JP2009233585A - 液体塗布装置、画像形成装置、液体塗布装置の製造方法および計量ローラの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】塗布ローラへの液体供給構造を簡易化するとともに、 塗布ローラから媒体への塗布液量制御を容易にすること。
【解決手段】媒体Ｐに液体を塗布する周面３１を有する塗布ローラ１１と、塗布ローラ１１の周面３１に当接することにより周面３１との間に液体保持空間２０を形成して液体保持空間２０から塗布ローラ１１の周面３１に液体を供給する液体保持部材２１とを備え、塗布ローラ１１は、周面３１に液体保持空間２０から供給される液量を計量する凹凸部が彫刻されている計量ローラによって構成した。塗布ローラ１１は、周面３１にはフッ素樹脂等の摺動性材料がコーティングされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、塗布ローラへの液体供給構造が簡易であって、且つ、 塗布ローラから媒体への塗布液量の制御が容易な液体塗布装置、画像形成装置、液体塗布装置の製造方法および計量ローラの製造方法に関する。

円筒状の塗布ローラを用いて被塗布媒体（以下単に「媒体」という）に液体を塗布する技術が知られている。

特許文献１には、媒体に液体を塗布する塗布面を有する塗布ローラと、塗布ローラの周面に当接することによって形成される液体保持空間に液体を保持する液体保持部材とを備え、密閉構造により塗布ローラへ液体を供給する構成が開示されている。塗布ローラとしては、シリコーンゴム、ＥＰＤＭなどの弾性材料を研磨加工したゴムローラが用いられる。液体保持部材の塗布ローラと当接する部分は、フッ素樹脂等の摺動性材料で形成されている。
特開２００７−８３１８０号公報

特許文献１に記載の構成によれば、塗布ローラへの液体供給構造は簡易化するが、塗布ローラがゴムローラによって構成されており、媒体に対する塗布液量の制御が困難である。ゴムローラの研磨加工された周面は、平面であるか、または、単に塗布ローラの回転方向に順ずる研磨目が形成されているだけであり、媒体に塗布ムラが生じ易く、媒体に安定して液体を塗布することは困難である。また、塗布液量を増加させることが難しい。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、塗布ローラへの液体供給構造を簡易にできるとともに、 塗布ローラから媒体への塗布液量制御を容易にすることができる液体塗布装置、画像形成装置、液体塗布装置の製造方法、および、計量ローラの製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、媒体に液体を塗布する周面を有する塗布ローラと、前記塗布ローラの前記周面に当接することにより前記周面との間に液体保持空間を形成して当該液体保持空間から前記塗布ローラの前記周面に液体を供給する液体保持部材と、を備え、前記塗布ローラは、前記周面に前記液体保持空間から供給される液量を計量する凹凸部が彫刻されている計量ローラであることを特徴とする液体塗布装置を提供する。

この発明によれば、塗布ローラの周面に液体保持部材が当接して形成される密閉された液体保持空間から塗布ローラの周面に液体が供給される簡易な液体供給構造であるとともに、塗布ローラの周面に彫刻されている凹凸部により液体保持空間から塗布ローラに供給される液量を計量することで塗布ローラから媒体への液体の塗布を容易且つ安定して行うことができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記塗布ローラは、前記周面に前記液体保持部材との摺動負荷が低い摺動性材料がコーティングされていることを特徴とする液体塗布装置を提供する。

この発明によれば、剛性を有する回転体で塗布ローラを構成した場合でも、塗布ローラの周面にコーティングされている摺動性材料により、液体保持部材の塗布ローラとの当接部分の磨耗を抑制し、長期間にわたって安定して塗布を行うことが可能となる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記塗布ローラは、前記周面の凸部のみに前記摺動性材料がコーティングされていることを特徴とする液体塗布装置を提供する。

この発明によれば、凸部のみに摺動性材料がコーティングされているので、凹部の液体保持性には影響を与えることがなく、安定した塗布を行うことが可能となる。

請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の発明において、前記摺動性材料は、フッ素樹脂であることを特徴とする液体塗布装置を提供する。

請求項５に記載の発明は、請求項２ないし４のうちいずれか１項に記載の発明において、前記塗布ローラは、前記液体保持部材の前記塗布ローラとの当接部分よりも剛性が高い回転体に、前記摺動性材料がコーティングされて構成されていることを特徴とする液体塗布装置を提供する。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記回転体は、金属材料またはセラミックス材料からなることを特徴とする液体塗布装置を提供する。

請求項７に記載の発明は、請求項５または６に記載の発明において、前記摺動性材料は、前記回転体の材料よりも前記液体保持部材との摩擦係数が小さいことを特徴とする液体塗布装置を提供する。

請求項８に記載の発明は、請求項１ないし７のうちいずれか１項に記載の発明において、前記塗布ローラは、前記凹凸部としてセルまたは溝が彫刻されていることを特徴とする液体塗布装置を提供する。

請求項９に記載の発明は、請求項１ないし８のうちいずれか１項に記載の発明において、前記塗布ローラから塗布される液体を被転写媒体に転写する転写ローラを前記媒体として備えたことを特徴とする液体塗布装置を提供する。

請求項１０に記載の発明は、請求項１ないし９のうちいずれか１項に記載の液体塗布装置と、前記液体塗布部材によって第１の液体が塗布された前記媒体に、色材を含有する第２の液体を吐出する液体吐出ヘッドとを備えたことを特徴とする画像形成装置を提供する。

請求項１１に記載の発明は、媒体に液体を塗布する周面を有する塗布ローラと、前記塗布ローラの前記周面に当接することにより前記周面との間に液体保持空間を形成して当該液体保持空間から前記塗布ローラの前記周面に液体を供給する液体保持部材とを備える液体塗布装置の製造方法であって、前記塗布ローラの前記周面に、前記液体保持空間から供給される液量を計量する凹凸部を彫刻することを特徴とする液体塗布装置の製造方法を提供する。

請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の発明において、前記塗布ローラの前記周面に、前記液体保持部材との摺動負荷が低い摺動性材料をコーティングすることを特徴とする液体塗布装置の製造方法を提供する。

請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の発明において、前記塗布ローラの前記周面に前記摺動性材料をコーティングし、前記摺動性材料がコーティングされた前記塗布ローラの前記周面をレーザで彫刻することにより、前記周面の凸部のみに前記摺動性材料を残すことを特徴とする液体塗布装置の製造方法を提供する。

請求項１４に記載の発明は、媒体に塗布される単位面積あたりの塗布液量が定められた塗布液量となるように計量する凹凸部が彫刻されている計量ローラの製造方法であって、回転体の周面にフッ素樹脂をコーティングし、前記フッ素樹脂がコーティングされた前記回転体の前記周面をレーザで彫刻することにより、 前記周面の凸部のみに前記フッ素樹脂を残すことを特徴とする計量ローラの製造方法を提供する。

本発明によれば、塗布ローラへの液体供給構造を簡易にできるとともに、 塗布ローラから媒体への塗布液量の制御を容易にすることができる。

以下、添付図面に従って、本発明の実施形態について、詳細に説明する。

図１は、本発明に係る液体塗布装置の一実施形態の要部構成図である。

塗布ローラ１１およびバックアップローラ１２は、それぞれ、記録媒体Ｐ（以下単に「媒体」という）の搬送方向Ｓと直交する軸方向に沿って配置された回動軸１１ａ，１２ａによって、回動自在に支持される。また、バックアップローラ１２は、不図示の付勢手段によって塗布ローラ１１の周面に付勢されている。塗布ローラ１１が図中の時計方向に回転することにより、媒体Ｐは図中の搬送方向Ｓに搬送される。

液体保持部材２１は、主として基材２２と、基材２２の塗布ローラ１１と対向する面に設けられたシール部材２９とで構成される。基材の２２の塗布ローラ１１と対向する面には凹部２３が形成されている。基材２２は付勢部材２６の付勢力によって塗布ローラ１１の外周面に付勢されている。これにより、シール部材２９が塗布ローラ１１の周面３１に当接した状態となり、塗布ローラ１１の周面３１、基材２２の凹部２３およびシール部材２９により液体保持空間２０が形成される。

塗布ローラ１１の回転が停止した状態では、液体保持部材２１のシール部材２９と塗布ローラ１１の周面３１との当接により、液体保持空間２０内の液体が外部にリークすることを確実に防止することができる。

塗布ローラ１１が回転している状態では、液体保持空間２０内の液体は、塗布ローラ１１とシール部材２９との間を抜けて、塗布ローラ１１の周面３１に付着する。塗布ローラ１１の周面３１上の液体は、塗布ローラ１１とバックアップローラ１２との当接部に送られる。塗布ローラ１１とバックアップローラ１２との間に媒体Ｐが挿入されると、塗布ローラ１１の周面３１上の液体が媒体Ｐに転写される。

図２は、本発明に係る液体保持部材２１とタンク７３と、それらを連結する流路７０を示す概略構成図である。

液体保持部材２１は、基材２２と、基材２２に設けられたシール部材２９で構成される。シール部材２９は、基材２２に設けられた凹部２３の周囲に沿うよう取り付けられている。シール部材２９は、弾性部材により一体に形成された環状での形状であり、上下、左右が対称となる形状を有している。シール部材２９は、基材２２の長手方向に直線状に伸びた略平行の２本の直線と、この直線間をつなぐ半円状の円弧で構成されている。

基材２２の凹部２３には、液体を供給及び排出するための供給口２４および排出口２５が設けられている。供給口２４および排出口２５はシール部材２９で囲われている。供給口２４とタンク７３とが第１流路７１により連結される。また、排出口２５とタンク７３が第２流路７２により連結される。

液体保持部材２１の凹部２３、第１流路７１および第２流路７２により液体の循環路が形成される。第２流路７２のタンク７３側にポンプ７７が設けられている。ポンプ７７によりタンク７３内の液体が、塗布ローラ（図１の１１）と液体保持部材２１で形成される液体保持空間に供給される。なお、タンク７３には大気に開放する連通口７４と切換弁７５が設けられている。また、第１流路７１にも切換弁７６が設けられている。切換弁７５および７６を作用させることによって、タンク７３が大気に開放される。

図３は、塗布ローラ１１の周面３１の一部（図１の符号３で示す部分）を示す拡大図である。

図３において、塗布ローラ１１は、剛性を有する円柱形状の回転体３０（原ローラ）の周面３１に、レーザ彫刻により、凹部３２および凸部３３が形成されている。周面３１上の凹部３２によって、液体保持空間（図１の２０）から供給される周面３１の単位面積あたりの液量が一定となるように計量する。これにより、塗布ローラ１１の周面３１から媒体Ｐに塗布される媒体Ｐの単位面積あたりの塗布液量が一定となるように計量される。言い換えると、本実施形態の塗布ローラ１１は、計量ローラによって構成されている。

凹部３２の形状としては、図４（ａ）に示すピラミッド型セル、図４（ｂ）に示す格子型（角錐台型）セルが、代表例として挙げられる。このような液体保持用の微小なセルが表面に彫刻された計量ローラは、一般に、アニロックスローラ、グラビアローラなどとも呼ばれる。セルの形状、深さ、容積、密度等は、媒体Ｐへの塗布液量（塗布後の液膜の厚さを示す）に応じて適宜選択される。セルの配列形態は特に限定されないが、回転方向に対して直交しない斜め方向の線に沿ってセルが並ぶ形態が、好ましい。図５に示すように溝を周面に彫刻した計量ローラを塗布ローラ１１として用いてもよい。

回転体３０は、例えば、金属材料からなる金属ローラ、または、セラミックスからなるセラミックスローラによって構成されている。このような回転体３０は、図１の液体保持部材２１のシール部材２９（塗布ローラ１１との当接部分である）よりも剛性が高い。

回転体３０の周面３１には、液体保持部材２１のシール部材２９との摺動性を有する摺動性材料３４がコーティングされて形成されている。摺動性材料３４は、液体保持部材２１のシール部材２９との摺動負荷が低い材料である。具体的には、液体保持部材２１のシール部材２９との摩擦係数が回転体３０の材料よりも小さい材料を用いる。静摩擦係数および動摩擦係数の両方が低いことが、好ましい。特に、液体保持部材２１のシール部材の磨耗の主要因である摩擦係数を低くする。

摺動性材料３４としては、例えば、フッ素樹脂であるポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が挙げられる。他のフッ素樹脂、例えば、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、パーフルオロエチレンプロペンコポリマ（ＦＥＰ）等を用いてもよい。ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）を用いてもよい。このような摺動性材料を用いることにより、塗布ローラ１１が回動動作するときに、液体保持部材２１のシール部材２９と塗布ローラ１１との摩擦に因る液体保持部材２１のシール部材２９または塗布ローラ１１の磨耗を軽減することができる。

図６は、他の例の塗布ローラ１１１（図１の１１に相当する）の周面３１を拡大して示す。この塗布ローラ１１１は、周面３１の凹部３２および凸部３３のうちで凸部３３のみにフッ素樹脂等の摺動性材料３４がコーティングされている。

［製造方法］
液体塗布装置の製造処理の一例について説明する。

以下では、主として、図６の塗布ローラ１１１を作成する工程を説明する。そのほかの工程、例えば、バックアップローラ１２、液体保持部材２１等の製造、接続および配置工程は、既に済んでいるものとする。

図７は、塗布ローラ（計量ローラ）の製造処理の一例の流れを示すフローチャートである
まず、ステップＳ１にて、原ローラ（回転体３０）としての金属ローラの表面（周面）を、アルカリ洗浄剤を用いて洗浄する。原ローラとしてセラミックスローラを用いてもよい。いわゆる空焼きによって表面を清浄にしてもよい。

次に、ステップＳ２にて、清浄にした原ローラの表面に、エアースプレー等を用いて、プライマー液をコーティングする。

次に、ステップＳ３にて、プライマー液をコーティングされた原ローラの周面に、摺動性材料としてフッ素樹脂をコーティングする。摺動性材料が液体材料である場合には例えばエアースプレーを用い、摺動性材料が粉体材料である場合には静電粉体スプレーを用いて、原ローラの表面に吹き付ける。

次に、ステップＳ４にて、１５０℃〜４５０℃で、フッ素樹脂を焼成する。

次に、ステップＳ５にて、空冷で常温まで冷却する。

次に、ステップＳ６にて、フッ素樹脂がコーティングされた原ローラの表面を、レーザを用いて彫刻し、セル（又は溝）を形成する。これにより塗布ローラ１１１としての計量ローラが得られる。

このようにして作成した塗布ローラ１１１は、バックアップローラ１２と対向する位置に配置される。

なお、原ローラの表面に、液体との親和性を有する親和性材料を、周面３１の凹部３２の深さ（凸部３３の高さでもある）よりも厚くコーティングしておくことで、ステップＳ６の彫刻において、図８に示すように、周面３１の凹部３２に親和性材料３５を露出させることができる。すなわち、周面３１の凹部３２には親和性材料がコーティングされ、凸部３３には摺動性材料３４がコーティングされた塗布ローラ１１２（図１の１１に相当する）を形成できる。例えば、原ローラが金属材料（例えば鉄）からなる金属ローラの場合、原ローラの周面にクロムめっきを施す。親和性材料３５は、摺動性材料３４よりも親和性が高く、また、回転体３０よりも親和性が高い。

ここで、「親和性」は、媒体に塗布される液体に対して、表面エネルギーが高いこと（接触角が小さいこと）をいう。

また、図３に示すような周面３１の全面に摺動性材料３４がコーティングされた塗布ローラ１１を作成する場合には、レーザ彫刻を行った後に、摺動性材料３４をコーティングすればよい。
［実験結果］
顔料を色材とするインクで記録する際に、前記液体塗布装置によって、顔料の凝集の開始を早める液体を記録媒体に塗布し、インクジェットヘッドによって、顔料を色材としたインクを記録媒体に打滴することにより、線幅１００μmの線を記録媒体に描画した。そして、実際の線幅Ｈを計測し、その計測結果より滲みを評価した。

表１は、塗布ローラによる塗布液量と、画像品質との関係を示す。

媒体の搬送速度は、５００ｍｍ／ｓで実験した。

画像の滲みの判定は、次のとおりである。
○：線幅が100≦Ｈ≦105μmでありほとんど滲みがないレベル
△：線幅が105＜Ｈ≦110μmであり、滲みが許容レベル
×：線幅が110＜Ｈであり、滲みが許容できないレベル
表１に示すように、画像の滲みを少なくする観点からは、単位体積あたりの塗布液量は、好ましくは０．７ｇ／ｍ^２以上であり、より好ましくは１．０ｇ／ｍ^２以上である。

また、セル容量に関しては前記塗布液量を得られるよう、塗布液の物性（粘度、表面張力）により適時調整すればよい。
［画像形成装置］
図９は、本発明に係る液体塗布装置を適用した画像形成装置１００の全体構成図である。

図９において、給紙部１３１には、複数の記録媒体Ｐ（以下単に「媒体」という）が載置される。給送ローラ１３２は、給紙部１３１に載置されている媒体Ｐを１枚ずつ繰り出して搬送路１３３に給送する。搬送路１３３には、媒体Ｐに処理液を塗布する塗布ローラ１１と、塗布ローラ１１に対向して媒体Ｐを支持するバックアップローラ１２とが配置されている。液体保持部材２１は、バネ部材などの付勢部材２６の付勢力によって塗布ローラ１１の外周面に対して付勢されており、塗布ローラ１１に当接することで塗布ローラ１１の外周面との間に液体保持空間を形成する。塗布ローラ１１の回転によって処理液が塗布された媒体Ｐは、搬送ローラ１３４、１３５によってプラテン１３６の上を搬送される。インク打滴ヘッド１３７は、プラテン１３６上の媒体Ｐにインクを打滴して画像を形成する。画像が形成された媒体Ｐは、排出ローラ１３８、１３９によって、排出トレイ１４０に排出される。

搬送路１３３には、媒体Ｐの先端を検出する媒体先端検出センサ１４１、１４２が配置されている。第１の媒体先端検出センサ１４１は、塗布ローラ１１の給紙側入口の近傍に配置されている。第２の媒体先端検出センサ１４２は、インク打滴ヘッド１３７の給紙側入口の近傍に配置されている。

インクは、色材を溶媒中に含有させた液体である。処理液は、例えばインク中の色材を凝集させる作用を有する液体である。

［中間転写方式］
以上、塗布ローラ１１（計量ローラ）の周面３１から記録媒体Ｐに対して直接的に液体を塗布する場合を例に説明したが、図１０に示すように、計量ローラ１１から転写ローラ１３に液体を転写した後、さらに転写ローラ１３から記録媒体Ｐに液体を転写する構造としてもよい。

例えば、計量ローラ１１としては、金属材料からなる金属ローラの表面にフッ素樹脂をコーティングを施したものを用い、転写ローラ１３としては、ゴム材料等の弾性材料からなる弾性ローラを用い、バックアップローラ１２としては、金属材料からなる金属ローラを用いる。このような構造では、媒体Ｐの剛性が高く且つ厚みが大きい場合でも、良好に塗布を行うことができる。

なお、本発明は、本明細書において説明した例や図面に図示された例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の設計変更や改良を行ってよいのはもちろんである。

本発明の一実施形態における液体塗布装置の要部構成図 本発明の一実施形態における液体塗布装置の液体供給系の構成図 塗布ローラとしての計量ローラの一例の周面を示す拡大図 （ａ）はピラミッド型セルを示す説明図、（ｂ）は格子型セルを示す説明図 溝付きの計量ローラを示す説明図 塗布ローラとしての計量ローラの他の例の周面を示す拡大図 塗布ローラの作成処理の一例の流れを示すフローチャート 凹部が親和性材料によって構成されている計量ローラの一例を示す拡大図 本発明に係る液体塗布装置を適用した画像形成装置の一例の全体構成図 中間転写方式の液体塗布装置の一例の要部構成図

符号の説明

１１…塗布ローラ、１２…バックアップローラ、１３…転写ローラ、２１…液体保持部材、２２…液体保持部材の基材、２９…液体保持部材のシール部材、３０…塗布ローラの回転体（原ローラ）、３１…塗布ローラの周面、３２…塗布ローラの周面の凹部、３３…塗布ローラの周面の凸部、３４…摺動性材料、１３７…インク打滴ヘッド、１１０…画像形成装置

Claims (14)

1. 媒体に液体を塗布する周面を有する塗布ローラと、前記塗布ローラの前記周面に当接することにより前記周面との間に液体保持空間を形成して当該液体保持空間から前記塗布ローラの前記周面に液体を供給する液体保持部材と、を備え、
   前記塗布ローラは、前記周面に前記液体保持空間から供給される液量を計量する凹凸部が彫刻されている計量ローラであることを特徴とする液体塗布装置。
2. 前記塗布ローラは、前記周面に前記液体保持部材との摺動負荷が低い摺動性材料がコーティングされていることを特徴とする請求項１に記載の液体塗布装置。
3. 前記塗布ローラは、前記周面の凸部のみに前記摺動性材料がコーティングされていることを特徴とする請求項２に記載の液体塗布装置。
4. 前記摺動性材料は、フッ素樹脂であることを特徴とする請求項２または３に記載の液体塗布装置。
5. 前記塗布ローラは、前記液体保持部材の前記塗布ローラとの当接部分よりも剛性が高い回転体に、前記摺動性材料がコーティングされて構成されていることを特徴とする請求項２ないし４のうちいずれか１項に記載の液体塗布装置。
6. 前記回転体は、金属材料またはセラミックス材料からなることを特徴とする請求項５に記載の液体塗布装置。
7. 前記摺動性材料は、前記回転体の材料よりも前記液体保持部材との摩擦係数が小さいことを特徴とする請求項５または６に記載の液体塗布装置。
8. 前記塗布ローラは、前記凹凸部としてセルまたは溝が彫刻されていることを特徴とする請求項１ないし７のうちいずれか１項に記載の液体塗布装置。
9. 前記塗布ローラから塗布される液体を被転写媒体に転写する転写ローラを前記媒体として備えたことを特徴とする請求項１ないし８のうちいずれか１項に記載の液体塗布装置。
10. 請求項１ないし９のうちいずれか１項に記載の液体塗布装置と、
    前記液体塗布部材によって第１の液体が塗布された前記媒体に、色材を含有する第２の液体を吐出する液体吐出ヘッドと、
    を備えたことを特徴とする画像形成装置。
11. 媒体に液体を塗布する周面を有する塗布ローラと、前記塗布ローラの前記周面に当接することにより前記周面との間に液体保持空間を形成して当該液体保持空間から前記塗布ローラの前記周面に液体を供給する液体保持部材とを備える液体塗布装置の製造方法であって、
    前記塗布ローラの前記周面に、前記液体保持空間から供給される液量を計量する凹凸部を彫刻することを特徴とする液体塗布装置の製造方法。
12. 前記塗布ローラの前記周面に、前記液体保持部材との摺動負荷が低い摺動性材料をコーティングすることを特徴とする請求項１１に記載の液体塗布装置の製造方法。
13. 前記塗布ローラの前記周面に前記摺動性材料をコーティングし、前記摺動性材料がコーティングされた前記塗布ローラの前記周面をレーザで彫刻することにより、前記周面の凸部のみに前記摺動性材料を残すことを特徴とする請求項１２に記載の液体塗布装置の製造方法。
14. 媒体に塗布される単位面積あたりの塗布液量が定められた塗布液量となるように計量する凹凸部が彫刻されている計量ローラの製造方法であって、
    回転体の周面にフッ素樹脂をコーティングし、前記フッ素樹脂がコーティングされた前記回転体の前記周面をレーザで彫刻することにより、 前記周面の凸部のみに前記フッ素樹脂を残すことを特徴とする計量ローラの製造方法。

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