JP3821567B2

JP3821567B2 - 画像記録装置

Info

Publication number: JP3821567B2
Application number: JP03123298A
Authority: JP
Inventors: 和彦古川; 徹奥田; 成光垣脇
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1998-02-13
Filing date: 1998-02-13
Publication date: 2006-09-13
Anticipated expiration: 2018-02-13
Also published as: JPH11227242A; US6364462B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンター等の画像記録装置に係るもので、詳しくは、色剤粒子を断続的に吐出させて選択的に記録媒体上に付着又は浸透させることにより画像を形成する画像記録方法及び画像記録装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本願発明者は、色剤を気化させた後イオン化し、記録すべき画像データに対応した電気信号に応じて断続的に吐出させ、記録媒体上に付着もしくは浸透させて、該画像を得る新たな方法及び装置を提案している。該手法は特開平８−３００８０３号公報に開示されており、以下にその構成を説明する。
【０００３】
図６は、画像記録装置の一実施例を示した構成図である。この画像記録装置は、色剤を加熱し気化する加熱装置１０、前記気化された色剤を帯電する帯電装置３０、前記帯電された色剤を記録すべき画像データに対応した電気信号に応じて断続的に吐出する吐出装置５０が一体化されて構成された印字ヘッド１からなる。前記加熱装置１０は加熱用の電気ヒータ１０ｂを含み、前記帯電装置３０は針形状等の放電電極部３０ａとプレート形状の対向電極部３０ｂからなる。さらに前記吐出装置５０は記録媒体ＲＭ上に吐出孔９０を介して帯電した色剤を吐出誘導するために、記録媒体ＲＭの背面には背面電極部５０ｃを配置し、吐出孔９０の周囲には物理的もしくは電気的に前記色剤の吐出を制御する、いわゆるシャッター機能を有する中間電極部５０ａ（５０ａ１、５０ａ２、５０ａ３）を配置し、画像データに対応した電気信号の入力に対して対応する信号を出力して前記中間電極部５０ａ（５０ａ１、５０ａ２、５０ａ３）をシャッター機能的に制御を行なう中間電極駆動制御部５０ｅとから構成されている。また前記中間電極部５０ａ（５０ａ１、５０ａ２、５０ａ３）の周囲は絶縁板５０ｄから構成されている。
【０００４】
印字ヘッド１の内部には、粉体インクＩｐが蓄えられている。印字ヘッド１の下部には、インクＩｐを加熱するための加熱装置１０が備えられている。印字ヘッド１の上半分の部分には、加熱され気化したインクＩｐｇを帯電する帯電電極３０として、５０〜８０μｍのワイヤー電極が備えられている。印字ヘッド１の上部には、気化したインクＩｐｇを吐出するための吐出孔９０としてφ３００μｍの孔が設けられ、さらにその吐出孔９０の周囲を囲むように内径φ３００μｍの中間電極５０ａ（５０ａ１、５０ａ２、５０ａ３）が設けられている。
【０００５】
次に、上記のように構成された画像記録装置の動作について説明する。
【０００６】
印字時には、加熱装置１０によりインクＩｐが２００℃に加熱され、気化される。インクの色材としては、有色のインクを用いる場合、イエローでは、アントライソチヤアゾール系、キノフタロン系、ピラゾロナゾ系、ピリドンアゾ系、スチリル系等を用い、マゼンタでは、アントラキノン系、ジシアノイミダゾール系、チアジアゾールアゾ系、トリシアノビニル系等を用い、シアンでは、アゾ系、アントラキノン系、ナフトキノン系、インドアニリン系等を用いることができる。気体のインクＩｐｇは、帯電電極３０に＋５ｋＶの電圧を印加することによりイオン化する。イオン化した気体のインクＩｐｇは、背面電極５０ｃと中間電極５０ａ（５０ａ１、５０ａ２、５０ａ３）に所定の電圧を印加することにより吐出孔９０より記録媒体ＲＭに吐出制御される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記画像記録装置には以下のような問題があった。針電極３０ａ近傍の強電界により色剤をイオン化する際、イオン化が起こり得るエリアに気体色剤Ｉｐｇが搬送される効率とそのようなエリアに搬送された気体色剤Ｉｐｇがイオン化される効率を合わせたイオン化効率が低いため、気化した色剤Ｉｐｇに対して吐出制御が可能となる有効な色剤の割合が低く、記録速度が遅い。また、色剤がイオン化されるような電界を形成した場合、針電極３０ａの近傍の空気もイオン化され、これらのイオンが駆動力となってイオン風が発生し、イオン風が移動しているエリアに存在する色剤はイオン風に運ばれ対向電極３０ｂに付着してしまい、結果として気化した色剤Ｉｐｇに対して記録に使用することのできる色剤の使用効率が低い。
【０００８】
そこで本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、帯電効率、帯電量、生成した色剤粒子の使用効率、記録速度の向上が図れ、良好な画質が実現できる画像記録方法及び画像記録装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る画像記録方法は、色剤粒子を生成するステップと、前記ステップで生成された色剤粒子を帯電するステップと、前記ステップで帯電された色剤粒子を記録すべき画像データに対応した電気信号に応じて断続的に吐出するステップとを含み、前記色剤粒子を前記各ステップへ順次搬送することを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項２に係る画像記録方法は、請求項１記載の画像記録方法において、色剤粒子を生成するステップは、色剤を加熱し気化するステップと、その後前記気化された色剤を冷却固化、凝集することで造粒するステップとを含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項３に係る画像記録方法は、請求項１記載の画像記録方法において、色剤粒子の前記各ステップへの搬送は、空気を送り出し、前記色剤粒子を含む空気の流れの調整により行われることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項４に係る画像記録装置は、色剤粒子を生成する手段と、前記生成された色剤粒子を帯電する帯電手段と、前記帯電された色剤粒子を記録すべき画像データに対応した電気信号に応じて断続的に吐出する吐出手段と、色剤粒子を前記各手段へ順次搬送する搬送手段とからなることを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項５に係る画像記録装置は、請求項４記載の画像記録装置において、色剤粒子を生成する手段は、色剤を加熱し気化する加熱手段と、前記気化された色剤を冷却固化、凝集することで造粒する造粒手段とを有することを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項６に係る画像記録装置は、請求項４記載の画像記録装置において、色剤粒子の前記各手段へ順次搬送する搬送手段は、空気を送り出す送風手段と、前記色剤粒子を含む空気の流れを調整する整流手段とを有することを特徴とする請求項４記載の画像記録装置。
【００１５】
本発明の請求項７に係る画像記録装置は、請求項４記載の画像記録装置において、色剤粒子を帯電する帯電手段は、該色剤粒子の搬送方向に長軸を持ち、搬送方向に対する断面方向に軸対称に構成されるコロナ放電手段を具備しており、該コロナ放電手段により生成される空気イオンの付着により色剤粒子を帯電することを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項８に係る画像記録装置は、請求項４乃至７のいずれか記載の画像記録装置において、前記色剤粒子が前記各手段を循環する流路構造を形成してなることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明における画像記録方法及び画像記録装置について図面を参照しながら説明する。
【００１８】
（第１の実施例）
図１は、本発明の第１の実施例の画像記録装置の構成図である。
【００１９】
画像記録装置は、電気ヒータ１０ｂを含む加熱装置１０、造粒装置２０、２種類の電極３０ａ、３０ｂからなる帯電装置３０、整流装置４０、シャッター機能をつかさどる中間電極５０ａ（５０ａ１、５０ａ２）と背面電極５０ｃとを含む吐出装置５０、搬送装置６０、フィルタ７０ａから構成されている。
【００２０】
インクポット１０ａの内部には、粉体色剤Ｃｐが蓄えられている。インクポット１０ａの下部には、粉体色剤Ｃｐを加熱するための電気ヒータ１０ｂを含む加熱装置１０が備えられている。加熱装置１０に続くところには、加熱され気化した色剤Ｃｐｇを凝集、造粒する造粒装置２０が備えられており、造粒装置２０の流路壁面には例えば高耐熱樹脂フィルムに若干の導電性を付与しジュール熱により発熱する面状発熱体２０ａが備えられている。造粒装置２０に続くところには、色剤粒子Ｃｐｓを帯電するための帯電装置３０が備えられており、例えばイオンを発生させるためにコロナ放電用の電界を形成ための電極３０ａと電極３０ｂが配置されている。帯電装置３０に続くところには整流部４０が備えられ、例えば複数の整流板４０ａが配置されている。整流部４０に続くところには吐出装置５０が備えられ、吐出装置５０には、色剤粒子Ｃｐｓを吐出するための吐出孔９０としてφ３００μｍの孔が設けられ、さらにその吐出孔９０の周囲を囲むように内径φ３００μｍの中間電極５０ａ（５０ａ１、５０ａ２）が絶縁板５０ｄの両面に設けられている。さらに記録媒体ＲＭが搬送できるように絶縁板５０ｄからギャップをおいて背面電極５０ｃが設けられている。吐出装置５０に続くところには、フィルタ７０ａが備えられており、これは未使用の色剤粒子Ｃｐｓを回収するために設けられたものである。さらに加熱され気化された色剤及び該色剤を凝集、造粒することで生成された色剤粒子を上記一連の装置に順次搬送するために加熱装置１０の上流側には、例えばＤＣマイクロファンのような搬送装置６０が設けられている。
【００２１】
次に、上記のように構成された画像記録装置の動作について説明する。
【００２２】
スタンバイ時にＤＣマイクロファン６０ａを始動させることにより、チャンバ内の空気を矢印方向に移動させる。印字時には、加熱装置１０により粉体色剤Ｃｐが２００℃に加熱され、気化される。色材としては、有色のインクを用いる場合、イエローでは、アントライソチヤアゾール系、キノフタロン系、ピラゾロナゾ系、ピリドンアゾ系、スチリル系等を用い、マゼンタでは、アントラキノン系、ジシアノイミダゾール系、チアジアゾールアゾ系、トリシアノビニル系等を用い、シアンでは、アゾ系、アントラキノン系、ナフトキノン系、インドアニリン系等を用いることができる。
【００２３】
色剤Ｃｐが気化し造粒装置２０に搬送されると、冷却され固化、凝集し色剤粒子Ｃｐｓとなる。面状発熱体２０ａを用いずに自然に冷却される場合には、平均粒径０．８μｍの色剤粒子Ｃｐｓが生成された。一方、面状発熱体２０ａにより造粒装置２０を加熱し、色剤を徐冷する場合には色剤粒子Ｃｐｓの粒径を制御することが可能となる。次に色剤粒子Ｃｐｓは帯電装置３０に搬送される。電極３０ａは先端がシャープな形状をしており、一方の電極３０ｂはプレート状の電極である。ここで電極３０ａは針電極であってもよいし、先端がシャープな形状で流路方向とは垂直方向に断面径サイズ分伸びたものであってもよいし、これらに限定されるものでなくてもよい。また、電極３０ｂは平板状の電極が帯電装置３０の上面いっぱいに広がったものであってもよい。このように、電極３０ａの周囲で空気のイオン化が起こる程度の電位差をこの２つの電極間に持たせることにより、電極３０ａ近傍でイオンが発生し、電気力線に従ってイオンは電極３０ｂに移動する。このとき色剤粒子Ｃｐｓと衝突、付着し、色剤粒子Ｃｐｓは帯電する。具体的には例えば電極３０ａに＋５ｋｖ、電極３０ｂに０ｖを印加すると、−イオンが電極３０ａから電極３０ｂに移動するので色剤粒子Ｃｐｓは−に帯電する。帯電した色剤粒子Ｃｐｓを含む空気の流れは整流部４０に設けられた整流板４０ａにより整流され吐出装置５０に搬送される。吐出装置５０では中間電極５０ａ（５０ａ１、５０ａ２）と背面電極５０ｃに所定の電圧を印加することにより、吐出孔９０を介して記録媒体ＲＭに吐出制御される。具体的には例えば中間電極５０ａ（５０ａ１、５０ａ２）には記録すべき画像データの電気信号に対応した中間電極駆動制御を有したコントロール部５０ｅの出力信号により、０ｖまたは−５００ｖの電圧を印加し、背面電極５０ｃには＋１．０〜＋２ｋＶの電圧を印加する。ここで、吐出孔９０に形成される電界により、中間電極５０ａ１、５０ａ２の両方の電圧が０ｖの時のみ帯電した色剤粒子Ｃｐｓが吐出され、記録媒体ＲＭに記録される。
【００２４】
本実施例のように、色剤粒子Ｃｐｓを生成（加熱、造粒）、帯電、吐出する手段１０、２０、３０、５０と前記各手段に色剤粒子Ｃｐｓを順次搬送する手段６０を設けたことにより、生成された色剤粒子Ｃｐｓは確実に各手段を経るため、色剤の利用効率の向上や帯電量の均一化が図られる。特に帯電手段３０では、色剤粒子Ｃｐｓは空気の流れに乗って搬送されているため、イオン風に引きずられて電極３０ｂに付着する量をかなり低減することができる。また、造粒する手段２０を設けたことにより、帯電時には固体の粒子となり、帯電手段３０で発生させた空気イオンが電気力線に従って移動し色剤粒子Ｃｐｓに衝突することによって帯電させることが可能なため、気化した色剤Ｃｐのほぼ全量を帯電することができ帯電効率を非常に向上することができる。粒子の帯電には時定数と帯電量の有利さから接触帯電がしばしば用いられるが、本実施例のような１μｍオーダーの粒子では接触したものと再度分離することが困難なため、イオンを付着させて帯電させることにより帯電粒子を有効に使うことが可能になる。
【００２５】
帯電効率を測定したところ、図２に示すように前記従来例の構成における測定結果ｂにおいては帯電されない色剤粒子Ｃｐｓが多く存在するが、本実施例の構成における測定結果ａにおいては帯電量のばらつきはあるものの全く帯電されない色剤粒子Ｃｐｓはほとんどなかった。
【００２６】
さらに、造粒する手段２０において温度勾配と搬送速度をコントロールすることにより、図３に示すように色剤粒子Ｃｐｓの粒子径を任意にコントロールすることが可能になる。例えば、図３（ａ）に示すように徐々に冷却することにより粒子径は大きくできる。また、図３（ｂ）に示すように搬送速度を遅くすることによっても粒子径は大きくできる。
【００２７】
本実施例において色剤粒子Ｃｐｓの搬送は、直接的には空気、間接的にはファンを用いた。しかし、１μｍ程度の微粒子では動きのある媒質中では重力は無視し得るため、色剤粒子Ｃｐｓの搬送のために、構成が複雑で、色剤粒子Ｃｐｓの沈着などの問題を抱えるベルトやローラに比べて、それらの問題がない空気の流れによって搬送する方がよい。また加熱装置１０内の電気ヒータ１０ｂ面上の空気が流れて入れ替わることにより、色剤Ｃｐの蒸発面直上の飽和蒸気圧が低下し、蒸発量を増加できる効果も併せて持つ。しかし、その流れが大きく乱れている場合、色剤粒子Ｃｐｓが流路中の不所望なところに付着したり、吐出量にムラができてしまったが、整流板４０ａによって流れを整流することにより、上記の問題をかなり改善することができた。この整流方法は、速度を一つのパラメータとして取り扱うことから流れを乱流または層流のいずれにもすることができる。測定によると層流では不所望なところへの付着はかなり低減でき、さらに吐出口９０近傍の流線に色剤粒子Ｃｐｓを乗せることにより、色剤の粒子密度を向上させることができ、結果的に記録速度を向上することができた。流路断面２０×２０ｍｍ、全周２００ｍｍとした装置では、空気の流速が０．３５ｍ／ｓ以下において層流を実現することができた。このことから、レイノルズ数Ｒｅ＝ｖ・ｄ／ν（ｖ：速度、ｄ：流路径、ν：空気動粘度）において、Ｒｅ＜５００を満たすように、流路と流速を設定すればよい。この設定には流速がかなりの感度で効くので、この微調整が可能なＤＣマイクロファンを用いれば比較的簡単にこれらの調整をすることができる。
【００２８】
（第２の実施例）
次に帯電装置３０の別の実施例について説明する。
【００２９】
図４はその要部を示しており、図４（ａ）は側面図、図４（ｂ）は正面図で矢印は色剤粒子Ｃｐｓの搬送方向を表している。帯電装置３０の長軸は空気の流れの方向となり、流れの方向に対する断面方向には軸対称な構成になっている。電極３０ａは数十μｍのタングステンワイヤ、電極３０ｂは外径２０ｍｍ厚さ１ｍｍのアルミ製の筒であり、例えば電極３０ａに０ｖ、電極３０ｂに−５ｋｖ印加することにより、電極３０ａの周囲で発生した＋イオンが電極３０ｂに移動する。この構成では流れの断面方向は軸対称なのでイオンが全方向に移動するため、帯電装置３０内に搬送されてきた全ての色剤粒子Ｃｐｓに空気イオンが衝突、帯電し、未帯電色剤粒子を作らないばかりか、帯電量のばらつきが小さくなる。さらに流れの方向が帯電装置３０の長軸となるため、帯電時間を長くとることができ、これによって帯電量を増大することができる。また軸長さの調整により帯電量を制御することも可能である。
【００３０】
尚、色剤粒子Ｃｐｓの搬送には、前記第１の実施例と同じものを用いることができた。
【００３１】
（第３の実施例）
次に図５は本発明の第３の実施例の画像形成装置の構成図を示している。
【００３２】
図５において図１と同一符号を付与した箇所については、構成及び動作が第１の実施例と同様であることから本実施例での説明は省略し、異なる箇所のみを説明する。第１の実施例と異なるところは、生成（加熱、造粒）、帯電、整流、吐出の各手段１０、２０、３０、４０、５０を経た色剤粒子Ｃｐｓを含む空気流が再度前記各手段を循環するところである。チャンバの見かけ上の密閉性は高いため、チャンバ内の空気は流速ばらつきの小さい状態でチャンバ内を循環する。そして、前記一連の各手段１０、２０、３０、４０、５０を循環させることにより、記録に使用されなかった色剤粒子Ｃｐｓを再度利用できる。さらに記録に使用されなかった色剤粒子Ｃｐｓは帯電量が少ない割合が高いので、これらの色剤粒子Ｃｐｓは再度帯電装置３０に搬送されることにより帯電量が増加される。その後記録に使用されことから使用効率が向上される。また帯電量も大きくなるので、吐出速度が向上し、結果的には記録速度の向上につながる。
【００３３】
上記帯電装置３０はイオンの発生にコロナ放電を用いたが、光電子効果などを用いることは可能である。また上記色剤Ｃｐしては常温で粉体のインクを用いたが、常温で液体のインクを用いてもよい。この場合、加熱にかかる時間及び熱エネルギーが少なくて済むといった利点がある。
【００３４】
尚、ここまで挙げた各実施例は本発明の主旨を変えない限り、上記記載内容に限定されるものではない。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の画像記録方法及び画像記録装置では、各請求項において以下の効果が得られる。
【００３６】
本発明の請求項１、２、４、５においては、生成された色剤粒子は確実に各手段におけるステップを経るため、色剤の利用効率の向上や帯電量の均一化が図られる。さらに造粒手段を設けたことにより、色剤は帯電時には固体の粒子であるため、帯電手段で発生させた空気イオンが電気力線に従って移動し色剤粒子に衝突することによって色剤粒子を帯電させることが可能なため、気化した色剤のほぼ全量を帯電することができ、帯電効率を非常に向上することができる。この結果、吐出速度が向上し、記録速度の向上が図れ、安定して良好な記録画像が得られる。
【００３７】
本発明の請求項３、６においては、搬送手段によって生成された色剤粒子は空気の流れに乗って確実に各手段に搬送される。特に帯電手段では、色剤粒子のイオン風に引きずられて対抗電極に付着する量を低減することができる。さらに、整流手段を設けたことにより、空気の流れを制御でき、色剤粒子が流路中の不所望なところに付着したり、吐出量にムラができていたのが、改善することができる。これにより色剤の粒子密度を向上させることができ、結果的に記録速度を向上することができる。
【００３８】
本発明の請求項７においては、帯電手段に搬送されてきた全ての色剤粒子に空気イオンが衝突、帯電し、未帯電色剤粒子を作らないばかりか、帯電量のばらつきが小さくできる。さらに帯電時間を長くとることができるため、帯電量を増大することができる。
【００３９】
本発明の請求項８においては、循環させることにより、記録に使用されなかった色剤粒子を再度利用できる。これら未使用の色剤粒子は再度帯電手段に搬送されることにより帯電量が増加され、その後記録に使用されることから、使用効率が向上される。また帯電量も大きくなるので、吐出速度が向上し、結果的には記録速度の向上につながる。
【００４０】
以上のことから本発明においては、生成された色剤粒子の帯電効率、利用効率を非常に向上することができ、さらに帯電装置の改良、搬送条件を調整することにより、帯電量、色剤粒子の密度を向上させることができる。その結果として記録速度の向上を図ることができたため、安定して良好な記録画像が得られる画像記録方法及び画像記録装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による画像記録装置の第１の実施例を説明するための構成図である。
【図２】本発明及び従来技術での色剤粒子の帯電量分布を示した図である。
【図３】本発明による画像記録装置の第１の実施例における造粒条件と粒子径の相関関係を示した説明図である。
【図４】本発明による画像記録装置の第２の実施例を説明するための構成図である。
【図５】本発明による画像記録装置の第３の実施例を説明するための構成図である。
【図６】従来例による画像記録装置の構成を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１０加熱装置
２０造粒装置
３０帯電装置
４０整流装置
５０吐出装置
６０搬送装置

Claims

色剤を加熱して気化する加熱手段と、
気化された前記色剤を冷却固化、凝集することによって色剤粒子を生成する造粒手段と、
成された前記色剤粒子を帯電する帯電手段と、
帯電された前記色剤粒子を記録すべき画像データに対応した電気信号に応じて断続的に吐出する吐出手段と、
前記色剤粒子を前記各手段へ順次搬送する搬送手段とを備え、
前記造粒手段が、前記色剤を冷却するときの温度勾配を制御する手段を有することを特徴とする画像記録装置。
色剤粒子を生成する手段と、
生成された前記色剤粒子を帯電する帯電手段と、
帯電された前記色剤粒子を記録すべき画像データに対応した電気信号に応じて断続的に吐出する吐出手段と、
前記色剤粒子を前記各手段へ順次搬送する搬送手段とを備え、
前記搬送手段は、送り出す空気の量を調整し得る送風手段および、色剤粒子を生成する手段と前記吐出手段との間にあって色剤粒子を含む空気の搬送方向に略平行に設けられた板状の部材で構成される整流手段を有し、前記送風手段から送り出す空気の量を調整することによって前記整流手段の下流側における色剤粒子を含む空気の流れを層流とするように調整することを特徴とする画像記録装置。
前記色剤粒子を前記各手段へ順次搬送する搬送手段は、送り出す空気の量を調整し得る送風手段および、前記造粒手段と前記吐出手段との間にあって色剤粒子を含む空気の搬送方向に略平行に設けられた板状の部材で構成される整流手段を有し、前記送風手段から送り出す空気の量を調整することによって前記整流手段の下流側における色剤粒子を含む空気の流れを層流とするように調整することを特徴とする請求項１記載の画像記録装置。
前記色剤粒子を帯電する帯電手段は、該色剤粒子の搬送方向に長軸を持ち、搬送方向に対する断面方向に軸対称に構成されるコロナ放電手段を具備しており、該コロナ放電手段により生成される空気イオンの付着により色剤粒子を帯電することを特徴とする請求項１乃至３に記載の画像記録装置。
前記請求項１〜４のいずれか一つに記載の画像記録装置において、前記色剤粒子が前記
各手段を循環する流路構造を形成してなることを特徴とする画像記録装置。