JP2011084041A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】中間転写体を用いたインクジェット方式の画像形成装置において、キャップ部材（キャッピング機構）を設けることなくノズル近傍におけるインク溶媒の蒸発、異物の付着等の問題を解消できるとともに、長期に亘ってその性能を維持できるようにする。
【解決手段】記録ヘッド１０は、複数のノズル１３を有するノズルプレート１１と、インク室１５と、該インク室１５に収容された液体としてのインク１２と、ノズル１３からインク１２を吐出させるインク吐出手段などから構成される。印字（画像形成）が終わり画像形成装置が休止状態に入る際には、図１（ｂ）に示すように、中間転写体２０が記録ヘッド１０に押し付けられる。このキャッピング動作により、ノズル面は中間転写体２０の表面により略密閉状態に塞がれ、各ノズル１３は外気から遮断される。
【選択図】図１

Description

本発明は、中間転写体にインクジェット方式で画像を形成し被記録材(記録媒体)に転写することで被記録材上に画像を形成する画像形成装置に関する。

インクジェット方式の画像形成装置における液滴吐出方式には、ピエゾ方式に代表される可動アクチュエータ方式やサーマル方式に代表される加熱膜沸騰方式などがあるが、いずれも微小ノズルを通してインクを液滴化し、画像情報に応じて紙等の記録媒体に付着させる画像形成技術である。
このようなインクジェット方式は、電子写真方式に比べた場合の装置構成の簡便さから、プリンタ、ファクシミリ、及び複写機等への適用範囲が拡大しつつある。また、電気回路形成やバイオテクノロジーへの応用など、新たな領域への発展が期待されている。

一方で、インクジェット記録装置が画像形成を行わない休止状態であるときには、記録ヘッドは長時間大気に晒されているので、ノズルに増粘または乾燥したインクが溜まり、あるいは異物が付着する等の影響で、インク滴の飛翔方向が乱れたり、インクが吐出されないなど画像品質や信頼性を損なう問題があった。
そこで、特許文献１に記載されているように、従来のインクジェット画像形成装置では、ノズル面をキャッピングするキャップ（キャッピング機構）を備え、ノズル面を密閉して水分等の蒸発を抑制することが不可欠となっている。
中間転写体を用いたインクジェット装置においてもキャッピング機構が必要であり、キャップ部材も同様な構成となっている。
特許文献２には、ヘッドの側面に沿って移動可能で、ノズル面と中間転写体の表面との間の隙間を密閉することが可能なキャップを設置するという提案がなされている。

上記のように、インクジェット方式の画像形成装置ではノズルを密閉状態とするためのキャッピング機構が不可欠であり、装置の大型化、複雑化、高価格化を招いていた。
また、ヘッドがライン型ヘッドである場合にはヘッドの長さに合わせた長尺のキャップ部材が必要であるため、これに伴ってキャッピング機構も大型化し、上記問題も顕著となる。
特許文献２に記載のキャッピング方式では、中間転写体を利用するため上記問題を抑制できるが、キャップ自体を記録ヘッドに対して摺動させる構成であるため、キャップの経時的劣化が懸念され、劣化した場合には記録ヘッドとの間に隙間が生じてインクの増粘や乾燥問題を抱えることになる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、中間転写体を用いたインクジェット方式の画像形成装置において、キャップ部材（キャッピング機構）を設けることなくノズル近傍におけるインク溶媒の蒸発、異物の付着等の問題を解消できるとともに、長期に亘ってその性能を維持できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、記録液を液滴状に吐出するノズルを備えた単数あるいは複数の記録ヘッドと、前記液滴を受けることによって表面に画像を形成される中間転写体と、を有し、前記記録ヘッドのノズルを前記中間転写体でキャッピングするように、前記記録ヘッドと前記中間転写体のうち少なくとも一方が移動可能に設けられていることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の画像形成装置において、前記記録ヘッドを複数有し、各記録ヘッドにおける前記ノズルが形成されたノズル面は互いに平行で、かつ前記中間転写体は前記ノズル面と対向する部分に該ノズル面と略平行な画像形成面を有し、前記複数のノズル面と前記画像形成面との間は略等間隔に設定されていることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１記載の画像形成装置において、前記記録ヘッドを複数有し、各記録ヘッドは、各記録ヘッドにおける前記ノズルが形成されたノズル面が前記中間転写体の前記ノズル面と対向する部分に対して略平行になるように設置され、前記各記録ヘッドが前記ノズル面の法線方向に移動することを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記中間転写体の表面の材質が弾性体であることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記中間転写体上に付着した液を除去する除去手段を有していることを特徴とする。
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記記録ヘッドがライン型ヘッドであることを特徴とする。
請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記記録ヘッドの周りを囲うように設けられ、キャッピング時前記ノズルまたは前記ノズル面よりも前記中間転写体側に突出した凸部材を有していることを特徴とする。
請求項８記載の発明は、請求項７記載の画像形成装置において、前記凸部材の前記中間転写体側先端部が丸みを有していることを特徴とする。
請求項９記載の発明は、請求項７または８記載の画像形成装置において、前記中間転写体の表面にクリーニング液を供給するクリーニング液供給手段を有し、キャッピング時、供給されたクリーニング液を前記記録ヘッドと前記中間転写体と前記凸部材とで囲まれる領域に保持することを特徴とする。

本発明によれば、記録ヘッドあるいは中間転写体の少なくともどちらか一方が移動し、前記記録ヘッドのノズルと前記中間転写体の隙間をなくすことによって、前記中間転写体が前記ノズルのキャッピングの役割を果たし、キャッピング部材を新たに設けることなく前記ノズルの汚染、乾燥を防止することができる。
さらに、インクジェット記録装置が休止状態である際に、キャッピングのためにヘッドを退避移動させる必要がなくなるために、装置の単純化、小型化が可能となる。
また、記録ヘッドが複数ある場合においては、それぞれのノズル面が互いに平行で、かつ前記中間転写体のノズル面と対向する部分に対して略平行かつ同じ距離になるように設置されていることによって、中間転写体がノズルに対して近づく、またはノズルを同時に中間転写体に近づけることでキャッピングが可能となり、可動部分を最小限にすることができる。

前記記録ヘッドはそれぞれのノズル面が前記中間転写体のノズル面と対向する部分に対して略平行になるように設置され、前記記録ヘッドがノズルプレートの法線方向に移動する移動手段を有することで、前記中間転写体の形状に依らずノズルの密閉性が得られる。
また、中間転写体の表面が弾性体であることによって、ヘッドの形状に合わせて前記中間転写体の表面が変形するため、キャッピングのムラを少なくすることができる。
また、中間転写体上に付着したインクを除去する除去手段を持つことによって、キャッピングによって前記中間転写体に付着するインクによる画像の低下を防ぐことができる。
また、記録ヘッドがライン型である場合には、走査型ヘッドに比べて、キャッピングの機構が大型であるため、本発明による効果がより大きなものとなる。
また、記録ヘッドの周りを囲うような凸部材を有することで中間転写体を凸部材に押し付けることによって、ノズルの周りの空間を記録ヘッドと中間転写体と凸部材とによって密閉することができる。凸部材は記録ヘッドに固定されているので、記録ヘッドとの位置関係は常に一定に保たれ、長期に亘って良好なキャッピング機能を得ることができる。
また、凸部材の先端部が丸みを帯びていることによって中間転写体を凸部材に押し付けた際に中間転写体にかかる圧力を軽減させ、中間転写体の表面の変形を防止することができる。
また、記録ヘッドと中間転写体と凸部材とで囲まれる領域に液体を注入できる手段を有することで、その領域にクリーニング液を入れることによって、ノズルプレート等に付着している顔料などを取り除くことが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係るキャッピング原理を示す図である。 制御ブロック図である。 第１の実施形態に係る画像形成装置の要部を示す図で、（ａ）は印字状態を示す図、（ｂ）はキャッピング状態を示す図である。 第２の実施形態に係る画像形成装置の要部を示す図で、（ａ）は印字状態を示す図、（ｂ）はキャッピング状態を示す図である。 第２の実施形態におけるキャッピング原理を示す図である。 凸部材を示す図で、（ａ）は取り付け状態を示す図、（ｂ）はＸ−Ｘ線における断面図である。 第３の実施形態に係る画像形成装置の要部を示す図で、（ａ）は印字状態を示す図、（ｂ）はキャッピング状態を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
図１乃至図３に基づいて第１の実施形態を説明する。まず、図１に基づいて、本実施形態に係る画像形成装置（インクジェットプリンタ）のキャッピングの原理を説明する。
記録ヘッド１０は、図示しないヘッド本体と、複数のノズル１３を有するノズルプレート１１と、インク室１５と、該インク室１５に収容された液体としてのインク１２と、ノズル１３からインク１２を吐出させるインク吐出手段としての圧電素子３６（図２参照）などから構成される。ノズルプレート１１の吐出側の面を以下「ノズル面」と言う。
記録ヘッド１０は中間転写体２０の上記ノズル面と対向する部分に対して略平行であることが望ましい。ここで言う「略平行」とは、記録ヘッド１０に対して中間転写体２０を押し付けた時に中間転写体２０の弾性によってノズル１３の全てが中間転写体２０に覆われる程度に記録ヘッド１０と中間転写体２０が平行であることを言う。
このことによって、キャッピングの際にノズルを中間転写体２０の接触面に対し垂直な方向に押し当てることができる。逆に平行でない場合には、記録ヘッド１０に対して中間転写体２０を押し付けた時にノズルプレート１１及び記録ヘッド１０の一部分に対して大きな負荷が掛かってしまい、ノズルプレート１１等を破壊してしまう虞がある。

図２に示すように、記録ヘッド１０はマイクロコンピュータとしての制御手段３０によって制御される。制御手段３０はヘッド駆動回路３４を介して圧電素子３６を制御する。圧電素子３６に印加される電圧パルスに応じてノズル１３よりインクが吐出され、中間転写体２０上に着液して画像が形成される。
中間転写体２０は、中間転写体移動機構３２により記録ヘッド１０に対して接離自在に設けられている。

印字（画像形成）が終わり画像形成装置が休止状態に入る際には、図１（ｂ）に示すように、中間転写体移動機構３２が駆動されて中間転写体２０が記録ヘッド１０に押し付けられる。このキャッピング動作により、ノズルプレート１１のノズル面の一部は中間転写体２０の表面により略密閉状態に塞がれ、各ノズル１３は外気から遮断される。
中間転写体２０の少なくとも表面がシリコーンゴム等の弾性材料で形成されていれば、ノズル面と中間転写体２０との対向面精度（位置精度及び平行精度）がやや低くても密着自由度が大きいことにより密閉状態を確保できる。但し、これに限定される趣旨ではなく、対向面精度が確保されていれば、中間転写体２０の表面が弾性を有していなくても実用的な密閉状態は確保することができる。
なお、本実施形態では中間転写体２０を記録ヘッド１０に対して移動（接離）する構成としたが、記録ヘッド１０が中間転写体２０に対して移動する構成でもよく、記録ヘッド１０と中間転写体２０が共に移動する構成でもよい。
印字中は図１（ａ）に示すように、ノズル１３と中間転写体２０は離れており、その距離は画質及び中間転写体２０の回転ぶれ等を考慮すると５０μｍ〜１ｍｍ程度が望ましいが、他の距離でも構わない。

図３に基づいて、上記原理を応用した実施形態を説明する。
図３（ａ）に示すように、フルカラー画像を形成可能なインクジェットプリンタは、無端ベルト状の中間転写体２０と、中間転写体２０の直線状に延びる水平面部分に対向して配置されたイエロー画像用の記録ヘッド１０Ｙと、マゼンタ画像用の記録ヘッド１０Ｍと、シアン画像用の記録ヘッド１０Ｃと、ブラック画像用の記録ヘッド１０Ｋとを有している。記録ヘッド１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋはいずれもライン型ヘッドである。
各記録ヘッド１０におけるノズルが形成されたノズル面は互いに平行で、かつ中間転写体２０はノズル面と対向する部分に該ノズル面と略平行な画像形成面を有し、複数のノズル面と前記画像形成面との間は略等間隔に設定されている。

中間転写体２０は３つの支持ローラ３７、３８、３９に掛け回されて回転移動可能に支持されており、記録媒体への転写部位には、支持ローラ３９に対向して加圧ローラ４０が設けられている。
支持ローラ３９と支持ローラ３７との間における転写部位の下流には、中間転写体２０上の転写残インクを除去（初期化）する除去手段としてのクリーニングブレード５０が設けられている。

図３（ａ）は印字中の状態を示しており、図３（ｂ）は休止状態で、キャッピング中の状態を表している。中間転写体２０はシリコンベルトを使用しており、該中間転写体２０と支持ローラ３７、３８、３９、クリーニングブレード５０を含む中間転写体ユニットは、中間転写体移動機構３２により上下方向（破線矢印方向）に移動して記録ヘッドユニット（１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ）に対して接離可能となっている。勿論、記録ヘッドユニットが中間転写体２０に対して移動する形でも構わない。
中間転写体２０の素材としては、転写性を考慮すると撥水性が高く平滑な弾性材料であることが好ましいが、シリコンベルトに限らない。中間転写体２０の直線部分（水平部分）に対向して記録ヘッド(１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ)が設置されている。記録ヘッド(１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ)によって中間転写体２０に形成された画像は、中間転写体２０を介して支持ローラ３９と加圧ローラ４０とが圧接する転写部位で記録媒体としての用紙６０に転写される。
用紙６０は図示しない給紙手段（レジストローラ対を含む）により所定のタイミングで給紙され、上記転写部位で挟持・加圧搬送される。

中間転写体２０の表面を初期化するクリーニングブレード５０は中間転写体２０にその一部を当接することで、中間転写体表面の転写残インクを掻き取るような機能があればよく、絶縁で、耐磨耗性が必要となる。
これを満たす材料として、例えば、シリコーンゴム、ニトリルゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴム、またそれらにフッ素コートしてあるエラストマーなどが好ましい。
記録ヘッド(１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ)としては、例えば市販のインクジェットプリンタ(ＧＸ５０００、リコー製)を採用できる。また、インクは例えば市販のインク(ＧＣ２１Ｃ、ＧＣ２１Ｍ、ＧＣ２１Ｙ、ＧＣ２１Ｋ リコー製)を採用できる。

続いてキャッピング動作について説明する。図３（ａ）の状態で印字が終了すると、図３（ｂ）に示すように中間転写体ユニットを記録ヘッド(１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ)に向かって上方に移動させ、中間転写体２０の水平部分が各記録ヘッド(１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ)のノズル面に当接した状態で停止する。
これにより、各ノズルは略密閉され、外気から遮断されて乾燥及び汚染が防止される。

図４乃至図６に基づいて第２の実施形態を説明する。なお、上記実施形態と同一部分は同一符号で示し、特に必要がない限り既にした構成上及び機能上の説明は省略して要部のみ説明する（以下の他の実施形態において同じ）。
上記実施形態と異なる点は、図４に示すように、各記録ヘッドの周りを囲うように設けられ、キャッピング時ノズルまたはノズル面よりも中間転写体側に突出した凸部材１４を有していること、中間転写体２０の表面にクリーニング液を供給するクリーニング液供給手段７０を有していることである。
凸部材１４によるキャッピング時の密閉化機能の原理を説明すると、図５に示すように、ノズル面が中間転写体２０の表面に当接しない状態で凸部材１４の下端部が中間転写体２０の表面に当接し、ノズル面周囲の空間が密閉状態となる。
具体的には、図６（ａ）に示すように、凸部材１４はプラスチックにより各記録ヘッド１０のヘッド本体７２の外周を囲む形状に形成され、ヘッド本体７２の下端部に固定されている。
凸部材１４の下端部（中間転写体側先端部）は、図６（ｂ）に示すように丸みを有している。凸部材１４の下端部が丸みを帯びていると中間転写体２０に掛かる圧力が分散され、中間転写体２０の変形を防止できる。
本実施形態では中間転写体２０が平面であるため、凸部材１４の下端部も直線状に形成されるが、中間転写体がドラム状の場合には、二点鎖線で示すように、中間転写体の表面に沿った湾曲形状に形成される。
凸部材１４はゴム等の弾性を有する材料で形成してもよい。このようにすれば、キャッピング時の密閉状態を向上させることができる。

本実施形態におけるキャッピング動作及びクリーニング動作について説明する。
図４（ａ）の状態で印字が終了すると、図４（ｂ）に示すように中間転写体ユニットを記録ヘッド(１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ)に向かって上方に移動させ、中間転写体２０の水平部分が各記録ヘッド(１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ)の凸部材１４に当接した状態で停止する。
中間転写体２０の水平部分が凸部材１４に押し付けられることにより、各記録ヘッド１０のノズルプレート１１は記録ヘッド１０、中間転写体２０、凸部材１４によって囲まれた空間に略密閉される。
次にクリーニングを行いたい時には、中間転写体２０を押し付けていない状態、すなわち図４（ａ）に示す印字位置で、クリーニング液供給手段７０によりクリーニング液を記録ヘッド１０の間隔と同じ間隔で中間転写体２０の表面に適量塗布する。その後図４（ｂ）に示すように、中間転写体２０を移動させて凸部材１４に押し付けることによって、記録ヘッド１０、中間転写体２０、凸部材１４によって囲まれた空間をクリーニング液７１で満たし、汚れ等を除去する。

クリーニング液としてはインクの色材の分散性を高める方向に働くものを使うことが好ましい。今回用いたインクはアニオン性であるため、クリーニング液はアルカリ性であることが好ましい。インクと同様に乾燥を防ぐため、不揮発性の水溶性有機溶媒を用いることが好ましい。クリーニング液の供給にはポンプを使用するため、低粘度であることが望ましい。

図７に基づいて第３の実施形態を説明する。
図７（ａ）は印字中の状態を表しており、図７（ｂ）は休止状態で、キャッピング中の状態を表している。中間転写体２０はドラム状のものを使用しており、アルミニウム製のドラム状の支持体と表面層としてシリコーンゴムからなるものを用いている。
支持体は機械的強度があればよく、アルミニウム製に限らない。また、表面層は転写性を考慮すると撥水性が高く平滑な弾性材料であることが好ましいが、シリコーンゴムに限らない。
中間転写体２０の周りには、その表面形状に沿って記録ヘッド(１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ)が設置されている。記録ヘッド(１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ)は可動式となっており、図示しない移動機構によりそれぞれ矢印で示す方向に移動することができるようになっている。
すなわち、各記録ヘッド１０は、各記録ヘッド１０におけるノズルが形成されたノズル面が中間転写体２０のノズル面と対向する部分に対して略平行になるように設置され、各記録ヘッド１０はノズル面の法線方向（中間転写体２０の中心を通る方向）に移動可能となっている。

図７（ａ）の状態で印字が終了すると、図７（ｂ）に示すように、記録ヘッド(１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ)を中間転写体２０に向かって移動させ、ノズル面を中間転写体２０の表面に押し付けた状態で停止させる。これにより、各記録ヘッド１０のノズルは外気から遮断され、乾燥及び汚染を防止される。

上記実施形態では、中間転写体としてドラム状のものやベルト状のものを例示したが、これに限らず、シート状のものなどでも構わない。
また、インクの吐出の方式は圧電素子以外の形状変形素子方式でも良いし、加熱ヒータ方式などの他の手段でも構わない。
また、適用可能なインクに関しては、発明の効果の大小はあるが市販されている一般的なインク全般に関して適用することが可能である。

１０ 記録ヘッド
１２ 記録液としてのインク
１３ ノズル
１４ 凸部材
２０ 中間転写体
５０ 除去手段としてのクリーニングブレード
７０ クリーニング液供給手段
７１ クリーニング液

特開２００３−１８３９号公報 特開２００６−２８１５４２号公報

Claims (9)

1. 記録液を液滴状に吐出するノズルを備えた単数あるいは複数の記録ヘッドと、
   前記液滴を受けることによって表面に画像を形成される中間転写体と、を有し、
   前記記録ヘッドのノズルを前記中間転写体でキャッピングするように、前記記録ヘッドと前記中間転写体のうち少なくとも一方が移動可能に設けられていることを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１記載の画像形成装置において、
   前記記録ヘッドを複数有し、各記録ヘッドにおける前記ノズルが形成されたノズル面は互いに平行で、かつ前記中間転写体は前記ノズル面と対向する部分に該ノズル面と略平行な画像形成面を有し、前記複数のノズル面と前記画像形成面との間は略等間隔に設定されていることを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１記載の画像形成装置において、
   前記記録ヘッドを複数有し、各記録ヘッドは、各記録ヘッドにおける前記ノズルが形成されたノズル面が前記中間転写体の前記ノズル面と対向する部分に対して略平行になるように設置され、前記各記録ヘッドが前記ノズル面の法線方向に移動することを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の画像形成装置において、
   前記中間転写体の表面の材質が弾性体であることを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の画像形成装置において、
   前記中間転写体上に付着した液を除去する除去手段を有していることを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の画像形成装置において、
   前記記録ヘッドがライン型ヘッドであることを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１つに記載の画像形成装置において、
   前記記録ヘッドの周りを囲うように設けられ、キャッピング時前記ノズルまたは前記ノズル面よりも前記中間転写体側に突出した凸部材を有していることを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項７記載の画像形成装置において、
   前記凸部材の前記中間転写体側先端部が丸みを有していることを特徴とする画像形成装置。
9. 請求項７または８記載の画像形成装置において、
   前記中間転写体の表面にクリーニング液を供給するクリーニング液供給手段を有し、キャッピング時、供給されたクリーニング液を前記記録ヘッドと前記中間転写体と前記凸部材とで囲まれる領域に保持することを特徴とする画像形成装置。

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