JP2006212787A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インクジェット記録装置において画像形成後の記録媒体が丸まって屈曲してしまう不具合を解消する。
【解決手段】記録ヘッド１０から吐出された水系インクを記録媒体Ｐに付与することで画像を形成するにあたり、水系インクに含まれる水分をヒーター１２で蒸発させて画像形成後の記録媒体Ｐに発生するカールを抑制する。水系インクとしてはカール抑制剤を１５重量％以上含み、４ｃｐ未満の粘度を有するものであり、画像形成後に記録媒体Ｐ上に付与されている水系インクに含まれている水分を蒸発させて粘度を高めることでカール発生を抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、インクジェット記録装置に係り、さらに詳しくは、画像形成後の記録媒体に発生するカールの抑制機能を備えたインクジェット記録装置に関するものである。

近年、インクジェット記録装置は高画質でランニングコストも低い利点などの理由から急速に普及している。記録媒体となるシート材も普通紙だけでなく写真や印刷技術と同様な画質のプリント物を得ることを目的とした専用紙が多用されている。しかしながら、高画質の画像をインクジェット技術で得ようとする場合、シート材のほぼ全面をベタ印字するためにインクの吐出量が極端に多くなり、画像形成後のプリント物に波打つコックリングが生じたり、丸まって屈曲してしまうカールが発生し、特に高速印刷時や両面印刷時にそうしたカール発生が顕著になる。従来、インク中にカール防止剤を添加してインク粘度を高めることでカールの発生を抑制する方法がとられてきた（特許文献１，２参照）。

特開２００４−２１７９３０号公報 特開平０９−１７６５３８号公報

ところで、本発明者らの研究結果によれば、上記のごときカール防止剤を添加してインクの粘度を高める場合、吐出ノズルにおいてインクの目詰まりを発生させる原因となり、インクジェット吐出性能を低下させて画像形成後の画質を低下させ、装置の性能や信頼性を損ねることが確認されている。

したがって、本発明の目的は、画像形成後の記録媒体が丸まって屈曲してしまう不具合を解消できるインクジェット記録装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明による代表的なインクジェット記録装置は、記録ヘッドから吐出された水系インクを記録媒体に付与することで画像を形成するものにおいて、前記水系インクが所定量以上のカール抑制剤を含みかつ所定値以下の粘度を有するもので、その粘度を高めるために前記水系インクに含まれる水分を蒸発させて画像形成後の記録媒体にカールの発生を抑止するカール抑制手段を備えてなっていることを特徴とするものである。

したがって、上記構成のインクジェット記録装置は、記録ヘッドから水系インクを吐出させて記録媒体に画像形成を行う際、記録媒体上に付与された直後の水系インク中の水分をカール抑制手段で急激に蒸発させてインク粘度を上昇させる。それにより、画像形成直後に発生する特に短期的なカールの発生を抑制する。この場合、用いられる水系インクとしては、カールを低減する効果のある溶剤が１５重量％以上、粘度が４ｃｐ未満であることが好ましい。また、水系インク中の水分を蒸発させるカール抑制手段としては、画像形成直後、記録媒体の表面温度を加熱する手段が好ましく、温風を形成画像上に吹き付ける手段も蒸発を促進させる上で好ましいものである。加熱などの蒸発手段が行われる条件として、単位面積当り打ち込まれる水系インクの量は、１２００ｄｐｉ×１２００ｄｐｉに４ｐｌのインクが打ち込まれた場合を１００％とすると、２５％以上であることが好ましい。カール抑止に水系インク中の水分を蒸発させる手段を採用しているから、従来、多量のカール防止剤を添加してカール抑止に多量のカール防止剤を添加する場合のようにインク粘度が高くならず、吐出ノズルに目詰まりを起こさせない。

本発明のインクジェット記録装置によれば、画像形成後の記録媒体において、付与された水系インク中の水分をカール抑制手段で蒸発させてインク粘度を高めることで、記録媒体が丸まって屈曲する特に短期的カールの発生を抑止するのに有効である。

以下、本発明にかかるインクジェット記録装置の一実施形態について図を参照して詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態によるインクジェット記録装置を示す。本実施形態装置は、記録媒体Ｐの全幅とほぼ同じ幅の複数の吐出ノズルからなる記録ヘッド１０を固定し、記録媒体Ｐを送りつつ記録ヘッド１０によって記録媒体上に画像形成するフルマルチ記録を行うものである。すなわち、記録ヘッド１０の一側部にはヘッド幅方向に並ぶ吐出ノズルが複数配置されており、また記録媒体Ｐを搬送するための搬送ベルト１１が備わり、静電吸着によって記録媒体Ｐの全面をその搬送ベルト１１に密着させて搬送を行う。さらに、記録ヘッド１０が画像形成を行う領域よりも後部に加熱を行うための本発明でいうカール抑制手段を構成するヒーター（加熱手段）１２が配備され、このヒーター１２はインクの打ち込み量が所定量を超えた場合に作動するように設定されている。

次に、上記装置を用いてカールの発生を抑制する手段は、本発明者らによって確認された以下のカール発生メカニズムの考え方に基づくものである。短期的または長期的に発生するカールの現象は、特に短期的なカールの場合はインクの組成によるところが大きい。すなわち、印字など画像形成することによって、記録媒体Ｐが例えば紙質シート材である場合はその紙表面の繊維がインク滴を吸収すると、紙繊維間の結合が解かれて伸びる。印字直後から紙表面の水分の蒸発が始まり、紙表面の繊維が再結晶化して縮む。その際、紙繊維間の結合状態が印字前とは異なるため、内部応力が発生し異方的に縮むためにカールが生じると考えられる。特に、そうしたカール発生現象は比較的ゆっくりとした自然乾燥時に起こり易く、紙表面に付与されたインク中の水分は通常環境では時間にして１０分間程度でほとんど蒸発することが確認された。その場合、紙に付与されたインク中に含まれる水分の割合が低く、また粘度も高い場合は特に、紙の縮みが抑制されて特に短期カールの抑制に有効であることを実験によって確認した。

また、インク中に比較的多量の水分が含まれ、粘度が比較的低い場合でも、カール抑制剤がインク中に所定量以上含まれておれば、短期的なカールの場合よりも長期的なカール抑制に比較的有効であることも本発明者らは実験によって確認した。もともとインク中の水分含有量の割合が低く、粘度の高いインクを使用すれば、短期的なカールも抑制できるが、装置にて高速記録時は高周波数で吐出口からインクが吐出されるので、インクの詰め替えなどを考慮すれば粘度のできるだけ低いものが有利である。したがって、吐出時点でのインクとしては、短期的なカール抑制を考える場合に長期的なカールの抑制対策をも考慮に入れ、インク単独だけを対象とせず、インクを付与した直後に未だカールが殆ど発生していない時点で、一気に温風などを吹き付けて水分を蒸発させてやれば、短期長期のいずれのカール抑制にも有効であることを確認することができた。すなわち、付与した時点のインク中の水分量を付与直後に一気に低減し、実質的なインク粘度を上昇させることで実質的には短期カールをも抑制可能なインクに変化したものと考えられる。

以上から、短期的なカールの抑制は、記録媒体Ｐ上に付着される水分量の割合と粘度が重要であり、上記記録ヘッド１０の吐出ノズルから吐出された時点でのインクが、多量の水分を含み、かつ粘度が低いものであっても、記録媒体Ｐ上にそのインクが付与された直後から何らかの手段を用いることにより、短期間に水分を蒸発させて水分の割合を下げ、粘度を高くすることで同様な効果が得られると考えられるのである。そこで、以下にインク中の水分量と年度との関係について考察する。

インク中の水分量とインク粘度との関係について
インクは、水、染料、顔料などの色材、そして不揮発性溶剤などの水性媒体で組成されている。したがって、水分量（％）と粘度（ｃｐ）との相関図である図２に示すように、インク中の水分を減らせばインクの粘度は高くなる。カール抑制剤として、１，２，６ヘキサントリオールやトリメチロールプロパンを用いることで、粘度をさらに高くすることができる。

インク中の水分蒸発について
インク中の水分の蒸発速度は、その環境温度による水の蒸気圧に大きく依存しており、紙にインクが付与された後に急激に蒸発し、その後徐々にゆっくり蒸発していく。図３は、室温２５℃、湿度５０％ＲＨの環境下でインクを付与後のインク重量の変移を示している。その結果、約５分間でインク中の水分の５０％が蒸発し、約１０分間程度でインク中のほとんどの水分が蒸発することが確認された。一方、水の蒸発速度を測定すると、２５℃の環境に対して６０℃の環境下では約１０倍蒸発が早まることが確認された。このことは、図４に示すように、温度に対する水などの飽和蒸気圧曲線から予想できるもので、１００℃では水の蒸発速度が２５℃の場合の３０倍以上の速度になることが予想される。

したがって、普通紙やコート紙などの記録媒体Ｐに液滴を付与して画像を形成するにあたり、使用されるインクの条件としてはプリント物の長期カールを低減する効果のある溶剤を１５重量％以上含み、粘度が４ｃｐ未満であることが好ましい。また、かかる記録媒体Ｐ上に付与されたインクの水分を蒸発させる手段として、画像形成直後よりプリント物に対して熱を加える上記ヒータ１２に使用し、好ましくは単位面積あたりに打ち込まれるインク量が所定量を超えた場合にそのヒータ１２を動作させる。加熱条件としては、分解能１２００ｄｐｉ×１２００ｄｐｉに４ｐｌのインクが打ち込まれた場合を１００％とすると、２５％以上であることが好ましい。

ヒータ１２の具体例としては、例えばセラミックヒータや発熱源ランプ、ドライヤーなどを用いる。このようなヒータ１２によって記録媒体Ｐ上に付与されたインク中の水分を急速に蒸発させ、短期的カールの発生を抑制する。インク付与後、短期間（カールがあまり成長しない時間にして１０秒以内が好ましい。）に蒸発させる水分量としては、インク中の水分量が６０％以下になるようにすればよく、紙表面温度を６０〜１４０℃位に調整することが好ましい。

印字後、時間にして1分間以内に打ち込んだインク中の水分の９０％以上を蒸発させることは一層好ましいものである。図３によると、２５℃の温度で９０％以上の水分を蒸発させるためには約１０分間程度の時間が必要であるが、これを１分間以内で達成するためには、紙表面温度を６０℃以上にすることが必要である。しかし、逆に必要以上に蒸発させすぎると紙自身の縮みが生じることがあるため好ましくなく、インクの打ち込み量によって蒸発を制御することが好ましい。

以上から、インク中の水分量を７０％とし、これを記録媒体紙に付与後の５秒経過後に６０％にするためには、紙表面温度を６０℃程度にすればよく、紙表面温度を１００℃にすれば約１秒で蒸発させることが可能となる。

（実施例１）
図１に示す本実施形態の装置を用いて、記録媒体Ｐの具体例として普通紙を用い、この普通紙に対して単位面積あたりに打ち込まれるインク量が１００％の場合におけるカールの測定を行った。使用したインクの実施例を以下に示す。

インク１
C.Iダイレクトブルー１９９ ３．５重量％
イソプロピルアルコール ２．５重量％
ヘキサントリオール ２７ 重量％
尿素 ２ 重量％
アセチレノールＥＨ １ 重量％
水 ６４ 重量％
インク２
C.Iダイレクトブルー１９９ ３．５重量％
イソプロピルアルコール ２．５重量％
ヘキサントリオール １７ 重量％
尿素 １０ 重量％
アセチレノールＥＨ １ 重量％
水 ６４ 重量％
インク３
C.Iダイレクトブルー１９９ ３．５重量％
イソプロピルアルコール ２．５重量％
トリメチロールプロパン １７ 重量％
尿素 １０ 重量％
アセチレノールＥＨ １ 重量％
水 ６４ 重量％
但し、上記インク１の粘度は３．９ｃｐ、インク２の粘度は２．９ｃｐ、そしてインク３の粘度は２．８ｃｐのものを用いた。

ここで、上記インク組成におけるヘキサントリオールやトリメチロールプロパンは、プリント物の長期カールに対して効果のある溶剤である。印字直後から発生する短期カールに対しては、前述のとおりインク中の水分量を所定量以下に、インク粘度を所定値以上に調整することによって低減することができる。しかし、高速記録を行うような場合では、高い周波数で吐出口からインクを吐出するため、インク回りを考えた場合粘度が低いほうが有利である。そのためには、カール低減溶剤量をその効果がある最低限の量に抑えることや、他の溶剤などを配合することによってインク中の水分量を増やすなどすればインクの粘度を下げることができる。一方、前述のようにインクの粘度が下がることによって短期カールが発生しやすくなるが、それを本実施例においては、ヒーター１２で加熱することによって印字直後に急速に水分を蒸発させ、水分量と粘度を調整したインクが記録媒体に付与されたことと同等の短期カール抑制効果を得ることができた。結果として、短期的なひずみが低減できることで長期的なカール抑制においても有効である。

(第２の実施形態)
次に、図５は、第２の実施形態によるインクジェット記録装置を示す。本実施形態の装置は、幅が狭い記録ヘッド２０によって走査しつ記録媒体Ｐに画像形成を行うシリアル記録用である。記録媒体Ｐが載置される給紙部２１が備わり、また記録媒体Ｐが搬送される方向に対して垂直な方向に移動するキャリッジ２２が備わっている。キャリッジ２２には記録ヘッド２０が搭載され、キャリッジ２２の移動方向と平行な方向に延びる加熱手段として、板状のヒーター（図示略）が記録ヘッド２０によって画像形成が行われる領域の直後(排紙部側)に埋め込まれている。記録媒体Ｐの進行方向には走行を案内するガイドレール２３が設けられている。

（実施例２）
図５の装置を用いて、記録媒体Ｐとしての普通紙に単位面積当り打ち込まれるインク量が１００％の場合におけるカールの測定をした。インクの実施例としては、上記実施例1に挙げたようなものを使用し、ヒータはインクの打ち込み量が所定量を超えた場合に作動するものとする。

上記実施例１で述べたように、インクの粘度が下がることによって短期カールが発生しやすくなるが、それを本実施例においては、ヒーターなどで加熱することによって印字直後に急速に水分を蒸発させ、それによって水分量と粘度を調整したインクが記録媒体Ｐに付与されたことと同等の短期カール抑制効果を得ることができた。結果として、短期的なひずみが低減できることで、長期的なカール抑制にも有効である。

（比較例）
次に、実施例１および実施例２に対する比較例として、同質のインクを使用した場合でも、短期カールの抑制処理を実行しない場合のカールについて測定した。この場合のカール測定方法は、図６に示すように、記録媒体Ｐの４つ角部の水平面からの浮き量を測定して、平均値を算出した。その結果を図７に示すように、インク１，２，３の場合のそれぞれについて長期カールの抑制効果のある溶剤によって、１週間後のカールは低減するが、短期カールは大きく発生することが確認された。

以上、本発明のインクジェット記録装置についてその第１、第２の実施形態が説明されたが、それらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内であれば他の実施形態ならびにそれらの組み合わせや変形例も可能である。

本発明によるインクジェット記録装置の第１の実施形態としてフルマルチタイプのものを示す図。 第１の実施形態による装置およびカール抑制方法で得られたインク水分量とインク粘度との相関を示すグラフ。 同じくインク重量と時間との相関において、室温２５℃で湿度５０％ＲＨの環境下でインクを付与後のインク重量の変移を示すグラフ。 温度に対する水などの飽和蒸気圧を示すグラフ。 本発明によるインクジェット記録装置の第２の実施形態としてシリアルタイプのものを示す斜視図。 第２の実施形態においてカールの測定方法を示す図。 実施例１，２に対する比較例のカール測定結果を示す表。

符号の説明

１０，２０ 記録ヘッド
１１ 搬送ベルト
１２ ヒーター（加熱手段）
Ｐ 記録媒体

Claims (3)

1. 記録ヘッドから吐出された水系インクを記録媒体に付与することで画像を形成するインクジェット記録装置において、
   前記水系インクが所定量以上のカール抑制剤を含みかつ所定値以下の粘度を有するもので、その粘度を高めるために前記水系インクに含まれる水分を蒸発させて画像形成後の記録媒体にカールの発生を抑止するカール抑制手段を備えてなっていることを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 前記水系インクは、前記カール抑制剤を１５重量％以上含み、粘度が４ｃｐ未満であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置。
3. 前記カール抑制手段は、画像形成後の記録媒体の表面温度を所定温度以上にする加熱手段を含んでなっていることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェット記録装置。

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