JP2743151B2 - 画像形成方法及び画像形成装置 - Google Patents

画像形成方法及び画像形成装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、画像形成処理、特に相
変化インクを用いたインク・ジェット・プリント装置に
好適な画像形成方法及び画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来技術及び発明が解決しようとする課題】ダーキー
（Durkee）等の米国特許第４５３８１５６号に開示され
たような中間転写面を用いたインク・ジェット・プリン
ト装置がある。この装置では、プリント・ヘッドと共に
中間転写ドラムを採用している。この中間転写ドラム表
面にプリント・ヘッドのノズルから画像をプリントした
後に紙の最終プリント表面をこの中間転写ドラムに接触
させ、画像を最終プリント表面上に転写させる。
【０００３】アンダーソン（Anderson）の米国特許第５
０９９２５６号は、プリント・ヘッドからのインク滴を
表面に受ける中間ドラムを記載している。この中間ドラ
ムの表面は、熱伝導性で適当なフィルム状のシリコン・
ポリマーで形成され、界面エネルギーを高くし、且つ表
面を粗く形成することにより、プリント・ヘッドのノズ
ルから受けたインク滴が移動するのを防止している。ま
た、米国特許第４７３１６４７号及び第４８３３５３０
号では、着色剤の上に付着させて着色剤を溶解させ、記
録媒体に転写可能なインク滴を形成するための溶剤を開
示している。この場合、着色剤は、紙製又はプラスチッ
ク製の転写シートに直接付着される。その後、この転写
可能なインク滴は、紙等の最終記録媒体状に接触転写さ
れる。
【０００４】サンソン（Sansone）等の米国特許第４６
７３３０３号に開示されたオフセット型インク・ジェッ
ト・プリント方法及び装置では、インク・ローラーによ
りダイ・プレートの第１領域にインクを付着させる。潤
滑用の親水性オイルをプリント・ドラム又はローラーの
外側表面上に塗布し、これらドラム又はローラーから画
像を記録媒体表面上に正確に転写させることが出来る。
【０００５】上述の処理装置又は方法では、中間転写面
から画像を完全に転写させることが出来ないので、中間
転写表面から残存インクを除去するために別のクリーニ
ング・ステップを必要とする。また、従来の中間転写面
は、更新することができなかった。
【０００６】また、上述の従来のプロセスでは、最終記
録又はプリント媒体のタイプが異なると、それによって
画像のプリント品質の程度にも制限が生じてしまう。イ
ンクは液体なので、紙のような多孔質の媒体上では制御
不能な流れを生じたり、透明フィルム又は光沢のあるコ
ート紙上では制御不能の拡散を生じたりする傾向があ
る。上述の問題点は、米国特許第５３８９９５８号（特
開平６−２９３１７８号に対応）に記載されているもの
である。
【０００７】相変化インクを採用した転写型プリンタで
は、液体の中間転写面をドラム上に設け、これに相変化
インクの画像を形成する。その後、この画像を少なくと
も一部の中間転写面と共にドラムから紙等の最終印刷媒
体に転写させる。特に、相変化インクによる転写プリン
ト工程は、先ず最初に薄い液体中間転写面をドラム上に
形成することから始まる。その後、インク・ジェット・
プリント・ヘッドから融合インクがドラム表面上に噴射
され、冷却して固化し、略ドラムの温度に達する。この
画像形成後、プリント媒体を媒体プリヒーターにより加
熱してからドラムと弾性転写ローラーとの間に挟み、ド
ラムの回転に伴って、プリント媒体をドラム上の画像に
押しつけ、プリント媒体上に画像を転写させる。この転
写工程中に、加熱されたプリント媒体から熱がインクに
加えられるので、固化したインクが軟化して粘着性とな
り、プリント媒体上に十分に付着させることができる。
このドラムと転写ローラーとの間の挟持部を通過した
後、プリント媒体はストリッパーによりドラムから剥が
され、外部に出力される。
【０００８】試行錯誤の結果、転写プリント工程により
満足できるプリントを得るためには、以下の条件を少な
くとも満たすべきであるということが判ってきた。画像
解像度を最適化するには、転写されたインク滴が所定領
域まで広がらなければならないが、広がりすぎると解像
度が劣化することになる。よって、転写工程中に固化し
たインク滴が融合してはならない。プリント画像の耐久
性を最適化するには、画像が擦れて剥がれないように十
分な圧力を加えてで転写させる必要がある。最後に、イ
ンク滴の略全てがドラムからプリント媒体上に転写され
るように転写条件を調整すべきである。
【０００９】しかし、画像転写条件の好適な組み合わせ
は、圧力、温度、時間、インク特性パラメータ等の諸条
件が複雑に関連しており、相変化インクを用いたプリン
ト工程で高速に高品質のプリント画像を得るための最適
条件は実際には良く判っていない。
【００１０】したがって、広範囲のプリント媒体に対し
て高速に、かつ高品質の画像プリントを可能にするよう
な、相変化インクを用いたプリント方法及び装置を実現
することが望まれている。
【００１１】本発明の目的は、相変化インクを用いて耐
久性のある高解像度の画像をプリントできる画像形成方
法及び画像形成装置を提供することである。
【００１２】本発明の他の目的は、相変化インクを用い
て広範囲のプリント媒体上に高速にカラー画像をプリン
トできる画像形成方法及び画像形成装置を提供すること
である。
【００１３】
【課題を解決する為の手段】本発明の画像形成方法は、
先ず、支持面を設け、上記支持面を所定の表面温度に制
御し、上記支持面上に液体層の中間転写面を形成し、上
記中間転写面上に相変化インク画像を形成し、プリント
媒体を所定温度まで加熱し、上記プリント媒体と上記相
変化インク画像とを接触させ、上記相変化インク画像を
上記プリント媒体上に転写することを特徴とする。
【００１４】回転ドラムと、該回転ドラムの表面の温度
を所定の表面温度に安定化させる温度制御手段と、上記
回転ドラムの表面に液体層の中間転写面を形成する手段
と、上記中間転写面上に相変化インクの画像を形成する
インク・ジェット・プリント・ヘッドと、プリント媒体
を所定の温度に設定する媒体プリヒーターとを具え、上
記回転ドラムに圧力接触し、上記回転ドラムとの間に上
記プリント媒体を挟んで上記画像を上記プリント媒体に
転写することを特徴とする。
【００１５】本発明の実施例によれば、先ず、ドラム等
の加熱した表面上に液体薄層の中間転写面を形成する。
その後、インク・ジェット・プリント・ヘッドからドラ
ム上の中間転写面に溶融した相変化インクを噴射して画
像を形成する。形成画像のインクはドラムの温度まで冷
却され半固化する。その後、プリント媒体を所定の温度
まで加熱し、ドラムと弾性転写ローラーとの間に形成さ
れた挟持部にプリント媒体を供給する。ここで、ドラム
の回転につれて、画像を形成しているインクの降伏強さ
の約２倍の圧力がプリント媒体に加えられる。ドラムの
回転に伴い、プリント媒体が挟持部を所定の速度で通過
し、プリント媒体上にインク画像が融合転写される。こ
のプリント媒体挟持部では、ドラム及び転写ローラーか
らの熱により、インクが軟化して粘着性となり、インク
画像がドラムからプリント媒体上に付着して画像の転写
が行われる。プリント媒体がこの挟持部から出力される
際にストリッパーによりプリント媒体がドラムから剥が
され、プリント媒体の出力経路に供給される。
【００１６】
【実施例】図１は、本発明のプリント装置の実施例を表
す断面図である。このプリント装置１０は、迅速なプロ
セスで中間転写面からインク画像を最終記録媒体上に転
写する。プリント・ヘッド１１は適当なハウジング及び
支持エレメント（図示せず）に固定又は可動状態で支持
され、液体インク又は融合インクを支持面１４の表面に
設けられた中間転写面１２上に付着させる。この中間転
写面１２は、ドラムとして図示された支持面１４上に塗
布された液体層である。支持面１４は、ドラム以外のウ
エブやプラテンのようなものでも良く、液体塗布装置１
６内に設けられた塗布体１５と接触している。この塗布
体１５は、計量羽、ローラー、ウエブ等でも良く、図で
は、灯心材パッドである。支持面１４は、適当な材料で
形成しても良い。
【００１７】支持面１４は、特に限定されるわけではな
いが、アルミニウム、ニッケル、燐酸鉄等を含む金属
や、フルオロ・エラストマ、パーフルオロ・エラスト
マ、シリコンゴム、ポリブタジエン等を含むエラストマ
や、硫化ポリフェニレンを添加したポリテトラ・フルオ
ロ・エチレンを含むプラスチックや、ポリエチレン、ナ
イロン、ＦＥＰ（フッ化エチレン・プロピレン樹脂）等
を含む熱可塑性樹脂や、アセタールのような熱硬化性樹
脂や、セラミック等を用いて成形しても良い。これらの
どの材料を採用しても、支持面１４の露出表面が十分な
硬度を有し、最終記録媒体が支持面１４と転写用ローラ
ー２２との間を滑らかに通過可能であり、液体層の中間
転写面１２が画像形成インクを支えるのに支障が生じな
いようなものであれば構わない。この支持面１４の好適
な材料は、陽極処理アルミニウムである。
【００１８】塗布装置１６は、液体を含んだ灯心材パッ
ド１５を含んでも良く、好適には、ウエブとウエブ進行
機構（図示せず）を含み、ドラム１４に接触するウエブ
を周期滴に新しくするようにしても良い。灯心材パッド
１５又はウエブは、比較的表面の滑らかな不織布でも良
い。ウエブはポリエステルでも良い。好適な構成として
は、ポリエステル製フェルトの如き多孔性の支持部材１
８の頂上に滑らかな灯心材パッド１５を設けても良い。
これらの材料は、ビーエムピー社（ＢＭＰ Corporatio
n）から市販されている。塗布装置１６は、上下に可動
式に設けられ、上方に動かしたときにドラム１４の表面
に接触し、下方に動かすとドラム１４の表面及び液体層
１２から離れる構造である。この移動の制御機構は、カ
ム機構、エア・シリンダーや電気的駆動用ソレノイド等
でも良い。
【００１９】図１の最終記録媒体ガイド２０は、紙等の
最終記録媒体２８を給紙装置（図示せず）から通過さ
せ、ローラー２２とドラム１４に支持された中間転写面
１２との間に案内する。複数のストリップ用フィンガ
（１つのみ図示している）２５がプリンタ装置１０に設
けられ、紙等の記録媒体２８を中間転写面１２を形成す
る液体層の露出表面から剥すようにしている。ローラー
２２は、金属製（好適にはスチール製）のコア部を有
し、その周囲をショアーＤ硬度で４０〜４５程度のエラ
ストマを設けて構成されている。好適なエラストマ材料
は、シリコン、ウレタン、ニトリル、ＥＰＤＭその他の
弾性材料で良い。ローラー２２を覆っているエラストマ
により最終記録媒体２０が押しつけられ、中間転写面１
２を形成する液体層の露出表面からインク画像２６が記
録媒体の反対の表面に転写される。これにより、最終記
録媒体上にインク画像２６が融合又は固定され、インク
画像が拡張され延ばされて定着される。
【００２０】このプロセス即ち、本発明のシステムに使
用するのに適したインクは、初期状態では固体であり、
熱を加えて約８５℃〜約１５０℃まで温度を上昇させる
と液体となる。この範囲を超える温度の上昇があると、
インクの劣化又は化学的分解が発生する。この融合イン
クは、プリント・ヘッド１１のインク・ジェット孔から
中間転写面１２を形成する液体層の露出表面上にラスタ
走査形式で噴射される。ここで、インクは冷えて柔軟な
状態まで半固化し、ドラム１４上の中間転写面１２の液
体層とローラー２３との間の挟持部２２で最終記録媒体
２１に接触転写によってインクが転写される。インクが
この柔軟状態に維持される温度は、約２０℃〜６０℃程
度であるが、好適温度は約５０℃である。
【００２１】この柔軟状態のインク画像がローラーとド
ラムとの間の挟持部２２に入ると、最終画像状態に変形
され、ローラー２３からの圧力により又は媒体プリヒー
ター２７及びドラム・ヒーター２８からの熱も加わって
最終記録媒体２１上にインク画像が定着される。ドラム
・ヒーター２８は、ドラム表面上を輻射熱で加熱するラ
ンプ及び反射器で構成された装置が好適である。あるい
は、ドラム１４の回転軸に設けた円筒形ヒーターを使用
し、放射状フィン３０を介して熱がドラム表面上に伝達
されるように構成しても良い。
【００２２】インク画像２６に加えられる圧力は、約１
０〜約１０００ｐｓｉ（ポンド重／平方インチ）であ
り、より好適な値は約５００である。この圧力は、５０
℃におけるインク降伏強さである２５０ｐｓｉの約２倍
である。この圧力は、インク画像２６を最終記録媒体２
１に定着させるように十分な強さが必要である。また、
この圧力によりインク画像２６を変形させて、最終記録
媒体２１が透明シートの場合には、通過する光が直進す
るように、又は光路に大きな偏差が生じないようにす
る。最終記録媒体２１に一旦定着されたインク画像は、
２０〜２５℃程度の環境温度まで冷える。
【００２３】図２は、図１の中間転写面１２上のインク
画像２６の様子を示す拡大部分断面図である。図３は、
インク画像２６が中間転写面１２を形成する液体層から
最終記録媒体２１に転写される様子を示す部分拡大図で
ある。図３から判るように、インク画像２６は、最終記
録媒体２１に転写され、それと共に僅かであるが計測可
能な程度の量の中間転写面の液体も転写され、この液体
が外側層３２として形成される。この転写された液体層
３２の厚さは、計算によると約１０００オングストロー
ム又は１００ナノメートル程度である。あるいは、転写
された液体層３２の量を質量で表すと、最終記録媒体２
１のＡ４版１頁当たりで、約０．１〜約２００ミリグラ
ムであり、より好適には約０．５〜約５０ミリグラムで
あり、最も好適な量は、約１〜約１０ミリグラム程度で
ある。この測定値は、画像プリントの最初の時点の塗布
装置１６内の液体の量と所望の枚数のプリントをした後
の液体の減少量を測定することで求められる。
【００２４】中間転写面１２を形成している液体層の液
体の適当な微少量を転写されたインク画像２６の隣接領
域にも転写する。このように、インク画像２６と共に中
間転写面１２から微少の液体を最終記録媒体の画像のな
い領域に転写することにより、中間転写面１２を形成す
る液体層を補充しないで連続して最終記録媒体２１に１
０頁以上も画像をプリントすることが可能となる。使用
する最終記録媒体２１の品質や性質によっては、補充な
しでプリントできる枚数はもっと少ないかも知れない。
画像記録媒体としては、透明シートや紙が主な媒体とし
て考えられる。ゼロックス社等から供給されるコピー用
紙やレーザープリンタ用紙等の好適な記録媒体は、一般
に「普通紙」と呼ばれている。この普通紙の範疇には、
他の多くの種類のオフィス用の一般紙が含まれる。例え
ば、タイプライター用紙、標準ボンド紙、レターヘッド
紙等である。ゼロックスの４０２４用紙は、本発明の目
的に使用する普通紙の代表的な品質の紙である。
【００２５】中間転写面１２として採用し得る適当な液
体は、水、フッ化オイル、グリコール、界面活性剤、鉱
物オイル、シリコンオイル、汎用オイル、これらの組み
合わせたもの等で良い。汎用オイルは、メルカプト・シ
リコンオイルやフッ化シリコンオイル等を含んでいても
良いが、これらに限定されるものではない。
【００２６】インク画像を生成する為のインクは、適当
な粘性を有さねばならない。先ず、融合インクの粘性
は、インクを中間転写面に噴射するインク・ジェット装
置の規格に合致しなければならず、固体となった時は、
降伏強さ、堅さ、弾性率、損失率、弾性率に対する損失
率の比、延性等の物理的性質及び流動性質についても最
適化させねばならない。相変化インク担体組成物の粘性
は、大きな円錐形を有するフェランチ・シャーレイ円錐
プレート型粘性計で測定した。約１４０℃の温度では、
相変化インクの担体組成物の粘性の好適値は、約５〜約
３０センチポアズであり、より望ましくは、約１０〜２
０センチポアズであり、最適には、約１１〜１５センチ
ポアズである。インクの適当な表面張力は、約２３〜約
５０ダイン／センチメートルである。好適なインク組成
物については、米国特許第４８８９５６０号公報（特公
平４−７４１９３号に対応）に記載されている。
【００２７】本発明に使用される相変化インクは、優れ
た物理的性質を示す相変化インク担体組成物で形成され
る。例えば、この相変化インクは、従来の相変化インク
とは異なり、均一な厚さの透明シートにプリントした場
合には、明るさ、色彩及び透明度において優れた特性を
有する。よって、カラー画像をＯＨＰ装置で投射する場
合に極めて価値が高い。更に、この相変化インクは、力
学的機械解析（ＤＭＡ）、圧縮テスト、粘性試験等の種
々の測定において、機械的性質及び流体的性質において
優れた特性を示す。更に重要な点は、中間転写面の液体
層を使用する本発明のプリント装置に使用した場合に、
良好に機能することである。
【００２８】この相変化インクのＤＭＡ（力学的機械解
析）に基づく測定を実験的に実行した。この測定は、ニ
ュージャージー州のレオメトリックス社のレオメトリッ
クス・ソリッド・アナライザ（ＲＳＡ ＩＩ）で行っ
た。この測定器は２本のカンチレバーを有する構造であ
り、使用したサンプルの寸法は、厚さ約２．０±１．０
ｍｍ、幅約６．５±０．５ｍｍ、長さ約５４．０±１．
０ｍｍである。所望の強制振動、即ち約１Ｈｚの試験周
波数で、自己歪範囲を約１．０Ｅ−５（１．０×１０の
−５乗：ｎＥｍは、ｎ×１０のｍ乗を表す。）％〜約１
％として試験を実行した。試験中の温度範囲は約−６０
℃から約９０℃の範囲である。望ましい相変化インクの
組成物の性質は、（ａ）約−１０〜８０℃で柔軟性があ
り、（ｂ）約−１００〜約４０℃の温度範囲内でガラス
状領域（貯蔵弾性率Ｅ′＝約１．５Ｅ９〜約１．５Ｅ１
１ダイン／平方センチメートル）にあり、（ｃ）約−３
０〜約６０℃の温度範囲内で状態遷移領域にあり、
（ｄ）約−１０〜約１００℃の温度範囲内で弾性領域
（Ｅ′＝約１．０Ｅ６〜１．０Ｅ１１ダイン／平方セン
チメートル）であり、（ｅ）約３０〜約１６０℃の温度
範囲内で最終領域となる。更に、この相変化インク組成
物のガラス転移温度の範囲は、約−４０〜４０℃であ
り、この相変化インク組成物のｔａｎδピークにおいて
積分する温度範囲は、約−８０〜８０℃である。この
時、積分値は約５〜約４０の範囲内であり、相変位イン
クのｔａｎδのピーク値の温度範囲は、約−４０〜約４
０℃であり、ｔａｎδは、ピークで約１．０Ｅ−２〜約
１．０Ｅ１である。
【００２９】図４は、本発明に使用するのに好適な相変
化インクを１Ｈｚの振動周波数で試験した場合の貯蔵弾
性率（Storage Modulus）Ｅ′の温度との関係を示すグ
ラフである。この貯蔵弾性率Ｅ′のグラフは、ガラス状
領域４０、状態遷移領域４２、弾性領域４４及び最終領
域４６の４つの状態を表す領域で構成されている。
【００３０】ガラス状領域４０では、インクの状態は、
堅い固体と同様であり、貯蔵弾性率Ｅ′も高く、約１Ｅ
１０（１×１０の１０乗）ｄｙｎ／平方ｃｍ程度であ
る。これは、分子が動くのに十分な熱エネルギー又は十
分な時間がないことによる。この領域の温度は、室温よ
り遥かに低くすることにより、室温においてインクが堅
くならず、室温におけるインクの性能に影響しないよう
にする必要がある。
【００３１】状態遷移領域４２では、貯蔵弾性率Ｅ′が
大幅に１桁低下し、分子に熱エネルギーが加わり、分子
の配列変化が起こるようになる。この領域では、インク
は、堅く脆い状態から、堅いが強靭な状態となる
【００３２】次の弾性領域４４は、貯蔵弾性率Ｅ′が少
しずつ一定に減少する領域である。この領域では、変形
に対してインクに短期間の弾性応答性があり、インクが
可撓性となる。理論的に言えば、この領域では、インク
が結晶状態から分子のもつれ状態又は物理的クロスリン
ク状態に移行したことにより、インクの運動又は流れに
対する抵抗が生じている。相変化インクの成分を決定す
るに際し、このインクの貯蔵弾性率の変化の一定減少領
域を適当な温度範囲にもつインクを生成することが、良
好な室温でのインク性能を得るのに重要である。この弾
性領域４４は、インクの固化、融合ステップ中の堅い状
態のインクと、最終記録媒体乗の最終の延性のある状態
のインクの両方が混ざった状態にある。
【００３３】最終領域４６では、更に貯蔵弾性率Ｅ′の
値が低下する。この領域では、分子が十分なエネルギー
を有し、分子間の結合力に打ち勝っている状態である。
【００３４】相変化インク組成物は、圧縮降伏テストに
よっても解析した。圧縮降伏強さの測定は、ノースカロ
ライナ州のＭＴＳシンテック社製のＭＴＳ ＳＩＮＴＥ
ＣＨ２／Ｄ 機械テスタで行った。代表的なサンプルの
寸法は、約１９．０±１．０ｍｍ×約１９．０±１．０
ｍｍである。等温降伏応力は、温度（約２５〜８０℃）
及び歪率の関数として測定した。材料は最大で約４０％
まで変形した。
【００３５】本発明で使用する相変化インク組成物の温
度の関数の望ましい降伏応力は、以下の式で表される。 ＹＳ ＝ ｍＴ ＋ Ｉ ここで、ＹＳは、温度の関数の降伏応力であり、ｍは傾
き、Ｔは温度、Ｉは応力軸の切片の値である。
【００３６】非動作状態、即ち、最終プリントを生成し
た後、インク・スティックを収納した条件で、インクは
延性状態で、温度範囲が少なくとも約１０℃〜約６０℃
では、所望の降伏応力の値は、ｍの値で表して、−９±
−２ｐｓｉ／℃〜−３６±−２ｐｓｉ／℃であり、Ｉ
は、約８００±１００ｐｓｉ／℃〜約２２００±１００
ｐｓｉ／℃である。より好適な値としては、ｍは約−３
０±−２ｐｓｉ／℃であり、Ｉは、約１７００±１００
ｐｓｉである。
【００３７】動作状態の条件では、中間転写面からのイ
ンクの間接的プリント中に、インクの温度が少なくとも
約３０゜〜約８０℃である時、好適な応力値は、ｍの値
で約−６±−２ｐｓｉ／℃〜約−３６±−２ｐｓｉ／℃
であり、Ｉの値は、約８００±１００ｐｓｉ〜約１６０
０〜１００ｐｓｉである。より好適な値としては、ｍ
は、約−９±−２ｐｓｉであり、Ｉは、約９５０±１０
０ｐｓｉである。
【００３８】図５は、好適な相変化インクの降伏強さを
温度の関数として表したグラフである。約３５℃〜約５
５℃の温度範囲では、約２００ｐｓｉ〜約４００ｐｓｉ
の間の圧力で降伏（圧縮）が始まる。最適な転写圧力
は、どの転写挟持部の温度においても降伏強さの約２倍
である。例えば、５０℃では、降伏強さが２５０ｐｓｉ
であり、この場合の転写挟持部の圧力を約５００ｐｓｉ
とすべきである。しかし他の図面を参照して後述するよ
うに、プリント品質は、転写挟持部の圧力よりも、温度
に関連した種々の他のパラメータに依存する。
【００３９】再度図１において、プリント動作中にドラ
ム１４の表面には、塗布装置１６の動作により中間転写
面の液体層が形成される。塗布装置１６は、エアー・シ
リンダのような適当な制御機構（図示せず）により持ち
上げられ、灯心材パッド１５がドラム１４の表面に接触
する。この液体は、塗布装置１６内の容器１８に溜めら
れており、灯心材を通ってドラム１４の表面上に液体の
所望の厚さの層を一様に形成する。ドラム１４は、図１
の中心シャフトの周りに回転し、ドラム・ヒーター２８
は、ドラム１４の表面の液体層を所望の温度まで加熱す
る。ドラム１４の周囲全体が液体層でコーティングされ
ると、塗布装置１６は非接触位置まで下げられ、ドラム
１４の外表面上に中間転写面１２の液体層が形成され
る。あるいは、灯心材から供給される液体を織布（ウエ
ブ）を介してドラム１４の表面上に中間転写面１２を形
成しても良い。この場合、灯心材には、液体の容器から
液体が染み込むようにする。
【００４０】この液体層の中間転写面１２上にプリント
・ヘッド１１からインク画像２６が噴射される。インク
は、適当な加熱手段（図示せず）によって固体から融合
された液体状態になっている。インク画像２６は、ドラ
ム１４の回転につれて可延固体の中間状態まで冷却さ
れ、ローラー２３とドラム１４に支持された中間転写面
１２とで挟まれた挟持部２２に入っていく。インク画像
２６は圧力の印加によって最終画像状態に変形され、最
終記録媒体２１の表面に転写される。このように、イン
ク画像２６は、ローラー２２の弾性表面から受ける圧力
により、最終記録媒体２１上に転写及び定着される。ス
トリッパ・フィンガ２４は、最終記録媒体２１をドラム
１４の回転につれて液層の中間転写面１２から離す働き
をする。インク画像２６は、その後、室温まで冷却さ
れ、十分な強度と延性を保ち、確実な耐久性を保持す
る。
【００４１】塗布装置１６は、ドラム１４に接触するよ
うに昇降可能であり、中間転写面１２を形成している液
体を補充する。例えば、インクの異常プリントが発生し
た場合等には、必要に応じて塗布装置１６により、けば
や紙塵等を除去するクリーナーといして機能させても良
い。
【００４２】画像転写に関する諸条件の適切な組み合わ
せは、転写圧力、媒体プリヒーター温度、ドラム温度、
挟持部２２の媒体通過時間、インクのパラメータ等の種
々のパラメータが複雑に関連した組み合わせに依存して
いる。良好なプリント品質を達成できる転写条件の特定
の組み合わせは、プロセス・ウインドウと呼ばれてい
る。
【００４３】このプロセス・ウインドウは、制御された
転写条件の組み合わせに基づいて、テスト・プリントを
行い、実験的に決められる。このテスト・プリントは、
いくつかの固定制御パラメータを使用して行われた。例
えば、好適なドラム１４として、陽極処理アルミニウム
製のドラムをダイアモンド旋盤で仕上げたものを使用し
た。ローラー２３は、弾性表面を有するタイプライター
用プラテンを用いた。この弾性表面の硬度は、ショアー
硬さＤ即ちデュロメーターで４０〜４５程度である。ロ
ーラー２３の各端部は、ドラム１４に向かって３５０ポ
ンド重の力で押しつけられており、両者間の挟持部２２
には、平均で約４６３ｐｓｉの圧力がかかっている。最
終記録媒体２１は、ハンマーミル社（Hammermill）のレ
ーザー・プリント用紙である。ゼロックス社（Xerox）
の４０２４型用紙を使用しても良いが、テスト・プリン
トには適していない。中間転写面１２を形成する液体
は、１０００ｃＳｔのシリコンオイルを用いた。最終記
録媒体２１を、ローラーとドラムの間の挟持部２２を約
１３ｃｍ／秒の速度で通過させた。この速度は、ドラム
１４の回転速度で決まるが、その速度の重要性は十分に
判明していない。しかし、挟持部２２におけるインク温
度は、約２〜６ミリ秒程度で実質的な平衡状態に達す
る。
【００４４】ドラム１４上の中間転写面１２を形成する
プロセスは、人間の手でオイルパッドを持って高速に回
転するドラム１４上にオイルの筋が見えるまで押しつけ
る方法も含んでいる。その後、ケイドライ（Kaydry）の
払拭布をドラム１４上に２秒間当て、その後更に５秒間
に亘りドラム１４全体を拭いて余分なオイルを拭き取
る。中間転写面１２を形成するこの方法は、塗布装置１
６による方法と近似している。
【００４５】媒体プリヒーター２７及びドラム１４の温
度を種々に組み合わせてテスト・プリントを行った。
【００４６】４つの主要ファクタによりプロセス・ウイ
ンドウ（プリント条件の組み合わせ）が決まる。これら
４つの主要ファクタとは、融合程度、ピクセル・ピッキ
ング、ドット広がり、及び上限温度である。各主要ファ
クタの温度範囲を決定するために、以下のようにテスト
・プリントを行った。
【００４７】「融合程度」とは、転写プリント中に記録
媒体紙の繊維中に物理的に融合するインクの量に比例し
た数値である。融合程度を定量化するには、先ず、ドラ
ム１４上に４ｃｍ×４ｃｍの青色正方画像を転写する。
青色正方画像は、ドラム１４上の中間転写面上でシアン
とマゼンタのインクを重ねて形成される。その後、挟持
部２２に最終記録媒体２１を通過させてこの青色正方画
像を最終記録媒体２１上に転写させる。ナイフのエッジ
を使って、テスト・プリントした青色正方画像からイン
クを剥がす。ＡＣＳスペクロト・センサII（Spectro-Se
nsor II）というスペクトロ・フォトメーターを用い
て、青色正方画像を剥がした部分の光学的濃度（反射
率）を測定し、その測定結果をテスト・プリント用紙の
プリントされていない他の白い部分と比較する。この反
射率の値が融合程度であり、テスト・プリント用紙に残
っているインクの量（融合インクの量）に比例してい
る。この融合程度が高いほど、テスト部分の光学的濃度
も高くなる。良好なプリント品質が得られるための最低
の融合程度の値は、２０である。
【００４８】図６は、融合程度のテスト・プリント結果
をドラム温度及び媒体プリヒーター温度に対して示すグ
ラフである。このグラフから判るように、同一の値を表
す融合程度の特性ラインは、概して垂直方向の線となる
傾向があるので、ドラム１４の温度よりも、媒体プリヒ
ーター２７の温度の方に融合程度の値は依存しているこ
とになる。太線で示した融合程度の特性ライン５０は、
融合程度の値が２０であり、プリント品質の許容範囲の
最低限界値の特性ラインである。
【００４９】「ピクセル・ピッキング」というファクタ
は、プリント中にドラム１４の中間転写面から最終記録
媒体２１に転写されるインク滴のパーセント値に関する
ファクタである。このピクセル・ピッキング・ファクタ
のパーセント値を決定するには、最初に青色のべた塗り
フィールド画像をシアン及びマゼンタのインクを重ねて
ドラム１４上に形成すると共に、非プリントの４７５個
の正方形（１個が３ピクセル×３ピクセルの領域）を形
成する。黒インク滴（ピクセル）を各非プリントの正方
形の中心にプリントする。この画像を最終記録媒体２１
に転写する。この２層の青色画像が全て転写されるが、
一方の層の各正方形の中心の４７５個の黒インク滴は、
青色のべた塗りフィールド画像の下に隠れてしまい転写
するのが特に困難である。この黒インク滴の転写される
パーセント値が８０パーセントの時、ピクセル・ピッキ
ングのファクタとして許容できるレベルのプリント品質
が得られる。テスト・プリントの最終記録媒体が挟持部
２２を通過するときに転写されなかった黒インク滴は、
最終記録媒体２１の「追跡シート」に容易に転写され
る。この追跡シート上で黒インクの画素をカウントし、
ピクセル・ピッキングのパーセント値が求められる。
【００５０】図７は、ピクセル・ピッキングのテスト・
プリント及び追跡シートのデータをドラム温度及び媒体
プリヒーター温度に対して示したグラフである。ピクセ
ル・ピッキングの同じパーセント値のライン６０及び６
２（太線）は、８０％以上のピクセル・ピッキングのパ
ーセント値が得られる領域の左端限界値及び上端限界値
のラインを示している。このグラフから判るように、約
５０℃以下では、ピクセル・ピッキングのパーセント値
は、媒体プリヒーター温度に最も依存し、５０℃を超え
る領域ではドラム温度に最も依存している。
【００５１】「ドット広がり」は、６つのグループに分
類される。これら６つのグループは、転写プリント過程
で、隣り合うインク滴（ドット又は画素）がぺちゃんこ
になって広がり、最終記録媒体２１上で混ざり合う程度
に関するグループである。ドット広がり程度を表すグル
ープを定量化するために、先ず、４ｃｍ×４ｃｍのマゼ
ンタの正方画像をドラム１４上に複数形成する。このマ
ゼンタの正方画像は、ドラム１４上の中間転写面１２上
にマゼンタ・インクの単一層で形成される。各マゼンタ
正方画像は、テスト・プリンタの解像度１１８ピクセル
／ｃｍにより決まる一様な感覚でドラム１４上に形成さ
れたインク滴で構成される。ローラーとドラムの挟持部
２２に挟まれる前は、これらのインク滴の直径は隣り合
うピクセル間の離間距離より小さくなっている。その
後、挟持部２２に最終記録媒体２１を通過させて、マゼ
ンタ正方画像を最終記録媒体２１に転写する。このプロ
セスを媒体プリヒーター２７及びドラム１４の種々の温
度の組み合わせについて繰り返し行い、得られたテスト
・プリント群を顕微鏡で観察して３つの主要なグルー
プ、即ち、劣等広がり、中等広がり、及び優等広がりの
グループの何れかに分類する。劣等広がり（グループ１
及び２）は、隣り合うピクセル行の間の白いラインが見
えるか否か又は個々のピクセルが見えるか否かにより定
義される。中等広がり（グループ３及び４）は、隣り合
うピクセル行間の白いラインの一部分が見えるか否かに
より定義される。優等広がり（グループ５及び６）は、
転写画像全体に白い部分が認められず、インク画像の一
様シートとして見えるか否かにより定義される。これら
３つの主要グループの各々は、各グループ毎に優等か劣
等かにより２つずつのグループに更に小分類される。ド
ット広がりグループの数値が高くなるほど、べた塗り画
像のプリント品質も高くなるように思えるが、画像がテ
キスト（文字情報）の場合には、プリント解像度が低下
するので不明瞭になる傾向がある。よって、ドット広が
りグループ４及び５がべた塗り画像及びテキストの両方
のにとって良好なバランスのとれた範囲である。
【００５２】図８は、テスト・プリントにおいてドラム
温度及び媒体プリヒーター温度に対するドット広がりの
データを示すグラフである。ドット広がりグループ５及
び６は、外形線７０及び７２を夫々境界線としている。
外形線の範囲内がドット広がりの許容範囲の温度領域を
表している。これらのグループの領域は比較的横方向に
延びているので、媒体プリヒーター２７の温度よりもド
ラム１４の温度により強く依存している。斜線で示した
領域７４は、ドット広がりグループ５及び６の共通領域
であり、プリント転写の最適な温度領域である。図８の
ドット広がりグループの外形線は、各グループの最大範
囲のデータの境界線を示している。ドット広がりグルー
プの区分は、各測定の主観的判断により決まるので、グ
ループ間で重なる部分が生じており、各グループの最大
範囲も近似的なものである。
【００５３】「上限温度」は、インク滴が良好に付着せ
ずに流れてしまう不都合（付着不全）が発生せずにイン
ク画像を転写可能な場合のドラム１４の最大温度として
定義される。つまり、ドラムの温度が高すぎると、図５
で示したインクの降伏強さが低くなりすぎて、インク滴
が付着せずに離れてしまったり、ドラム１４にくっつい
てしまったりすることがあるからである。この上限温度
は、インクの付着不全が主な問題となる。この上限温度
を定量化するには、先ず、シアン、マゼンタ、黄、黒、
緑、青及び赤のインクで４ｃｍ×４ｃｍの正方画像をド
ラム１４上に形成する。これらの色の正方画像は、基本
色（シアン、マゼンタ、黄、黒）のインクを組み合わせ
てドラム１４上の中間転写面１２上に形成される。その
後、これらの正方画像は、挟持部２２に最終記録媒体を
通過させ、その最終記録媒体２１上に転写される。媒体
プリヒーター２７及びドラム１４の種々の温度の組み合
わせに対して一連のテスト・プリントを行った。インク
の付着不全は、各色の正方画像の４隅で観測できるのが
普通であるが、最も容易に観測するには、後の追跡シー
ト又はクリーニング・シート上に残ったプリント部分を
見れば良い。良好なプリント品質を得るには付着不全を
なくさなければならない。
【００５４】図９は、上限温度のテスト・プリントのデ
ータを示すグラフであり、付着不全の発生点をドラム温
度及び媒体プリヒーター温度に対してプロットしてい
る。上限温度の境界線８０が表示されており、この境界
線８０の下側領域では付着不全が生じていないことを示
している。この上限温度境界線８０は水平方向に延びた
線であり、上限温度は、ドラム１４の温度で殆ど完全に
決まることを示している。
【００５５】しかし、付着不全がテスト画像、インクの
色、インク組成、中間転写面１２の特性等に依存してい
るので、この上限温度は近似的な値であり、絶対的なも
のではない。特に、べた塗りテスト画像以外のテスト画
像では、黄色の正方画像のテスト画像よりも低い温度に
よる場合の方が付着不全の原因となることが判った。こ
の上限温度のテストにおいて、ドラム１４の表面に形成
する中間転写面の液体が不十分な場合には、この中間転
写面が付着不全を発生させる原因となるｋもとが判っ
た。また、ドラム１４の表面の粗さも付着不全に影響を
与える。
【００５６】図１０は、図６〜図９のグラフのデータの
重ね合わせにより定義されるプロセス・ウインドウ９０
を示すグラフである。このプロセス・ウインドウ９０の
左側境界線は、融合程度２０の線（図６のライン５０）
である。また、上側境界線は、８０パーセントのピクセ
ル・ピッキングの境界線（図７のライン６２）であり、
右側の境界線は、ドット広がりグループ４及び５（図８
の外形線７０及び７２）であり、下側の境界線は、ドッ
ト広がりグループ４（図８の外形線７０）の境界線にな
っている。プロセス・ウインドウ９０の上側境界線は、
上限温度（図９のライン８０）よりも数℃だけ低い温度
になっている。
【００５７】プロセス・ウインドウ９０を知ることは、
相変化インク型転写プリンタで良好なプリント品質を得
るのに必要なの熱仕様及び許容条件等を導くのに有用で
ある。特に、媒体プリヒーター２７、ドラム・ヒーター
２８、電力容量、ウオームアップ時間、冷却条件等を決
定できる。プロセス・ウインドウ９０は、ドラム１４、
媒体プリヒーター２７、ろーらー２３に関して広範囲の
温度変化及び温度不均一にも対応できるように、広い領
域に広がっていることが望ましい。
【００５８】図１において、上述のインク及び画像プリ
ンタ装置１０において、媒体プリヒーター２７の所望温
度範囲は、約６０℃〜約１５０℃であり、ドラム１４の
所望温度範囲は、約４０℃〜約５６℃である。最適な温
度の転写条件のウインドウで動作することが望ましく、
この最適温度条件は、媒体プリヒーターの温度範囲が約
６１℃〜約１３０℃であり、ドラム１４の温度範囲は、
約４５℃〜約５５℃である。
【００５９】ドラム１４の温度をプロセス・ウインドウ
９０の範囲内に維持するためには、プリント動作をして
いない期間にドラム１４を加熱しなければならず、プリ
ント動作中にはドラム１４を冷却しなければならない。
プリント動作中に冷却が必要なのは、媒体プリヒーター
により加熱された最終記録媒体から媒体の挟持部２２を
介して熱がドラム１４に伝わり、更に、ドラム１４上に
は溶融インクがプリント・ヘッド１１から供給される上
に加熱されたプリント・ヘッド１１からの輻射熱もドラ
ム１４に伝わるからである。
【００６０】図１１は、本発明の一実施例の要部の構成
を示す部分切欠き斜視図である。ドラム１４を加熱する
ドラム・ヒーター２８は、ヒーター・ランプ９２及び反
射板９４を含んでいる。ヒーター・ランプ９２は、ウシ
オ社製のモデルＱＩＲ１００−２００ＴＮ１型等の赤外
線加熱ランプである。
【００６１】ドラム・ヒーター２８の別の実施例として
は、中空のドラム・シャフト９８の内部又は隣接部の回
転軸方向に沿って設けた円筒形カートリッジ又はランプ
・ヒーター９８を含んでいる。この実施例では、ヒータ
ー９６から直接に熱が放射され、放射状のフィン３０を
介してドラム１４に伝達される。
【００６２】ドラム１４は、ファン１００を用いて空気
を移動させ、放射状フィン３０を介して熱を逃がすこと
により冷却される。勿論、冷却するには、ファン１００
を吹き出し式又は吸い込み式の何れの方式にしても良
い。好適なファン１００の構成としては、ドラム１４内
の矢線１０２に沿う方向に空気を吹き出すもので良い。
【００６３】媒体プリヒーター２７は、従来のサーモス
タット手段により所定の動作温度に設定される。しか
し、ドラム温度は、ドラム１４にスライド接触している
サーミスタ１０４により検出される。サーミスタ１０４
は、従来の温度コントローラ１０６に電気的に接続され
ている。プリント動作中に、ドラム１４に熱が加わる
と、ドラム温度が所定温度を超えたことをサーミスタ１
０４が検出する。これに応じて、温度コントローラ１０
６は、ドラム・ヒーター２８に供給する電力を減少させ
ると共に、ファン１００を回転させ、ドラム１４の温度
を設定温度に調整する。逆に、プリント動作を行わない
期間中にサーミスタ１０４は、ドラム温度が設定温度以
下の温度に低下したことを検出する。これに応じて、温
度コントローラ１０６は、ファン１００の回転を止め、
ドラム・ヒーター２８に供給する電力を増加させる。必
要とされる冷却及び加熱の速度に応じて、温度コントロ
ーラ１０６は、ドラム・ヒーター２８及びファン１００
の何れか又は両方を制御する。温度変化が小さい場合
は、温度コントローラ１０６は、ドラム・ヒーター２８
に供給する電力量を主として調整する。
【００６４】以上、本発明の好適実施例を説明したが、
本発明は、上述の実施例のみに限定されるものではな
く、本発明の要旨から逸脱することなく、種々の変形及
び修正を加え得ることは当業者には明らかである。例え
ば、約３０℃のドラム温度を含むプロセス・ウインドウ
が得られるならば、ドラム・ヒーター２８を省略しても
良い。本発明は、白黒用プリンタ及びカラー・プリンタ
の何れにも利用可能である。中間転写面を形成する支持
面の形態としては、ドラム型に限定されず、他の構造の
もの、例えば、フラット型プラテンやベルト型のもので
も良い。本発明は、種々の媒体印刷装置、例えば、ファ
クシミリ、コピー機、コンピュータ用プリンタ等種々の
装置に適用可能である。上述のプロセス・ウインドウ
は、媒体の挟持圧力、インク組成、中間転写面の液体組
成、ドラム表面の仕上げ程度及び材料、プリント媒体の
組成等、種々の要因の組み合わせに応じて変更可能であ
る。中間転写面の液体も種々の方法でドラム上に形成す
ることができる。例えば、オイルをたっぷり含ませた織
布（ウエブ）と計量ブレード機構、ドライ・クリーニン
グ用のウエブ付きの灯心材と液体容器に計量ブレードを
有するもの、あるいは、オイルを浸した材料又はオイル
を浸したパッドを使用したバフ等でも良い。また、ロー
ラー２３を加熱できるように構成し、画像の最終記録媒
体への転写及び融合の効率を向上させても良い。同様
に、媒体プリヒーター２７は、２重プリント装置を利用
するために、又は異なるプロセス・ウインドウを採用す
るために除去しても良い。また、本発明は、相変化イン
ク用のインク・ジェット転写プリンタ以外に、インク温
度制御装置にも適用できる。
【００６５】
【発明の効果】本発明によれば、媒体プリヒーター及び
ドラム・ヒーターにより、温度を最適制御することによ
り転写動作状態を最適な状態に調整及び維持できるの
で、信頼性の高い、耐久性の優れた良好な画像プリント
を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を利用した装置の一実施例の構成
を示す断面図である。
【図２】図１の装置のドラム表面の一部分を拡大して示
す部分断面図である。
【図３】図１の装置のドラムとローラーとを含む部分を
拡大して示す部分断面図である。
【図４】本発明に使用するのに好適な相変化インクを１
Ｈｚの振動周波数で試験した場合の貯蔵弾性率（Storag
e Modulus）Ｅ′の温度との関係を示すグラフである。
【図５】本発明に好適な相変化インクの降伏強さを温度
の関数として表したグラフである。
【図６】融合程度のテスト・プリント結果をドラム温度
及び媒体プリヒーター温度に対して示すグラフである。
【図７】ピクセル・ピッキングのテスト・プリント及び
追跡シートのデータをドラム温度及び媒体プリヒーター
温度に対して示したグラフである。
【図８】テスト・プリントにおいてドラム温度及び媒体
プリヒーター温度に対するドット広がりのデータを示す
グラフである。
【図９】上限温度のテスト・プリントのデータを示すグ
ラフであり、付着不全の発生点をドラム温度及び媒体プ
リヒーター温度に対してプロットしている。
【図１０】図６〜図９のグラフのデータの重ね合わせに
より定義されるプロセス・ウインドウ９０を示すグラフ
である。
【図１１】本発明の一実施例の要部の構成を示す部分切
欠き斜視図である。
【符号の説明】
１１ インク・ジェット・プリント・ヘッド １２ 液体層（中間転写面） １４ 支持面（ドラム表面） １６ 液体塗布装置 ２３ 転写用ローラー ２６ インク画像 ２１ 最終記録媒体（紙等） ２７ 媒体プリヒーター ２８ ドラム・ヒーター
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クラーク・ダブリュー・クロウフォード アメリカ合衆国オレゴン州97070 ウィ ルソンビル サンダルウッド・ドライブ 28600 (72)発明者 バリー・ディー・リーブス アメリカ合衆国オレゴン州97034 レイ ク・オスウェゴ レイク・フォーレス ト・ドライブ 792 (72)発明者 ジェームス・ディー・ライズ アメリカ合衆国オレゴン州97034 レイ ク・オスウェゴ シー・アベニュー 1115 (56)参考文献 特開 平１−146750（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−200997（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−293178（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 支持面を設け、 上記支持面を所定の表面温度に制御し、 上記支持面上に液体層の中間転写面を形成し、 上記中間転写面上に相変化インク画像を形成し、 プリント媒体を所定温度まで加熱し、 上記プリント媒体と上記相変化インク画像とを接触さ
    せ、 上記相変化インク画像を上記プリント媒体上に転写する
    ことを特徴とする画像形成方法。
  2. 【請求項２】 回転ドラムと、 該回転ドラムの表面の温度を所定の表面温度に安定化さ
    せる温度制御手段と、 上記回転ドラムの表面に液体層の中間転写面を形成する
    手段と、 上記中間転写面上に相変化インクの画像を形成するイン
    ク・ジェット・プリント・ヘッドと、 プリント媒体を所定の温度に設定する媒体プリヒーター
    とを具え、 上記回転ドラムに圧力接触し、上記回転ドラムとの間に
    上記プリント媒体を挟んで上記画像を上記プリント媒体
    に転写することを特徴とする画像形成装置。
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