JP5332951B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
染料インクは発色性に優れており、写真プリントにおいて銀塩写真に匹敵する画質を得ることができるが、その反面、耐水性・耐光性・耐ガス性など画像保存性に劣る欠点を有している。
この欠点を補うため、インクの着色剤として顔料の利用が進められ、工業用の大判プリンタから、現在ではパーソナル市場やオフィス市場のプリンタにも搭載されている。
インクの紙への浸透性を高めることにより色境界でのにじみは低減できるが、その反面、普通紙を形成するセルロース繊維に沿って浸透するので文字や細線の印字周辺部ににじみ(以下「フェザリング」という)が発生しやすくなる。
ブリーディングとフェザリングの防止を両立させるため、黒文字の印字にのみ浸透性の低いインクを使用する等の工夫がなされているが、その場合には、黒色インクの乾燥性が悪く高速印字が困難であるという問題が残る。
しかしながら、専用紙はコスト面で問題があり、特にビジネス用途では普通紙に高画質で印字できることが求められる。
普通紙などの一般的な被記録材に対応するため、特許文献7には、被記録材上に予めカルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル等のポリマー溶液を噴射し、次いでそのポリマー溶液が付着した部分にインクを吐出して印字するインクジェット記録方法が提案されている。
しかし、これらのポリマー溶液ではフェザリングは抑えられず、また耐水性も改善されなかった。
しかしながら、吸水性樹脂粒子は吸湿しやすく、装置内あるいは保管時に吸湿により塊状となり、被記録材に吸水性樹脂粉体を均一に塗布することが困難になるなどの不具合を生じやすい。
インク中の着色剤を不溶化する化合物を含む被記録材の前処理液を被記録材上にインクジェット方法により付着した後にその被記録材の前処理液が付着した部分にインクを吐出して画像形成するインクジェット記録方法が特許文献9〜11等に開示されている。
これらの方法では、色境界にじみとフェザリングの両者がある程度の水準で改善される。しかしながらこれらの方法では、前処理液を安定して吐出せしめるために、前処理液の粘度を低くする必要があり、よって着色剤を不溶化せしめる化合物を低濃度にせざるをえなかった。
このような前処理液で十分な画質改善効果を得るためには、前処理液を比較的多量に付与しなければならず、水分を含む液体を多量に被記録材に付与するため、被記録材のカールやコックリングが発生しやすかった。
しかしながら、シリコーン化合物が付着した被記録材部分はインクの浸透性が著しく低いため画像部の乾燥が遅いという問題があった。
特許文献13では、インクの浸透性や濡れ性を改善するため、着色剤を不溶化する化合物および所定の界面活性剤を含有する画像記録促進液を被記録材に対して付与した後、インクをインクジェット記録方式により被記録材に付着させることにより画像を形成する方法が提案されている。
この方法によれば、画像記録促進液中の界面活性剤がインクの被記録材に対する浸透性や濡れ性を改善するため、画像の乾燥性が向上し高速記録に対応が可能となるものの、着色剤を不溶化せしめる成分量が少ないため、ブリーディングやフェザリングの防止効果が不十分であり、更なる改善が求められていた。
一方、特許文献17、18の明細書には、インク非浸透性の中間転写体上にインクジェット記録方法によりインク像を形成し、その後インク像を中間転写体から被記録材に転写する中間転写方式と呼ばれる方法が提案されている。
これらに記載されている中間転写方式では、記録ヘッドを記録紙から離して配置することができ、紙粉の付着による記録ヘッドのノズルの目詰まりを抑制することができる。
また、記録ヘッドと記録紙のギャップを常に一定に保つのは困難であるが、記録ヘッドと中間転写体の場合は一定に保つことができ、また、紙種対応性がよく、従って信頼性の高い方式と言える。
しかしながら、高い転写率を得るための離型性の良い中間転写体材料ではブリーディングや隣接液滴の集合(以下、「ビーディング」という)が激しく、画像品質が低下するという問題点があった。
この方法では、一旦、中間転写体上に良好な画像が形成されれば、一般に使用されている、所謂、普通紙上でも良好な画像品質を得ることができる。しかしながら、常温ではインクの濃縮に時間を要するため、中間転写体を加熱してインク中の溶媒の蒸発を促進する必要があり、大きなエネルギーを必要とする問題があった。
特許文献20、21等には、中間転写体の表面にポリアクリル酸などの吸水性樹脂粒子の層を設けて、中間転写体に付与されるインク中の水分を吸収した後に、吸水性樹脂粒子ごと被記録材に転写する方法が開示されている。
この方法は、普通紙上でも良好な画像品質を得ることができるが、前述の特許文献8に記載のものと同様に、保管時の吸湿により吸水性樹脂粒子が塊状となり、中間転写体上に均一に塗布することが困難になるなどの問題がある。
この方法は、従来法と比較して被記録材に付着する反応液を少なくし、被記録材に生じるカールやコックリングを低減できる。
特許文献23には、カチオン性高分子化合物と界面活性剤および/又は濡れ促進剤を含む処理液を中間転写体上に付与し、該処理液とインクジェット方式で吐出されるインクを接触・混合せしめ、その後、被記録材に転写する画像形成方法が開示されている。
特許文献24〜26にも同様に、アニオン性のインク着色剤と反応し凝集作用を引き起こす多価金属塩などを含む処理液を中間転写体上に付与し、該処理液とインクジェット方式で吐出されるインクを接触・混合せしめ、その後、被記録材に転写する画像形成方法が開示されている。
特許文献24では、最低造膜温度(MFT)が30度以下の水溶性樹脂をさらにインクもしくは処理液に含有させることによって、画像に耐擦過性をさらに付与することができることが記載されている。
特許文献25には、転写前の画像に水溶性樹脂を付与することで同様に耐擦過性を付与することができることが記載されている。
特許文献26には、処理液と反応する着色剤とは別のもう一つの反応成分として、樹脂粒子表面にイオン性基を有する樹脂エマルジョンをインクにさらに含ませて、凝集作用の追加効果により着色剤の凝集力が高まることが記載されている。
これら反応液・処理液は、中間転写体上及び被記録材上の画像品質に係わる課題(ブリーディング・フェザリング・ビーディング)に対して効果的である。しかしながら、反応液・処理液を紙や中間転写体へ全面塗布した場合、非画像部分は未使用なため非効率という問題点がある。
また、インクの他に消耗品が増えることで、ランニングコストが上がる問題点がある。
上述のように、普通紙に対して高画質かつ高速、高信頼で記録するために種々の提案がなされている。
また、本発明の他の目的は、紙粉による記録ヘッドのノズル目詰まりを低減した信頼性の高いインクジェット方式の画像形成装置を提供することである。
請求項3記載の発明は、請求項1または2記載の画像形成装置において、前記記録ヘッドが被記録材の搬送方向と直交する幅以上の長さのライン型記録ヘッドであることを特徴とする。
請求項4記載の発明は、請求項1〜3のいずれかに記載の画像形成装置において、前記中間転写体上の転写残記録液を該中間転写体に当接する部材で掻き取る清掃手段と、該清掃手段と前記中間転写体との間に電圧を印加する電圧印加手段とを有し、前記清掃手段の少なくとも前記中間転写体に当接する部分は絶縁部材であり、前記電圧印加手段により転写残記録液に含まれる水を電気分解することで通電を行うことを特徴とする。
このように、反応液・処理液といった消耗品を増やすことなく、普通紙にビーディング、フェザリング及びブリーディングの少ない高画質な画像を得ることができる。また、中間転写方式なため、紙粉による記録ヘッドのノズル目詰まりを低減することが可能で、信頼性の高い画像を得ることができる。
記録ヘッドを紙幅以上のライン型記録ヘッドとすることにより、プリント速度の高速化が可能となる。
また、単に清掃部材を当てて掻き取るよりも効果的に転写残記録液の着色剤等を中間転写体上から除去することができ、清掃不良による画質低下を防止できる。
図1は、本発明の一実施形態に係るインクジェット方式の画像形成装置の構成を示す概略図である。
図1に示すように、給紙トレイ20に収納された被記録材としての記録紙Sは、送り出しローラ21、搬送ローラ対22、給紙ガイド板23、レジストローラ対24を通り、印字ユニット10で各色(ここでは4色)の画像を印字されて画像を形成される。
印字ユニット10は、記録ヘッドとして、イエロー用ラインヘッド11Y、マゼンタ用ラインヘッド11M、シアン用ラインヘッド11C、ブラック用ラインヘッド11B、記録液を供給する供給手段と供給流路(図示せず)、記録液カートリッジ(図示せず)、各ラインヘッドの制御基板(図示せず)、電源供給手段(図示せず)、各色のラインヘッドに対向したドラム状の中間転写体12Y、12M、12C、12B及び各中間転写体に対応した清掃手段としての清掃ユニット13Y、13M、13C、13B等から構成されている。
各ラインヘッド11は、記録紙Sの搬送方向と直交する幅方向において、記録紙Sの幅以上の長さを有している。
その後、搬送ローラ対26により排紙トレイ27に排紙される。
図2は、記録ヘッドと中間転写体12間の電圧印加方法を示した図である。図2に示すように、中間転写体12の支持体12aと、ラインヘッド11の導電性を有するノズル板15との間に電位差ができるように電圧印加手段16(図4では省略)で電圧を印加している。
ここで、中間転写体12は陽極に、ノズル板15は陰極になるように電圧を印加する。これを逆にするとノズル面に記録液の顔料等アニオン成分が凝集、堆積し目詰まりを促進してしまう。
中間転写体12は、共に導電性の支持体12aと表面層12bとから構成されている。
清掃ユニット13は、導電性の清掃部材13aと、中間転写体12の表面層12bに当接する絶縁性の清掃部材13bとを有している。
記録ヘッドとしてのラインヘッド11のノズル板15と中間転写体12の表面層12bまでの距離は100μmで、ノズル径は25μm、記録液ドット31bは50μm程度、液柱31aの径は5〜10μm程度である。
ノズルから記録液を吐出後、液柱31aが中間転写体12の表面層12bに着弾してブリッジが形成されると、水の電気分解に伴うファラデー電流が発生する。ノズル近傍で液柱が分断してブリッジ状態が終わるのは数μs〜数十μsで、この時間とファラデー電流の積が通電電荷量であり、これが大きいほど水素イオン発生量が増え、凝集状態を制御することができる。
水素イオンは電極界面から発生するので、記録液凝集部31cは中間転写体表面に多く存在することになる。記録液凝集部31cの存在により、表面張力でドットが大きくなったり位置がずれたりといったビーディングの問題は抑制される。
中間転写体側:2H2O→4H++O2+4e− (1)
記録ヘッド側:4H2O+4e−→2H2+4OH− (2)
この水素イオンがアニオン性着色剤やアニオン性樹脂に吸着してマイナスの静電反発力が低下して凝集作用を引き起こす。結果、中間転写体と記録液の付着状態の変化や記録液の粘度増加によりビーディングや像流れといった記録液の肥大化や着弾位置からのズレは低減し、よって中間転写体上での画像品質が保たれる。
また、各色に対して中間転写体がそれぞれ設けられているので中間転写体上でのブリーディングを考慮する必要がなくなる。それぞれの中間転写体上での記録画像は加圧転写により記録紙Sの紙面上で結像される。紙に転写される記録液は中間転写体上で部分的に凝集させているので、紙面上でのフェザリング、ブリーディングは低減する。
このように、従来技術に記載したような反応液・処理液といった消耗品を増やすことなく、普通紙にビーディング、フェザリング及びブリーディングの少ない高画質な画像を得ることが可能となる。
また、中間転写方式のため、紙粉による記録ヘッドのノズル目詰まりを低減することが可能で、信頼性の高い画像を得ることが可能となる。
図4に示すように、中間転写体12の支持体12aと導電性清掃部材13aとの間に電位差ができるように電圧印加手段17で電圧を印加している。
ここで、中間転写体(支持体12a、表面層12b)は陰極に、導電性清掃部材13aは陽極になるように電圧を印加する。これを逆にするとクリーニング性に全く効果がなくなってしまう。
図5は、清掃ユニット13の清掃機能を示す図である。導電性の清掃部材13aの厚みは1mm、絶縁性の清掃部材13bの膜厚は0.2mmである。絶縁性の清掃部材13bにより中間転写体12の表面層12bに残存した転写残記録液31dを掻き取りながら、残っている水分を電気分解させることで導電性の清掃部材13aから水素イオンが発生し、固形分であるアニオン性顔料やアニオン性樹脂をトラップする。
清掃部材が陽極に、中間転写体が陰極になるように電圧を印加すると、清掃部材と転写残記録液との界面で水の酸化反応により水素イオンが発生し局部的にpHが低下する。
前述のようにこの水素イオンが凝集作用を引き起こし清掃部材に着色剤や樹脂が付着する。これにより単に清掃部材を当てて掻き取るよりも効果的に転写残記録液の着色剤等を中間転写体上から除去することが可能となる。
使い続けるとトラップ機能が低減するので、適宜トラップした転写残記録液凝集部31eを拭き取る手段を設けることが好ましい。
記録液は以下のようなものを用意した。
<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。
押圧ローラ25は、荷重20kgf/cm2で中間転写体に押し当てられており、中間転写体の駆動の連れまわりで反時計回りに回転している。中間転写体の表面からギャップ距離を約100μm離間させて、ノズル板が金属で構成されるライン型記録ヘッド(市販インクジェットプリンタGX5000、リコー製)11Yを配置した。
また、ライン型記録ヘッドのノズル板と中間転写体ドラム素管との間に十分な電流を供給可能な電源を接続した。また、図示していない圧電素子駆動手段により中間転写体表面には任意のパターンの記録液ドットを形成することができる。記録液ドットは、中間転写体と押圧ローラとの間に普通紙(リコー製type6200)を通紙することで普通紙表面に転写させる。
(1)電源の電圧を0Vにする。
(2)ライン型記録ヘッドにより、中間転写体表面の移動方向と直交方向(副走査方向)に約1インチ幅の連続した帯状領域に、主走査方向300dpi、副走査方向300dpiのブラック記録液網点を形成する。一点あたり10pLとなるように圧電素子駆動手段を調整する。
(3)中間転写体の駆動を途中で止め、中間転写体上のブラック記録液網点をデジタルマイクロスコープで観察し、ビーディング具合を以下の5段階でランク評価する。
1:ビーディングしてそれぞれのドットが100μm以上となっている
2:部分的にビーディングして最大ドットが100μm以上
3:個々のドットが認識できる
4:重なりが少なく孤立したドットが認識できる
5:孤立したドットが50μm以下
(4)普通紙に転写して、紙面上の画像を以下の3段階で評価する。
A:白抜けがなく画像濃度1.3以上
B:目視では確認できない白抜けがあり画像濃度1.3〜1.0
C:目視で確認できる白抜けがあり画像濃度1.0以下
(5)電源の電圧を50Vずつ増加して、(2)〜(4)の操作を繰り返し、電圧を上げて通電電荷量を増やしたときの効果を確認した。
このような評価手順に基づき、表1に示すような結果を得た。
清掃部材(清掃ユニット)として、厚み2mmのグラッシーカーボンプレート上に厚み0.3mmのフッ素ゴムを成型したものを使用した。清掃部材を中間転写体に当接させて、実施例1のように駆動させながら、画像面積率が5%になるように記録液の吐出を行った。
普通紙を連続で通紙して、記録液を普通紙に転写させた。100枚通した後の中間転写体上の転写残をプリンタックで剥離、紙に写して画像濃度を計測した。
次に、清掃部材のグラッシーカーボンと中間転写体ドラム素管との間に十分な電流を供給可能な電源を接続した。電源電圧を50Vに固定して、前述のように普通紙100枚通した後の中間転写体上転写残の画像濃度を計測、比較することでクリーニング性を評価した。次に100V、150Vと50Vずつ増加させて同様に実施した。
結果を表2に示す。
より具体的には、酸性染料および食用染料として、 C.I.アシッドイエロー 17、23、42、44、79、142 C.I.アシッドレッド 1、8、13、14、18、26、27、35、37、42、52、82、87、89、92、97、106、111、114、115、134、186、249、254、289 C.I.アシッドブルー 9、29、45、92、249 C.I.アシッドブラック 1、2、7、24、26、94 C.I.フードイエロー 3、4 C.I.フードレッド 7、9、14 C.I.フードブラック 1、2等がある。
直接性染料として、 C.I.ダイレクトイエロー 1、12、24、26、33、44、50、86、120、132、142、144 C.I.ダイレクトレッド 1、4、9、13、17、20、28、31、39、80、81、83、89、225、227 C.I.ダイレクトオレンジ 26、29、62、102 C.I.ダイレクトブルー 1、2、6、15、22、25、71、76、79、86、87、90、98、163、165、199、202 C.I.ダイレクトブラック 19、22、32、38、51、56、71、74、75、77、154、168、171 等がある。
反応性染料としてC.I.リアクティブ.ブラック3、4、7、11、12、17、C.I.リアクティブ.イエロー1、5、11、13、14、20、21、22、25、40、47、51、55、65、67、C.I.リアクティブ.レッド1、14、17、25、26、32、37、44、46、55、60、66、74、79、96、97、C.I.リアクティブ.ブルー1、2、7、14、15、23、32、35、38、41、63、80、95等があり、溶解性の高さ、色調の良好さ、本発明における方法で記録した場合の耐水性の良さから、好ましく用いることができる。
本発明の記録液に用いることのできる顔料としては、無機顔料、有機顔料を使用することができる。
無機顔料としては、酸化チタン、酸化亜鉛、硫酸バリウムなどの白色顔料や酸化鉄などの黒色顔料などを用いることができる。
有機顔料としては、アゾ顔料(アゾレーキ、不溶性アゾ顔料、縮合アゾ顔料、キレートアゾ顔料などを含む)、多環式顔料(例えば、フタロシアニン顔料、ぺリレン顔料、ぺリノン顔料、アントラキノン顔料、キナクリドン顔料、ジオキサジン顔料、チオインジゴ顔料、イソインドリノン顔料、キノフラロン顔料など)、染料キレート(例えば、塩基性染料型キレート、酸性染料型キレートなど)、ニトロ顔料、ニトロソ顔料、アニリンブラックなどを使用できる。
また、コンタクト法、ファーネス法、サーマル法などの公知の方法によって製造されたカーボンブラックを使用することができる。
より具体的には、カラー用としては、C.I.ピグメントイエロー1(ファストイエローG)、3、12(ジスアゾイエローAAA)、13、14、17、24、34、35、37、42(黄色酸化鉄)、53、55、81、83(ジスアゾイエローHR)、95、97、98、100、101、104、408、109、110、117、120、138、153、C.I.ピグメントオレンジ5、13、16、17、36、43、51、C.I.ピグメントレッド1、2、3、5、17、22(ブリリアントファーストスカレット)、23、31、38、48:2(パーマネントレッド2B(Ba))、48:2(パーマネントレッド2B(Ca))、48:3(パーマネントレッド2B(Sr))、48:4(パーマネントレッド2B(Mn))、49:1、52:2、53:1、57:1(ブリリアントカーミン6B)、60:1、63:1、63:2、64:1、81(ローダミン6Gレーキ)、83、88、101(ベンガラ)、104、105、106、108(カドミウムレッド)、112、114、122(キナクリドンマゼンタ)、123、146、149、166、168、170、172、177、178、179、185、190、193、209、219、C.I.ピグメントバイオレット1(ローダミンレーキ)、3、5:1、16、19、23、38、C.I.ピグメントブルー1、2、15(フタロシアニンブルーR)、15:1、15:2、15:3(フタロシアニンブルーE)、16、17:1、56、60、63、C.I.ピグメントグリーン1、4、7、8、10、17、18、36等がある。
これらの顔料は水の電気分解で発生する水素イオンとの反応性が高く、且つ、記録液の保存安定性、耐目詰まり特性を確保できる点で好ましい。
アニオン性基を有する高分子分散剤の例として、ポリアクリル酸およびその塩、ポリメタクリル酸およびその塩、アクリル酸−アクリロニトリル共重合体およびその塩、アクリル酸−アクリル酸アルキルエステル共重合体およびその塩、スチレン−アクリル酸共重合体およびその塩、スチレン−メタクリル酸共重合体およびその塩、スチレン−アクリル酸−アクリル酸アルキルエステル共重合体およびその塩、スチレン−メタクリル酸−アクリル酸アルキルエステル共重合体およびその塩、スチレン−αメチルスチレン−アクリル酸共重合体およびその塩、スチレン−αメチルスチレン−アクリル酸共重合体−アクリル酸アルキルエステル共重合体およびその塩、スチレン−マレイン酸共重合体およびその塩、ビニルナフタレン−マレイン酸共重合体およびその塩、酢酸ビニル−エチレン共重合体およびその塩、酢酸ビニル−クロトン酸共重合およびその塩、酢酸ビニル−アクリル酸共重合体およびその塩、βナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、等を挙げることができる。
これらのアニオン性高分子は水の電気分解で発生する水素イオンと反応して凝集するため自己分散顔料単体よりも効果的で好ましい。また、これらのアニオン性高分子は着色剤の接着機能を有するため、転写工程における中間転写体から紙への転写率を向上させるのに効果的である。
具体的には、オレイン酸およびその塩、ラウリン酸およびその塩、ベヘン酸およびその塩、ステアリン酸およびその塩、またそのような脂肪酸およびその塩、ドデシルスルホン酸およびその塩、デシルスルホン酸およびその塩、またそのようなアルキルスルホン酸およびその塩、ラウリル硫酸塩、オレイル硫酸塩などのアルキル硫酸エルテル類、ドデシルベンゼンスルホン酸およびその塩、ラウリルベンゼンスルホン酸およびその塩、またそのようなアルキルベンゼンスルホン酸とその塩、ジオクチルスルホ琥珀酸およびその塩、ジヘキシルスルホ琥珀酸およびその塩、またそのようなジアルキルスルホ琥珀酸およびその塩、ナフチルスルホン酸およびその塩、ナフチルカルボン酸およびその塩、またそのような芳香族アニオン系界面活性剤、ポリオキシエチレンアルキルエーテル酢酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテルスルホン酸塩、フッ素化アルキルカルボン酸およびその塩、フッ素化アルキルスルホン酸およびその塩等のフッ素系アニオン性界面活性剤などを用いて顔料を分散して用いることができる。
これらの界面活性剤を顔料の分散剤として用いる場合、本発明においては、アルキルカルボン酸塩、アルキルベンゼンカルボン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル酢酸塩等のカルボキシル基を含む界面活性剤を用いることが、水の電気分解で発生する水素イオンと反応性が高く、ビーディング防止効果が大きい点で、特に好ましい。
粒径が20nm未満では、記録液の保存安定性、プリンタでの噴射特性は安定し高い画像品質も得られるが、そのように細かな粒径にまで分散せしめるのは、分散操作や、分級操作が複雑となり、経済的に記録液を製造することが困難となる。
着色樹脂微粒子は、スチレン−アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂などを油性染料、分散染料または顔料などにより着色したものである。微粒子の殻に当たる部分をポリアクリル酸、ポリメタクリル酸などの親水性を有する樹脂で形成したり、反応性の界面活性剤などイオン性を有する界面活性剤で懸濁することにより例えばアニオン性の着色微粒子が水を主体とする液媒体に懸濁された記録液を得ることができる。
着色エマルジョンを用いた記録液を用いる場合にも、前述のアニオン性界面活性剤で乳化し重合したもの、外殻がポリアクリル酸、ポリメタクリル酸などの親水性を有する樹脂で形成したエマルジョンを用いることが、本発明において、水素イオンとの反応性が高く、ビーディング防止効果が大きい点で、特に好ましい。
また、これらの着色樹脂微粒子は最低造膜温度にもよるが、転写工程における中間転写体から紙への転写率を向上させるのに効果的である。転写工程で最低造膜温度以上に加熱すれば、高い転写率と良好な光沢性、耐光性、耐水性、耐擦性をもつ印刷物が得られる。
記録液に添加できる親水性高分子化合物としては、天然系ではアラビアガム、トラガンガム、グーアガム、カラヤガム、ローカストビーンガム、アラビノガラクトン、ペクチン、クインスシードデンプン等の植物性高分子、アルギン酸、カラギーナン、寒天等の海藻系高分子、ゼラチン、カゼイン、アルブミン、コラーゲン等の動物系高分子、キサンテンガム、デキストラン等の微生物系高分子またはセラック等、半合成系ではメチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、力ルボキシメチルセルロース等の繊維素系高分子、デンプングリコール酸ナトリウム、デンプンリン酸エステルナトリウム等のデンプン系高分子、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸プロピレングリコールエステル等の海藻系高分子、純合成系ではポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリビニルメチルエーテル等のビニル系高分子、非架橋ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸及びそのアルカリ金属塩、水溶性スチレン−アクリル樹脂等のアクリル系樹脂、水溶性スチレン−マレイン酸樹脂、水溶性ビニルナフタレン−アクリル樹脂、水溶性ビニルナフタレン−マレイン酸樹脂、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、βナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物のアルカリ金属塩、等が挙げられる。
水溶性高分子化合物を記録液に用いる場合にも、カルボン酸をアニオン基として含むものを使用することが、水素イオンとの反応性が高く、ビーディング防止効果が大きい点で、特に好ましい。また、前述のアニオン性高分子分散剤や樹脂エマルジョンと同様に、転写工程における中間転写体から紙への転写率を向上させるのに効果的である。
特に、着色エマルジョンと同様に、アニオン系界面活性剤で乳化、分散された樹脂を用いることが好ましく、また、外殻がアクリル酸、メタクリル酸などにより構成されたカプセル型の樹脂エマルジョンを用いることも好ましい。
懸濁相の樹脂成分としてはアクリル系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、スチレン−ブタジエン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、アクリル−スチレン系樹脂、ブタジエン系樹脂、スチレン系樹脂などがあげられる。
これらの樹脂は親水性部分と疎水性部分とを併せ持つ重合体であるのが好ましい。また、これらの樹脂成分の粒子径はエマルジョンを形成する限り特に限定されないが、150nm程度以下が好ましく、より好ましくは5〜100nm程度である。
市販の樹脂エマルジョンの例としては、マイクロジェルE−1002、E−5002(スチレン−アクリル系樹脂エマルジョン、日本ペイント株式会社製)、ボンコート4001(アクリル系樹脂エマルジョン、大日本インキ化学工業株式会社製)、ボンコート5454(スチレン−アクリル系樹脂エマルジョン、大日本インキ化学工業株式会社製)、SAE−1014(スチレン−アクリル系樹脂エマルジョン、日本ゼオン株式会社製)、サイビノールSK−200(アクリル系樹脂エマルジョン、サイデン化学株式会社製)、などが挙げられる。
記録液中、樹脂エマルジョンは、その樹脂成分が記録液の0.1〜40重量%となるよう添加するのが好ましく、より好ましくは1〜25重量%の範囲である。
水溶性有機溶媒の具体例としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−へキサンジオール、グリセリン、1,2,6−へキサントリオール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、1,2,4−ブタントリオール、1,2,3−ブタントリオール、ペトリオール等の多価アルコール類、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、テトラエチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の多価アルコールアルキルエーテル類、エチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノベンジルエーテル等の多価アルコールアリールエーテル類、N−メチル−2−ピロリドン、N−ヒドロキシエチル−2−ピロリドン、2−ピロリドン、1,3−ジメチルイミダゾリジノン、ε−カプロラクタム等の含窒素複素環化合物、ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド等のアミド類、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、モノエチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン等のアミン類、ジメチルスルホキシド、スルホラン、チオジエタノール等の含硫黄化合物類、プロピレンカーボネート、炭酸エチレン、γ−ブチロラクトン等である。
これらの溶媒は、水とともに単独もしくは複数混合して用いられる。これらの水溶性有機溶媒の含有量は特に制限はないが、好ましくは記録液全体の1〜60重量%、更に好ましくは5〜30重量%の範囲で用いる。
本発明では、記録液の導電率が重要な物性値となる。液柱が形成する時間は数μs〜数十μsで、この時間内にビーディングを抑制する程度に凝集させるには数十〜数百Vの電圧を印加する必要がある。本発明のような条件での水の電気分解反応は溶液抵抗が支配的で、所望の凝集をさせるような通電電流値を得ようとすると溶液抵抗が低いほど、つまり導電率が高いほど、低電圧・短時間で凝集が進行する。
通常、水溶性記録液は、数十〜数百mS/mである。数十mS/m以下だと静電反発力が弱く分散性が悪くなるし、数百mS/m以上だとカウンターイオンとの相互作用が強くなり塩析等による凝集が起きてしまうなどそれぞれ記録液の安定性の低下を招く。
記録液の物性の好適な範囲は、25℃付近でpHが6〜12、好ましくは8〜10、表面張力が10〜60mN/m、好ましくは20〜50mN/m、粘度が1〜20mPa・s、好ましく2〜8mPa・s、導電率が10〜1000mS/m、好ましくは500〜800mS/mである。
中間転写体は、アルミニウム製の支持体と表面層として導電性シリコーンゴムからなるものが用いられるが、支持体であるアルミニウム、表面層である導電性シリコーンゴムはこれに限ったものではない。支持体は良導電性で機械的強度がある必要があり好適には金属やその合金が用いられる。また、表面層は、導電性・撥水性が高く平滑な弾性材料であればよい。導電性は、中間転写体と記録ヘッド、または中間転写体と清掃部材に電圧を印加して通電させるのに必要な機能である。撥水性は、水溶性記録液が中間転写体の表面層から紙へ転写する時の転写しやすさの指標となり、撥水性が高いほど転写率が良く、清掃部材にかかる負荷が減る。しかしその反面、記録液の保持が困難でビーディングの原因となる。弾性は、転写の際に必要な機能で、中間転写体の表面層が紙の繊維に沿って変形することで接触面積が向上し高い転写率が達成できる。低い圧力で転写するにはある程度柔らかい表面層材料を選択しなければならない。
これらの機能を満たす材料として、例えば、フルオロシリコーンゴム、フェニルシリコーンゴム、フッ素ゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ニトリルブタジエンゴム、イソプレンゴムなどのゴム材料にカーボンブラックやカーボンナノチューブ、金や銀などの金属微粒子を混入させた導電性ゴムを用いればよい。
導電性を上げるためには導電性微粒子を増やすことが考えられるが、表面の導電性微粒子の密度が高いと撥水性低下の要因となる。導電性は、支持体と表面層の膜厚方向に対して有していれば良く、面方向には絶縁の異方導電性であっても良い。導電性微粒子の大きさは、画像を構成する20〜50μm程度のドットより十分小さい必要があり、0.1μm以下であれば問題ない。また、撥水性を上げるためシリコーンオイルを含浸させたものでも構わないし、表面層は単層構造、多層構造のどちらでも構わない。
バルク物性と表面物性は以下のものが好ましい。導電性ゴムの体積抵抗率は104Ω・cm以下、好ましくは102Ω・cm以下である。撥水性は水の後退接触角が60°以上、好ましくは80°以上であり、硬度はJIS−Aで60以下、好ましくは40以下である。また、表面層の厚みは0.1〜1mm程度がよく、0.2〜0.6mmが好適である。
但し、清掃部材側は陽極であるので、導電板が腐食しやすい。そのため、耐腐食性の高い金属か、グラッシーカーボンのような炭素プレートを使用するのが好ましい。中間転写体に当接する絶縁部材はエラストマーであることが好ましく、シリコーンゴム、ニトリルゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴム、またそれらにフッ素コートしてあるのが好ましい。
厚みは0.1〜0.5mm程度が好ましい。0.1mm以下だと、不意に中間転写体と清掃部材の金属板が接触、ショートする恐れがある。また、0.5mm以下だと、中間転写体と清掃部材の金属板のギャップ距離が長いため効果的なクリーニング性が得られにくい。
12 中間転写体
13 清掃手段
16 電圧印加手段
17 電圧印加手段
25Y、25M、25C、25B 転写手段としての押圧ローラ
S 被記録材としての記録紙
Claims (4)
- 記録液を中間転写体上に画像信号に応じて記録ヘッドから吐出し、前記中間転写体上に形成された画像を被記録材に転写するインクジェット方式の画像形成装置において、
前記記録ヘッドと前記中間転写体とがそれぞれ複数設けられ、前記各記録ヘッドと前記各中間転写体との間に電圧を印加する電圧印加手段を有し、
前記記録ヘッドから吐出された直後の記録液が、前記記録ヘッドと前記中間転写体との間で一時的にブリッジを形成するように吐出され、
前記ブリッジ形成中に記録液に含まれる水が電気分解されることで通電がなされ、
前記記録液は、前記電気分解によって凝集する成分を含んだ水溶性の液であり、
前記各中間転写体に形成された画像を転写手段により被記録材に順次転写す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、
前記記録液は少なくともアニオン性着色剤および/またはアニオン性樹脂を含んでなることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1または2記載の画像形成装置において、
前記記録ヘッドが被記録材の搬送方向と直交する幅以上の長さのライン型記録ヘッドであることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1〜3のいずれかに記載の画像形成装置において、
前記中間転写体上の転写残記録液を該中間転写体に当接する部材で掻き取る清掃手段と、該清掃手段と前記中間転写体との間に電圧を印加する電圧印加手段とを有し、
前記清掃手段の少なくとも前記中間転写体に当接する部分は絶縁部材であり、
前記電圧印加手段により転写残記録液に含まれる水を電気分解することで通電を行うことを特徴とする画像形成装置。
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