JP3612949B2 - Image forming apparatus and image forming method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリンタ、ファクシミリ、複写機等に用いられる画像形成装置および画像形成方法に係り、特に高品質の画像の形成を可能とする画像形成装置および画像形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、高解像度の画像形成装置としてオフセット印刷機が広く用いられている。通常、オフセット印刷における画像形成は、次のような順序で行われる。まず、親水性材料の表面に疎水性の感光層を塗布したものを版材として用意する。次に、その版材を画像情報を担持した光によって露光する。次に、ネガ型の版材の場合は、露光後の版材を化学処理して、露光された画像部の感光層は残したまま、露光されなかった非画像部の感光層のみを化学的処理で除去することにより、疎水性の画像部と親水性の非画像部から成る版を形成する。次に、この版の非画像部に水(湿し水)を付着させた後、版に疎水性のインクを塗布する。その結果、水と油の反発力により、湿し水の付着した非画像部はインクをはじき、水にぬれていない画像部のみにインクがのり、画像が形成される。このように、オフセット印刷の版では、画像部と非画像部とでは表面状態が異なり、それぞれインクと水を保持しやすい構造になっているので、画像部の輪郭のにじみが起きにくく、高解像度の画像を印刷することが可能である。
【0003】
しかし、オフセット印刷の版の作成は自動化されていない部分も存在するため、手間と時間を要するという問題が有る。1つの版を用いて大量の部数の印刷をする場合はよいが、画像の異なる印刷物を少部数しか必要としない場合は、印刷物1枚あたりのコストが高くなり、印刷時間も長くなる。
【0004】
そこで、版を自動的に作成し、高解像の画像の異なる印刷物を、短時間に形成する方法が種々提案されている。例えば、特公昭49−4661号公報には、次のような画像形成方法が開示されている。即ち、光によって導電性が変化する感光層を備えた画像支持体に、明暗のパターンの露光を与えて導電性の変化によるパターンを形成させ、次に、この画像支持体に電場を与えて、導電性の増加した領域に高電場を形成するとともに導電性の低い領域に低電場を形成することにより、静電潜像を得る。このようにして形成された高電場の領域は疎水性液によって湿潤されやすくなる。そこで、静電潜像を担持する画像支持体の近くに無色の疎水性液を供給して、高電場が形成された領域のみを疎水性液によって湿潤させ、次いで、着色親水性液から成るインクを画像支持体に供給し、低電場が形成された領域のみをインクにより湿潤させることにより可視画像を得るというものである。
【0005】
また、特開平1−208144号公報には、インクジェット法を用いて、親水性あるいは親油性の液体から成る微小な液滴を、画像に対応するように付着させることにより、親水性あるいは親油性の液体の分布から成る潜像を形成し、この潜像を版下として親水性あるいは親油性のインクを潜像に転移させることにより画像を形成するという画像形成方法が開示されている。
【0006】
さらに、画像支持体上に光硬化型インクを一面に塗布し、背景部に相当する部分を露光して硬化させたあと、未硬化のインクを記録媒体に転写する方法も提案されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
特公昭49−4661号公報に開示された画像形成方法おいては、画像支持体上の高電場領域と低電場領域の表面材質が同一であるため、疎水性液及びインクの保持力が弱く、疎水性液で湿潤された領域とインクで湿潤された領域との境界ににじみが生じ易く、高電場の領域と低電場の領域とのコントラストが十分に取れず、画像のかぶりが発生したり解像度が低下したりすることが多い。
【0008】
特開平1−208144号公報に開示された画像形成方法においては、潜像へのインクの転移が、潜像用の親水性液体と親水性インクとの親和力、及び潜像用の親油性液体と親油性インクとの親和力のみに依存するので、インクの転移不良が生じ易い。
【0009】
さらに、光硬化型樹脂を使用した場合には、高速に固化させるため、電子線や紫外線などのようなエネルギーの高い光を使用するので、高消費電力という問題が生じる。
【0010】
したがって本発明の目的は、高解像の印刷物を、自動的に短時間で、低エネルギーで形成することのできる画像形成装置および画像形成方法を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、画像支持体上に画像構成剤を付与する画像構成剤付与機構と、画像構成剤を固化する第1の固化液を前記画像支持体上の画像構成剤に供給する画像パターン形成機構と、前記画像支持体上の画像構成剤のうち未固化部分を記録媒体に転写する画像転写機構と、画像構成剤を固化する第2の固化液を前記記録媒体上の画像構成剤に供給する画像定着機構とを有する画像形成装置によって達成される。
【0012】
ここで画像構成剤は、少なくとも多糖類高分子と水と着色剤から成るものを使用できる。また第1及び第2の固化液は、同一の材料で構成することができ、少なくとも金属塩と水から成るものを使用できる。この種の画像構成剤に上述のような固化液を付与すると、固化液中の水に溶解された金属塩が画像構成剤中の水に溶解された多糖類高分子の中へ拡散しつつ瞬時に溶媒である水を抱え込ませ、これによって画像構成剤が瞬時に固化する。本発明は、このような現象を利用したものである。
【0013】
多糖類高分子としては、アルギン、アルギン酸、アルギン酸一価金属塩、カラゲーナン、ペクチンの内の1種類もしくはそれらの組み合わせを用いることができる。多糖類高分子の分子量は、10,000以上1,000,000以下がよい。多糖類高分子の画像構成剤に占める割合は、1重量%から20重量%の範囲とする。上記固化液のpHは、6から9の範囲である。
【0014】
上記目的は、また、画像支持体上に画像構成剤を付与する工程と、画像構成剤を固化する第1の固化液を画像パターン情報に従って前記画像支持体上の画像構成剤に供給する工程と、前記画像支持体上の画像構成剤のうち未固化部分を記録媒体に転写する工程と、画像構成剤を固化する第2の固化液を前記記録媒体上の画像構成剤に供給する工程とを有する画像形成方法によって達成される。
【0015】
この場合、次の画像形成サイクルにおいて、上述の第1の固化液供給工程を省くことにより、転写後に画像支持体上に残留した画像構成剤の固化部分を繰り返し版として使用でき、容易に同一の画像を出力することができるようになる。構成的には、画像構成剤の転写後に画像支持体上を清掃するクリーニング機構を画像支持体に対してリトラクト可能に配置し、また画像構成剤形成機構と画像転写機構との間に設けられるドクターブレードを画像支持体に対してリトラクト可能に配置することにより、行うことができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明に係る画像形成装置の一例を示す断面図である。画像形成装置100は、図示のとおり、矢印A方向に回転する画像支持体1と、画像支持体1にインク12を供給してインク薄膜を形成する薄膜形成装置10と、画像支持体1に固化液を付与しインク薄膜を部分的に固化させてインクの固化/未固化の画像パターンを形成する画像パターン形成装置3と、記録媒体5上に転写されたインク12を固化させる画像定着装置7を有する。
【0017】
薄膜形成装置10は、矢印B方向に回転してインク12を画像支持体1上に供給するインク担持体10bと、インク12を保持するインクタンク10aと、インク担持体10b上のインクの層厚を規制するブレード10cとを備えている。このインク担持体10bは、膜状のインクを担持し、画像支持体1と接触することにより画像支持体1上にインク12の均一な薄膜を、インクと画像支持体1との付着力により転移させる。この時、インク担持体10bと画像支持体1との周速度は、画像支持体1上に転移させるインクの量により制御され、回転方向も矢印Bに示す方向に限らず、その逆方向でもよい。また、インク担持体10bは必ずしも備える必要がなく、要するに、薄膜形成装置10はインクを画像支持体1上に均一に塗布するものであればよく、直接、インク12を画像支持体1上に供給して、ブレードでならす方法でもよい。逆に、より粘度が高いインクを使用するときなどは、インク担持体10bを多段にする方法が取られる。
【0018】
画像パターン形成装置3は、インクジェット方式を利用して、図示しない固化液のタンクより画像パターン形成装置3に移送された固化液を、画像支持体1上のインク薄膜の非画像部に相当する部分に付与する。上述したように、固化液の成分はほとんどが水で構成されており、インクジェットインクのような染料、顔料等の着色剤やその着色剤の分散剤等が混入されていない。よって粘度が低く、かつ固着する成分がないために、ノズル直径を小さくしても目詰まりの心配がなく、高解像度化が可能である。吐出される固化液の液滴径は、出力される画像の解像度を考慮すると、63.5μm(400dpi相当)以下、さらに31.8μm以下(800dpi相当)ならばなお好ましい。
【0019】
画像定着装置7は、矢印E方向に回転して固化液11を記録媒体5に供給する固化液塗布ロール7aと、固化液塗布ロール7a上の固化液11の量を規制するブレード7bより構成される。記録媒体5に塗布される固化液の量は、インク12が固化するのに必要最低限の量でよいので、記録媒体5に転写されるインク12の量により変更してもよい。また、画像定着装置7は上述した方法に限定されるものではなく、固化液11をスリットから供給する方法、ミスト状に噴霧する方法、あるいはインクジェット方式を用いて画像部のみ、あるいは画像部とその近傍に供給する方法も使用できる。
【0020】
さらに画像形成装置100には、矢印D方向に回転する転写ロール6と、クリーニングロール8aとクリーニングブレード8bとで構成されたクリーニング装置8が備えられている。転写ロール6は画像支持体1上に形成された画像を圧力の作用で記録媒体5に転写するものであり、クリーニング装置8は画像支持体1上の残留した固化インクを除去して画像支持体1の表面を清掃するものである。
【0021】
画像形成装置100は概略次のようにして画像を形成する。まず矢印A方向に回転する画像支持体1の表面の画像書き込み領域が、薄膜形成装置10と接する領域に達すると、インク担持体10bにより画像支持体1上に均一な厚さのインク薄膜が形成される。画像パターン形成装置3により、インク薄膜の非画像部が固化され、固化あるいは未固化のインクによる画像パターンが画像支持体1上に形成される。画像支持体1上に形成された画像は、転写ロール6により、矢印C方向に移動する記録媒体5に転写される。この時、固化インクは記録媒体5に転写されず、未固化インクのみが記録媒体5に転写される。画像定着装置7は記録媒体5上に形成された画像に固化液11を塗布することにより、未固化のインクが瞬時に固化されて最終画像となる。転写後の画像支持体1の表面は、クリーニング手段8のクリーニングロール8a及びクリーニングブレード8bにより清掃され、画像形成工程が終了する。
【0022】
図3は本発明による画像形成の過程の詳細を示す模式図である。図3(a)に示すように、画像支持体1上に、薄膜形成装置10により第一の画像構成剤に相当するインクを均一に塗布しインク薄膜2を形成する。インク薄膜2の膜厚は、最終的に記録媒体に形成されることを考慮すると20μm以下、好ましくは0.5〜5μm程度とするのがよい。
【0023】
次に、図3(b)に示すように、画像パターン形成装置3を用いて、画像の背景部に相当する部分に画像支持体1上のインク薄膜2の、画像の背景部に相当する部分のみにインクを固化させる固化液(第二の画像構成剤に相当)を吐出し、固化インク4aと未固化インク4bからなる画像パターン4を形成させる。インクは、後述するように、固化液が付着するとほぼ同時に固化するため、固化液はインク薄膜2上で広がらず、にじみなどのない高解像の画像パターン4を短時間で形成することができる。画像パターン形成装置3としては、従来より知られている熱インクジェット法や圧電インクジェット法が、非接触で液体を供給できるのでインク薄膜2を乱さず最適である。しかもインクジェット法を使用すれば、液体吐出のエネルギーを非常に小さくすることができる。しかし、画像パターン形成装置3は、これに限定されるものでなく、インク薄膜2を乱すことなく固化液を画像情報に応じてインク薄膜2に付着させることができるものであればよい。
【0024】
次に、図3(c)に示すように、未固化インク4bを記録媒体5に転写する。転写は、記録媒体5の背面より、図示しないロールなどによって圧力を付加することでなされる。この際、固化インク4aは記録媒体5との付着力がないために転写されず、未固化インク4bのみが記録媒体5上に転移される。また、未固化インクの粘度も比較的高いので、記録媒体5が普通紙の場合でもにじみなどの画像品質の低下が起こらず、高解像の画像が得られる。さらに、圧力による転写は簡易な構成で実現でき消費エネルギーも小さいという利点がある。
【0025】
最後に、図3(d)に示すように、画像定着手段7により、記録媒体5上の未固化インク4bに固化液を塗布して固化させて最終的な出力画像とする。この際、従来の電子写真方式と異なり、転写の際に熱を加える必要がないために、消費エネルギーは非常に小さい。この出力画像は、上述の理由により高解像であるのはもちろんのこと、後述するようにインクと固化液との反応により、耐水性に優れた性質を持つ。
【0026】
次に、インクと固化液について説明する。インクの固化液による固化は、水に溶解された金属塩が水に溶解された多糖類高分子の中へ拡散しつつ瞬時に溶媒である水を抱え込むことによって行われる。
【0027】
インク中の多糖類高分子の量は、インクと固化液の構成成分である水を十分に水和出来る量であり、かつ着色剤を画像支持体1と記録媒体5へ固定するために十分な量であることが重要で、1重量%以上、好ましくは3重量%以上である。1重量%以下では水和されない水が存在し、その水は用紙中へ浸透する。上限は20重量%で、これ以上では多糖類高分子を含有するインクが硬くなりすぎ、画像支持体1への延展性が悪くなる。多糖類高分子の分子量は10,000以上、好ましくは50,000以上、1,000,000以下が適当である。低分子量の場合は皮膜形成能が不足してインクと固化液から成る画像構成物の記録媒体5への定着強度が低い。1,000,000以上の場合は多糖類高分子を含有するインクが硬くなりすぎ画像支持体1への延展性が悪くなる。
【0028】
金属塩の水溶液のpHは多糖類高分子の種類によって好ましい値が異なるが、pH6から9の範囲内が、好ましくはpH6.5から8.5の範囲内が適当である。これは酸性度やアルカリ度の強い液体が記録媒体、特に紙と接触することは、その耐久性に好ましくない影響を与えるためである。
【0029】
多糖類高分子としては、寒天(アガロース)、カラゲーナン、アルギン酸ナトリウム、カードラン、ペクチン、コンニャクマンナン、ジェランガム、キサンタンガム、デンプン、ガラクトマンナン、ニトロセルロース、ペクチニン、プロテオグリカン、グリコプロテイン、ベイジェランなどがあるが、これらに限られるものではない。
【0030】
金属塩としては、カリウムイオン、セシウムイオン、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、ストロンチウムイオン、バリウムイオン、アルミニウムイオン、鉄イオン、銅イオン、酸化バナジウムイオンなどを持つ塩が挙げられるが、これらに限られるものではない。また、用いる多糖類高分子の種類によって好ましい金属塩の種類がある。例えばアルギン酸ナトリウムの場合はカルシウムイオン、バリウムイオン、アルミニウムイオンなどを持つ多価金属塩が好ましい。また、カラゲーナンの場合はカリウムイオンやセシウムイオンなどを持つ金属塩が好ましい。
【0031】
多糖類高分子の例を更に詳述すると、例えばアルギン、アルギン酸、アルギン酸一価塩があげられる。アルギン酸は褐藻類から抽出される天然の多糖類高分子で、ワカメや昆布などに含まれている。主としてアルギン酸はナトリウム塩として食品、医薬品、化粧品などの各分野で水溶性の増粘剤として、或いはカルシウムを添加してゼリーとして、或いは酵素の固定化ビーズとしてなど多種多様に用いられている。アルギン酸ナトリウム塩の構造はβ−1,4−D−マンヌロン酸(M)とα−1,4−L−グルロン酸(G)の重合体からなるナトリウム塩である。アルギン酸ナトリウムはカルシウムなどの多価金属塩とキレートを形成し水分を取り込んでゲルとなる。これらが連鎖して高分子になるとGM,MM,GGの比率によりゲル形成能は著しくことなる。GGクラスタ領域は分子が曲げられており、そこにカルシウムイオンが入ってエッグボックス型の構造が形成され強固な高分子が形成され固化する。形成されるゲルは、アルギン酸の分子量の増大とともに皮膜形成能が高まり、水や油に溶解しない膜が形成される。分子量は10,000以上、好ましくは50,000以上が適している。
【0032】
また多糖類高分子の例として先にあげたカラゲーナンは、紅藻類から抽出される海藻多糖類である。カラゲーナンの化学構造は分子量が数十万から数百万の直鎖状高分子で、D−ガラクトース、3,6−アンヒドロ−D−ガラクトース、および硫酸基からなっている。硫酸基の含有量により、κ型、λ型、τ型の3種類がある。生成されるゲルの力学的強度が強い点でκ型が好ましい。これはカリウムやセシウムなどの1価または多価のカチオンイオンの存在で瞬時にゲル化する。カラゲーナンはらせん構造を分子鎖中に持っている。このらせん構造の部分がカチオンイオンを介して凝集しゲルを形成するといわれている。
【0033】
これら多糖類高分子ゲルの皮膜形成ゲル化能を応用して、インクを画像支持体上あるいは記録媒体上で固化させる。固化後の皮膜は耐水性に優れたものとなる。インクは多糖類高分子と着色剤からなる水溶液である。これに着色剤の分散剤など一般的によく知られる他の成分を添加してもよい。
【0034】
着色剤は、よく知られている水溶性染料、有機顔料等が使用可能であるが、ゲル形成に関与する金属イオン種を、画像構成剤中に水溶性染料や顔料の対イオンとして持つことは好ましくないので、用いる多糖類高分子種に応じて、ゲル形成に関与しない染料、顔料を選択する。
【0035】
染料や顔料の溶解、分散状態をさらに安定化させるため、いわゆる界面活性剤、分散剤、包接化合物等を添加してもよいが、この場合にもゲル形成に関与する金属イオン種を画像構成剤中に対イオンとして持つことは好ましくないので、用いる多糖類高分子種に応じて、ゲル形成に関与しない添加剤を選択する。
【0036】
図2は、本発明に係る画像形成装置の他の例を示す断面図である。この装置は、現出力画像と同一の画像を複数枚出力する場合に使用するもので、前述の例でももちろん使用できるが、より簡易に出力させるようにしたものである。図1の装置と異なる点は、クリーニング手段8を画像支持体1に対してリトラクト可能にし、同様にリトラクト可能なドクターブレード9を備えたところにある。これにより簡易に同一の画像を複数枚出力することができるようになる。
【0037】
図2に示す画像形成装置200は、次のようにして画像を形成する。初めドクターブレード9は、図3(a)に示すインク薄膜2と触れないように、画像支持体1と十分な距離をもって離れた状態に保持しておく。矢印A方向に回転する画像支持体1の表面の画像書き込み領域が、薄膜形成手段10と接する領域に達すると、インク担持体10bにより画像支持体1上に均一な厚さのインク薄膜2が形成される。次に、画像パターン形成装置3により、図3(b)に示すように、インク薄膜2の非画像部が固化され、固化あるいは未固化のインクによる画像パターン4が画像支持体1上に形成される。画像支持体1上に形成された画像は転写ロール6により矢印C方向に移動する記録媒体5に転写される。この時、固化インク4aは、図3(c)のように、記録媒体5に転写されず、未固化インク4bのみが記録媒体5に転写される。画像定着手段7は、図3(d)のように、記録媒体5上に形成された画像に固化液11を塗布することにより、未固化のインクが瞬時に固化されて最終画像となる。
【0038】
現出力画像と異なる画像を次に出力する場合は、前述の例で説明した方法と同一の方法で動作する。つまり、転写後の画像支持体1の表面を、クリーニング装置8のクリーニングロール8a及びクリーニングブレード8bにより清掃し、次の画像を出力するのに備える。
【0039】
一方、現出力画像と同一の画像を複数枚出力する場合には、未固化インク4bを記録媒体5に転写後、画像支持体1上に残った固化インクを除去せずに、非画像部に相当する固化インクの画像パターンを版として再利用する。こうすることにより、インクの使用量を低減させることができる。2枚目以降の画像を出力する工程としては、まず、クリーニング装置8を画像支持体1から十分距離を置いて保持しておき、画像支持体1上に残留した非画像部に相当する固化インクを残したまま、薄膜形成装置10でインク12を塗布する。すると図4(a)に示すように、画像支持体1及び固化インク4a上に未固化インク4bが覆うように塗布される。次に、非画像部に付着した余剰のインクを、図4(b)に示すように、ドクターブレード9を画像支持体1上に当接させて除去し、未固化インク4bを画像部のみに保持させる。この時点ですでに画像パターンが形成されているので、画像パターン形成手段3を動作させる必要がない。そして、図4(c)に示すように、画像支持体1上に形成された画像を転写ロール6により記録媒体5に転写する。この時、固化インク4aは記録媒体5に転写されず、未固化インク4bのみが記録媒体5に転写される。画像定着装置7は、図4(d)に示すように、記録媒体5上に形成された画像に固化液11を塗布する。これにより、インクが記録媒体5に定着されて最終画像となる。
【0040】
3枚目以降を出力するときも2枚目と同様の動作で行われ、異なる画像を出力する段階になったら、クリーニング手段8で転写後の画像支持体1の表面を清掃すればよい。
【0041】
【実施例】
(実施例1)
インクとしてスペシャルブラックBayer A−SF(Bayer社製)1.5重量%、ナトリウムスルホン酸ホルマリン縮合物0.1重量%をイオン交換水に分散し、続いて分子量110,000のアルギン酸ナトリウム(和光純薬工業製)5重量%を添加分散して黒インクを調整した。次に固化液として塩化カルシウムの10重量%水溶液(pH7.8)を調整した。
【0042】
図1の装置を用いて、インクを薄膜形成装置10で画像支持体1上に3μmの厚さに塗布し、次に熱インクジェット方式を用いた720dpiのラインヘッドで画像の背景部に相当する部分に固化液を吐出したところ瞬時に固化し、にじみなどの欠陥のない画像パターンが得られた。
【0043】
次に、未固化のインクを転写ロール6を用いて普通紙FX−J紙(富士ゼロックス社製)に転写した後、画像定着装置で固化液を塗布したところ、未固化インクが瞬時に固化し、にじみなどの画像欠陥がない高解像で、かつ耐水性に優れた画像が得られた。また、この時使用した消費エネルギーは、従来の電子写真プリンタの1/10以下であった。
(実施例2)
インクとしてスペシャルブラックBayer A−SF(Bayer社製)1.5重量%、ナトリウムスルホン酸ホルマリン縮合物0.1重量%をイオン交換水に分散し、続いて分子量800,000のκ−カラゲーナン(和光純薬工業製)2重量%を添加分散して黒インクを調整した。また固化液として塩化カリウムの10重量%水溶液(pH7.9)を調整した。
【0044】
図3の装置を用いて、インクを薄膜形成装置10で画像支持体1上に5μmの厚さに塗布し、次に圧電インクジェット方式を用いた600dpiのラインヘッドで画像の背景部に相当する部分に固化液を吐出したところ瞬時に固化し、にじみなどの欠陥のない画像パターンが得られた。
【0045】
次に、未固化のインクを転写ロール6を用いて普通紙FX−L紙(富士ゼロックス社製)に転写した後、画像定着装置7で固化液を塗布したところ、未固化インクが瞬時に固化し、にじみなどの画像欠陥がない高解像で、かつ耐水性に優れた画像が得られた。
【0046】
さらに、画像支持体1上の残留した固化インクを、クリーニング装置8を画像支持体に非接触に保つことにより清掃せずに再利用し、薄膜形成装置10で再度インク12を塗布し、ドクターブレード9で背景部に付着したインクを除去したところ、1枚目とほぼ同様の画像パターンが得られた。さらに、未固化のインクを転写ロール6を用いた転写と、画像定着装置7による定着を数十回繰り返したところ、どの出力画像もにじみなどの画像欠陥がない高解像で、かつ耐水性に優れた画像となった。
【0047】
【発明の効果】
本発明によれば、高解像の印刷物を自動的に短時間で、低エネルギーで形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の画像形成装置の一例を示す断面図である。
【図2】本発明の画像形成装置の他の例を示す断面図である。
【図3】本発明の画像形成の過程の一例を示す模式図である。
【図4】本発明の画像形成の過程の他の例を示す模式図である。
【符号の説明】
1 画像支持体
2 インク薄膜
3 画像パターン形成手段
4 画像パターン
4a 固化インク
4b 未固化インク
5 記録媒体
6 転写ロール
7 画像定着手段
7a 固化液塗布ロール
7b ブレード
8 クリーニング手段
8a クリーニングロール
8b クリーニングブレード
9 ドクターブレード
10 薄膜形成手段
10a インクタンク
10b インク担持体
10c ブレード
11 固化液
12 インク
100 第1の実施形態の画像形成装置
200 第2の実施形態の画像形成装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image forming apparatus and an image forming method used for a printer, a facsimile, a copying machine, and the like, and more particularly to an image forming apparatus and an image forming method that enable formation of a high-quality image.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, offset printing machines have been widely used as high-resolution image forming apparatuses. Normally, image formation in offset printing is performed in the following order. First, a plate material prepared by applying a hydrophobic photosensitive layer to the surface of a hydrophilic material is prepared. Next, the plate material is exposed to light carrying image information. Next, in the case of a negative type plate material, the exposed plate material is chemically processed to leave only the photosensitive layer of the non-image area that has not been exposed, while leaving the exposed photosensitive layer of the image area. By removing by processing, a plate composed of a hydrophobic image portion and a hydrophilic non-image portion is formed. Next, water (fountain solution) is adhered to the non-image area of the plate, and then a hydrophobic ink is applied to the plate. As a result, due to the repulsive force of water and oil, the non-image area to which dampening water is attached repels ink, and ink is applied only to the image area not wetted with water, thereby forming an image. In this way, the surface of the offset printing plate is different between the image area and the non-image area, and each has a structure that easily retains ink and water. It is possible to print the image.
[0003]
However, since there are parts that are not automated in creating an offset printing plate, there is a problem that it takes time and effort. It is good to print a large number of copies using a single plate, but when only a small number of copies with different images are required, the cost per printed matter increases and the printing time also increases.
[0004]
In view of this, various methods have been proposed in which a plate is automatically created and printed materials having different high-resolution images are formed in a short time. For example, Japanese Patent Publication No. 49-4661 discloses the following image forming method. That is, an image support having a photosensitive layer whose conductivity is changed by light is exposed to a light and dark pattern to form a pattern due to the change in conductivity, and then an electric field is applied to the image support, An electrostatic latent image is obtained by forming a high electric field in a region with increased conductivity and a low electric field in a region with low conductivity. The region of the high electric field formed in this way is easily wetted by the hydrophobic liquid. Therefore, an ink made of a colored hydrophilic liquid is supplied by supplying a colorless hydrophobic liquid near the image support carrying the electrostatic latent image and moistening only the region where the high electric field is formed with the hydrophobic liquid. Is supplied to an image support, and only a region where a low electric field is formed is wetted with ink to obtain a visible image.
[0005]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-208144 discloses that an ink jet method is used to attach minute droplets made of a hydrophilic or lipophilic liquid so as to correspond to an image, thereby making the hydrophilic or lipophilic liquid. An image forming method is disclosed in which a latent image composed of a liquid distribution is formed, and an image is formed by transferring hydrophilic or oleophilic ink to the latent image using the latent image as a template.
[0006]
Further, a method has been proposed in which a photocurable ink is applied on one surface of an image support, and a portion corresponding to a background portion is exposed and cured, and then uncured ink is transferred to a recording medium.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the image forming method disclosed in Japanese Patent Publication No. 49-4661, since the surface material of the high electric field region and the low electric field region on the image support is the same, the holding power of the hydrophobic liquid and the ink is weak. The boundary between the area wetted by the hydrophobic liquid and the area wetted by the ink is likely to bleed, and the contrast between the high electric field area and the low electric field area cannot be sufficiently obtained, causing image fogging or resolution. Often decreases.
[0008]
In the image forming method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-208144, the transfer of the ink to the latent image is caused by the affinity between the hydrophilic liquid for the latent image and the hydrophilic ink, and the lipophilic liquid for the latent image. Since it depends only on the affinity with the oleophilic ink, ink transfer failure tends to occur.
[0009]
Further, when a photo-curing resin is used, since light with high energy such as an electron beam or ultraviolet rays is used for solidifying at high speed, a problem of high power consumption arises.
[0010]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an image forming apparatus and an image forming method capable of automatically forming a high-resolution printed matter in a short time with low energy.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The object is to provide an image forming agent applying mechanism for applying an image forming agent on the image support, and an image pattern forming mechanism for supplying a first solidified liquid for solidifying the image forming agent to the image forming agent on the image support. And an image transfer mechanism for transferring an unsolidified portion of the image constituent agent on the image support to a recording medium, and a second solidified liquid for solidifying the image constituent agent to the image constituent agent on the recording medium. This is achieved by an image forming apparatus having an image fixing mechanism.
[0012]
Here, as the image forming agent, one comprising at least a polysaccharide polymer, water, and a colorant can be used. The first and second solidification liquids can be made of the same material, and at least a metal salt and water can be used. When a solidification solution as described above is applied to this type of image forming agent, the metal salt dissolved in the water in the solidifying solution is instantly diffused into the polysaccharide polymer dissolved in the water in the image forming agent. Then, water as a solvent is held in, so that the image forming agent is instantly solidified. The present invention utilizes such a phenomenon.
[0013]
As the polysaccharide polymer, one or a combination of algin, alginic acid, monovalent metal salt of alginic acid, carrageenan, and pectin can be used. The molecular weight of the polysaccharide polymer is preferably 10,000 or more and 1,000,000 or less. The proportion of the polysaccharide polymer in the image forming agent is in the range of 1% by weight to 20% by weight. The pH of the solidified liquid is in the range of 6 to 9.
[0014]
The object is also to provide an image forming agent on the image support, and to supply a first solidification liquid for solidifying the image forming agent to the image forming agent on the image support according to image pattern information. A step of transferring an unsolidified portion of the image constituent agent on the image support to a recording medium, and a step of supplying a second solidification liquid for solidifying the image constituent agent to the image constituent agent on the recording medium. This is achieved by an image forming method.
[0015]
In this case, in the next image forming cycle, by omitting the first solidification liquid supply step, the solidified portion of the image forming agent remaining on the image support after the transfer can be used as a repeated plate, and the same easily. An image can be output. Constituently, a cleaning mechanism for cleaning the image support after the transfer of the image forming agent is disposed so as to be retractable with respect to the image support, and a doctor provided between the image forming agent forming mechanism and the image transfer mechanism. This can be done by arranging the blade to be retractable with respect to the image support.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an image forming apparatus according to the present invention. As shown in the figure, the
[0017]
The thin
[0018]
The image
[0019]
The
[0020]
Further, the
[0021]
The
[0022]
FIG. 3 is a schematic diagram showing details of the image forming process according to the present invention. As shown in FIG. 3A, the ink
[0023]
Next, as shown in FIG. 3 (b), using the image
[0024]
Next, as shown in FIG. 3C, the
[0025]
Finally, as shown in FIG. 3D, the image fixing means 7 applies a solidified liquid to the
[0026]
Next, ink and solidified liquid will be described. Solidification of the ink by the solidifying liquid is performed by holding water as a solvent instantaneously while diffusing the metal salt dissolved in water into the polysaccharide polymer dissolved in water.
[0027]
The amount of the polysaccharide polymer in the ink is an amount that can sufficiently hydrate the water that is a component of the ink and the solidified liquid, and is sufficient to fix the colorant to the
[0028]
The pH of the aqueous metal salt solution varies depending on the type of polysaccharide polymer, but is preferably in the range of pH 6 to 9, and preferably in the range of pH 6.5 to 8.5. This is because that a liquid having a strong acidity or alkalinity is in contact with a recording medium, particularly paper, adversely affects its durability.
[0029]
Polysaccharide polymers include agar (agarose), carrageenan, sodium alginate, curdlan, pectin, konjac mannan, gellan gum, xanthan gum, starch, galactomannan, nitrocellulose, pectinin, proteoglycan, glycoprotein, beigelan, etc. However, it is not limited to these.
[0030]
Examples of metal salts include potassium ions, cesium ions, calcium ions, magnesium ions, strontium ions, barium ions, aluminum ions, iron ions, copper ions, vanadium oxide ions, but are not limited to these. Absent. Further, there are preferable types of metal salts depending on the types of polysaccharide polymers used. For example, in the case of sodium alginate, polyvalent metal salts having calcium ions, barium ions, aluminum ions and the like are preferable. In the case of carrageenan, metal salts having potassium ions, cesium ions and the like are preferable.
[0031]
More specific examples of polysaccharide polymers include algin, alginic acid, and monovalent salt of alginic acid. Alginic acid is a natural polysaccharide polymer extracted from brown algae and is contained in wakame and kelp. Alginic acid is mainly used as a sodium salt in various fields such as foods, pharmaceuticals, and cosmetics, as a water-soluble thickener, as a jelly by adding calcium, or as an enzyme-immobilized bead. The structure of sodium alginate is a sodium salt composed of a polymer of β-1,4-D-mannuronic acid (M) and α-1,4-L-guluronic acid (G). Sodium alginate forms a gel by forming a chelate with a polyvalent metal salt such as calcium and taking in water. When these are linked to form a polymer, the gel-forming ability is remarkably different depending on the ratio of GM, MM, and GG. In the GG cluster region, molecules are bent, and calcium ions enter into the GG cluster region to form an egg box type structure, forming a strong polymer and solidifying. The gel formed has a film-forming ability that increases as the molecular weight of alginic acid increases, and a film that does not dissolve in water or oil is formed. The molecular weight is 10,000 or more, preferably 50,000 or more.
[0032]
The carrageenan mentioned above as an example of the polysaccharide polymer is a seaweed polysaccharide extracted from red algae. The chemical structure of carrageenan is a linear polymer having a molecular weight of hundreds of thousands to millions, and is composed of D-galactose, 3,6-anhydro-D-galactose, and a sulfate group. There are three types, κ type, λ type, and τ type, depending on the sulfate group content. The κ type is preferred in that the resulting gel has a strong mechanical strength. This gels instantaneously in the presence of monovalent or polyvalent cation ions such as potassium and cesium. Carrageenan has a helical structure in the molecular chain. It is said that the part of this helical structure aggregates via a cation ion to form a gel.
[0033]
By applying the film-forming ability of these polysaccharide polymer gels, the ink is solidified on an image support or a recording medium. The film after solidification has excellent water resistance. The ink is an aqueous solution composed of a polysaccharide polymer and a colorant. Other commonly known components such as a colorant dispersant may be added thereto.
[0034]
Well-known water-soluble dyes and organic pigments can be used as the colorant. However, it is not possible to have a metal ion species involved in gel formation as a counter ion of the water-soluble dye or pigment in the image forming agent. Since it is not preferable, a dye or pigment that does not participate in gel formation is selected according to the polysaccharide polymer species to be used.
[0035]
In order to further stabilize the dissolution and dispersion state of dyes and pigments, so-called surfactants, dispersants, inclusion compounds, etc. may be added. Since it is not preferable to have it as a counter ion in the agent, an additive that does not participate in gel formation is selected according to the polysaccharide polymer species to be used.
[0036]
FIG. 2 is a cross-sectional view showing another example of the image forming apparatus according to the present invention. This apparatus is used when outputting a plurality of images that are the same as the current output image. Of course, this apparatus can also be used in the above-described example, but it can be output more easily. 1 differs from the apparatus of FIG. 1 in that the cleaning means 8 can be retracted with respect to the
[0037]
The
[0038]
When an image different from the current output image is output next, the same method as described in the above example is used. That is, the surface of the
[0039]
On the other hand, when outputting a plurality of images that are the same as the current output image, after the
[0040]
When the third and subsequent sheets are output, the same operation as that for the second sheet is performed. When a different image is output, the surface of the
[0041]
【Example】
(Example 1)
As an ink, 1.5% by weight of special black Bayer A-SF (manufactured by Bayer) and 0.1% by weight of sodium sulfonic acid formalin condensate are dispersed in ion-exchanged water, and subsequently sodium alginate having a molecular weight of 110,000 (Wako Pure) Black ink was prepared by adding and dispersing 5% by weight of Yakuhin Kogyo). Next, a 10% by weight aqueous solution of calcium chloride (pH 7.8) was prepared as a solidifying solution.
[0042]
Using the apparatus of FIG. 1, the ink is applied to the
[0043]
Next, after the unsolidified ink was transferred onto plain paper FX-J paper (manufactured by Fuji Xerox Co., Ltd.) using the transfer roll 6, the solidified liquid was applied with an image fixing device, and the unsolidified ink solidified instantaneously. An image having high resolution and excellent water resistance without image defects such as blurring was obtained. In addition, the energy consumption used at this time was 1/10 or less that of a conventional electrophotographic printer.
(Example 2)
As an ink, 1.5% by weight of special black Bayer A-SF (manufactured by Bayer) and 0.1% by weight of sodium sulfonic acid formalin condensate are dispersed in ion-exchanged water, followed by κ-carrageenan (Japanese sum) having a molecular weight of 800,000. A black ink was prepared by adding and dispersing 2% by weight (manufactured by Kojun Pharmaceutical). Further, a 10% by weight aqueous solution of potassium chloride (pH 7.9) was prepared as a solidifying solution.
[0044]
Using the apparatus of FIG. 3, the ink is applied on the
[0045]
Next, after the unsolidified ink is transferred onto plain paper FX-L paper (manufactured by Fuji Xerox Co., Ltd.) using the transfer roll 6, the solidified liquid is applied by the
[0046]
Further, the solidified ink remaining on the
[0047]
【The invention's effect】
According to the present invention, a high-resolution printed matter can be automatically formed in a short time with low energy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an example of an image forming apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing another example of the image forming apparatus of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of an image forming process according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram showing another example of the image forming process of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Image support
2 Ink thin film
3 Image pattern forming means
4 Image pattern
4a Solidified ink
4b Unsolidified ink
5 recording media
6 Transfer roll
7 Image fixing means
7a Solidified liquid application roll
7b blade
8 Cleaning means
8a Cleaning roll
8b Cleaning blade
9 Doctor blade
10 Thin film forming means
10a Ink tank
10b Ink carrier
10c blade
11 Solidified liquid
12 ink
100 Image forming apparatus according to first embodiment
200 Image forming apparatus according to second embodiment
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