JP5470830B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は画像形成装置に関し、特に液滴を吐出する記録ヘッド（画像形成手段）を備え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、プロッタ、これらの複合機等の画像形成装置として、例えばインク液滴を吐出する記録ヘッドを用いた液体吐出記録方式の画像形成装置としてインクジェット記録装置などが知られている。この液体吐出記録方式の画像形成装置は、記録ヘッドからインク滴を、搬送される用紙（紙に限定するものではなく、ＯＨＰなどを含み、インク滴、その他の液体などが付着可能なものの意味であり、被記録媒体あるいは記録媒体、記録紙、記録用紙などとも称される。）に対して吐出して、画像形成（記録、印字、印写、印刷も同義語で使用する。）を行なうものであり、記録ヘッドが主走査方向に移動しながら液滴を吐出して画像を形成するシリアル型画像形成装置と、記録ヘッドが移動しない状態で液滴を吐出して画像を形成するライン型ヘッドを用いるライン型画像形成装置がある。

なお、本願において、液体吐出記録方式の「画像形成装置」は、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に液体を吐出して画像形成を行う装置を意味し、また、「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（単に液滴を媒体に着弾させること）をも意味する。また、「インク」とは、インクと称されるものに限るものではなく、吐出されるときに液体となるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、ＤＮＡ試料、レジスト、パターン材料なども含まれる。

このような液体吐出方式の画像形成装置においては、用紙にインクを付着して画像形成を行う関係上、用紙上に着弾したインク滴の定着に時間がかかり、未定着のまま排紙側へ搬送されると、搬送ローラや次の用紙の裏面に未定着インクが付着することで再転写されることがあり、インクが用紙に浸透するのに時間がかかることで、ビーディングやブリーディング、画像濃度低下などの画像不良を生じるという課題がある。

そこで、従来から画像形成後の用紙を乾燥する乾燥手段、例えば温風を吹き付ける手段、搬送ローラに発熱手段を備えることなどが知られている（特許文献１、２参照）。

特開２００１−６３０１９号公報 特開２００２−１８７２６４号公報

しかしながら、上述した従来技術のような乾燥手段にあっては用紙に付与できる熱容量が少なく、印字速度の高速化を図ることができない。また、搬送部材によって用紙を加熱する構成にあっては、用紙に熱を奪われるために加熱温度が安定しないなどの課題があり、温風吹き付けでは十分な熱容量が得られないという課題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、用紙の乾燥時間の短縮化を図って画像形成速度の高速化に対応できるようにすることを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係る画像形成装置は、
液滴を吐出する記録ヘッドと、
被記録媒体を前記記録ヘッドに対向して搬送する搬送手段と、
前記記録ヘッドの被記録媒体搬送方向上流側及び下流側の少なくともいずれかで、１５０℃以上の高温に加熱された過熱水蒸気を、前記被記録媒体に接触させて、前記被記録媒体の中の水分を減少させる過熱水蒸気吐出手段と、
前記被記録媒体に接触された前記過熱水蒸気を回収する回収手段と、を備え、
前記過熱水蒸気吐出手段は、前記被記録媒体がないときに、前記過熱水蒸気を送る方向が前記回収手段に向かうように変更する
構成とした。

本発明に係る画像形成装置によれば、画像形成速度の高速化を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。まず、本発明の第１実施形態に係る画像形成装置について図１及び図２を参照して説明する。なお、図１は同画像形成装置の模式的要部説明図、図２は同じく模式的平面説明図である。
この画像形成装置は、被記録媒体である用紙１００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１００を記録ヘッドユニット１０１に対向して搬送する搬送手段である搬送ベルト１０２と、用紙１００を収容する給紙トレイ１０３と、画像が形成された用紙１００が排紙される排紙トレイ１０４と、過熱水蒸気（１５０℃以上の水蒸気）を生成する過熱水蒸気生成手段１０５と、記録ヘッドユニット１０１よりも用紙搬送方向上流側で、過熱水蒸気生成手段１０５で生成された過熱水蒸気を用紙１００に向けて吐出して過熱水蒸気１０８を用紙１００に接触させる手段である過熱水蒸気吐出部１０６と、用紙１００に接触された過熱水蒸気１０８を回収する回収手段である回収ダクト１０７とを備えている。

ここで、「過熱水蒸気」とは、１５０℃以上の高温に加熱された水蒸気であり、通常の水蒸気とは全く異なる物性を示すものである。つまり、まず第１に、高温の空気に比べても水蒸気の熱容量が極めて大きいために、同温の空気よりも与える熱量が大きい。そのために、通常の水蒸気を紙に当てた場合には紙は吸湿するが、過熱水蒸気を紙に当てた場合には逆に用紙中の水分を全て蒸発させ乾燥させてしまい、更に継続して当て続けると発火することすら起こり得る。第２に、「過熱水蒸気」は温度が低下すると通常の水蒸気もしくは液滴となるため、機内（装置）に残留した場合には環境湿度の変動や結露を引き起こすといった副作用を有する。

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。

搬送ベルト１０２は、無端状ベルトであり、搬送ローラ１２１とテンションローラ１２２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１００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１００は、ピックアップローラ１３１で１枚ずつ分離されて搬送ローラ対１３２によって搬送路１３３を介して搬送され、レジストローラ対１３４から所定のタイミングで搬送路１３５に送り出され、ローラ１３６を経て搬送ベルト１０２上に送り込まれて保持される。

過熱水蒸気吐出部１０６は、図２に示すように、用紙１００の全幅の領域に過熱水蒸気を接触させることができるようにライン状に設けられて、過熱水蒸気を回収する回収ダクト１０７も過熱水蒸気吐出部１０６に合わせて用紙１００のほぼ全幅にわたる形状としている。

このように構成したので、搬送ベルト１０２上に送り込まれて、搬送ベルト１０２の周回移動で搬送される用紙１００には、過熱水蒸気吐出部１０６から吐出される過熱水蒸気１０８が接触され、用紙１００は含有する水分が蒸発するとともに多孔質体に改質される。なお、用紙１００に接触された過熱水蒸気１０８は回収ダクト１０７にて回収される。

この状態で、用紙１００は搬送ベルト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画像が形成される。この画像形成時に上記のとおり用紙１００は含有する水分が蒸発するとともに多孔質体に改質されているのでインクの紙繊維に対する浸透性が向上しており、加熱されていることでインクの浸透が促進され、短時間でインク滴が定着する。その後、用紙１００は排紙トレイ１０４に排出される。

ここで、加熱水蒸気を用紙１００に直接接触させることで用紙１００を直接加熱することができるとともに、過熱水蒸気は大きな熱容量を有しているので、温風やローラ加熱に比べて格段に高い熱容量で用紙を直接加熱することができ、用紙１００を高速で搬送する場合（画像形成速度を高速化した場合）でも十分に用紙を乾燥させることができる。

このように、過熱水蒸気を被記録媒体に接触させるので、短時間で被記録媒体を乾燥させることができ、画像形成速度の高速化を図ることができる。

また、一般に、装置内部が乾燥するとヘッドのノズル部のインクが増粘し、最悪固化してしまい、吐出曲がりや滴吐出不能になることがある。そこで、過熱水蒸気１０８の回収ダクト１０７による回収量を調節することで、装置内部の湿度調節を行うこともできる。このように、水蒸気により装置内部に供給された水分量をコントロールすることで装置内部の湿度を高く保つことができ、これによってヘッドのノズルにおけるインク固化を防ぐ効果も得られる。

次に、本発明の第２実施形態に係る画像形成装置について図３を参照して説明する。なお、図３は同画像形成装置の模式的要部説明図である。
ここでは、記録ヘッドユニット１０１よりも用紙搬送方向下流側で、過熱水蒸気生成手段１０５で生成された過熱水蒸気を用紙１００に向けて吐出して過熱水蒸気１０８を用紙１００に接触させる手段である過熱水蒸気吐出部１０６と、用紙１００に接触された過熱水蒸気１０８を回収する回収手段である回収ダクト１０７とを備えている。

この構成では、用紙１００は搬送ベルト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画像が形成された後、過熱水蒸気吐出部１０６から吐出される過熱水蒸気１０８が接触されることで、未定着のインク滴に過熱水蒸気１０８が接触してインク中の水分が蒸発するとともに、高温となったインクの紙繊維への浸透が促進されることで、短時間でインク滴が定着する。

次に、本発明の第３実施形態に係る画像形成装置について図４を参照して説明する。なお、図４は同画像形成装置の模式的要部説明図である。
ここでは、前記第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせて、記録ヘッドユニット１０１よりも用紙搬送方向上流側及び下流側で、過熱水蒸気生成手段１０５で生成された過熱水蒸気を用紙１００に向けて吐出して過熱水蒸気１０８を用紙１００に接触させる手段である過熱水蒸気吐出部１０６と、用紙１００に接触された過熱水蒸気１０８を回収する回収手段である回収ダクト１０７とを備えている。

これにより、より効果的に被記録媒体の乾燥、インクの加熱を行うことができる。

次に、本発明の第４実施形態に係る画像形成装置について図５を参照して説明する。なお、図５は同画像形成装置の模式的要部説明図である。
ここでは、過熱水蒸気を接触される位置よりも用紙搬送方向上流側に、用紙１００に定着処理液１５０を塗布する処理液塗布手段１５１を配置している。この定着処理液１５０は用紙１００の表面を改質することでインクの定着性を向上するセット剤である。

これにより、用紙１００の表面に塗布された定着処理液１５０を短時間で乾燥させて記録ヘッドユニット１０１による画像形成位置に送り込むことができる。

次に、本発明の第５実施形態に係る画像形成装置について図６を参照して説明する。なお、図６は同画像形成装置の過熱水蒸気接触回収部の模式的要部説明図である。
ここでは、過熱水蒸気１０８を用紙１００に向けて吐出して接触させる過熱水蒸気吐出部１０６を支軸１０６ａにて揺動可能（実線図示の位置と破線図示の位置）に配置している。

そして、用紙１００に過熱水蒸気を接触させるときには、過熱水蒸気吐出部１０６を実線図示のように用紙１００に吐出方向が向くように図示しない駆動手段で揺動させて、過熱水蒸気１０８を用紙１００に向けて吐出させ、用紙１００がないときには過熱水蒸気吐出部１０６を破線図示のように回収ダクト１０７に向けて、回収ダクト１０７に過熱水蒸気を直接回収されるようにする。

過熱水蒸気は冷却されるとただの水蒸気となるため、熱容量の極めて大きい低温の部材（例えば金属塊）にふれるとすぐに結露してしまう。結露は装置故障の原因となるため、過熱水蒸気は用紙以外のものには極力当てないようにし、装置中に排出した過熱水蒸気もできるだけ速やかに回収することが好ましい。

つまり、過熱水蒸気は、装置内部の結露や温度上昇を防ぐため用紙にのみ接触させてから回収し、用紙が無い状態では吐出を停止させることが好ましい。この場合、過熱水蒸気の生成、生成停止を短時間で行うことは困難である。そこで、過熱水蒸気吐出部１０６を揺動させることで、過熱水蒸気を用紙に接触させるようにしている。

これにより、装置内に漏れ出す過熱水蒸気の量を低減し、水蒸気が付着することによる結露を防止でき、また装置内の過度な温度上昇や湿度上昇を防ぐこともできる。

なお、記録ヘッドのノズル面の乾燥を防ぐためにヘッド側に向けて過熱状態ではない水蒸気を発生させることもできる。

次に、本発明の第６実施形態に係る画像形成装置について図７を参照して説明する。なお、図７は同画像形成装置の過熱水蒸気接触回収部の模式的要部説明図である。
ここでは、過熱水蒸気１０８を用紙搬送面に沿って案内するダクト１６１を設け、このダクト１６１には用紙搬送面に対向する部分にフラップ形状のシャッタ部材１６２で開閉される開口部（吐出口）１６３を設け、これにより過熱水蒸気を被記録媒体に接触させる手段を構成している。また、ダクト１６１に回収ダクト部１６４も連続して形成されている。

そして、用紙１００に過熱水蒸気１０８を接触させるときには、シャッタ部材１６２を開いて開口部１６３から過熱水蒸気を用紙１００に向けて流れ出させ、用紙１００がないときにはシャッタ部材１６２を閉じて開口部１６３を閉じることでそのまま回収ダクト部１６４に回収する。

これにより、装置内に漏れ出す過熱水蒸気の量を低減し、水蒸気が付着することによる結露を防止でき、また装置内の過度な温度上昇や湿度上昇を防ぐこともできる。

次に、本発明の第７実施形態に係る画像形成装置について図８を参照して説明する。なお、図８は同画像形成装置の過熱水蒸気の生成及び接触回収部の模式的要部説明図である。
ここでの過熱水蒸気の生成及び接触回収部は、過熱水蒸気吐出部１０６から過熱水蒸気が用紙１００に向けて吹き出されて回収ダクト１０７により回収される。回収された過熱水蒸気１０８が気液混合ポンプ１７１より水滴と化し、過熱水蒸気発生部１０５に送られる。

加熱水蒸気発生部１０５では、気液混合ポンプ１７１から水蒸気を汲み上げて水蒸気発生装置１７２に送り込む。水蒸気発生装置１７２では、足りない水分が水補給バルブ１７３より補給されて、加熱手段１７４によって加熱されることで水蒸気が発生し、発生した水蒸気は水蒸気加熱装置１７５に送られ、加熱手段１７６によって再度加熱されることで１５０〜３００℃の過熱水蒸気となる。そして、この過熱水蒸気は、ダクト１７７を通じて加熱水蒸気吐出部１０６に送られる。

このようにして、加熱水蒸気の生成（発生）、接触、回収を循環しながら行っている。

次に、本発明の第８実施形態に係る画像形成装置について図９及び図１０を参照して説明する。なお、図９は同画像形成装置の過熱水蒸気の生成及び接触回収部の模式的要部説明図、図１０は同じく動作説明に供するフロー図である。
ここでは、図９に示すように、過熱水蒸気の生成及び接触回収部は、前記第６実施形態で説明したような過熱水蒸気を用紙に接触させる手段と前記第７実施形態で説明したような過熱水蒸気を循環させながら生成、接触及び回収する構成とを組み合わせている。

そして、図１０に示すように、電源オンによってシャッタ部材１６２を閉じた後、加熱水蒸気発生部１０５で過熱水蒸気の発生を開始し、そのまま過熱水蒸気を循環させた状態にし、印刷データが入力されると、給紙が開始されて所定の位置に用紙１００が到達したことを検知する紙検知センサがオン状態になると、用紙１００が検知位置から過熱水蒸気との接触位置まで到達するまでに要する所定時間ｘが経過したとき、シャッタ部材１６２を開いてダクト１６１から過熱水蒸気１０８を用紙１００に向けて吹き出させ、用紙１００が過熱水蒸気との接触位置から離間するまでに要する所定時間ｙが経過したとき、シャッタ部材１６２を閉じる。

これによって、装置内に漏れ出す過熱水蒸気の量を低減し、水蒸気が付着することによる結露を防止でき、また装置内の過度な温度上昇や湿度上昇を防ぎながら、効率的に過熱水蒸気を用紙に接触させることができる。

次に、本発明の第９実施形態に係る画像形成装置について図１１を参照して説明する。なお、図１１は同画像形成装置の説明に供する模式的要部説明図である。
ここでは、複数の用紙に連続して画像形成を行う場合に、先行する用紙１００Ａとこれに続く後行の用紙１００Ｂとの隙間を空けないで搬送するようにしている。これにより、搬送ベルト１０２に過熱水蒸気１０８が接触することを低減できる。

本発明の第１実施形態に係る模式的要部説明図である。 同じく模式的平面説明図である。 本発明の第２実施形態に係る画像形成装置の模式的要部説明図である。 本発明の第３実施形態に係る模式的要部説明図である。 本発明の第４実施形態に係る同画像形成装置の模式的要部説明図である。 本発明の第５実施形態に係る同画像形成装置の過熱水蒸気接触回収部の模式的要部説明図である。 本発明の第６実施形態に係る画像形成装置の過熱水蒸気接触回収部の模式的要部説明図である。 本発明の第７実施形態に係る画像形成装置の過熱水蒸気の生成及び接触回収部の模式的要部説明図である。 本発明の第８実施形態に係る画像形成装置の過熱水蒸気の生成及び接触回収部の模式的要部説明図である。 同じく動作説明に供するフロー図である。 本発明の第９実施形態に係る画像形成装置の説明に供する模式的要部説明図である。

符号の説明

１００…被記録媒体（用紙）
１０１…記録ヘッドユニット
１０２…搬送ベルト
１０３…給紙トレイ
１０５…過熱水蒸気発生部
１０６…過熱水蒸気吐出部
１０７…回収ダクト
１６２…シャッタ部材
１６３…開口部

Claims (5)

1. 液滴を吐出する記録ヘッドと、
   被記録媒体を前記記録ヘッドに対向して搬送する搬送手段と、
   前記記録ヘッドの被記録媒体搬送方向上流側及び下流側の少なくともいずれかで、１５０℃以上の高温に加熱された過熱水蒸気を、前記被記録媒体に接触させて、前記被記録媒体の中の水分を減少させる過熱水蒸気吐出手段と、
   前記被記録媒体に接触された前記過熱水蒸気を回収する回収手段と、を備え、
   前記過熱水蒸気吐出手段は、前記被記録媒体がないときに、前記過熱水蒸気を送る方向が前記回収手段に向かうように変更する
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記過熱水蒸気が循環経路内を循環し、前記循環経路のうちの前記被記録媒体に対向する部分に開閉可能な開口を有していることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記過熱水蒸気吐出手段は、前記記録ヘッドのある側に向けて前記過熱水蒸気を前記被記録媒体に接触するように吐出することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記過熱水蒸気吐出手段は、過熱状態ではない水蒸気を吐出することが可能であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
5. 前記被記録媒体を連続して搬送するとき、少なくとも前記過熱水蒸気が接触する部分では先行の被記録媒体と後行の被記録媒体との間の隙間がない状態で搬送することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の画像形成装置。

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