JP5234421B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は画像形成装置に関し、詳細にはフェザリング、ブリーディング等の滲みを抑制し、高濃度で高彩度な画像形成を可能にするセット剤としての機能を有する泡状態になり得る液体又はゲル、あるいは液体及びゲルを微細な泡にして被記録媒体に均一塗布できる画像形成装置に関する。

プリンタ、ファクシミリ、複写装置、これらの複合機等の画像形成装置として、例えば、記録液の液滴を吐出する液体吐出ヘッドで構成した記録ヘッドを用いて、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の媒体を搬送しながら、液滴を媒体に付着させて画像形成を行うものがある。なお、画像形成装置は、媒体に液滴を着弾させて画像形成を行う装置であり、画像形成とは、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与することをも意味する。また、記録液とは、インクに限るものではなく、上記画像形成を行うことができる、吐出時に液滴化するものであれば良い。

このような液体吐出方式の画像形成装置においては、色材を含む記録液（以下インクと称す）を液滴化して画像形成を行うために、液滴で形成されるドットがひげ状に乱れるフェザリング、異なる色のインク滴が隣接して用紙に打たれた場合に、各色が相互に混ざり合って色境界が不鮮明になるカラーブリード、発色（濃度）不足、裏写り、光沢性、定着性等の不具合が生じることがあり、また印字後の紙上の液滴が乾くまでに時間がかかるという初期品質の問題に加え、耐水性、耐光性、擦過性、耐オゾンといった堅牢性に関わる問題を抱えている。

そこで、従来から特許文献１に記載されているようにインクと反応して滲み防止を促す前処理液を塗布ローラで塗布したり、特許文献２に記載されているように前処理液を液体吐出ヘッドからミスト状に吐出させて塗布したりすることが行われている。また、特許文献３にはインクの定着性を向上させる処理液はインク印字の前又は後に付与することが記載されており、前処理に限定されるものでなく、後処理を行う場合もある。

特開２００２−１３７３７８号公報 特開２００５−１３８５０２号公報 特開２００３−２０５６７３号公報

しかしながら、上記特許文献１〜３に記載のように、塗布ローラや液体吐出ヘッドで前処理液又は後処理液を吐布するのでは、塗布ムラが発生すると共に、更に液体のために用紙上でインクと反応後の速乾性に問題があり、特に用紙にシワやカールが発生したり、撓んだりし易くなることから、ジャムが起こり易いという課題がある。

そこで、本出願人はこれらの課題を解決する手段として、処理液を泡状態にして被記録媒体に塗布することを提案している。

ここで、泡塗布装置は機能的に大きく分けると、泡生成部、泡微細化部、泡延展部、泡塗布部を含んで構成される。泡生成部で生成した泡を泡微細化部によって微細化し、微細化した泡を泡延展部によって泡塗布部に延展し、泡塗布部によって被記録媒体に塗布するという構成である。また、泡塗布部は泡搬送ローラ、泡塗布ローラや加圧ローラの３本のローラで構成されており、泡塗布ローラに対して、泡搬送ローラと加圧ローラがそれぞれ接する形となっている。先ず、泡搬送ローラ上に泡延展部より供給された泡は、泡塗布ローラとの間で泡溜りを作りながら均一な厚みの泡となり、加圧ローラと泡塗布ローラの間に搬送される被記録媒体の表面に一様に塗布される。この際、泡溜りに常に一定の泡が存在しないと泡のかさ密度が不均一となり、被記録媒体に塗布される量にもバラツキが生じる。泡の供給量は一定に制御することが困難なため、泡塗布部には常に多めに泡が供給される状態となる。そこで、泡溜りで生じる余剰泡を処理する機構が必要となる。

本発明は、泡塗布部に生じる余剰泡を処理し、泡溜り部の泡量を常に一定とすることでかさ密度を一定に保ち、被記録媒体に塗布される泡の量を均一にできる画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明の被記録媒体に画像を形成する画像形成装置は、被記録媒体に液体又はゲルの処理剤、あるいは液体及びゲルが混在した泡状の処理剤をローラ形状の塗布部材を介して塗布する泡塗布手段と、塗布部材と当接して回転するローラ部材を有し、ローラ部材は塗布部材よりもローラ軸方向の長さが短く形成され、ローラ部材のローラ端部に堆積される余剰の泡状処理剤を除去する泡除去手段とを具備することに特徴がある。よって、泡塗布手段に過多に供給される泡状処理剤の余剰分を回収することで被記録媒体に塗布される泡の量を一定に保つことが可能となる。

また、泡除去手段によって除去された余剰泡を溜める回収トレイを設けたことにより、泡塗布手段に過多に供給される泡の余剰分を回収することで被記録媒体に塗布される泡の量を一定に保つことが可能となると共に、処理剤を再利用することが可能となる。

更に、泡除去手段は、ローラ部材のローラ端部の面に近接又は当接するブレードを有することにより、泡塗布手段に過多に供給される泡の余剰分を回収することで被記録媒体に塗布される泡の量を一定に保つことが可能となる。

また、ブレードは、ローラ部材のローラ端部が斜めに面取りされた面に近接又は当接される。よって、泡塗布手段に過多に供給される泡の余剰分を効率良く回収することで被記録媒体に塗布される泡の量を一定に保つことが可能となる。

更に、泡除去手段は、ローラ部材のローラ端部付近に加熱体を有する。よって、加熱体で余剰泡を加熱することで泡状処理剤が液体に戻り、貯留部のコンパクト化や処理剤の再利用を図ることが可能となる。

また、加熱体は、ローラ部材のローラ表面に接しないように配置されていることにより、塗布部材に加熱体の熱が伝わりにくくなり、泡状処理剤の泡が壊れにくくなる。

更に、回収トレイは、ブレード又は加熱体の下部に配置されることが好ましい。

また、泡除去手段は、ローラ部材のローラ端部付近に吸引ポンプに連通された吸引用ノズルを有し、該吸引用ノズルを用いてローラ部材のローラ端部に堆積される余剰泡を吸引して除去する。よって、泡塗布手段に過多に供給される泡の余剰分を回収することで被記録媒体に塗布される泡の量を一定に保つことが可能となると共に、処理剤の再利用を図ることが可能となる。

更に、塗布部材のローラ表面及びローラ部材のローラ表面の両方に近接又は当接して、塗布部材のローラ面に塗布された泡状処理剤のローラ軸方向幅を規制する規制部材を有することで、当該規制部材によって規制されてローラ部材のローラ端部に堆積された余剰泡を泡除去手段によって除去する。

本発明の画像形成装置によれば、泡塗布手段において過多に供給される泡の余剰分を回収することで被記録媒体に塗布される泡の量を一定に保つことが可能となる。

本発明の画像形成装置の構成を示す概略断面図である。 図１の泡塗布部における泡範囲規制機構の構成を示す斜視図である。 図１の泡塗布部における泡回収機構の構成を示す図である。 図１の泡塗布部における泡回収機構の別の構成を示す図である。 図１の泡塗布部における泡回収機構の別の構成を示す図である。 図１の泡塗布部における泡回収機構の別の構成を示す図である。

図１は本発明の画像形成装置の構成を示す概略断面図である。同図に示す本発明の画像形成装置１００は、被記録媒体である用紙３００に液滴を吐出して画像を形成する画像形成手段としての記録ヘッドユニット１０１と、用紙３００を搬送する搬送ベルト１０２と、用紙３００を収容する給紙トレイ１０３と、画像が形成された用紙３００が排紙される排紙トレイ１０４と、記録ヘッドユニット１０１よりも用紙搬送方向上流側で被塗布部材である用紙３００に泡状液体を塗布する泡塗布装置２００とを有している。また、記録ヘッドユニット１０１は、液滴を吐出する複数のノズルを用紙幅相当分の長さに配列したノズル列を有するライン型液体吐出ヘッドから構成され、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色のインク滴を記録ヘッド１０１ｙ、１０１ｍ、１０１ｃ、１０１ｋを備えている。なお、シリアル型画像形成装置として記録ヘッドをキャリッジに搭載する構成ともできる。

更に、搬送ベルト１０２は、無端状ベルトであり、搬送ローラ１０５とテンションローラ１０６との間に掛け渡されて周回するように構成している。この搬送ベルト１０２に対する用紙３００の保持は、例えば静電吸着、空気の吸引による吸着などを行う構成とすることやその他の公知の搬送手段を用いることができる。給紙トレイ１０３に収容された用紙３００はピックアップローラ１０７で１枚ずつ分離されて搬送ローラ対１０８によって給紙されて更に搬送ローラ対１０９、１１０による搬送路１１１を介して搬送され、泡塗布装置２００によって泡塗布が行われた後、搬送ベルト１０２上に送り込まれて保持される。そして、搬送ベルト１０２で搬送されながらヘッドユニット１０１から各色の液滴が吐出されて、泡が塗布された用紙３００上に画像が形成され、その後用紙３００は排紙トレイ１０４に排出される。

一方、泡塗布装置２００は、泡状態にすることが可能な液体又はゲル若しくは液体及びゲルの処理剤２０１を収容した容器２０２と、この容器２０２から処理剤２０１を圧送するポンプ２０３と、ポンプ２０３で供給路２０４を介して供給された処理剤２０１から大きな泡の泡状処理剤２０５を生成する第１の泡生成部２０６と、第１の泡生成部２０６から泡状処理剤２０５を送る経路である泡供給経路２０７と、泡供給経路２０７で搬送される泡状処理剤２０５を複数回せん断して小さな泡の泡状処理剤２０８を生成する第２の泡生成部２０９と、泡状処理剤２０８を用紙幅方向に延展する延展部材２１０と、泡状処理剤２０８を用紙３００に塗布する泡塗布部２１１とを備えている。

ここで、泡状態になり得る処理剤２０１は、用紙３００の表面に塗布することで用紙３００の表面を改質する改質材である。例えば、処理剤２０１は、予め用紙３００にムラなく塗布しておくことで、インクの水分を速やかに用紙３００に浸透させると共に色成分を増粘させ、更には乾燥も早めることによってフェザリング、ブリーディング等の滲みや裏抜けを防止し、生産性(単位時間当たりの画像出力枚数)を上げることを可能にするセット剤である。

この処理剤２０１は、組成的には、例えば界面活性剤（アニオン系、カチオン系、ノニオン系のいずれか、若しくはこれらを２種類以上混合させたもの）に対して、水分の浸透を促進するセルロース類（ヒドロキシプロピルセルロース等)とタルク微粉体のような基剤を加えた溶液等を挙げることができる。更に、微粒子を含有することもできる。

第１の泡生成部２０６は、泡生成容器２１２内の処理剤２０１に対し、高圧空気供給部２１３から高圧空気２１４を、高圧空気供給路２１５を介して供給することによって、大きな泡の泡状処理剤２０５を生成する。この泡生成容器２１２内で泡状処理剤２０５が生成されて充満することにより、その圧力によって泡搬送経路２０７を介して泡塗布部２１１に向けて供給される。なお、泡生成中に処理剤２０１を供給する供給路２０４を通じて泡２０５や処理剤２０１が逆流しないようにポンプ２０３が供給路２０４を閉じるようにしている。

また、泡塗布部２１１は、延展部材２１０より供給された泡を搬送する泡搬送ローラ２１６と、泡を被記録媒体に塗布する塗布ローラ２１７と、塗布ローラ２１７のクリーナ２１８と、塗布ローラ２１７に被記録媒体を押し付ける加圧ローラ２１９とを含んで構成されている。更に、本発明において、泡搬送ローラ２１６の余剰泡を掻き取るブレード２２０と、回収された余剰泡を溜めておく回収トレイ２２１とを有し、ブレード２２０によって泡搬送ローラ２１６上の余剰泡は掻き取られて回収トレイ２２１に溜められていく。

ここで、「泡」とは液体中に気泡が大量に分散し、液体が圧縮性を帯びた状態のことを指す。つまり、液体がその中に空気などの気体を含んで丸くなったものであり、気体を包む液体の表面張力により形作られ、ある時間立体的形状を保持できるものをいう。このような形状保持性を有する泡としては、かさ密度０．０５ｇ／ｃｍ^３以下であり、泡径の分布範囲が１０μｍ〜１ｍｍ、平均泡径が１００μｍ以下であることが望ましい。なお、泡は単体では丸く形成されるが、複数結合すると表面張力により個々の泡の形状は多面体形状をとる。このような泡は液体ではなく半固体となり、流動性等において固体に近い物性を示す。

液体やミスト状の処理液と比べて、このような泡の状態にした処理剤は以下のような長所を有する。
１．泡は空気を大量に含む為、微量液塗布が可能である。
２．泡は固体に近いため、塗布してから削りとる等で塗布膜厚を容易に調整することができ、また塗布手段から紙への塗布時に塗布手段からの剥離性が良いため、均一塗布が可能である。
３．泡は紙の繊維に水分が浸透しにくいため、紙にシワやカールが発生しにくい。

さらに、このように記録媒体の処理剤として泡状のものを用いることは、液体やミスト状の処理液と比べて、高速での記録・処理時に格別の効果を有する。例えば、連帳機のように連続紙に高速で印刷を行う場合、処理剤の塗布も記録動作に追いつくためにローラ等を高速に回転させて塗布を行う必要がある。このような記録が毎分１００ｍ程度を超えるスピードになると、ローラの高速回転により発生する遠心力も極めて大きくなり、液体の処理剤では処理剤がローラ表面から引き離され飛散してしまい、記録媒体に塗布される量が著しく低下してしまうという不具合がある。液体の処理剤でこのような不具合を解決するためには、液体の粘度を上げてローラ表面から飛散しにくくすることも考えられるが、このような高粘度液体は薄膜で塗布することが困難であり、また給液、排液動作の負荷が大きく搬送用のポンプの大型化や装置の複雑化を招く。

これに対して、泡状の処理剤は、搬送時は通常の低粘度を有し、搬送負荷が少ない上に、ローラ状では発泡させた状態で半固体の性質を示すため、ローラの高速回転にも追随し飛散することがない。また、記録媒体への薄膜塗布にも有利である。また、塗布後の残泡はヒータの加熱等で消泡することで容易に低粘度処理剤として再回収でき、上述の液体の処理剤塗布の高速塗布における問題点を全て解決することができる。

図２は図１の泡塗布部における泡範囲規制機構の構成を示す斜視図である。同図において、図１と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示すように、泡塗布部において、延展部材２１０より泡が供給されると、泡搬送ローラ２１６と塗布ローラ２１７の接線上部に泡溜りが形成される。泡の供給量を一定に保つことは困難なので、供給される泡の量は所要量よりは常に多めになる。この泡溜りから塗布ローラ２１７上に薄い膜状に形成された泡が被記録媒体に塗布される。泡溜りに常に一定の量が溜まった状態であれば、泡のかさ密度が一定となり、被記録媒体に塗布される泡の量も一定となる。しかし、泡は常に供給過多状態にあるので余剰泡の処理が必要となる。そこで、泡範囲規制機構としてのサイドフェンス２２２で泡溜まりの範囲を固定しこの範囲からあふれた泡は後述する泡回収手段で回収する。サイドフェンス２２２は移送用軸２２３によりローラ軸方向に可動である。

図３は図１の泡塗布部における泡回収機構の構成を示す図である。同図の（ａ）は正面図、同図の（ｂ）が側面図、同図の（ｃ）が一部平面図である。同図において、図１と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示すように、泡搬送ローラ２１６のローラ角部を斜めに面取りした形状とし、その斜め部にブレード２２０を押し当てて余剰泡を掻き取り、回収トレイ２２１に回収する。ここで、液体を塗布するローラにおいては、余剰の液体はローラの端面で下方に垂れてしまい面取り部にまで到達することはないが、泡は半固体状態であるためにローラ端部で垂れることなく、面取り部をせりあがり軸にまで達する。この泡の特徴を利用しローラ端部の面取り部で泡を回収する構成としている。なお、斜め部ではなく、ローラ面にブレードを当てて回収することもできるが、ブレード２２０を押し当てる長さ分のローラを長くする必要があり、またローラ平行部では泡の量をなるべく一定に保ちたいがローラ面にブレード２２０を当てることで泡の量に影響を与えてしまう。従って、本発明のように面取りの斜め部にブレードを当てて泡を回収することで、ローラ面上の泡量を一定に保ち、機械サイズをよりコンパクトにすることができる。また、図３では泡搬送ローラ２１６が塗布ローラ２１７よりも軸方向の長さで短くなっているが、そうすることで余剰泡が泡搬送ローラ２１６の端部に集まるようになり、そこで余剰泡を回収できるので塗布ローラ２１７に余剰泡がのりにくくなる。塗布ローラ２１７に余剰泡がのると被記録媒体に塗布される量が不均一になるため、この形が望ましい。泡搬送ローラ２１６から掻き取られた余剰泡は支持体２２４を伝って回収トレイ２２１内に落ちていくが、例えばブレード２２０と支持体２２４との接続部付近にヒータを設けることで泡が液化するので、液体の状態で回収することが可能となる。回収トレイ２２１の底面に廃液管２２５をつなげておき、溜まった液体はそこから廃棄する。廃液管２２５の先にフィルタなどを設けることで液体を再利用することも可能である。

図４は図１の泡塗布部における泡回収機構の別の構成を示す図である。同図の（ａ）は正面図であり、同図の（ｂ）が側面図である。同図において、図３と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示すように、泡搬送ローラ２１６の両端の軸端部付近において、ローラ軸に断熱体２２６を巻いて、当該断熱体２２６の回りに加熱体としてリング状のヒータ２２７を取り付けている。図３で述べたように泡の半固体としての特性のため、泡溜りからあふれた余剰泡は泡搬送ローラ２１６の回転に伴い両端部に集まり面取り部を通過してさらには軸にまで到達する。そこで軸に設けたヒータ２２７により泡を液体に変化させ、その液体を回収トレイ２２１で回収する。また、ローラ軸端部またはローラ表面の端部付近に泡の有無を検知するセンサ（図示せず）を設け、余剰泡の発生をモニタリングすることで余剰泡ができた時だけヒータ２２７をＯＮするような制御が可能となる。なお、図４に示す例はリング状のヒータを使用しているが、軸端部付近にヒータを近づけて配置する形での実施も可能である。その際ヒータの支持体を回収用トレイ内に設置することで液化した泡はその支持体を伝って回収トレイ内に回収される。このような泡をヒータにより液化して回収する構成は泡を塗布する部位の近傍では塗布される泡の品質に影響を与えるため実施することが難しいが、ヒータを軸に設けることにより泡を保持するローラ表面からヒータを離間して設けることができ、効率のよい回収が可能となる。

図５は図１の泡塗布部における泡回収機構の別の構成を示す図である。同図の（ａ）は正面図、同図の（ｂ）が側面図、同図の（ｃ）が一部平面図である。同図において、図３と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示すように、泡搬送ローラ２１６のローラ両端部に集まってくる余剰泡はポンプ２２８を用いて回収用ノズル２２９から吸取り回収される。ポンプ２２８から排出される液体は廃棄するが、フィルタなどを通し再利用することも可能である。

図６は図１の泡塗布部における泡回収機構の別の構成を示す図である。同図の（ａ）は正面図、同図の（ｂ）が側面図、同図の（ｃ）が一部平面図である。同図において、図３及び図５と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示すように、支持体２２４に取り付けられたブレード２２０で泡搬送ローラ２１６から掻き取り、溜まった泡をポンプ２２８を用いて、回収用ノズル２２９から吸取り回収する。

なお、本発明は上記実施の形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換、応用が可能である。例えば、紙等の媒体上のトナー等の樹脂を含有する微粒子を乱すことなく、かつ当該樹脂微粒子を付着した媒体に泡状定着液を塗布後は素早く樹脂微粒子の媒体への定着が行われ、更に媒体に残油感が発生しない程度の微量塗布が可能な樹脂微粒子の定着液を用いた定着方法及び定着装置、並びに画像形成方法及び画像形成装置にも適用できる。

１００；画像形成装置、２００；泡塗布装置、２０１；処理剤、
２０２；容器、２０３，２２８；ポンプ、２０４；供給路、
２０５，２０８；泡状処理剤、２０６；第１の泡生成部、
２０７；泡供給経路、２０９；第２の泡生成部、
２１０；延展部材、２１１；泡塗布部、２１２；泡生成容器、
２１３；高圧空気供給部、２１４；高圧空気、
２１５；高圧空気供給路、２１６；泡搬送ローラ、
２１７；塗布ローラ、２１８；塗布ローラ、２１９；加圧ローラ、
２２０；ブレード、２２１；回収トレイ、２２２；サイドフェンス、
２２３；移送用軸、２２４；支持体、２２５；廃液管、
２２６；断熱体、２２７；ヒータ、２２９；回収用ノズル。

Claims (9)

1. 被記録媒体に画像を形成する画像形成装置において、
   被記録媒体に液体又はゲルの処理剤、あるいは液体及びゲルが混在した泡状の処理剤をローラ形状の塗布部材を介して塗布する泡塗布手段と、
   前記塗布部材と当接して回転するローラ部材を有し、前記ローラ部材は前記塗布部材よりもローラ軸方向の長さが短く形成され、前記ローラ部材のローラ端部に堆積される余剰の泡状処理剤を除去する泡除去手段と
   を具備することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記泡除去手段によって除去された余剰の泡状処理剤を溜める回収トレイを設けたことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記泡除去手段は、前記ローラ部材のローラ端部の面に近接又は当接するブレードを有することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
4. 前記ブレードは、前記ローラ部材のローラ端部が斜めに面取りされた面に近接又は当接されることを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
5. 前記泡除去手段は、前記ローラ部材のローラ端部付近に加熱体を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
6. 前記加熱体は、前記ローラ部材のローラ表面に接しないように配置されていることを特徴とする請求項５記載の画像形成装置。
7. 前記回収トレイは、前記ブレード又は前記加熱体の下部に配置されることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
8. 前記泡除去手段は、前記ローラ部材のローラ端部付近に吸引ポンプに連通された吸引用ノズルを有し、該吸引用ノズルを用いて前記ローラ部材のローラ端部に堆積される余剰の泡状処理剤を吸引して除去することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
9. 前記塗布部材のローラ表面及び前記ローラ部材のローラ表面の両方に近接又は当接して、前記塗布部材のローラ面に塗布された泡状処理剤のローラ軸方向幅を規制する規制部材を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の画像形成装置。

Images