JP2010173201A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、インクを凝集させるための処理液を中間転写体に極微量付与し、中間転写体上における画質・信頼性が良く、記録媒体への転写性にも優れた、安価な画像形成装置を提供する。
【解決手段】 本発明の画像形成装置は、インク中の色材と反応する反応剤を含む処理液を泡状にする処理液泡状化手段（２０）と、予め中間転写体（１４）上に泡状処理剤を付与する泡状処理剤付与手段（１０）と、泡状処理剤が付与された中間転写体上にインクを画像情報に応じて液滴化して記録媒体に転写する記録手段（１５）とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は画像形成装置に関し、詳細にはインクジェット等によって中間転写体に作られた画像の画質及び転写性を改善する技術に関する。

インクジェット記録ヘッドからインク滴を吐出させる技術は、プリンタ、カラーフィルタ製造装置、回路基板パターンの作成装置等様々な分野で利用されている。このようなインクジェット記録ヘッドを用いたインクジェット記録装置では記録動作を行うために記録媒体に対してインクジェット記録ヘッドをキャリッジに搭載して主走査方向にインクジェット記録ヘッドを移動させ主走査方向に直交する副走査方向に記録媒体を搬送する手段を備えて記録動作を可能にするシリアルタイプのもの、記録媒体の幅と等しい幅でインクジェット記録ヘッドを配置し記録媒体の搬送移動のみで記録動作を行うラインタイプのものがある。いずれのタイプもノズルからインク滴を吐出させることにより記録動作が実施される。

このようなインクジェット記録装置の欠点は、多様な記録媒体への対応が難しいという点と、インクジェット記録ヘッドの詰まりによる耐久性・信頼性の低さにある。その欠点を克服するものとして、中間転写体上にインク画像を形成し、その転写体上に形成されたインク画像を所望の記録媒体に転写し、所望の記録媒体にインク画像を形成する方式（中間転写体を用いた画像形成方式）がある。この方式では記録媒体によらない高画質な画像が得られ、またインクジェット記録ヘッドが記録媒体と近接しないことから、記録媒体の埃等によるヘッドの汚染がなくなると期待される。

しかし、中間転写体は一般的に紙などの記録媒体とは違いインクなどの液体が内部に浸透しないような材質が用いられ、また転写性を良くするために表面が撥水処理されていることが多く、それによって隣接して着弾したインク滴同士が混和しまうブリーディングと呼ばれる現象や、先行して着弾したインクに後続して着弾するインクが引き寄せられてインク滴が集合してしまうビーディングと呼ばれる現象が発生し、画像品位を低下させてしまう場合が多い。

このような課題に対して特許文献１では、中間転写体にインク液滴とともにインクを定着させる機能を有するインク処理液を付与し、ブリーディングやビーディングを防止する技術が提案されている。しかし、これだけでは高画質と高転写率の両立が不十分であったため、更なる工夫が加わった提案がなされてきた。その提案の一つとして、特許文献２にはインクの量に対して処理液の量を少なく供給することによって、中間転写体上でブリーディングやフェザリングのない画像形成方法が提案している。しかし、特許文献２の方法では中間転写体上でインクと処理液が混合されてから転写を行うまでの時間が短いため、高速なシステムに用いると十分な反応が行われず、転写時にドット割れが発生し、転写後の中間転写体上に残存物が残ってしまう。

そこで、特許文献３では、処理液の最小厚みが１μｍ以上でかつ単位面積当たりの処理液の量がインクの量以上になるように制御することによって、インクが処理液で覆われ反応が速まることで、高速システムにおける画質と転写性の良さの両立を図っている。

しかしながら、特許文献３の方法では、処理液を液滴下する専用のインクジェットヘッドを用いる必要があるため、処理液が低粘性でなくてはならないなど処理液の自由度が低いことに加えて、インク処理液中の成分などによりインクジェットヘッドのノズル孔が詰まる恐れがあり、信頼性に欠けると言える。更に、この方法では画像領域から外側四方にそれぞれ少なくとも１ドットずつ広げた領域に対して処理液を付与するとしているため、インクの領域が広い画像の場合には場所によって処理液の分布にばらつきがあり、逆にインク液滴が孤立している場合には必要な処理液の量が多く（１００ｍｇ以上）なってしまう。

本発明はこのような問題点を解決するためのものであり、インクを凝集させるための処理液を中間転写体に極微量付与し、中間転写体上における画質・信頼性が良く、記録媒体への転写性にも優れた、安価な画像形成装置を提供することを目的とする。

前記問題点を解決するために、本発明の画像形成装置は、インク中の色材と反応する反応剤を含む処理液を泡状にする処理液泡状化手段と、予め中間転写体上に泡状処理剤を付与する泡状処理剤付与手段と、泡状処理剤が付与された中間転写体上にインクを画像情報に応じて液滴化して記録媒体に転写する記録手段とを有することに特徴がある。よって、少ない処理液量でインク液滴との接触面積を大きくすることができ、中間転写体上における画像形成においてブリーディングやビーディング等の画質低下を防止するとともに、記録媒体への優れた転写性を実現できる。また、従来に比べ大幅に処理液の消費を抑えられるため低ランニングコストで高画質な画像の提供が可能となる。

また、処理液は、カチオン性部材または水を酸性化する部材と、起泡剤として非イオン性界面活性剤または両性界面活性剤と、水に不溶な水不溶脂肪酸とを含有することが好ましい。このためには、まずインク中の色材が負イオン性もしくは正イオン性に帯電している必要がある。染料は、水中で色材自身が正または負にイオン化する。顔料の場合、自己分散型顔料では、水中で顔料自身が正または負にイオン化することで、また自己分散型でない一般的な顔料においては正または負イオン性を帯びさせることのできる分散剤の吸着により、結果的に顔料自身が正または負にイオン化する。一般にインク中で色材は負イオン性を帯びて分散している。処理液中に水を酸性化する部材またはカチオン部材が含まれていると、プロトンまたはカチオン性部材に色材同士が静電的に結合し、色材を凝集・増粘させることができる。また、起泡剤として非イオン性界面活性剤または両性界面活性剤と、水に不溶な水不溶脂肪酸が含まれることによって、起泡性に優れ、かつ極めて優れた泡沫安定性が得られる。

本発明によれば、インクと反応する反応剤を含む処理液を泡状に付与することにより、少ない処理液量でも中間転写体上の処理剤の厚みを厚くすることができ、インク液滴を処理剤で完全に包み込むことができ、よってインク中の色材の凝集速度が速まり、転写時のドット割れを防止することができる。

本発明の一実施の形態に係る画像形成装置における泡状処理剤付与手段の構成を示す概略図である。 本実施の形態の画像形成装置における泡状処理剤生成手段の構成を示す概略図である。 本実施の形態に係る画像形成装置における泡状処理剤付与装置の構成を示す概略図である。 液膜厚制御用ブレードを用いた泡状処理剤の塗布ローラ上での膜厚制御の様子を示す概略図である。 本実施の形態に係る画像形成装置における泡状処理剤付与装置の別の構成を示す概略図である。 本実施の形態に係る画像形成装置における泡状処理剤付与装置の別の構成を示す概略図である。

図１は本発明の一実施の形態に係る画像形成装置における泡状処理剤付与手段の構成を示す概略図である。同図に示す本実施の形態の画像形成装置における泡状処理剤付与手段１０によれば、処理液を泡状にして、膜厚制御用ブレード１２によって塗布ローラ１３上に均一膜厚とされた極微量の泡状処理剤１１を予め中間転写体１４に付与し、その後インクジェットヘッド１５から吐出された各色のインク液滴１６を画像情報に応じて中間転写体１４に付着させる。なお、インク液滴１６は、水を主成分として、水中で負または正にイオン性を帯びる色材を含有する。特に、カルボキシル基やスルホン基により負イオン性を帯びる色材が望ましい。また、処理液は、カチオン性部材または水を酸性化する部材と、起泡剤として非イオン性界面活性剤または両性界面活性剤と、水に不溶な水不溶脂肪酸とを含有して泡状化可能であり、かつインク中の色材を凝集化する効果を持つ物質を含むものである。凝集化する物質として、酸性の物質あるいは多価金属イオンを含む塩などが望ましい。このためには、まずインク中の色材が負イオン性もしくは正イオン性に帯電している必要がある。染料は、水中で色材自身が正または負にイオン化する。顔料の場合、自己分散型顔料では、水中で顔料自身が正または負にイオン化することで、また自己分散型でない一般的な顔料においては正または負イオン性を帯びさせることのできる分散剤の吸着により、結果的に顔料自身が正または負にイオン化する。一般にインク中で色材は負イオン性を帯びて分散している。処理液中に水を酸性化する部材またはカチオン部材が含まれていると、プロトンまたはカチオン性部材に色材同士が静電的に結合し、色材を凝集・増粘させることができる。また、起泡剤として非イオン性界面活性剤または両性界面活性剤と、水に不溶な水不溶脂肪酸が含まれることによって、起泡性に優れ、かつ極めて優れた泡沫安定性が得られる。更に、インクジェットヘッド１５は、圧電部材や膜沸騰を圧力発生源とした加圧オンデマンド型インクジェットヘッドである。その他に、荷電制御型インクジェットヘッドであってもかまわない。

図２は本実施の形態の画像形成装置における泡状処理剤生成手段の構成を示す概略図である。同図に示す泡状処理剤生成手段２０によれば、処理液容器２１内の処理液２２を搬送ポンプ２３や搬送チューブ２４等の液輸送手段を用いて気体・液体混合部２５へ供給する。気体・液体混合部２５には、空気口２６が設けられ、液の流れとともに、空気口２６に負圧が発生し、空気口２６から気体が気体・液体混合部２５に導入され、処理液２２と気体が混合し、更に微細孔シート２７を通過することで、泡径のそろった大きな泡の泡状処理剤を生成させることができる。別の大きな泡の生成方法としては、上記の搬送ポンプより供給された処理液と空気口からの空気を羽根状攪拌子で攪拌しながら、液に気泡を巻き込みながら大きな泡を生成させる構成や、上記の搬送ポンプより供給された処理液に空気供給ポンプ等でバブリングを行い大きな泡を生成する構成も望ましい。そして、大きな泡を回転円筒内に入れて、泡にせん断力を加えて、分泡して細かな泡とすることで、密度０．０５ｇ／ｃｍ^３以下の非常に密度の低い泡状処理剤を作ることができる。

図３は本実施の形態に係る画像形成装置における泡状処理剤付与装置の構成を示す概略図である。同図に示す本実施の形態の画像形成装置における泡状処理剤付与装置３０は、図１の泡状処理剤付与手段１０と図２の泡状処理剤生成手段２０とを組み合わせた具体例である。中間転写体にインクジェットヘッドでインク液滴を付着させる前に、中間転写体に予め処理液を極少量で均一に付与することができる。泡状処理剤の塗布ローラ上の膜厚制御は、図４のようにブレードで行い、図４の（ａ）に示すように膜厚制御用ブレード１２と塗布ローラ１３面の隙間を狭くすると膜厚は薄くなり、図４の（ｂ）に示すように膜厚制御用ブレード１２と塗布ローラ１３面の隙間を広くすると泡状処理剤の膜厚は厚くなる。なお、別の塗布として、図５のように、ベルトを用いた方法も考えられる。塗布ベルト１７の曲率を有する部分に泡膜を制御する膜厚制御用ブレードを配置する。また、図６のように泡状処理剤付与手段における塗布ローラが中間転写体を兼ねているような構成のローラ１８を設けて、装置の簡素化・小型化を図っても同等の効果が得られる。

以上説明したように、本実施の形態の画像形成装置によれば、少ない処理液量でインク液滴との接触面積を大きくすることができ、中間転写体上における画像形成においてブリーディングやビーディング等の画質低下を防止するとともに、記録媒体への優れた転写性を実現できる。また、従来に比べ大幅に処理液の消費を抑えられるため低ランニングコストで高画質な画像の提供が可能となる。また、従来法に比べ大幅に処理液の消費を抑えられるため低ランニングコストで高画質な画像の提供が可能となる。更には、転写やクリーニングを繰り返し行うことによって中間転写体の表面に傷ができ、付与された処理液の厚みが部分によって異なってしまうという懸念があるが、処理液を泡で塗布することによって中間転写体に均一に付与できるという副次的効果もある。また、転写効率を高めるために一般に高表面エネルギー(高撥水性)の材料を使うことが望ましく、例えばシリコーンゴムなどが良く使われるが、泡でない一般的な塗布方法では液がはじかれてしまうため均一な塗布が難しい。そこで、処理液を泡化することにより、このような面に対しても均一なコーティングが実現できる。

次に、本発明における処理液の処方及び泡状処理剤生成装置の具体例について説明する。
下記処方にて処理液を作製する。
◇処理液処方
希釈溶媒：イオン交換水 ５３．６ｗｔ％
酸性部材：乳酸 ２０．０ｗｔ％
起泡剤：ミリスチルアミドプロピルベタイン（ビスターＭＡＰ 松本油脂工業） ２．０ｗｔ％
起泡剤：ステアリルジメチルアミノ酢酸ベタイン（アンヒトール８６Ｂ 花王） ３．０ｗｔ％
増泡剤：プロピレングリコール ２０．０ｗｔ％
増泡剤：ヤシ脂肪酸ジエタノールアミド（１：１）型（松本油脂 マーポンＭＭ） １．０ｗｔ％
水不溶脂肪酸：ミリスチン酸 ０．４ｗｔ％
水に全ての材料を混合した後、７０℃で湯せんしながら１０分間ゆっくり攪拌し静置冷却し処理液とした。

＜泡状処理剤生成装置＞
◇大きな泡生成部
図２を基に作製した。
処理液保存容器：ＰＥＴ樹脂からなるボトル
液搬送ポンプ：チューブポンプ（チューブ内径２ｍｍ、チューブ材質：シリコーンゴム）
搬送流路：内径２ｍｍのシリコーンゴムチューブ
大きな泡を作るための微細孔シート：＃４００のステンレス製メッシュシート（開口部約４０μｍ）

◇微小な泡生成部
図２を基に作製した。
２重円筒の内側円筒は、回転軸に固定され、図示していない回転駆動モーターにより回転する。２重円筒の材質は、ＰＥＴ樹脂とした。外側円筒内径：１０ｍｍ・長さ１２０ｍｍ、内側円筒外形：８ｍｍ・長さ１００ｍｍとした。回転数は、１０００ｒｐｍから２０００ｒｐｍの範囲で可変とした。

◇泡状処理剤付与手段及びインク液滴付着手段
図１を基に作製した。上記の微細な泡を生成する手段を用い、泡状処理剤を作成しブレードに供給する構成とした。
塗布ローラ：ＰＦＡ樹脂を焼付け塗装したＳＵＳ製ローラ（φ３０ｍｍ、長さ３２０ｍｍ）
膜厚制御ブレード：厚み２ｍｍ・幅５０ｍｍ・高さ４０ｍｍのアルミ合金製支持板に厚み１ｍｍ・幅５０ｍｍ・高さ２０ｍｍの並板ガラスを接着する。ガラス面を塗布ローラ側に向け、塗布ローラに沿って、６個並べ、各ブレードを回転可能（駆動機構は省略）とし、それぞれ１０μｍから１００μｍの範囲で塗布ローラとガラス面の隙間を個別に制御できるようにした。なお、中間転写体はシリコーンゴムからなるベルトを用い、搬送速度を１５０ｍｍ／ｓとした。

インク液滴付着手段として、市販インクジェットプリンタ（ＧＸ５０００ リコー）を用いた。インクは、市販のインク（ＧＣ２１Ｋ リコー）を使用した。上記の手段で泡状処理剤を中間転写体に付与後、液が乾燥しないタイミングで直ちに上記プリンタにてインクを吐出して印字した。

印字結果を下記の表１に示す。なお、記録媒体は上質紙（ＰＰＣ用紙Ｔ−６２００ リコー）を用いた。インク液滴の体積は約２０ｐｌであった。

次に、本発明における画像形成装置の実施例及び比較例の条件を示す。
［実施例１］
本発明の泡状処理剤生成装置を用いて泡化した泡状処理剤（密度：０．０２ｇ／ｃｍ^３）を中間転写体上に付与し、その後インク液滴を付着させ、記録媒体に転写した。ただし、泡状処理剤の中間転写上での厚みを３０μｍ（Ａ４換算で約３７ｍｇ）とした。
［比較例１］
処理液を用いず中間転写体にインク液滴を付着させ、記録媒体に転写した。
［比較例２］
処理液を泡状にせずに中間転写体上に付与し、その後インク液滴を付着させ、記録媒体に転写した。ただし、処理液の中間転写体上での厚みを５μｍ（Ａ４換算で約３２７ｍｇ）とした。
［比較例３］
処理液を泡状にせずに中間転写体上に付与し、その後インク液滴を付着させ、記録媒体に転写した。ただし、処理液の中間転写体上での厚みを１μｍ（Ａ４換算で約６５ｍｇ）とした。
実施例１と比較例１〜３を比較した結果を下記表１に示す。

なお、「カラーブリード」とは、それぞれの色を隣接するように印字し、その色間でのインクの滲み具合を評価したものである。
○：滲みがない
△：多少滲んでいる
×：滲みが多い

また、「中間転写体上での液流れ」とは、インク液滴を付与後と転写する直前での液滴の位置のずれ具合を評価したものである。
○：液流れがない
△：液流れが多少ある
×：液流れが多い

更に、「転写性」とは、中間転写体から記録媒体へ転写が確実に行われているかを評価したものである。
○：全て転写されている
△：転写残が多少ある
×：転写残が多い

また、「紙のカール・しわ」とは、転写が行われた後の記録媒体に関して、処理液やインクによってカールやしわができているかどうかを評価したものである。
○：カール・しわがない
△：カール・しわが多少ある
×：カール・しわが目立つ

上記表１のように本発明により、処理液を泡化した泡状処理剤を中間転写体上に付与することで処理液の量が微量でもにじみがなく転写性も良い画像が得られた。

なお、本発明は上記各実施の形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。

１０；泡状処理剤付与手段、１１；泡状処理剤、
１２；膜厚制御用ブレード、１３；塗布ローラ、
１４；中間転写体、１５；インクジェットヘッド、
１６；インク液滴、１７；塗布ベルト、１８；ローラ、
２０；泡状処理剤生成手段、２１；処理液容器、２２；処理液、
２３；搬送ポンプ、２４；搬送チューブ、
２５；気体・液体混合部、２６；空気口、２７；微細孔シート、
３０；泡状処理剤付与装置。

特開２００１−３０１１３８号公報 特開２００２−３７０４４１号公報 特開２００７−２６８８０２号公報

Claims (2)

1. インク中の色材と反応する反応剤を含む処理液を泡状にする処理液泡状化手段と、
   予め中間転写体上に泡状処理剤を付与する泡状処理剤付与手段と、
   泡状処理剤が付与された中間転写体上にインクを画像情報に応じて液滴化して記録媒体に転写する記録手段と
   を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記処理液は、カチオン性部材または水を酸性化する部材と、起泡剤として非イオン性界面活性剤または両性界面活性剤と、水に不溶な水不溶脂肪酸とを含有することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。

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