JP5316204B2 - 画像形成装置及び画像形成方法 - Google Patents
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階調を表現する別の方法としては、インク濃度の違いにより階調を表現する濃度階調がある。両者を比較すると、面積階調の方が同じ情報量の画素データを表現するのに必要な面積が大きく、解像度が低下してしまう。また、面積階調では低濃度領域においてインク着色面積に対して記録媒体表面の面積が大きくなってしまうため、粒状感が目立ってしまう。
面積階調の欠点を補う方法として、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの4色に加えて、中間色(ライトシアン、ライトマゼンタ等)を加えることによって色再現性を高める方法がある。この方法によって画質の改善がなされたものの、さらに画質を高めるにはインクの種類を増やすしかなく、現実的ではない。
例えば特許文献1では、2種の濃度のインク滴をそれぞれノズルから吐出させ、記録紙上で混合し、必要な階調の濃度を得るという方法を提示している。
しかしながら、この方法では記録紙がインクを吸収するという現象が同時に起こっているため、紙面上において所望の濃度を得ることは難しい。
したがって、特許文献1のように記録紙上で液体を混合させるのではなく、何らかの手段で液体を混合させた後記録紙上に付与させる必要があると考えられる。
この方法では紙に付与する直前にインクが混合するというメリットがあるが、各ノズルから吐出されるインクの飛翔経路、タイミング、速度の全てが正確でないと液敵同士の衝突が起こらず、さらに、所望の色を出すには各インク滴の体積を細かく制御でき、かつ正確に吐出されなければならず、現状の技術ではそのような制御は非常に難しく現実的ではない。
一方、液体を中間転写体上で混合させそれを記録紙に転写するという中間転写方式を用いた方法も提案されている。
一般的に中間転写方式は記録紙の種類に影響されにくく、またインクジェットヘッドが記録紙と近接しないことから、記録紙の埃等によるヘッドの汚染がなくなるといった利点がある一方、中間転写体はインクなどの液体が内部に浸透しないような材質が用いられ、また転写性を良くするために表面が撥水処理されていることが多く、それによって隣接して着弾したインク滴同士が混和しまうブリーディングと呼ばれる現象や、先行して着弾したインクに後続して着弾するインクが引き寄せられてインク滴が集合してしまうビーディングと呼ばれる現象が発生し、画像品位を低下させてしまうといった問題点がある。
具体的には記録ヘッドから吐出された液体を混合することによって濃度階調による画像形成を行う中間転写方式において、中間転写体の特別な表面処理を要することなく、ブリーディングやビーディングを抑制して高品質な画像を形成することができる画像形成装置及び画像形成方法を提供することを目的とする。
請求項1記載の発明は、請求項2記載の画像形成装置において、前記濃度調整液が透明または記録媒体の色と同じ色を帯びていることを特徴とする。
請求項3記載の発明は、請求項1〜3のいずれか1つに記載の画像形成装置において、前記中間転写体上の各画素に付与する液体の総量を一定にすることを特徴とする。
請求項6記載の発明は、請求項2〜5のいずれか1つに記載の画像形成装置において、前記インクは顔料がアニオン性分散剤により分散されていることを特徴とする。
請求項7記載の発明は、請求項5または6記載の画像形成装置において、前記の混合させる液体が、
(前記インクのpH−7)×(前記濃度調整液のpH−7)>0
の条件を満たすことを特徴とする。
請求項8記載の発明は、請求項2〜6のいずれか1つに記載の画像形成装置において、前記濃度調整液に電位を印加する電位印加手段を有し、前記中間転写体に対して、前記インクに印加する電位と前記濃度調整液に印加する電位が反対の符号になっていることを特徴とする。
請求項10記載の発明は、請求項9記載の画像形成方法において、前記の混合させる液体が、導電性のインクと濃度調整液であることを特徴とする。
その結果、隣接する溶液ドット同士の滲みを発生させることなく、中間転写体における1画素中の着色領域の色や濃度がその場で制御でき、高画質な画像の形成が可能となる。
また、インクと濃度調整液を混合させることで中間転写体上における着色領域の色材濃度を下げることができる。したがって混合させる液体の量を制御することによってシアン、マゼンタ、イエロー、ブラックなどの階調を記録媒体上の濃度で表現できることになり、高画質な画像の形成が可能となる。
また、中間転写体上の各画素に付与する液体の総量を一定にすることで、中間転写体上における着色領域を一定にすることができ、付与する液体の比率を変えることで濃淡制御が可能となる。
また、インクを濃度調整液に先んじて中間転写体上に付与することで、既に中間転写体に付与されているインク画像に濃度調整液が付与されることによって着色部材が広がり、順序が逆である場合に比べて高画質な画像となる。
また、顔料がアニオン性分散剤により分散されているインクを用いることで、インクの自由度が高まりかつ安価に画像を形成できる。
また、(インクのpH−7)×(濃度調整液のpH−7)>0を満たすようなインクと濃度調整液の組み合わせを用いることで、既に中間転写体に付与されている着色部材の凝集度を緩めることで着色部材を効率よく広げることができる。
また、インクに印加する電位と濃度調整液に印加する電位を反対の符号にすることで、既に中間転写体に付与されている着色部材の凝集度を緩め着色部材を効率よく広げることができる。
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;全体構成は後述)の記録ヘッドの構成を説明する。
記録ヘッド10は、ノズル13を有するノズル板11と、インク室12と、該インク室12に収容された液体としての水分を含んだ導電性のインク15と、ノズル13からインク15を吐出させるインク吐出手段としての圧電素子50(図2参照)などから構成される。
中間転写体20における色材濃度を低くしたい場合には、同様の方法で同位置に濃度調整液を付与させ、中間転写体上で混合させる。また、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックを混合させ、それらのインクの量の比を適宜変化させることで、様々な色のインクを作り出すこともできる。
ここでは濃度調整液として無色透明な液体を用いる。ここで言う無色透明との度合いは、肉眼で無色透明と認識できる程度である。なお、濃度調整液は必ずしも無色透明である必要はなく、淡インク等を用いることもできるが、透明または記録媒体の色と同じ色(一般的には白色)であると任意の色のインクの濃度調整液として機能させることができる。
しかし、近接し過ぎると、移動する中間転写体20面とノズル板11とのギャップ維持が困難となるため、ギャップ距離としては50μm〜200μm程度が好ましく、本実施形態では100μmとした。
このギャップ距離と同等に液柱形成を左右する因子は圧電素子に印加される電圧パルスであり、大きくはピーク電圧とパルス幅である。本実施形態においては液柱形成時間が数10μsとなるような駆動パルスを与えた。このようにして形成される液柱に対して電気化学的なエネルギーを付与するために、ノズル13近傍に介在するインクと中間転写体20との間には電流を流す必要がある。効果的に電流を流すためには、ノズル板11と中間転写体20の両者は高い導電性を有するものが好ましく、本実施例においてはノズル板11が金属で構成される記録ヘッド(市販インクジェットプリンタGX5000、リコー製)を使用し、中間転写体20に関してはカーボンが分散されたシリコーンゴムとした。
そして、ノズル板11と中間転写体20をブリッジする液柱が形成される際にこの液柱内に電流を流せるように電位印加手段としての電源30が接続されており、本実施形態においては中間転写体20表面がアノードとなるように電位が設定されている。
電源30は電圧印加状態であり、以降のプロセスにおいても常時電圧印加状態である。図2(a)は圧電素子50への適当な駆動パルス印加によって液柱が形成されつつある状態を示す模式図である。この時、荷電した液柱先端の移動に伴い、電源30内部には極微量な誘導電流が流れるが、この電流は本発明のプロセスの効果には寄与しない。
図2(b)は、液柱先端が中間転写体20の表面に着液し、ブリッジ状の液柱LPを形成している状態を示す模式図である。液柱先端の中間転写体20表面への着液と同時に大きな電流が流れ始める。
その結果、インクの凝集現象が発現する。その様子の模式図を図4(a)〜(c)に示す。この現象により、図3(b)に示すように、界面近傍のインクは凝集し凝集体14を形成する。その後、圧電素子50への駆動パルスに応じて液柱LPは分断され、図3(c)に示すように、中間転写体20の表面には凝集体14が主体となるインクドット16が形成される。
このようなインクドット形成を繰り返すことにより、異なるインクドット同士が混和して滲む問題を根本的に解決することができる。すなわち、インクドット16は凝集力によって1つの画素としての独立領域性を維持し、これによりブリーディングやビーディングが抑制される。
画像の濃度を低くしたい場合には、図5に示すように、中間転写体20上に形成されたインクドット16に対し、濃度調整液17を同位置(同一箇所)に付与することによって、色材が中間転写体20上で広がり、濃度が低くなることが期待できる。
インク15とは種類が異なる液体としての無色の濃度調整液17の吐出は、図6に示すように、記録ヘッド10と同様の構成を有する濃度調整液吐出手段としての記録ヘッド10Tによってなされる。記録ヘッド10Tの制御は、制御手段60により記録ヘッド10と同様に行われる。
その対処法として、濃度調整液17をアルカリ性にすることによって着色部材の凝集度を緩めることで、着色部材を効率よく広げることが可能となる(図7参照)。
また別の対処法として、図8に示すように、濃度調整液用のノズル板11Tと中間転写体20の間に電位印加手段としての電源31を接続し、印加電圧を電源30と逆の符号にすることで着色部材の凝集度を緩め、着色部材を効率よく広げることが可能となる。
[実施例1]
濃度調整液、記録液として以下のようなものを用意した。
<濃度調整液>
・ジエチレングリコール:20.0質量%
・蒸留水:残量
<ブラック記録液>
・スルホン酸基結合型カーボンブラック顔料分散液(CAB−O−JET−200、固形分20質量%、キャボット・スペシャルティ・ケミカルズ・インク製):35.0質量%
・2−ピロリドン:10.0質量%
・グリセリン:14.0質量%
・プロピレングリコールモノブチルエーテル:0.9質量%
・デヒドロ酢酸ソーダ:0.1質量%
・蒸留水:残量
その後、水酸化リチウムの5質量%水溶液によりpH9.1に調整し、平均孔径0.8μmのメンブレンフィルターにて加圧濾過。
<イエロー記録液>
・スルホン酸基結合型イエロー顔料分散液(CAB−O−JET−270Y、固形分10質量%、キャボット・スペシャルティ・ケミカルズ・インク製):40.0質量%
・トリエチレングリコール:15.0質量%
・グリセリン:25.0質量%
・プロピレングリコールモノブチルエーテル:6.0質量%
・デヒドロ酢酸ソーダ:0.1質量%
・蒸留水:残量
その後、水酸化リチウムの5質量%水溶液によりpH9.1に調整し、平均孔径0.8μmのメンブレンフィルターにて加圧濾過。
<マゼンタ記録液>
・スルホン酸基結合型マゼンタ顔料分散液(CAB−O−JET−260M、固形分10質量%、キャボット・スペシャルティ・ケミカルズ・インク製):40.0質量%
・ジエチレングリコール:20.0質量%
・プロピレングリコールモノブチルエーテル:3.0質量%
・デヒドロ酢酸ソーダ:0.1質量%
・蒸留水:残量
その後、水酸化リチウムの5質量%水溶液によりpH9.1に調整し、平均孔径0.8μmのメンブレンフィルターにて加圧濾過。
<シアン記録液>
・スルホン酸基結合型シアン顔料分散液(CAB−O−JET−250C、固形分10質量%、キャボット・スペシャルティ・ケミカルズ・インク製):40.0質量%
・エチレングリコール:4.0質量%
・トリエチレングリコール:14.0質量%
・プロピレングリコールモノブチルエーテル:6.0質量%
・デヒドロ酢酸ソーダ:0.1質量%
・蒸留水:残量
その後、水酸化リチウムの5質量%水溶液によりpH9.1に調整し、平均孔径0.8μmのメンブレンフィルターにて加圧濾過。
ドラム20の周りには、ドラム20の表面からギャップ距離を約100μmとして離間させて、ノズル板11が金属で構成されるライン型の記録ヘッド(市販インクジェットプリンタGX5000、リコー製)10Y、10M、10C、10K、10Tが配置されている。これらの記録ヘッドは図1で示した記録ヘッド10と同様の構成を有している。
記録ヘッド10Yには上記のイエロー色インクが、記録ヘッド10Mには上記のマゼンタ色インクが、記録ヘッド10Cには上記のシアン色インクが、記録ヘッド10Kには上記のブラック色インクが、記録ヘッド10Tには上記の濃度調整液17が図示しない供給手段によって充填される。
図1、図3で説明したインクドット形成プロセスに基づき、制御手段60によりドラム20の表面には濃度調整液及び各色のインクからなる任意パターンのインクドットを形成することができる。
また、記録媒体としての用紙Sを挟持・加圧搬送するための加圧ローラ70並びにドラム20表面を初期化する初期化手段80を設置している。用紙S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る。
電力供給手段(制御手段60)により各記録ヘッド10の導電性ノズル板とドラム20との間には電位差が維持され、ドラム20側がアノードになるようにしている。
濃度調整液及び各色のインクを用いて10Tを除く各記録ヘッド10の導電性ノズル板とドラム20との電位差を120Vとすることで中間転写体上にミラー反転の画像を形成した。
続いて用紙Sとしての普通紙に粘着転写をすることによって画像が得られる。
その結果、前者に比べて後者の方が着色領域が広く、濃度も低くなっていることが確認され、顔料の濃度で階調が表現できていた。
濃度調整液として以下のようなものを用意した。
<濃度調整液>
・ジエチレングリコール:20.0質量%
・蒸留水:残量
その後、水酸化リチウムの5質量%水溶液によりpH9.1に調整した。
それ以外の条件は実施例1と同様である。したがって、インクと濃度調整液との関係は、下記条件を満たしている。
(インクのpH−7)×(濃度調整液のpH−7)>0
中間転写体20上に記録ヘッド10Mを用いてマゼンタインクを1滴付与した後に記録ヘッド10Tを用いて同位置に濃度調整液を付与した画像と、実施例1において濃度を低くした画像を比較したところ、今回作成した画像の方が着色領域のむらが少なかった。
これは凝集ドットが適度に再溶融することによる効果であると考えられる。したがって今回の実施例2により高画質な画像が形成されたと言える。
濃度調整液として以下のようなものを用意した。
<濃度調整液>
・ジエチレングリコール:20.0質量%
・塩化リチウム:0.1質量%
・蒸留水:残量
図10に、実施例3に対応した画像形成装置の構成図の一例を示す。実施例1の構成(図9)に加えて、記録ヘッド10Tの金属製ノズル板とドラム20との間に十分な電流を供給可能な電源31を接続している。
電圧変更手段(制御手段60)により電源31の電圧は任意に変更可能であるが、電圧の符号は電源30とは反対に設定する。電力供給手段(制御手段60)により各記録ヘッド10Tの導電性ノズル板とドラム20との間には電位差60Vが維持され、ドラム20側がカソードになるようにしている。その他の条件は実施例1と同様である。
実施例2と同様に中間転写体上に記録ヘッド10Mを用いてマゼンタインクを1滴付与した後に記録ヘッド10Tを用いて同位置に濃度調整液を付与した画像と、実施例2において濃度を低くした画像を比較したところ、実施例2で作成した画像と同等の画像が得られた。これも先程と同様に凝集ドットが適度に再溶融することによる効果であると考えられる。
インクジェットヘッドに関しても、固定式のフルライン型に限定されず、記録媒体上の主走査方向を移動可能なシャトル方式のものでも構わない。
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、適用可能なインクセットに関しては、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。
また、インクと濃度調整液の混合滴数は1滴ずつに限らず、インクと濃度調整液の比も1:1に限らない。
13 ノズル
15 液体としてのインク
17 濃度調整液
20 中間転写体
30、31 電位印加手段としての電源
70 転写手段としての加圧ローラ
S 記録媒体としての用紙
Claims (10)
- 液体を吐出するノズルを有する複数の記録ヘッドと、
前記ノズルとの間に前記液体からなる液柱のブリッジを一時的に形成することが可能な間隔を有し、前記液体の吐出による画像形成が可能な導電性の表面を有する中間転写体と、
前記液体と前記導電性の表面との間に、前記液柱のブリッジに含まれる水が電気分解することが可能な電位を印加する電位印加手段と、
前記記録ヘッドを制御することで複数の種類の液体を前記中間転写体上の同一箇所に付与することによってこれらの液体を混合させる制御手段と、
前記中間転写体に形成された画像を記録媒体に転写する転写手段と、を有していることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1記載の画像形成装置において、
前記の混合させる液体が、導電性のインクと濃度調整液であることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項2記載の画像形成装置において、
前記濃度調整液が透明または記録媒体の色と同じ色を帯びていることを特徴とする画像形成装置。 - 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、
前記中間転写体上の各画素に付与する液体の総量を一定にすることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項2〜4のいずれか1つに記載の画像形成装置において、
前記インクを前記濃度調整液に先んじて付与することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項2〜5のいずれか1つに記載の画像形成装置において、
前記インクは顔料がアニオン性分散剤により分散されていることを特徴とする画像形成
装置。 - 請求項5または6記載の画像形成装置において、
前記の混合させる液体が、
(前記インクのpH−7)×(前記濃度調整液のpH−7)>0
の条件を満たすことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項2〜6のいずれか1つに記載の画像形成装置において、
前記濃度調整液に電位を印加する電位印加手段を有し、前記中間転写体に対して、前記インクに印加する電位と前記濃度調整液に印加する電位が反対の符号になっていることを特徴とする画像形成装置。 - 液体を記録ヘッドのノズルから吐出して、中間転写体の表面に画像を形成し、該画像を記録媒体に転写する画像形成方法において、
前記ノズルと前記中間転写体の導電性の表面との間に前記液体からなる液柱のブリッジを一時的に形成し、
前記液柱のブリッジが形成されている状態で、前記液体と前記導電性の表面との間に前記ブリッジに含まれる水が電気分解することが可能な電位を印加し、
前記液体が付着した前記中間転写体の同一箇所に前記液体とは異なる種類の液体を付与して混合させて画像を形成することを特徴とする画像形成方法。 - 請求項9記載の画像形成方法において、
前記の混合させる液体が、導電性のインクと濃度調整液であることを特徴とする画像形成方法。
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