JP2011173326A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 インク画像の種類によらず均一な乾燥状態を得、それにより高画質な画像を得ることができる画像形成装置を提供すること。
【解決手段】 電界による蒸発促進作用を利用して中間転写体上のインク画像を乾燥させることを特徴とする、画像形成装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は画像形成装置に関する。

近年、印刷物の多品種小ロット化や短納期化といった市場の要求に応える上で、インクジェット画像形成方式およびそれを用いた装置が好適な技術として注目されている。しかしこの方式においては特有の画像品位低下現象がある。１つは表面平滑性の高い印刷用紙に直接インクジェット記録ヘッドを用いてインクを付与した場合に、インクが紙に吸収されきれずに表面に残り、隣接して付与されたインク滴同士が混ざりあってしまうブリーディングと呼ばれる現象である。また、先に着弾したインク滴が後に着弾したインク滴に引き寄せられてしまうビーディングと呼ばれる現象により、画像形成品位の低下や乾燥不良を引き起こすこともある。

このような画像品位低下現象を低減するために、中間転写体上にインクジェット記録ヘッドによりインク画像を形成し、そのインク画像から液体成分を減少させ、それを所望の記録媒体に転写し最終画像を形成する方式が各種提案されている。特許文献１には、インクからなる画像を一時的に担持する中間転写体と、中間転写体上にインクジェット記録ヘッドからインクを吐出してインク画像を形成する描画ユニットと、該中間転写体上に形成されたインク画像から液体分を減少させる乾燥ユニットと、該中間転写体上のインク画像に記録媒体を重ね合わせ転写する転写ユニットと、該中間転写体を上記各ユニットに搬送する搬送ユニットとを有する転写型インクジェット画像形成装置が例示されている。これは中間転写体上にインクで描画を行い、中間転写体上のインク画像を加熱してインク中の液体分を減少させた後、それを記録媒体に転写するものである。具体的なインク画像の加熱の手段として、赤外線ヒータや高温空気の吹き付けによってインク画像を直接加熱する手段と、中間転写体が外部に設置されたドラムの内側から加熱する手段が例示されている。特許文献２には、中間転写体上に１ページ分の画像を描画した後のインク画像の加熱乾燥工程において、その画像データに基づいてインク画像の加熱時間・温度を制御するインクジェット画像形成方式が提案されている。

特開昭６２−０９２８４９公報 特開平６−１８２９８２公報

このような転写型のインクジェット記録方式においては、中間転写体上のインク画像の乾燥状態が記録媒体上の最終画像の画質に大きく影響する。中間転写体上のインク画像中の液体分が過剰な場合、転写工程において余剰の液体がはみ出したりあふれ出したりして画像を乱したり転写不良を引き起こしたりするためである。また、液体分が減少しすぎた場合は、記録媒体への転写工程において高圧力での転写が必要となり、圧力の不足による転写残り等が発生しやすくなるためである。

しかしながら特許文献１に記載のインク画像の加熱手段では、インク画像によって中間転写体上のインクの量は異なるため、インク画像の種類によって乾燥状態が異なってしまい、最終画像の画質が劣化する場合があるという問題点があった。また、特許文献２に記載のインク画像の加熱手段では、インク画像の画像データに基づいてそのインク画像の加熱時間・温度を制御するため、インク画像の種類が異なっても乾燥状態を均一に保ちやすい。しかし、同一画像の中でインク量が大きく異なる部分が存在する場合は、インク画像内のインク量が多い部分と少ない部分を均一な乾燥状態にすることはやはり困難である。また、一般にヒータなどを用いた温度の昇降は、応答性・制御性やエネルギー効率に課題がある場合が多く、ヒータの温度変更に時間や電力を要することとなり、印字速度の低下や消費電力の増大等の原因となる場合がある。

よって本発明の目的は、印字速度の低下や消費電力の増大を招来すること無しにインク画像の種類によらず均一な乾燥状態を得、それにより高画質な画像を得ることができる画像形成装置を提供することにある。

本発明者は先述した背景技術を深く鑑み、鋭意検討の結果、以下に示す構成が画像形成装置として課題に対し優れた性能を有することを見出し、本発明を成すに至った。即ち、インクからなる画像を一時的に担持する中間転写体と、中間転写体上にインクジェット記録ヘッドからインクを吐出してインク画像を形成する描画ユニットと、該中間転写体上に形成されたインク画像から液体分を減少させる乾燥ユニットと、該中間転写体上のインク画像に記録媒体を重ね合わせ転写する転写ユニットと、該中間転写体を上記各ユニットに搬送する搬送ユニットと、を有する画像形成装置において、前記乾燥ユニットに、インク画像に電界を与える電極および対極と、該電界の強度を制御する電界制御装置とを具備する事を特徴とする画像形成装置である。

本発明によれば、印字速度の低下や消費電力の増大を招来すること無しにインク画像の種類によらず均一な乾燥状態を得、それにより高画質な画像を得ることができる画像形成装置を提供することができる。

画像形成装置の模式図である。 中間転写体の一部分の模式図である。

以下に、本発明にかかる画像形成装置の実施例を挙げて、本発明をさらに具体的に説明する。もちろん、本発明はこれに限られるものではない。

本発明の画像形成装置は、インクからなる画像を一時的に担持する中間転写体と、中間転写体上にインクジェット記録ヘッドからインクを吐出してインク画像を形成する描画ユニットと、該中間転写体上に形成されたインク画像から液体分を減少させる乾燥ユニットと、該中間転写体上のインク画像に記録媒体を重ね合わせ転写する転写ユニットと、該中間転写体を上記各ユニットに搬送する搬送ユニットとを有する。図１は本発明を適用できる画像形成装置の概略構成を示す模式図である。ドラム状の中間転写体２の周囲にインクジェット記録ヘッド１、電極１０、加圧ローラ６が順次配置されており、中間転写体２の円筒内部に対極となる平板電極７が配置されている。記録ヘッドからインクを吐出してインク画像を形成するユニットを、描画ユニットとする。平板電極７は電圧発生装置８に接続されており、電極１０も電界制御装置９を介して電圧発生装置８に接続されている。中間転写体２の回転方向は矢印で示してある。図１においては中間転写体２はドラム状の形態を示している。中間転写体２が記録媒体３と少なくとも線接触可能となるものであれば、適用する印刷装置の形態ないしは被印刷体への転写に態様に合わせ、例えばローラ状、ベルト状の物も好適に使用することができる。また、中間転写体２の表面はインク画像を保持する部分であり、後述するように紙などの記録媒体３に圧着させて画像を転写させるため、中間転写体２の表面は弾性体であることが望ましい。好ましくはデュロメータ・タイプＡ（ＪＩＳ Ｋ６２５３準拠）硬度１０〜１００°の範囲のものであり、特に４０〜８０°の範囲のものであれば、殆どの記録媒体３に対応できるため極めて好適である。その材質としてはポリウレタンなどの樹脂、セラミックなど各種材料を適宜用いる事ができるが、前記特性および加工特性より合成ゴムが好ましく用いられる。特に記録媒体３へのインク転写性等の観点から、シリコーンゴムもしくはフッ素ゴムが好ましい。

画像形成のために使用されるインクジェット記録ヘッド１は、そのインク吐出方式や形態について特に限定されるものではない。コンティニュアス方式のほか、電気熱変換素子（発熱素子）や電気機械変換素子（ピエゾ素子）などを用いるオンデマンド方式にてインク吐出を行うものを用いることもできる。

またインクジェット記録ヘッド１の形態としては、例えば図１の構成に関して言えば、中間転写体２の軸方向（図面に直交する方向）にインク吐出口を配列してなるラインヘッド形態のインクジェットヘッドを用いるものとすることができる。また、中間転写体２の接線または周方向の所定範囲に吐出口が配列されたヘッドを用い、これを軸方向に走査しながら記録を行うものでもよい。さらに、画像形成に使用するインクの色に応じた数のヘッドを用いることもできる。そしてこのインクジェット記録ヘッド１を用いて、中間転写体２の表面に画像形成用のインクが選択的に付与され画像が形成される。中間転写体は、インクからなる画像を一時的に担持する。

インクとしては、インクジェット用インクとして広く用いられている物、具体的には染料や顔料を溶解および／または分散させたインクを用いることができる。特に、顔料インクは、堅牢性のよい印刷画像が得られるため好適である。

染料としては、例えば、Ｃ．Ｉダイレクトブルー６、８、２２、３４、７０、７１、７６、７８、８６、１４２、１９９。Ｃ．Ｉアシッドブルー９、２２、４０、５９、９３、１０２、１０４、１１７、１２０、１６７、２２９。Ｃ．Ｉダイレクトレッド１、４、１７、２８、８３、２２７。Ｃ．Ｉアシッドレッド１、４、８、１３、１４、１５、１８、２１、２６、３５、３７、２４９、２５７、２８９。Ｃ．Ｉダイレクトイエロー１２、２４、２６、８６、９８、１３２、１４２。Ｃ．Ｉアシッドイエロー１、３、４、７、１１、１２、１３、１４、１９、２３、２５、３４、４４、７１。Ｃ．Ｉフードブラック１、２。Ｃ．Ｉアシッドブラック２、７、２４、２６、３１、５２、１１２、１１８等が挙げられる。

顔料としては、例えば、Ｃ．Ｉピグメントブルー１、２、３、１５：３、１６、２２。Ｃ．Ｉピグメントレッド５、７、１２、４８（Ｃａ）、４８（Ｍｎ）、５７（Ｃａ）、１１２、１２２。Ｃ．Ｉピグメントイエロー１、２、３、１３、１６、８３。カーボンブラックＮｏ２３００、９００、３３、４０、５２、ＭＡ７、８、ＭＣＦ８８（三菱化成製）。ＲＡＶＥＮ１２５５（コロンビア製）。ＲＥＧＡＬ３３０Ｒ、６６０Ｒ、ＭＯＧＵＬ（キャボット製）。Ｃｏｌｏｒ Ｂｌａｃｋ ＦＷ１、ＦＷ１８、Ｓ１７０、Ｓ１５０、Ｐｒｉｎｔｅｘ３５（デグッサ製）等が挙げられる。

これらの顔料は、形態としての限定を受けず、例えば、自己分散タイプ、樹脂分散タイプ、マイクロカプセルタイプ等のものをいずれも使用することが可能である。その際に使用する顔料の分散剤としては、水溶性で、重量平均分子量が１，０００〜１５，０００程度の分散樹脂が好適に使用できる。具体的には、例えば、ビニル系水溶性樹脂、スチレンおよびその誘導体、ビニルナフタレンおよびその誘導体、α，β−エチレン性不飽和カルボン酸の脂肪族アルコールエステル、アクリル酸およびその誘導体。マレイン酸およびその誘導体、イタコン酸およびその誘導体、フマール酸およびその誘導体からなるブロック共重合体或いはランダム共重合体、また、これらの塩等が挙げられる。

また、最終的に形成された画像の堅牢性を向上させるために、水溶性樹脂や水溶性架橋剤を添加することもできる。用いられる材料としてはインク成分と共存できるものであれば制限は無い。水溶性樹脂としては上記した分散樹脂等をさらに添加することが好適に用いられる。水溶性架橋剤としては、反応性の遅いオキザゾリンやカルボジイミドがインク安定性の面で好適に用いられる。

上記した色材と共にインクを構成する水系液媒体中には、有機溶剤を含有させることができ、この有機溶剤量は、転写時のインク画像の物理物性を決めるファクターとなる。本発明に係る中間転写体を用いる方式においては、被印刷体に転写するときのインクは、ほぼ色材と高沸点有機溶剤だけとなるので、その最適値に設計する。使用する有機溶剤としては、下記に示すような、高沸点で蒸気圧の低い水溶性の材料であることが好ましい。

例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、トリエチレングリコール、チオジグリコール、ヘキシレングリコール、ジエチレングリコール。エチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、グリセリン等。また、これらの中から選択した２種類以上のものを混合して用いることもできる。また、粘度、表面張力等を調整する成分として、エチルアルコールやイソプロピルアルコール等のアルコール類や界面活性剤をインク中に添加することもできる。

インクを構成する成分の配合比についても限定を受けることがなく、選択したインクジェットヘッドの吐出力、ノズル径等から吐出可能な範囲で、適宜に調製することが可能である。一般的には、質量基準で、色材０．１〜１０％、溶剤５〜４０％、界面活性剤０．０１〜５％以下とし、残りを純水で調整したインクを用いることができる。また、中間転写体表面に付与したインクが流動せず、形成した画像を良好に保持することを目的として、インクを付与する前に、中間転写体上のインクの流動性を低下させるための液体を付与する機構４があっても良い。

インクの流動性を低下させるための液体の付与ユニット４としては、スプレーコーター、バーコーター等、従来用いられている技術がいずれも好適に使用可能である。塗布量のコントロールと生産性の観点からロールコーター形態の塗布装置が特に好適に用いられる。また同様の理由から、インクジェット方式によりインクの流動性を低下させるための液体を吐出する記録ヘッドも極めて好適に用いることができる。また、インクの流動性を低下させるための液体には、インク高粘度化成分を含有する。ここで、インクの高粘度化とは、インクを構成している組成物の一部である色材や樹脂等がインク高粘度化成分と接触することによって化学的に反応し、あるいは物理的に吸着し、これによってインク全体の粘度上昇が認められる意である。また、インクの組成物の固形分の凝集により局所的に粘度上昇を生じる場合をも含む意である。この成分は中間転写体上でのインクの流動性を低下せしめて、画像形成時のブリーディング、ビーディングを抑制する効果がある。使用するインク高粘度化成分は、画像形成に使用するインクの種類によって適切に選択するのが望ましい。例えば、染料系のインクに対しては高分子凝集剤を用いることが有効であり、微粒子が分散されてなる顔料系のインクに対しては、金属イオンを含有する液体を用いることが有効である。また別のインク高粘度化成分の例として酸緩衝液などのｐＨ調整剤を用いても良いし、カチオンポリマーなど複数のイオン性基を有する化合物を用いるのも良い。

具体的にインク高粘度化成分として使用する高分子凝集剤としては、例えば、陽イオン性高分子凝集剤、陰イオン性高分子凝集剤、非イオン性高分子凝集剤、両性高分子凝集剤等が挙げられる。また、金属イオンとしては、例えば、Ｃａ^２＋、Ｃｕ^２＋、Ｎｉ^２＋、Ｍｇ^２＋およびＺｎ^２＋等の二価の金属イオンや、Ｆｅ^３＋およびＡｌ^３＋等の三価の金属イオンが挙げられる。そして、これらの金属イオンを含有する液体を塗布する場合には、金属塩水溶液として塗布することが望ましい。金属塩の陰イオンとしては、Ｃｌ⁻、ＮＯ_３ ⁻、ＳＯ_４ ^２−、Ｉ⁻、Ｂｒ⁻、ＣｌＯ_３ ⁻、ＲＣＯＯ⁻（Ｒはアルキル基）等が挙げられる。

またインクの流動性を低下させるための液体には、最終的に形成された画像の堅牢性を向上させるために、水溶性樹脂や水溶性架橋剤を添加することもできる。用いられる材料としてはインク高粘度化成分と共存できるものであれば制限は無い。またインクの流動性を低下させるための液体には、中間転写体上への付与性を高めるために、界面活性剤を添加することも有効である。また、インクの流動性を低下させるための液体付与後に乾燥ユニットによる乾燥工程を加え、液体量をコントロールする。

電極１０及び平板電極７には、電圧発生装置８によって電圧が印加され、電極１０と平板電極７の間に電界が形成される。また電極１０及び平板電極７は、インクジェット記録ヘッド１によって形成された中間転写体２上のインク画像が電界中に入る位置に設置されなければならない。図１においては平板電極７は中間転写体２の内部、電極１０は中間転写体２の外側に配置されているが、これに限定されるものではなく、例えば平板電極７が中間転写体２の外側、電極１０が中間転写体２の内部であってもよい。図２は電極１０が埋め込まれた中間転写体２の一部分の模式図である。図２の例においては、電極１０同士の間は絶縁体１２で被覆されており、中間転写体表面１１はシリコーンゴムなどの弾性体で覆われている。電圧発生装置８から発生する電圧は交流であってもよいし、直流であってもよい。電極１０の形状や個数は特に限定されない。平板電極、線状電極、針状電極などを用いることができ、単数であっても複数個であってもよい。複数の場合、中間転写体２の軸方向（図１の図面に直交する方向）に配列してもよく、中間転写体２の周方向に配列してもよい。好ましくは針状電極が所定の間隔で中間転写体２の周方向および軸方向に配列された形態である。インク画像に電界を与える複数個の電極は、中間転写体の搬送方向に直交する線状に配列しアレイを形成していてもよい。インク画像に与える電界は、不平等電界であってもよい。そして平板電極７と電極１０の間に置かれた電界中のインク画像は、電界の蒸発促進作用によりインク中の液体分の蒸発が促進される。電界による液体の蒸発促進作用については、Ａｓａｋａｗａ，Ｙ．，Ｎａｔｕｒｅ，２６１，２２０−２２１などで報告されている。

また、複数個の電極に対して印加する電圧は同一であってもよく、電界制御装置９によって各々異なっていてもよい。コントローラ（不図示）が画像データに従って電極１０への印加電圧を電界制御装置９によって個別に制御し、インク画像内においてインク量が多い部分にあたる電極には高電圧を、インク量が少ない部分にあたる電極には低電圧を印加した場合、インク量が多い部分ほど液体分の蒸発が促進される。このため、同一画像の中でインク量が大きく異なる部分が存在する場合でも、インク量が多い部分と少ない部分を均一な乾燥状態にすることができる。画像データに応じた電界の強度の制御は印加電圧の制御によって高速、安定的に可能であるため、インク使用量の大きく異なる画像を順次印刷するような場合であっても、印刷速度を低下させることはない。

また、当然ながら、電界による乾燥と同時に、加熱や送風など他の乾燥手段を併用してもよい。そして加圧ローラ６は中間転写体２上の液体分が減少したインク画像に記録媒体３を圧着して、画像を転写させるためのものである。

なお追加工程として、転写後画像記録が行われた記録媒体３を定着ローラで加圧し、表面平滑性を高めるようにしても良い。またこの際定着ローラを加熱して画像に堅牢性を持たせるようにしても良い。

さらに本形態においては、インク画像を記録媒体３に転写した後の中間転写体２の表面を繰り返し次の画像形成に用いるため、クリーニングユニット５が配置されている。クリーニングを行う手段としては、シャワー状に水を当てながらの水洗もしくは水拭き、水面に接触させる等の直接洗浄、あるいは濡らしたモルトンローラを表面に当接させる等の払拭を行う手段を用いることが望ましい。勿論、これらを併用することも有効である。図１に例示した装置においては濡らしたモルトンローラが間欠的に表面に当接する構成となっている。

上述したような画像形成方法及び画像形成装置を用いて各種記録媒体に対して画像の形成を行った所、中間転写体上におけるインク画像を均一な乾燥状態にすることができ、優れた画質の画像印刷物を得る事ができた。

１ インクジェット記録ヘッド
２ 中間転写体
３ 記録媒体
４ インクの流動性を低下させるための液体の付与ユニット
５ クリーニングユニット
６ 加圧ローラ
７ 平板電極
８ 電圧発生装置
９ 電圧制御装置
１０ 電極
１１ 中間転写体表面
１２ 絶縁体

Claims (1)

1. インクからなる画像を一時的に担持する中間転写体と、中間転写体上にインクジェット記録ヘッドからインクを吐出してインク画像を形成する描画ユニットと、該中間転写体上に形成されたインク画像から液体分を減少させる乾燥ユニットと、該中間転写体上のインク画像に記録媒体を重ね合わせ転写する転写ユニットと、該中間転写体を上記各ユニットに搬送する搬送ユニットと、を有する画像形成装置において、
   前記乾燥ユニットに、インク画像に電界を与える電極および対極と、該電界の強度を制御する電界制御装置とを具備する事を特徴とする画像形成装置。