JP2011005673A

JP2011005673A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2011005673A
Application number: JP2009149091A
Authority: JP
Inventors: Hironori Numata; 洋典沼田; Yasushi Hashimoto; 靖司橋本
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2009-06-23
Filing date: 2009-06-23
Publication date: 2011-01-13

Abstract

【課題】記録媒体搬送方向上流部、記録媒体片面加熱における記録ヘッドの乾燥による吐出不良の防止と乾燥によるインク定着性の両立を図る。
【解決手段】記録ヘッドと、記録ヘッドに対し記録媒体の搬送方向上流側に記録媒体の記録面又は裏面から加熱する加熱手段と、を有し、記録媒体が加熱手段から記録ヘッドに搬送されるまでの搬送時間Ｓ[sec]を、記録媒体の表裏温度差が１０deg未満となるように記録媒体の坪量Ｗ[g/m²]に従って変化させて、記録媒体を搬送する。
【選択図】図１

Description

本発明は、インクの安定した乾燥・定着性を確保する画像形成装置に関する。

画像形成装置の高速化・対応記録媒体厚の拡大に対応し、インクの安定した乾燥・定着性を確保するためには加熱部の記録媒体搬送方向長さ(十分な加熱時間)を確保することが有効である。

しかし、装置サイズの制限との両立化のために、記録媒体の必要加熱温度に対して、加熱部の温度を高く設定し、短時間で用紙温度を上げる必要があり、記録媒体の厚み方向（印字面〜裏面)の温度が均一になる前に印刷媒体が加熱部を通過してしまうことがある。

記録媒体の記録面を加熱した場合は、加熱部通過後の記録媒体の厚み方向の温度は、記録面側が高く、裏面側が低くなる。そのため、記録面側から裏面側への熱伝達により、経過時間による記録面側の温度低下傾向が大きくなり、記録面側の温度は、温度低下傾向を見込んだ高い温度まで上昇させる必要がある。これにより記録ヘッド部通過中の記録媒体の温度勾配が大きくなる。

つまり、記録媒体搬送方向上流側の記録ヘッド通過時の記録媒体温度が高く、下流に進むに従い、記録媒体温度が低くなる。この場合、記録媒体搬送方向上流側のインク吐出面が高温となり、インクが乾燥し、インク吐出不良を発生させることが問題となる。

更には、記録媒体搬送方向に複数配置された記録ヘッド間の温度差を促進させ、各記録ヘッドの熱膨張差による印刷位置ずれを発生させる問題もある。

一方、記録媒体の裏面側を加熱した場合は、記録面側の温度を上げるために、裏面側の温度を必要以上に高く上げ、記録媒体により記録ヘッド部へ運ばれる熱量の増大をまねき、同様の問題を発生させる。

また、記録媒体の記録面、裏面の温度差を小さくする方法として、記録面と裏面の両面加熱方式が考えられるが、記録媒体の坪量が大きくなった場合、記録媒体厚み方向の中央部の温度が低い状態となり、記録媒体表面の温度が急激に変化し、同様の問題がある。

更に、記録媒体両面への加熱部が必要になり、装置を複雑化し、装置コストを高くする問題がある。

インクジェット式の画像形成装置におけるインクの乾燥機構としては、例えば特許文献１や特許文献２に記載の技術が提案されている。

図６は、特許文献１に記載のインク乾燥手段の構成を示す概略図である。ベルト式ヒータである加熱装置は、ヒータ３２と、記録紙加熱ベルト３３と、ドライブローラ３４と、加圧ローラ３５と、を有して構成される。

記録紙３８は、ヒータ３２によって加熱された記録紙加熱ベルト３３と加圧ローラ３５との間に挟まれて記録面側から圧接加熱され、ヘッド３１を有する記録部に送り出される。

このように短時間でインクを乾燥する手法として記録媒体搬送方向に対し、記録ヘッドの上流側に加熱部を設ける加熱乾燥方式が提案されている。

また、図７は、特許文献２に記載のヘッド乾燥防止手段の構成を示す概略図である。図に示すように記録ヘッド部４０間に加熱ロール１２６を配置し、加熱ロール１２６の上流部及び下流部に遮蔽板１３０Ａ、１３０Ｂを配置して、加熱ロール１２６と記録ヘッド部４０との断熱を行うことで、記録ヘッドノズル面の乾燥を防止する。

しかしながら、特許文献１に記載の技術は、記録ヘッドの記録媒体搬送方向上流側の加熱部による記録ヘッドのインク吐出面のインク乾燥防止に関する記述がない。

また、特許文献２に記載の技術は、加熱された記録媒体が印字ヘッド直下を通過するため、加熱ロール周りとヘッド部の断熱だけでは、ヘッドノズル面の乾燥を防止する効果が不十分であった。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、記録媒体搬送方向上流部、記録媒体片面加熱における記録ヘッドの乾燥による吐出不良の防止と乾燥によるインク定着性の両立を図ることを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明における画像形成装置は、記録ヘッドと、記録ヘッドに対し記録媒体の搬送方向上流側に記録媒体の記録面又は裏面から加熱する加熱手段と、を有し、記録媒体が加熱手段から記録ヘッドに搬送されるまでの搬送時間Ｓ[sec]を、記録媒体の表裏温度差が１０deg未満となるように記録媒体の坪量Ｗ[g/m²]に従って変化させて、記録媒体を搬送することを特徴とする。

Ｓ≧0.0012×Ｗ−0.0968を満たすように搬送することを特徴とする。

加熱手段又は記録ヘッドを搬送方向に移動させて搬送時間を制御することを特徴とする。

記録媒体の搬送速度を変化させて搬送時間を制御することを特徴とする。

高坪量Ｗ₁[g/m²]の記録媒体を使用する時の搬送速度Ｖ₁[m/sec]を低坪量Ｗ₂[g/m²]の記録媒体を使用する時の搬送速度Ｖ₂[m/sec]より遅くし、搬送速度Ｖ₁が
Ｖ₁≦((0.0012×Ｗ₂−0.0968)／(0.0012×Ｗ₁−0.0968))×Ｖ₂
であることを特徴とする。

記録ヘッドの搬送方向上流部に温度検出センサを有し、加熱手段は、温度検出センサの出力に基づき制御されることを特徴とする。

温度検出センサは、記録媒体の記録面側の温度を検出可能に配置したことを特徴とする。

本発明により、記録媒体搬送方向上流部、記録媒体片面加熱における記録ヘッドの乾燥による吐出不良の防止と乾燥によるインク定着性の両立を図ることが可能となる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。熱解析結果を示す図である。坪量に対する温度差１０degに必要な時間を示す図である。本発明の実施形態に係る画像形成装置の加熱部通過前後での記録媒体温度変化を示す概略図である。本発明の実施形態に係る画像形成装置の高坪量・低速モードでの加熱部通過前後での記録媒体温度変化を示す概略図である。特許文献１における説明図である。特許文献２における説明図である。

次に、発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る画像形成装置を示す概略構成図である。

画像形成装置の記録媒体１搬送経路は、インフィードローラ２、ニップローラ３、複数のガイドローラ４を介して、加熱ドラム５に到達し、複数のガイドローラ６を通過後、記録媒体搬送方向に沿って配置された複数の記録ヘッド部７a、７b、７c、７dを通過し、複数のガイドローラ８を介し、加熱部(図示せず)により再加熱され、複数のガイドローラ(図示せず)を介し、アウトフィードローラ９、ニップローラ１０により画像形成装置外に排出される。

記録ヘッド７は、記録媒体搬送方向に複数（本実施形態では、４列)配置され、Ｙ(イエロー)、Ｍ(マゼンダ)、Ｃ(シアン)、Ｋ(黒)のインクを記録媒体１に吐出し画像を形成する。

記録ヘッド７に対し、記録媒体１搬送方向上流部の加熱ドラム５は、記録媒体１の記録面との接触により記録媒体１を加熱可能であり、内部にヒータ１１を有する中空形状の円筒である。本実施形態では、記録媒体１の記録面側を加熱可能な配置となっているが記録媒体１の裏面側を加熱してもよい。

記録温度検出センサ１２が記録ヘッド７aの直前で記録媒体１の記録面側に配置され、記録媒体温度検出センサ１２の出力によりヒータ１１のオン-オフ制御が可能となっている。

坪量(厚み)が大きい用紙を加熱する場合、用紙の熱伝導率により、用紙表面〜裏面の温度は、均一とはならずに大きな差が生じることになる。熱解析の結果を図２に示す。各用紙坪量での加熱部出口の用紙表裏の温度差を横軸とし、表裏温度差が１０degとなるまでの経過時間は、図２のようになる。

搬送速度が２．５[m/sec]以上、坪量:Ｗ[g/m²]≧150では、加熱部出口の表裏温度差が４０deg以上となることが想定される。そこで、図２の近似式にて、x＝40とした時に表裏温度差が１０degとなる経過時間は、下記式にて近似できる（図３参照）。この近似式以上の経過時間を確保すれば、ヘッドダメージを軽減できる。

すなわち、記録媒体坪量Ｗ[g/m²]に応じて、前記加熱部５の搬送方向最下流位置から前記記録媒体１の搬送方向最上流に位置する記録ヘッド７aまでの記録媒体通過時間Ｓ[sec]を
Ｓ≧0.0012×Ｗ−0.0968
が満たされる位置に記録ヘッド７、もしくは加熱部５を配置すればよい。

このとき、記録ヘッド７と加熱ドラム５の位置を固定し、記録媒体坪量により、記録媒体搬送速度を切り替える方式としても良いし、搬送速度を一定として記録ヘッド７、もしくは加熱ドラム５の位置を
Ｓ≧0.0012×Ｗ−0.0968
が満たされる位置に記録媒体搬送方向に移動させることによっても同様の効果を得ることが可能である。

なお、記録ヘッド７や、加熱部５の移動は、好ましくは、坪量の検知、あるいは設定値に基づいて自動で変更するようにすると良い。また、加熱部の位置は、一旦設定したら、次に別の連量の用紙を印刷するまでは、変更しないようにすると良い。

本画像形成装置は、記録媒体１の搬送速度Ｖ：3.3[m/s]では、記録媒体坪量Ｗ：200[g/m²]までの記録媒体１を使用可能な仕様である。加熱部５の搬送方向最下流位置から記録ヘッド７aの搬送方向最上流位置までの記録媒体通過時間は、0.15[sec]≧0.0012×Ｗ[g/m²]−0.0968となっており、距離に換算して、495mmである。

図４は、本発明の実施形態に係る画像形成装置の加熱部通過前後での記録媒体温度変化を示す概略図である。

図４は、記録媒体と加熱ドラム５の接触開始から記録ヘッド７aに到達するまでの記録媒体加熱面(記録面)と非加熱面(裏面)の温度の推移を示しており、加熱ドラム５接触開始前の温度２０℃(加熱面、非加熱面)に対し、加熱ドラム５接触終了時に加熱面：６６℃、非加熱面：２９℃となり、加熱面と非加熱面の温度差が３７degとなっている。

記録ヘッド７a到達時では、加熱面：４６℃、非加熱面：３８℃となり、加熱面と非加熱面の温度差が８degとなる。記録ヘッドの乾燥による吐出不良発生温度：５０℃、乾燥必要温度40℃に対し、記録ヘッド７a到達時の加熱面温度が４６℃となるため、記録ヘッドの乾燥による吐出不良を防止でき、乾燥性の確保が可能な構成となっている。

また、記録媒体１の記録面、非記録面の温度差が少なくなった後に記録媒体が記録ヘッド部を通過するため、記録ヘッド７a、７b、７c、７dの記録媒体温度差に起因する温度差を低減することが可能となり、記録ヘッド７a、７b、７c、７d間の熱膨張による記録位置ずれを防止可能となっている。

記録媒体の拡張性機能として、厚紙対応時に印刷速度を落とすことを想定すると、記録媒体の搬送速度Ｖ₂を低速化してＶ₁とし、記録媒体1坪量Ｗ₁：300[g/m²]を使用する場合がある(前記より、Ｗ₂：200[g/m²]、Ｖ₂：3.3[m/s])。このときＶ₁としては、
Ｖ₁ [m/s] ≦((0.0012×Ｗ₂−0.0968)／(0.0012×Ｗ₁−0.0968))×Ｖ₂
となる。

図５は、本発明の第実施形態に係る画像形成装置の高坪量・低速モードでの加熱部通過前後での記録媒体温度変化を示す概略図である。

図５では、低速、高坪量使用時(Ｖ₁：１．８[m/s]、Ｗ₂：３００[g/m²])での記録媒体と加熱ドラム５の接触開始から記録ヘッド７aに到達するまでの記録媒体加熱面(記録面)と非加熱面(裏面)の温度の推移を示しており、加熱ドラム５接触開始前の温度２０℃(加熱面、非加熱面)に対し、加熱ドラム５接触終了時に加熱面：６７℃、非加熱面：２７℃となり、加熱面と非加熱面の温度差が４０degとなっている。

記録ヘッド７a到達時では、加熱面：４７℃、非加熱面：３８℃となり、加熱面と非加熱面の温度差が９degとなる。低速、高坪量使用時においても、高速、低坪量使用時と同様に記録ヘッドの乾燥による吐出不良発生温度：５０℃、乾燥必要温度４０℃に対し、記録ヘッド７a到達時の加熱面温度が４７℃となるため、記録ヘッドの乾燥による吐出不良を防止でき、乾燥性の確保が可能な構成となっている。

本実施形態によれば、加熱ドラム５の温度制御は、記録ヘッド７a直前の記録媒体温度により制御され、記録ヘッドの乾燥による吐出不良発生温度：５０℃より低い温度である４６℃に制御される。

これにより、記録媒体の厚みによる加熱ドラム５設定温度変更が不要となり、厚み情報の誤設定による過剰加熱による記録ヘッド７のインク吐出面のインク乾燥による吐出不良、加熱不足による乾燥性低下(定着不良)を防止可能となる。

更に、温度センサが記録ヘッドの乾燥、インクの定着性への影響が大きい記録媒体の記録面側を検出する構成となり、吐出面のインク乾燥による吐出不良、加熱不足による乾燥性低下(定着不良)を防止可能となる。

本発明の実施形態における第一の手段は、記録媒体の搬送方向に複数の記録ヘッドが配置され、前記記録ヘッドに対し前記記録媒体の搬送方向上流側に前記記録媒体を加熱可能な加熱部を有し、前記加熱部は前記記録媒体の記録面もしくは、裏面を加熱可能な位置に配置され、前記記録媒体の搬送速度が２．５[m/sec]以上であり、坪量:Ｗ[g/m²]≧150の記録媒体に記録可能であるインクジェット式の画像形成装置において、前記加熱部の搬送方向最下流位置から前記記録媒体の搬送方向最上流に位置する記録ヘッドまでの記録媒体通過時間Ｓ[sec]を画像形成装置にて使用する記録媒体の坪量Ｗ[g/m²]により、Ｓ≧0.0012×Ｗ−0.0968となるように配置したことにより、記録媒体の加熱面、非加熱面の温度差が緩和した後に記録媒体を記録ヘッド部に搬送できるので、記録ヘッドへの過剰な熱供給を防止でき、記録ヘッドのインク吐出部のインクの乾燥による吐出不良の防止と記録媒体上のインクの乾燥・定着を両立することができる。

本発明の実施形態における第二の手段は、前記記録ヘッド７もしくは、前記加熱部５が前記記録媒体１の搬送方向に移動可能な構成とし、前記記録媒体の坪量Ｗ[g/m²]に応じて、前記加熱部５の搬送方向最下流位置から前記記録媒体(1)の搬送方向最上流に位置する記録ヘッド７ａまでの記録媒体通過時間Ｓ[sec]をＳ≧0.0012×Ｗ−0.0968が満たされる位置に記録ヘッド７もしくは、加熱部５を移動させることにより、記録媒体の加熱面、非加熱面の温度差が緩和した後に記録媒体を記録ヘッド部に搬送できるので、記録ヘッドへの過剰な熱供給を防止でき、記録ヘッドのインク吐出部のインクの乾燥による吐出不良の防止と記録媒体上のインクの乾燥・定着を両立することができる。

本発明の実施形態における第三の手段は、記録媒体１の搬送方向に複数の記録ヘッド７が配置され、前記記録ヘッド７に対し、前記記録媒体１の搬送方向上流側に前記記録媒体を加熱可能な加熱部５を有し、前記加熱部５は前記記録媒体１の記録面もしくは、裏面を加熱可能な位置に配され、前記記録媒体１の坪量により、印刷媒体搬１送速度が切り替え可能なインクジェット式画像形成装置において、高坪量Ｗ₁[g/m²]の記録媒体を使用する時の搬送速度Ｖ₁[m/sec]を低坪量Ｗ₂[g/m²]の記録媒体を使用する時の搬送速度Ｖ₂[m/sec]より遅くし、搬送速度Ｖ₁をＶ₁≦((0.0012×Ｗ₂−0.0968)／(0.0012×Ｗ₁−0.0968))×Ｖ₂とすることにより、記録媒体の加熱面、非加熱面の温度差が緩和した後に記録媒体を記録ヘッド部に搬送できるので、記録ヘッドへの過剰な熱供給を防止でき、記録ヘッドのインク吐出部のインクの乾燥による吐出不良の防止と記録媒体上のインクの乾燥・定着を両立することができる。

本発明の実施形態における第四の手段は、前記記録ヘッドの前記記録媒体の搬送方向上流部に前記記録媒体の温度検出センサを設け、前記加熱部が前記温度検出センサの出力に基づき制御するので、記録媒体の厚みによる加熱部設定温度の誤設定による記録媒体のインク乾燥・定着不良、記録ヘッドのインク吐出部のインクの乾燥による吐出不良を防止できる。

本発明の実施形態における第五の手段は、記録温度検出センサは、記録媒体の記録面側の温度を検出可能に配置するので、インク乾燥・定着性、記録ヘッドのインク乾燥に影響の大きい記録面側の温度を管理可能となり、記録媒体のインク乾燥・定着不良、記録ヘッドのインク吐出部のインクの乾燥による吐出不良を防止できる。

以上、実施の形態を説明したが、特許請求の範囲に定義された本発明の広範囲な趣旨および範囲から逸脱することなく、これら実施の形態や具体例に様々な修正および変更が可能である。

１記録媒体
２インフィードローラ
３ニップローラ
４ガイドローラ
５加熱ドラム
６ガイドローラ
７記録ヘッド
８ガイドローラ
９アウトフィードローラ
１０ニップローラ
１１ヒータ
１２記録媒体温度検出センサ

特許第３４０８７８７号公報特開２００５−４１１２４号公報

Claims

記録ヘッドと、
前記記録ヘッドに対し記録媒体の搬送方向上流側に前記記録媒体の記録面又は裏面から加熱する加熱手段と、を有し、
前記記録媒体が前記加熱手段から前記記録ヘッドに搬送されるまでの搬送時間Ｓ[sec]を、前記記録媒体の表裏温度差が１０deg未満となるように前記記録媒体の坪量Ｗ[g/m²]に従って変化させて、前記記録媒体を搬送することを特徴とする画像形成装置。
Ｓ≧0.0012×Ｗ−0.0968を満たすように搬送することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
前記加熱手段又は前記記録ヘッドを前記搬送方向に移動させて前記搬送時間を制御することを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。
前記記録媒体の搬送速度を変化させて前記搬送時間を制御することを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。
高坪量Ｗ₁[g/m²]の記録媒体を使用する時の搬送速度Ｖ₁[m/sec]を低坪量Ｗ₂[g/m²]の記録媒体を使用する時の搬送速度Ｖ₂[m/sec]より遅くし、搬送速度Ｖ₁が
Ｖ₁≦((0.0012×Ｗ₂−0.0968)／(0.0012×Ｗ₁−0.0968))×Ｖ₂
であることを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
前記記録ヘッドの前記搬送方向上流部に温度検出センサを有し、
前記加熱手段は、前記温度検出センサの出力に基づき制御されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
前記温度検出センサは、前記記録媒体の記録面側の温度を検出可能に配置したことを特徴とする請求項６記載の画像形成装置。