
加熱領域２０の抵抗値より、接触端子１４近くの加熱領
域２０の抵抗値を大きくして加熱薄片１２を形成する。
加熱領域２０のワット数密度は、加熱装置１０中央付近
の１平方センチ当たり約２〜２．５ワットから、左右の
縁付近の１平方センチ当たり約３〜３．２５ワットまで
変化する。

【００１１】サーミスタ１８は、噴射口数９６の印刷ヘ
ッドにあるくぼみに埋め込まれる。サーミスタ１８は、
加熱装置１０の切り込み部分２２に設けられる。サーミ
スタ１８の配置位置は、制御しようとする領域から極端
に離れていなければ良い。それは、印刷ヘッドの幅
（横）方向のどこで温度を検出しても、印刷ヘッドの幅
（横）方向における他のどの場所も領域毎のワット数密
度のために同じ温度に平準化するからである。相変化イ
ンクは印刷ヘッドと密接に接触しているので、印刷ヘッ
ドの温度を平準化すれば相変化インクの温度も平準化さ
れる。

【００１２】図８は、噴射口数９６の印刷ヘッドの噴射
口のある主面２４を加熱装置１０で加熱したときの等温
度線の分布図を示している。これは、赤外線スキャン測
定によって求めている。２度Ｃの等温度線２６から、主
面２４上の温度には中央部分の高温領域から印刷ヘッド
の縁２８にかけて４度Ｃの変化があることがわかる。こ
こで噴射口のある領域は、主面２４上で傾斜して広がっ
ているので、噴射口には４度Ｃより大きな温度変動があ
ることに注意されたい。温度を均一に保持することによ
る他の改善点としては、紙などの印刷媒体へのインク滴
の落下時間が一定となり、よって噴射口数９６の印刷ヘ
ッドにおいてもインク滴の着地が正確になることが上げ
られる。

【００１３】また相変化インクのなかには、長い期間に
渡ってある一定の高温で保持しておくと生分解するもの
があることが知られている。このため、溶融温度よりわ
ずかに高く、しかし噴射温度よりはかなり低い温度で所
定量の相変化インクを溶かしインク室に備蓄する。よっ
てインク室と印刷ヘッドは、熱的に絶縁し夫々別々の加
熱装置と温度センサーを具える必要がある。

【００１４】継続出願中の米国特許出願番号第９６５８
１２号には、予（プリ）溶融室、インク室及び熱的に絶
縁された印刷ヘッドを有する印刷ヘッド構体を記載して
いる。この印刷ヘッド構体を使用したプリンタは、始
動、待機（アイドル）、準備完了及び停止の各モードが
あり、夫々にインク室と印刷ヘッドの所定温度が決めら
れている。例えば待機モードでは、印刷ヘッドはインク
室と同じ温度に保持されるが、印刷が必要になると印刷
ヘッドの温度を急速に上昇させてその中のインクを噴射
温度までもっていくようにする。印刷ヘッドとその加熱
装置、温度センサー及び温度制御回路は熱応答時間が速
く、準備完了モードに入るのに必要な時間が短くなって
いる。これによってインクの保存が良くなる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】往復運動する印刷ヘッ
ドを用いた相変化インク・ジェット・プリンタは、高品
質の画像を生成するが、画像の印刷時間が比較的長くな
ってしまう。印刷時間を短くするには、画像を印刷する
噴射口の数を増せばよい。理想的な印刷ヘッドは、噴射
口が１画素毎に配置され、その幅が印刷媒体の幅と同じ
で、１つの画像を印刷媒体に印刷するのに１回スキャン
するだけで済むことが必要である。上述しをまとめると
印刷ヘッドに必要な条件は、次のようなことである。即
ち、ほぼ印刷媒体と同じ幅であること、複数（多数）の
噴射口を有すること、そして印刷ヘッドとその中にある
相変化インクを加熱して印刷ヘッド全体に渡って均一な
温度を維持する加熱装置（ヒータ）を具えていることで
ある。しかし従来は、印刷ヘッド全体に渡って均一な温
度を維持することが困難であった。

【００１６】そこで本発明の目的は、その主面上にＸ、
Ｙ及び斜め方向に広がる複数の噴射口（オリフィス）列
を有する相変化インク・ジェット印刷ヘッドの温度を保
持する温度保持装置及び方法を提供することである。本
発明の他の目的は、印刷媒体と同じ幅の相変化インク・
ジェット印刷ヘッド及びその中の相変化インクを加熱
し、印刷ヘッド全体を均一な温度にする温度保持装置及
び方法を提供することである。本発明のさらに他の目的
は、単一の加熱装置及び温度センサーを有する温度制御
手段でも、多数の噴射口を有する相変化インク・ジェッ
ト印刷ヘッドを高速に所定温度に制御できる温度保持装
置及び方法を提供することである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の１実施例として
は、印刷媒体と同じ幅の多色相変化インク・ジェット印
刷ヘッドのＸ及びＹ方向に配分された複数の加熱領域を
有するフレキシブル（柔軟性）混成積層型加熱装置があ
る。印刷ヘッドはその主面を斜めに横切る２つの噴射口
列を有し、各列の各噴射口のインクをほぼ同じ温度に
し、全ての噴射口の噴射速度を一定にする必要がある。
印刷ヘッドはステンレス鋼板の積層構造を成しており、
局部的な高温部が発生しやすい。輻射、伝導及び対流損
失といった熱移動機構は、印刷ヘッド全体が均一な温度
になるのを妨げる。しかし、本発明の印刷ヘッド加熱装
置の加熱領域は種々の熱移動機構を補正し、印刷ヘッド
全体を均一な温度にする。温度制御手段は、単一の温度
センサー（温度検出手段）で印刷ヘッドを所定温度に制
御できる。

【００１８】本発明の他の実施例としては、印刷媒体と
同じ幅の多色相変化インク・ジェット印刷ヘッドでの使
用に適し、その噴射口の周囲のＸ及びＹ方向に配分され
た複数の加熱領域を有するフレキシブル（柔軟性）混成
積層型加熱装置がある。印刷ヘッドはその主面のＹ方向
に対して斜めに横切る複数のインク噴射口列を有し、各
列の各噴射口のインクをほぼ同じ温度にすることによ
り、全ての噴射口の噴射速度を一定にする必要がある。
印刷ヘッドは熱量の多い多色インク室と液状のインクで
熱的に通じているので、インク室は印刷ヘッドと接触す
る領域を介して熱を印刷ヘッドに伝導する。また回転ド
ラムは、印刷ヘッドとの間の隙間に空気を引き込んで対
流を起こし印刷ヘッドを冷却するが、このときＹ方向に
沿って冷却に差が生じる。加えて、輻射及び伝導も、印
刷ヘッド全体の温度を均一にするのを妨げる熱移動機構
である。しかし、本発明による印刷ヘッド加熱装置の加
熱領域は種々の熱移動機構を補正し、印刷ヘッド全体の
温度を均一にする。温度制御手段は、単一の温度センサ
ー（温度検出手段）で印刷ヘッドを所定温度に制御でき
る。

【００１９】

【実施例】図１は、本発明による印刷ヘッド加熱装置２
９の１実施例の平面図である。これは、噴射口数９６の
大型印刷ヘッドなどに使用する。加熱装置２９は、中央
部より短い辺の縁付近の方が発熱量が多いというだけで
なく、短い辺の縁付近の下端部でも加熱量がより多くな
っている。つまり、単一の蛇行形状加熱素子（薄片）３
０は、従来の幅（Ｘ軸）方向だけでなく、噴射口数９６
の印刷ヘッドの幅（Ｘ軸）と高さ（Ｙ軸）の両方向にま
たがる不均一な熱損失を補正する。本発明は加熱装置２
９は柔軟性（フレキシブル）回路であり、加熱薄片３０
は銅−ニッケル（７０／３０合金）薄片部材で製造す
る。銅−ニッケル合金はインコネル（登録商標）より抵
抗率が低く、よって同等のインコネル加熱薄片より断面
積を小さくできる。これによって、図７に示した従来の
加熱装置と同じ消費電力を維持しながら加熱薄片３０の
トレースの幅及び長さをより巧妙なものにでき、よって
加熱装置２９上で利用可能面積（領域）を広げることが
できる。利用可能面積を広げれば、加熱装置２９の幅と
高さの両方向に渡る熱の分配を改善できる。

【００２０】加熱装置２９は、隣接する１１個の加熱領
域３１Ａ〜３１Ｋで構成される。これらは、Ｘ次元
（幅）方向及びＹ次元（高さ方向）に渡って割り当てら
れる。加熱薄片３０中を流れる電流量はどこでも同じで
あるから、加熱領域３１のワット数密度はその領域の加
熱薄片３０の電気抵抗値に比例する。加熱領域３１の好
適なワット数密度（１センチ平方メータ当たりのワット
数）は、例えば以下の表１で示される。

【００２１】

【表１】

【００２２】図２は、本発明による加熱装置２９（図示
せず）で加熱した噴射口数９６の印刷ヘッドの噴射口の
ある主面２４の等温度線の分布図である。２度Ｃの等温
度線３２が示すように、高温領域３３が大きく広がり、
印刷ヘッドの噴射口の列３４の端までの主面２４の温度
変化は、約３度Ｃよりも小さくなっている。しかも、図
８の熱配分と異なり、ほぼすべての噴射口列３４が高温
領域３３に収まっている。この理由は、まず第１に複数
軸に沿ってワット数密度を変化させて割り当たことであ
り、これによって噴射口数９６の印刷ヘッドの各位置か
ら噴射される相変化インクの温度の均一性が改善され
る。

【００２３】図３は、本発明の第２実施例による相変化
インクを用いたオフセット式インク・ジェット・プリン
タ３５の側面図である。これは、以下の順序で動作す
る。

【００２４】オフセット印刷ドラム３６は、回転軸３７
を中心に矢印３８に示す方向に回転する。印刷に先だっ
て転写液塗布ローラ４０及び４１は、ドラム３６を転写
液３９で濡らし、この後転写液塗布ローラ４１は矢印４
２で示す方向に移動してドラム３６から離れる。インク
・ジェット印刷ヘッド４４は、ドラム３６の幅と同じ幅
を有し、４つの噴射口列が垂直方向に（矢印４６で示す
程度の）所定間隔で配置されている。噴射口列４６は、
イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びブ
ラック（Ｋ）の色の相変化インクを夫々噴射する。なお
以下の説明では、必要に応じて各構成要素の数字にイン
クの色を示すアルファベットを付して区別する。例え
ば、噴射口列４６Ｃは、シアンのインクを噴射する噴射
口の列を示す。

【００２５】各噴射口列４６は、水平方向に２８画素
（ピクセル）分の間隔を開けて配置され、垂直方向に２
４画素分の間隔を開けて配置される。各噴射口列４６
は、回転軸３７と平行に配列され、噴射口列４６Ｙ、４
６Ｍ及び４６Ｃは隣接する噴射口列の対応するする噴射
口と垂直方向に整列される。噴射口列４６Ｋは、他の噴
射口列と水平方向に２画素分の間隔差をもって配置され
る。カラー画像を選択的に形成するときには、カラー噴
射口列の垂直方向の配列に応じて、所定の組み合わせを
有する噴射口列４６Ｙ、４６Ｍ及び４６Ｃ中の噴射口か
ら噴射されるインク滴が互いに重なり合う。ブラックの
インク滴は、カラー画像とずらして使用される。

【００２６】周知のようにドラム３６上で完全な画像を
印刷するには、ドラムが２８回転する夫々においてドラ
ム３６の丈に沿った横方向に１画素づつ印刷ヘッド４４
を移動することが必要である。親ねじ５０に取り付けら
れ往復運動するキャリッジ４８に印刷ヘッド４４を装着
すれば、この必要な移動が行える。

【００２７】印刷ヘッド４４はインク室５２に装着さ
れ、インク室５２はキャリッジ４８に装着される。イン
ク室５２は、４つのインク予溶融室５４（１つだけ図示
する）と一体になっている。インク室５２とインク予溶
融室５４は、１５０ワットの１対のカートリッジ加熱装
置５６（１つだけ図示する）で加熱される。印刷ヘッド
４４は、印刷ヘッド加熱装置５８（図５及び図６を参
照）で加熱される。所定量の４つの相変化インクの固体
６４（１色だけ図示する）を４つの漏斗６６（１つだけ
図示する）を介してインク予溶融室５４に供給すると、
ここで固体の相変化インク６４がカートリッジ加熱装置
５６からの熱で溶融する。固体の相変化インク６４を溶
融した後、相変化インクはインク室５２に流れ込み、さ
らには印刷ヘッド４４に配給される。

【００２８】印刷ヘッド４４上の圧電変換素子は、柔軟
性回路６２上に装着された駆動回路６０から画像データ
を受ける。印刷ヘッド４４は、画像データに応答してシ
アン、イエロー、マゼンタ及びブラックのインクのパタ
ーンを制御して回転するドラム３６に向けて噴射し、ド
ラムの連続する２８回転の間に濡れたドラム３６の表面
上に完全な画像を付着させる。

【００２９】印刷媒体供給ローラ６８は、紙や透明フィ
ルムのような印刷媒体７０を１対の印刷媒体供給ローラ
７２に配給する。印刷媒体供給ローラ７２で前に送られ
た印刷媒体７０は印刷媒体加熱装置７４を通過してドラ
ム３６と転写ローラ７６の間のニップ（印刷媒体はさ
み）に挿入される。転写ローラ７６は矢印７８で示す方
向に移動してドラム３６に圧着される。ニップでの圧力
と印刷媒体からの熱が組合わさってドラムから付着した
画像が転写され、印刷媒体に溶着（インクが溶けて付
着）する。画像転写熱は、ローラ７２又は７６若しくは
好適にはドラム３６のどれかを加熱することにより供給
しても良い。印刷された印刷媒体７０は、排出経路８０
に進み、印刷媒体出力トレイ８２に出力される。

【００３０】画像転写が完了すると転写ローラ７６はド
ラム３６から移動して離れ、転写液塗布ローラ４１がド
ラム３６方向に移動して接触し、他の画像を付着するた
めに調整を行う。

【００３１】印刷品質を維持するために、印刷ヘッド４
４は印刷ヘッド保全装置８４によって定期的に清掃及び
清浄する必要がある。継続中の米国特許出願第６８８７
５８号は、印刷ヘッド保全装置について記載している。
これによって印刷ヘッドの幅を広げても印刷品質を充分
に維持できる。印刷ヘッドの保全は、通常後述する低温
始動で実施され、続いてキャリッジ４８がドラム３６か
ら矢印８６の方向に移動して離される。印刷ヘッド４４
がドラム３６から充分な距離に離れたら、印刷ヘッド保
全装置８４は矢印８８で示す方向に移動して印刷ヘッド
４４の隣接位置に配置される。

【００３２】本発明に基づくプリンタ３５の印刷ヘッド
４４の熱移動特性は、従来の往復移動型印刷ヘッドに関
して記載したプリンタの熱移動特性とは異なる。特に印
刷ヘッド４４が、その左右の短い辺の縁に風が当たって
発生する対流冷却を起こすのに充分な速度で移動しない
場合には顕著に異なる。しかし、ドラム３６の回転によ
って隙間９０を通って降りてくる空気は、対流により印
刷ヘッド４４を冷却するが、これによって熱伝導と同様
に印刷ヘッド４４の上部と下部の冷え方に差が生じる。
さらには、加熱したドラム３６から熱が輻射され印刷ヘ
ッド４４に移動する。熱の移動量の合計は、隙間９０が
約０．５１センチ・メータにまで狭まる噴射口列４６Ｍ
付近で最大となる。温度測定によれば、印刷ヘッド４４
の温度はドラム３６が回転すると、静止している場合と
比較して約２から３度Ｃ低くなる。同様に印刷ヘッド４
４の温度は、定期的な保全のためにドラム３６から移動
して離れると約５から６度Ｃ低くなる。

【００３３】上述の熱移動機構に加えて、熱はインク室
５２から噴射口列４６の下部にある接触領域９２を介し
て印刷ヘッド４４に伝導する。印刷ヘッド４４のインク
室５２と接触していない部分は空気中に露出し、対流
（放熱）によって容易に冷却される。

【００３４】往復移動型相変化インク・ジェット印刷ヘ
ッドは、その中央から左右のへり（Ｘ方向）にかけて異
なる熱量で加熱する一方で、本発明による印刷ヘッド４
４はその中央から上下のへり（Ｙ方向）にかけても異な
る熱量で加熱する。そのため印刷ヘッド加熱装置５８
は、Ｘ及びＹの両方向に配分した加熱領域によって、印
刷ヘッド４４全体に渡ってインクの温度を均一にし、イ
ンクの粘性及び噴射温度が均一になるのを保証してい
る。

【００３５】図４は、印刷ヘッド４４に対する印刷ヘッ
ド加熱装置５８、柔軟回路６２、インク室５２、インク
予溶融室５４Ｃ、５４Ｍ、５４Ｙ及び５４Ｋ並びにカー
トリッジ加熱装置５６の配置関係を示す分解斜示図であ
る。カートリッジ加熱装置５６は、熱配給バー１００に
挿入される。熱配給バー１００は、インク室５２及びイ
ンク予溶融室５４と熱的な接触があるように組み立てら
れる。熱配給バー１００の温度はサーミスタ１０２（破
線で示す）が検出し、従来の零交差型整数サイクルの温
度制御回路と相まって、熱配給バー１００、インク室５
２及びインク予溶融室５４を所定温度に制御する。これ
らの熱量を合計するとかなり大きいので、温度制御回路
の熱応答時間は９０秒と比較的遅いが、それでもインク
を溶融し蓄積し配給する目的としては充分である。

【００３６】上述の熱移動機構、プリンタの動作モード
に関係する温度変動及び高密度のインク・パターンを噴
射することによる熱損失等の熱的変動に対し、印刷ヘッ
ド４４は対照的に約３〜約７秒で応答する高速熱応答性
を具えている。印刷ヘッド４４の温度は、印刷ヘッド４
４にあるくぼみに挿入されたサーミスタ１０４（破線で
示す）で検出され、印刷ヘッド加熱装置５８に電力を供
給する温度制御回路で上述のように制御される。サーミ
スタ１０４には、例えば米国ベータサーム（Betather
m）社製１００Ｋ６ＭＣＤ型などが良い。

【００３７】印刷ヘッド４４は、インク室５２と矩形面
の接触領域９２（破線で示す）で結合する。インク室５
２上の接触領域９２には４列のインク・ポート１０６が
あり、これを通して印刷ヘッド４４は溶融したイエロ
ー、マゼンタ、シアン及びブラックのインクを受ける。
印刷ヘッド４４上の接触領域９２には４列の結合インク
・ポート（図示せず）があり、これらは４つの噴射口列
４６の下方に離して配置される。接触領域９２のどちら
かの側の熱応答時間の差によって、印刷ヘッドとインク
室に関係する温度制御ループの間における熱的な振動を
防止する。

【００３８】印刷ヘッド加熱装置５８は、印刷ヘッド４
４の後面の接触領域９２の上部の隣接する部分に後面か
ら接着される。印刷ヘッド加熱装置５８の切り出し領域
１０８は、噴射口列を駆動する圧電変換素子（図示せ
ず）の配置に必要な領域を確保するために設けられる。
圧電変換素子は、柔軟性回路６２によって駆動回路６０
に電気的に接続される。

【００３９】他の実施例としては、印刷ヘッド４４に面
しつつ印刷ヘッド４４から離した柔軟性回路６２の表面
上に印刷ヘッド加熱装置５８を接着してもよい。これに
よれば、切り出し領域１０８をなくすことができる。こ
の実施例では、印刷ヘッド加熱装置５８からの熱は柔軟
性回路６２を介して伝導するとともに、圧電変換素子を
介して一部が印刷ヘッド４４に入る。圧電変換素子は熱
伝導性が良くなく、印刷ヘッド４４を形成するステンレ
ス鋼も熱伝導性が良くはない。この実施例では、噴射口
に接するインクへのより直接的な熱の伝導経路を提供で
きる。

【００４０】図５は、本発明の第２実施例による印刷ヘ
ッド加熱装置５８の平面図である。印刷ヘッド加熱装置
５８は、Ｚ１〜Ｚ２８の２８個の加熱領域（破線で境界
を示す）に区分される。これら加熱領域は、切り出し領
域１０８の周辺でＸ及びＹ軸方向に配分される。加熱領
域Ｚ９にはセンサー切り出し領域１０９があり、チップ
型の温度センサーを表面実装で必要に応じて選択的に装
着し、サーミスタ１０４の代わりに利用可能である。蛇
行型加熱素子１１０は、１対の接触端子１１２で温度制
御回路に電気的に接続される。蛇行型加熱素子１１０の
ある特定の領域の電気抵抗値は、積層構造、断面積、そ
の領域内での長さによって決まる。各領域における加熱
素子１１０の長さは、トレースの数の関数である。トレ
ースとは加熱素子の蛇行による反転部分のことで、その
数はトレース間を交互に隔てる加熱素子の長さ（間隔）
の関数である。

【００４１】加熱素子１１０は、厚さ０．０２５ミリ・
メータのインコネル（登録商標）合金抵抗薄片をエッチ
ングして生成する。加熱素子１１０は、例えば表２に示
すように、各領域において適切な幅、間隔及び抵抗値に
すべくエッチングされる。合成抵抗値は、印刷ヘッド４
４の立体モデルの赤外線スキャン測定を用いたコンピュ
ータによるモデル解析で決定している。

【００４２】温度制御回路は、印刷ヘッド加熱装置５８
及びカートリッジ加熱装置５６に零交差整数サイクルで
制御された公称１２０ボルトＡＣのライン電圧を供給す
る。当業者にはわかるように、供給電圧、温度制御手段
及び印刷ヘッド加熱装置５８の抵抗のパターンは、所望
の結果、即ち印刷ヘッド４４全体を均一な温度にするま
で変化させることができる。

【００４３】

【表２】

【００４４】図６は、印刷ヘッド加熱装置５８の好適な
積層構造の図５に示す破線８での断面図を示している。
厚さ約０．０５ミリ・メータの熱伝達銅薄片層１２０
は、積層のベース（基盤）を構成している。加熱素子１
１０は、厚さ約０．０２５ミリ・メータのインコネル
（登録商標）合金の薄片をエッチングしたもので、厚さ
約０．０２５ミリ・メータのカプトンの薄片１１２で挟
み込まれている。銅の薄片層１２０、加熱素子層１１０
及びカプトン層１１２は、互いに厚さ約０．０２３ミリ
・メータのＷＡ（登録商標）粘着シート１１４で接着さ
れ、厚さ約０．２０ミリ・メータの積層になる。カプト
ン及びＷＡ型シートは、米国デュポン社が製造してい
る。印刷ヘッド加熱装置５８の銅のベース層１２０は、
図示しない他のＷＡ型粘着シートで印刷ヘッド４４に接
着される。ただし、粘着シートは、印刷ヘッド加熱装置
５８の一部にしない方が良い。

【００４５】本発明における一部を変更した実施例とし
ては、例えばサーミスタや表面実装用のチップ型センサ
ー以外の温度センサーを使用したり、温度制御ループの
一部に２つ以上のセンサーを使用しても良い。温度セン
サーの配置位置は、それほど問題とならない。同様に印
刷ヘッド加熱装置についても、これに１対の接触端子又
は多数の加熱領域（第２実施例におけるＺ１〜Ｚ１５及
びＺ１６〜Ｚ２８）に広がる間隔の離れた接触端子の対
を設けても良い。上部及び下部加熱領域は、印刷ヘッド
の周囲又は主面全体に配分しても良い。上部及び下部加
熱領域は、分離された複数の温度制御回路から異なる電
圧を供給して駆動しても良い。印刷ヘッド加熱装置は、
上述の積層構造型以外でも良い。例えば、適切なワット
数密度を有する複数の分離した加熱装置を適当に配置し
ても良く、これは適当に切り取られたハイブリット型の
薄いフィルム抵抗網でも良い。もちろんこの場合には、
ワット数密度を階段状に配分するのではなくて、先にい
くほど減少するように配分するのが良い。本発明による
印刷ヘッド加熱装置を適用する対象は、プリンタ３５の
ようなインク・ジェット・プリンタに限られるものでは
なく、印刷ヘッドのＸ、Ｙ又は斜め方向全体にわたって
インクを均一な温度にする必要のある相変化インク・ジ
ェット・プリンタならばどのような形式のものにでも適
用できる。

【００４６】当業者には明らかなように、上述した本発
明の実施例には種種の変更を加えることができる。例え
ば、相変化インク・ジェット・プリンタ以外にも温度を
一定に保つ必要がある装置に応用可能である。

【００４７】

【発明の効果】本発明の温度保持装置及び方法によれ
ば、多数の噴射口を有し、往復運動する印刷ヘッドのよ
うに複数軸に沿った領域毎に異なる速度で熱が損失する
場合でも、印刷ヘッド全体及びその中の相変化インクの
温度をほぼ均一に保持することができる。また、加熱領
域は複数軸に渡って配分され、よって巧妙に温度制御で
きる。したがって、印刷ヘッド周囲からの輻射熱等の熱
移動機構の影響を温度測定等により考慮した上で決定で
きるので、この点からも印刷ヘッドの温度保持が精度よ
く行える。これらのことから、多数ある噴射口からのイ
ンクの噴射速度をより均一にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の加熱装置の加熱領域の配
分を示す平面図である。

【図２】図１に示す加熱装置で噴射口数９６の印刷ヘッ
ドを加熱したときの等温度線の分布図である。

【図３】本発明の第２実施例に基づく相変化インクを用
いたオフセット式インク・ジェット・プリンタの側面図
である。

【図４】本発明の第２実施例に基づく印刷ヘッド、加熱
装置、印刷ヘッド及びインク予溶融室の分解斜示図であ
る。

【図５】本発明の第２実施例による加熱装置の加熱領域
の配分を示す平面図である。

【図６】フレキシブル（柔軟性）混成積層型加熱装置の
断面の拡大図である。

【図７】従来の加熱装置による加熱領域の配分を示す平
面図である。

【図８】図７に示す従来の加熱装置で噴射口数９６の印
刷ヘッドを加熱したときの等温度線の分布図である。

【符号の説明】

１０従来の加熱装置１２加熱薄片１４接触端子１６温度制御回路１８温度センサー（サーミスタ）２０加熱領域２２切り出し領域２４印刷ヘッドの噴射口のある主面２６等温度線２７局部高温領域２８印刷ヘッドの縁２９加熱装置３０加熱薄片（素子）３１加熱領域３２等温度線３３高温領域３４噴射口列３５インク・ジェット・プリンタ３６印刷ドラム３７回転軸３９転写液４０、４１転写液塗布ローラ７０印刷媒体７６転写ローラ４４印刷ヘッド４６噴射口列５２インク室５４インク予溶融室５６カートリッジ加熱装置５８印刷ヘッド加熱装置６０駆動回路６２柔軟性回路６４相変化インク６６漏斗６８印刷媒体供給ローラ７０印刷媒体７２印刷媒体供給ローラ７４印刷媒体加熱装置７６転写ローラ８０排出経路８２印刷媒体出力トレイ８４印刷ヘッド保全装置９０隙間９２接触領域１００熱配給バー１０４サーミスタ１０６インク・ポート１０８切り出し領域１０９センサー切り出し領域１１０蛇行型加熱素子１１２カプトン層１１４粘着シート１２０ベース層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ダグラス・エム・スタンレーアメリカ合衆国オレゴン州97124 ヒルズボロノース・イーストシックスティーンス・アベニュー 317 (72)発明者ブライアン・エフ・ジョンソンアメリカ合衆国オレゴン州97007 アロハサウス・ウェストベケット・コート 6748 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B41J 2/175

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】相変化インクを用いたインク・ジェット
印刷ヘッドの主面で、該印刷ヘッドの複数の軸に沿って
配置された複数のヘッド領域にわたり複数の噴出口が設
けられ、上記複数の噴射口の配列がほぼ印刷媒体の幅で
あり、上記複数のヘッド領域毎に異なる速度で熱を損失
する上記印刷ヘッドにおいて、溶融した上記相変化インクを噴射する上記印刷ヘッド全
体にわたり所定のインク温度状態を維持する温度保持装
置であって、電気的に温度制御手段に接続され、熱的に上記印刷ヘッ
ドに結合された温度検出手段と、電気的に上記温度制御手段に接続された加熱装置とを具
え、該加熱装置は、対応する上記複数のヘッド領域に熱的に
結合した複数の加熱領域を有すると共に、対応する上記
複数のヘッド領域の各々の熱損失を補償するワット数密
度を有して、上記印刷ヘッド全体にわたって上記所定の
インク温度状態を維持し、ほぼ同じ速度で上記複数の噴射口からインクが噴射され
るようにして、インク滴の噴射速度をほぼ均一にするこ
とを特徴とする温度保持装置。
【請求項２】相変化インクを用いたインク・ジェット
印刷ヘッドの主面で、該印刷ヘッドの複数の軸に沿って
配置された複数のヘッド領域にわたり複数の噴出口が設
けられ、上記複数の噴射口の配列がほぼ印刷媒体の幅で
あり、上記複数のヘッド領域毎に異なる速度で熱を損失
する上記印刷ヘッドにおいて、溶融した上記相変化インクを噴射する上記印刷ヘッド全
体にわたり所定のインク温度状態を維持する温度保持方
法であって、上記印刷ヘッドの温度を検出し、この検出した温度を温度制御手段に伝え、上記印刷ヘッドに熱的に結合しほぼ印刷媒体の幅である
加熱装置を上記温度制御手段に応じて制御し、上記プリント・ヘッドの対応するヘッド領域と熱的に夫
々結合した複数の異なる加熱領域に上記加熱装置を分割
し、上記複数の異なる加熱領域が、上記複数のヘッド領域毎
の異なる速度の熱損失を補償し、上記印刷ヘッドの上記
噴射口の配列の幅全体にわたって、溶融した相変化イン
クの温度を均一に維持して、ほぼ同じ速度で上記複数の噴射口からインクが噴射され
るようにして、インク滴の噴射速度をほぼ均一にするこ
とを特徴とする温度保持方法。