JP4060787B2 - プリンタ - Google Patents

Description

本発明は、プリンタに関し、詳しくは、フルカラー画像等を高速に印刷でき、かつ小型軽量でローコストに提供が可能なプリンタに関する。

近年、デジタルカメラなどの普及により、家庭やオフィスで手軽にフルカラー画像をプリントできるカラープリンタの需要が高まっている。こうしたカラープリンタは、印刷方式の違いから電子写真方式のプリンタ（レーザプリンタ、ページプリンタ）と、インクジェット方式のプリンタに大別される。

電子写真方式のプリンタは、粉体インクであるトナーで画像を形成し、このトナーを印刷媒体上に溶融定着させるものであり、一般的に複写機などの印刷機構として広く用いられている。

一方、インクジェット方式のプリンタは、インクタンクから供給される液状のインクを微細なノズルから印刷媒体に向けて噴射して、印刷媒体上に画像等を形成するものであり、複数の微細なノズルを高密度に形成することが容易なため、主にフルカラープリンタの印刷方式として広く用いられている。
特開２００３−２６６６６３号公報 特開２００３−１０３７９３号公報

しかしながら、電子写真方式のプリンタは、画像形成手段、現像器、定着器といった大型でコストのかかる構成が必須である。特に、こうした電子写真方式のプリンタでフルカラー印刷が可能な、いわゆるカラーレーザプリンタは、３原色と黒色の４色分の画像形成手段や現像器が必要となり、装置自体が複雑で大型化し、コストも高くなるという課題があった。また、電子写真方式のプリンタでは、トナーと呼ばれる粉体のインクが用いられるが、こうしたトナーは安全性や制御性の面から粒径を５μｍ程度より小さくするのは難しく、粒状感のない高画質なフルカラープリントを実現するのは難しい。

一方、インクジェット方式のプリンタは、プリントヘッドの小型化が容易であり、かつインクタンクに貯留されたインクをプリントヘッドを介して印刷媒体に直接吹き付けて画像を形成するので、装置構成が簡単であり、小型でローコストにフルカラープリントを実現することができる。また、液体インクを用いるために、インクの吐出量を細かく制御することが容易なため、粒状感の少ない高画質なフルカラープリントを得ることが容易である。

しかしながら、インクジェット方式のプリンタは、印刷する画像の画素に対応した数のノズルを備えたプリントヘッドが必要になるため、シリアル方式と呼ばれる、印刷媒体の送り方向と直角な印刷媒体の幅方向にプリントヘッドを移動させつつプリントを行なうという方式が殆どである。このため、印刷媒体の幅方向を一括してプリントする電子写真方式のプリンタと比較して、プリントに要する時間は相当に長くなり、迅速に印刷することは難しい。

また、インクジェット方式のプリンタでプリントヘッドを印刷媒体の幅方向に延ばした、いわゆるラインヘッドを採用することも考えられるが、ノズルの数が飛躍的に増加するために、インクジェット方式のプリンタに適用するとノズルにインクが乾燥して詰まってしまう目詰まりを引き起こす可能性が高くなり、メンテナンスが煩雑になるために実現は困難であった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、高画質な画像を高速でプリントすることが可能であり、かつ簡易な構成でローコストなプリンタを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明によれば、インクを吹き付けて画像をプリントするインクジェット方式のプリントヘッドと、前記プリントヘッドによって画像がプリントされるとともに、この画像を印刷媒体に転写して前記印刷媒体に画像を形成する中間担持体を有する転写手段とを備えたことを特徴とするプリンタが提供される。

前記中間担持体を帯電させる帯電手段をさらに備えていればよい。前記インクは、色素と、この色素を分散させて担持する不揮発性の溶媒とから構成され、前記中間担持体に対面して中間担持体に吹き付けられた前記インクから前記溶媒を除去する溶媒除去手段をさらに備えていればよい。

前記溶媒はシリコン油等の不揮発性の分散溶媒からなるとともに、前記色素は粒径を５μｍ以下に形成した、樹脂と発色材との混合体であればよい。前記溶媒除去手段は、前記溶媒を保持する吸収材と、この吸収材の表面を覆い、前記溶媒に対する濡れ性が低いとともに前記色素の粒径よりも小さい径の多数の微細な孔が形成され、前記インクから前記溶媒だけを前記吸収材に向けて選択的に透過させる透過膜とから構成されれば良い。

前記中間担持体は、前記溶媒除去手段の機能を備えていてもよい。前記プリントヘッドは前記印刷媒体の印刷領域の幅方向に延びるサーマル方式のラインヘッドであり、シリコン半導体プロセスを用いて形成されればよい。

本発明のプリンタによれば、インクジェット方式のラインヘッド用いつつ、現像器が不要なため、簡易な構成でローコストで、かつ高速にプリントが可能なプリンタを提供できる。特に、微細な粉体トナーである色素を用いることで従来のカラーレーザプリンタやカラー複写機などよりも粒状感の少ない高画質のカラープリントを実現することができる。

微細な粉体トナーである色素を溶媒に分散された状態でプリントヘッドから噴射することにより、粉体のトナーが飛散して周囲を汚染したり、人体に悪影響を与えるおそれが少ない。さらに、溶媒にシリコン油などの不揮発性溶媒を採用することで、臭気や大気汚染といった溶媒の揮発による問題を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を交えて説明する。図１は、本発明のプリンタの一実施形態を示す斜視図である。本発明のプリンタ１０は、大別してプリント部１１、転写部１４および媒体搬送部１５とから構成されている。プリント部１１は、３原色をそれぞれプリントする赤色プリントヘッド１２Ｒ，緑色プリントヘッド１２Ｇ，青色プリントヘッド１２Ｂと、黒色プリントヘッド１２ＢＬの４つのプリントヘッド１２を備えている。また、それぞれのプリントヘッド１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂと、１２ＢＬには、対応する色のインクを供給するインクタンク１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂと、１３ＢＬが備えられている。

こうしたプリントヘッド１２は、例えば印刷媒体２１の幅Ｗ方向に延びるラインヘッドが採用される。こうしたラインヘッドにより、プリントにあたって印刷媒体の幅Ｗ方向にプリントヘッド１２を移動させる機構が不要になり、プリンタ１０の構成を簡略化して小型、軽量化できるとともに、１ライン分のプリントを同時にできるので、シリアル方式のプリンタと比較してプリント速度を大幅に高速化できる。プリントヘッド１２は、後述するインクに不揮発性の溶媒を採用することにより、ノズル数が極めて多いこうしたラインヘッドであっても、乾燥によるノズルの目詰まりの発生を防止することが可能になる。

プリントヘッド１２は例えば、サーマル方式によるインクジェットプリントヘッドが好適に採用される。サーマル方式によるインクジェットプリントヘッドは、周知のように、加熱により気泡を発生させることによりプリントヘッドのノズルからインクを噴射させるものである。

このようなサーマル方式のプリントヘッド１２は、例えば、Ｓｉ基板上にマトリクス回路、駆動回路、発熱体などを半導体プロセスによって形成することで製造できる。こうした半導体プロセスは安価で大量の生産を可能にするので、印刷媒体２１の幅Ｗ方向に延びるラインヘッドであっても、ローコストに製造することができる。

なお、こうしたプリントヘッド１２は、サーマル方式に限定されるものではなく、インクジェットの各方式、例えばピエゾ素子の振動によりインクを噴射させるピエゾインクジェット方式など、各種インクジェット方式を採用することができる。

図２に示すように、各インクタンク１３（図１参照）から供給されるインク２２は、色素２３と、この色素２３を分散担持する溶媒２４とから構成される。色素２３は、各プリントヘッド１２に対応した色の粒径がサブμｍ〜数μｍの粉体トナーが好適に採用される。こうしたサブμｍ〜数μｍの粉体トナーは、一般の電子写真に用いられるトナーよりも遥かに小さく、従来のカラーレーザプリンタやカラー複写機などよりも粒状感の少ない相当に高画質のカラープリントを実現することができる。

なお、色素２３は樹脂、例えばポリエステル樹脂等のバインダーに発色材である染料や顔料を内包した構造であれば良い。色素２３は、従来の粉砕後に分級した小粒径のトナーを用いても良く、一般に重合法とよばれる方法で製造したトナーを用いても良い。

こうした色素２３（粉体トナー）は、溶媒２４に分散された状態でプリントヘッド１２から噴射される。溶媒２４は、不揮発性の溶媒、例えばシリコン油が好適に採用される。こうした溶媒２４の粒に、図２の（ａ）に示すような単一の微細な色素２３を核にしたような分散形態で色素２３を構成してもよく、図２の（ｂ）に示すように、溶媒２４の粒に複数の微細な色素２３を分散させた形態で色素２３を構成してもよい。

このように、色素２３を溶媒２４に分散させた形態でインク２２を構成することによって、粉体のトナーが飛散して周囲を汚染したり、人体に悪影響を与えるおそれが少ない。そして、溶媒２４にシリコン油などの不揮発性溶媒を採用することで、臭気や大気汚染といった溶媒の揮発による問題を防止することができる。

プリントヘッド１２の下部には転写部（転写手段）１４が設けられている。転写部１４は、２つの回転ローラ２５，２６の間で回転する転写ベルト（中間担持体）２７と、帯電ローラ（帯電手段）２８およびスクイーズローラ（溶媒除去手段）２９とを備えている。

転写ベルト２７は、プリントヘッド１２から噴射された、画像を構成するインク２２を受け止め、媒体搬送部１５に向けてこのインク２２を搬送する。転写ベルト２７は、例えばＰＶＤＦ，ポリイミド，ポリアミド，ポリカーボネイト等の樹脂ベルトが採用されれば良い。

帯電ローラ２８は、転写ベルト２７の移動方向でプリントヘッド１２の上流側に配置され、転写ベルト２７の表面を帯電させる。こうして帯電ローラ２８で転写ベルト２７を帯電させることにより、プリントヘッド１２から噴射されたインク２２はクーロン力によって帯電ローラ２８に付着する。従って、転写ベルト２７が濡れた状態であっても、インク２２で形成された画像が滲んだり、流れてしまうことがない。

転写ベルト２７の移動方向でプリントヘッド１２の下流側に配置されるスクイーズローラ２９は転写ベルト２７に近接して、転写ベルト２７上で画像を形成しているインク２２から、溶媒２４だけを吸着し、転写ベルト２７上に色素２３だけを残す。

図３に示すように、スクイーズローラ２９は、回転軸３１の周囲に形成された吸収材３２と、この吸収材３２の外周面を覆う透過膜３３とから構成されている。吸収材３２は、溶媒２４を吸収する吸油性の材料、例えばフェルト材が用いられればよい。

図４に示すように、透過膜３３は、インク２２の色素２３の粒径よりも小径の微細な孔３３ａを多数備えた多孔質の膜、例えばカーボン等の導電剤を含有した半導電性を有する繊維を織った布地が用いられれば良い。代表例としては、ＰＶＤＦ膜（ゴアテックスメンブレン（登録商標、デュポン社製））、フッ素樹脂の表面処理を施したマイクロセルの発泡ポリマー、表面にフッ素樹脂処理を行なった多孔質セラミックス（素焼き管）、シリカ等のフィラーをバインダー樹脂と混練し塗布した後、表面にフッ素樹脂加工を施した塗布膜などが挙げられる。

図４から明らかなように、このようなスクイーズローラ２９は、インク２２の色素２３の粒径よりも小径の微細な孔３３ａの作用によって、転写ベルト２７上で画像を形成しているインク２２の溶媒２４だけが透過膜３３を透過して吸収材３２に吸収される。スクイーズローラ２９の下流側では転写ベルト２７上には画像を構成する色素２３だけが残される。

なお、スクイーズローラ２９の吸収材３２に吸収された溶媒２４は、図示せぬ溶媒再生手段よって吸収材３２から取り出されればよい。例えば、吸収材３２に接して設けられたウイックなどに溶媒を再吸収させて、このウイックを加圧ローラや弾性体のブレードなどで絞り、ウイックから溶媒を機械的に回収すればよい。

再び図１を参照して、媒体搬送部１５は、転写ローラ４１および定着ローラ４２を備えている。転写ローラ４１は、回転ローラ２５に対面して設けられ、転写ベルト２７に接している。この転写ローラ４１には転写電圧が印加され、転写ベルト２７上の画像を構成する色素２３はクーロン力によって回転ローラ２５と転写ローラ４１との間に挟まれた印刷媒体２１に転写される。

定着ローラ４２は粉体トナーである色素２３を溶融可能な温度に加熱されており、印刷媒体２１を挟み込んで搬送しつつ、印刷媒体２１に転写された、画像を構成する色素２３を溶融して印刷媒体２１に画像を定着させる。

以上のような構成の本発明のプリンタの動作について、図５を交えて簡単に説明する。パソコン等から画像のデータが入力されたプリンタ１０は、データに従ってプリントヘッド１２を駆動させる。転写ベルト２７は図中矢印Ｍ方向に移動し、プリントヘッド１２に達する前に帯電ローラ２８によって表面が帯電される。そして、プリントヘッド１２に達すると画像データに従ってインク２２が噴射される。こうしたインク２２はクーロン力によって転写ベルト２７に付着する。

転写ベルト２７に付着したインク２２がスクイーズローラ２９に達すると、インク２２の溶媒２４だけが透過膜３３を透過して吸収材３２に吸収される。スクイーズローラ２９を経た転写ベルト２７には、画像を構成する色素２３だけが残される。

転写ベルト２７上の色素２３が印刷媒体２１に接する転写ローラ４１に達すると、色素２３は転写ローラ４１の転写電圧印加によるクーロン力で回転ローラ２５と転写ローラ４１との間に挟まれた印刷媒体２１に転写される。この後、色素２３は定着ローラ４２で溶融され、印刷媒体２１に鮮明な画像として定着される。

上述した実施形態では、溶媒除去手段としてスクイーズローラを設けているが、これ以外にも、転写ベルトが溶媒除去手段の機能を兼ね備えていても良い。図６に示すように、このような転写ベルト（中間担持体、溶媒除去手段）５１は、透過膜５２とこの透過膜５２を担持する吸収材５３の２層からなるベルト状の材料が採用されれば良い。吸収材５３は、例えば、カーボン等の導電剤を含有した半導電性を備えた繊維を織った布地が用いられれば良い。このような吸収材５３の表面に、インクの色素の粒径よりも小径の微細な孔を多数備えた多孔質の膜である透過膜５２を形成して転写ベルト５１を構成すればよい。

勿論、転写ベルト５１はベルトとしての柔軟性が必要なので、ＰＶＤＦ膜（ゴアテックスメンブレン（登録商標、デュポン社製））、フッ素樹脂の表面処理を施したマイクロセルの発泡ポリマー、シリカ等のフィラーをバインダー樹脂と混練し塗布した後、表面にフッ素樹脂加工を施した塗布膜などを使用すればよい。

また、こうした溶媒除去手段の機能を兼ね備えた転写ベルト５１によって吸収された溶媒は、図示せぬ溶媒再生手段よって転写ベルト５１の吸収材５３から取り出されればよい。例えば、吸収材５３に接して設けられたウイックなどに溶媒を再吸収させて、このウイックを加圧ローラや弾性体のブレードなどで絞り、ウイックから溶媒を機械的に回収すればよい。

なお、上述した実施形態では中間担持体として転写ベルトを用いたが、本発明はもちろんこれに限定されるものではなく、転写ドラム等を用いても良い。また、転写後に中間担持体上に残留するトナーを除去するためのブレードやクリーニングローラ等を更に備えれば、よりきめの細かい高画質なプリント画像を得ることができる。また、上述した実施形態で画像と称しているものは、図形はもとより各種文字や記号等を含むことは当然である。

図１は、本発明のプリンタの構成を示す斜視図である。 図２は、本発明のプリンタに用いられるインクを示す拡大断面図である。 図３は、スクイーズローラを示す断面図である。 図４は、図３に示すスクイーズローラの部分拡大断面成図である。 図５は、本発明のプリンタの動作を示す説明図である。 図６は、転写ベルトの別な構成を示す断面図である。

符号の説明

１０ プリンタ
１２ プリントヘッド
１４ 転写部（転写手段）
２１ 印刷媒体
２２ インク
２３ 色素
２４ 溶媒
２７ 転写ベルト（中間担持体）
２８ 帯電ローラ（帯電手段）
２９ スクイーズローラ（溶媒除去手段）
３２ 吸収材
３３ 透過膜

Claims (5)

1. 色素とこの色素を分散させて担持する不揮発性の溶媒とから構成されたインクを吹き付けて画像をプリントするインクジェット方式のプリントヘッドと、
   前記プリントヘッドによって画像がプリントされるとともに、この画像を印刷媒体に転写して前記印刷媒体に画像を形成する中間担持体を有する転写手段と、
   前記中間担持体に対面して中間担持体に吹き付けられた前記インクから前記溶媒を除去する溶媒除去手段と、
   を備え、
   前記溶媒除去手段は、
   前記溶媒を保持する吸収材と、
   この吸収材の表面を覆い、前記溶媒に対する濡れ性が低いとともに前記色素の粒径よりも小さい径の多数の微細な孔が形成され、前記インクから前記溶媒だけを前記吸収材に向けて選択的に透過させる透過膜とからなることを特徴とするプリンタ。
2. 前記中間担持体を帯電させる帯電手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のプリンタ。
3. 前記溶媒はシリコン油等の不揮発性の分散溶媒からなるとともに、前記色素は粒径を５μｍ以下に形成した、樹脂と発色材との混合体であることを特徴とする請求項１または２に記載のプリンタ。
4. 前記中間担持体は、前記溶媒除去手段の機能を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のプリンタ。
5. 前記プリントヘッドは前記印刷媒体の印刷領域の幅方向に延びるサーマル方式のラインヘッドであり、シリコン半導体プロセスを用いて形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のプリンタ。

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