JP5531684B2 - 処理液塗布装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
被塗布媒体に塗布する処理液が収容された処理液収容容器と、
前記処理液収容容器内の前記処理液に一部が浸漬され、回転することで前記処理液を表面に担持するローラ状部材と、を備え、
前記処理液収容容器内には、前記ローラ状部材の表面に接触する球状粒子が収容され、 前記球状粒子は前記処理液収容容器内の前記処理液の気液界面に配置されている
構成とした。
この画像形成装置は、ライン型インクジェット記録装置であり、被記録媒体供給ユニット10、本発明に係る処理液塗布装置である前処理液塗布ユニット20、画像記録ユニット30を含んで構成されている。
被記録媒体給紙ユニット10に収納されている被記録媒体11は給紙ローラ12によって被記録媒体給紙ユニット10から送り出される。一方、前処理液塗布ユニット20の処理液収容槽21内の前処理液22は汲上げローラ23によって汲み上げられ、塗布ローラ25のローラ面に膜厚制御ローラ24によって均一な膜厚に制御される。
この処理液塗布装置は、上記画像形成装置の前処理ユニット20とは異なり、塗布ローラ25の一部を処理液収容槽21に収容された処理液22内に浸漬させ、塗布ローラ25が回転することで処理液22を汲み上げて表面に保持し、更に塗布ローラ25を回転させて、塗布ローラ25表面に担持(保持)された処理液22を搬送し、塗布ローラ25とカウンタローラ26との間で被記録媒体11を搬送して、被記録媒体11に上記の塗布ローラ25の表面に保持された処理液22を塗布する構成としている。
ここでは、前記第1実施形態と異なり、処理液収容槽21内の球形粒子60は、塗布ローラ25の回転によって塗布ローラ25表面が処理液22を引き上げる側(汲み上げ側)にのみ配置されている。このような構成であっても塗布ローラ25表面の析出物、付着物を掻き取る効果が得られる。
ここでは、前記第2実施形態において、処理液収容槽21内に、塗布ローラ25表面が処理液22を引き上げる側(汲み上げ側)に球形粒子60の動きを規制する仕切り部材62を設けている。これにより、球形粒子60が、塗布ローラ25の回転によって塗布ローラ25の表面の処理液22を引き上げる部分に効率良く接する。
ここでは、前記各実施形態の塗布ローラ25に代えて、本発明におけるローラ状部材である汲み上げローラ23の一部を処理液収容槽21に収容された処理液22内に浸漬させ、汲み上げローラ23が回転することで処理液22を汲み上げて表面に担持(保持)し、この汲み上げローラ23を回転させて、汲み上げローラ23表面に保持された処理液22を搬送し、汲み上げローラ23表面に保持された処理液22を、塗布ローラ25へ付着する膜厚を制御する膜厚制御ローラ24に移送し、膜厚制御ローラ24に保持された処理液22を塗布ローラ25に移送して、この塗布ローラ25とカウンタローラ26との間に被記録媒体11を搬送し、被記録媒体11に塗布ローラ25の表面に保持された処理液22を塗布する。
<インクジェット用前処理液>
インクジェット用前処理液は、水性凝集剤、水溶性有機溶剤、界面活性剤、水を含む。
インクジェット用前処理液に用いられる界面活性剤としては、水性凝集剤、水溶性有機溶剤の組み合わせによって保存安定性が良く、表面張力が低く、浸透性、レベリング性の高いものが好ましく、アニオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤及びフッ素系界面活性剤から選択される少なくとも1種が好適である。これらの中でも、シリコーン系界面活性剤及びフッ素系界面活性剤が特に好ましい。これら界面活性剤は、1種を単独、又は2種以上を混合して用いることができる。
サーフロンS−111、S−112、S−113、S−121、S−131、S−132、S−141、S−145(いずれも旭硝子株式会社製);フルラードFC−93、FC−95、FC−98、FC−129、FC−135、FC−170C、FC−430、FC−431、FC−4430(いずれも住友スリーエム株式会社製);メガファックF−470、F−1405、F−474(いずれも大日本インク化学工業株式会社製);ゾニールFS−300、FSN、FSN−100、FSO(いずれもデュポン社製);エフトップEF−351、EF−352、EF−801、EF−802(いずれもジェムコ社製)などが挙げられる。これらの中でも、信頼性と発色向上に関して良好なゾニールFS−300、FSN、FSN−100、FSO(いずれもデュポン社製)が特に好適である。
水溶性有機溶剤としては、例えば、多価アルコール類、多価アルコールアルキルエーテル類、多価アルコールアリールエーテル類、含窒素複素環化合物、アミド類、アミン類、含硫黄化合物類、プロピレンカーボネート、炭酸エチレンが挙げられる。本実施の形態の水溶性有機溶剤は、インクジェット用前処理液の水分が蒸発して平衡状態に達した場合にも、水溶性有機溶剤が多量の水分を保持することにより、インクジェット用前処理液に流動性を付与する。
前記前処理液に脂肪族系有機酸塩化合物又は無機金属塩化合物を添加すると、顔料が被記録媒体表面に留まりやすくなり、塩析効果が向上するために画像濃度が増加する。
インクジェット用前処理液は、浸透剤として、炭素数8〜11の非湿潤剤性ポリオール化合物又はグリコールエーテル化合物を少なくとも1種を含有することが好ましい。これらは、25℃の水中において0.2〜5.0質量%の間の溶解度を有するものが好ましい。これらの中でも、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール[溶解度:4.2%(25℃)]、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール[溶解度:2.0%(25℃)]が特に好ましい。
その他の併用できる浸透剤としては、インク中に溶解し、所望の物性に調整できるものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、ジ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フェニルエーテル、エチレングリコールモノアリルエーテル、ジエチレングリコールモノフェニルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピ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クロロフェニルエーテル等の多価アルコールのアルキル及びアリールエーテル類、エタノール等の低級アルコール類、などが挙げられる。
本実施形態のインクジェット用前処理液には必要により、後記のインクジェット用インクに用いられる防腐剤、防錆剤等を用いても良い。
<インクジェット用インク>
本実施形態の画像形成方法に用いられるインクジェット用インクは、水分散性着色剤、水溶性有機溶剤、界面活性剤、浸透剤及び水を含有する。
前記インクジェット用インクは水分散性着色剤として、耐候性の面から主として顔料が用いられるが、色調調整の目的で耐候性が劣化させない範囲内で染料を含有しても構わない。前記顔料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、黒色用、或いはカラー用の無機顔料や有機顔料などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
2)第2形態では前記着色剤は、表面に少なくとも1種の親水基を有し、分散剤の不存在下で水分散性を示す顔料(以下、「自己分散性顔料」と称することもある)を含有する。
本発明では、第2形態の場合は、下記に示す水分散性樹脂を含むことが好ましい。
前記インクジェット用インクに用いられる水溶性有機溶剤としては、前記インクジェット用前処理液に用いられる水溶性有機溶剤が好適に用いられる。前記インクジェット用インクにおける前記水分散性着色剤と前記水溶性有機溶剤との質量比は、ヘッドからのインク吐出安定性に影響を与える。例えば、水分散性着色剤の固形分が高いのに水溶性有機溶剤の配合量が少ないとノズルのインクメニスカス付近の水分蒸発が進み吐出不良をもたらすことがある。前記水溶性有機溶剤の前記インクジェット用インク中における含有量は、20〜50質量%が好ましく、20〜45質量%がより好ましい。前記含有量が20質量%未満であると、吐出安定性が低下したりインクジェット記録装置の維持装置で廃インク固着したりする可能性がある。また、50質量%を超えると、紙面上での乾燥性に劣り更に普通紙上の文字品位が低下することがある。
前記インクジェット用インクに用いられる界面活性剤としては、着色剤の種類や水溶性有機溶剤の組み合わせによって分散安定性が損なわれず、表面張力が低く、浸透性、レベリング性の高いものが好ましく、アニオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤及びフッ素系界面活性剤から選択される少なくとも1種が好適である。これらの中でも、シリコーン系界面活性剤及びフッ素系界面活性剤が特に好ましい。これら界面活性剤は、1種を単独、又は2種以上を混合して用いることができる。
インクジェット用インクに用いられる界面活性剤としては、前記インクジェット用前処理液に用いられる界面活性剤が好適に用いられる。
前記インクジェット用インクに用いられる浸透剤としては、前記インクジェット用前処理液に用いられる浸透剤が好適に用いられる。前記浸透剤の前記インクジェット用インクにおける含有量は、0.1〜4.0質量%が好ましい。前記含有量が0.1質量%未満であると、速乾性が得られず滲んだ画像となることがあり、4.0質量%を超えると、着色剤の分散安定性が損なわれ、ノズルが目詰まりしやすくなる、被記録媒体への浸透性が必要以上に高くなる等、画像濃度の低下や裏抜けが発生することがある。
前記水分散性樹脂としては、造膜性(画像形成性)に優れ、かつ高撥水性、高耐水性、高耐候性を備えて、高耐水性で高画像濃度(高発色性)の画像記録に有用である。例えば、縮合系合成樹脂、付加系合成樹脂、天然高分子化合物などが挙げられる。
前記その他の成分としては、特に制限はなく、必要に応じて適宜選択することができ、例えば、pH調整剤、防腐防黴剤、キレート試薬、防錆剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、酸素吸収剤、光安定化剤、などが挙げられる。
前記インクジェット用インクは、水分散性着色剤、水溶性有機溶剤、界面活性剤、浸透剤及び水、更に必要に応じて他の成分を水性媒体中に分散又は溶解し、更に必要に応じて攪拌混合して製造する。前記攪拌混合は、例えば、サンドミル、ホモジナイザー、ボールミル、ペイントシャイカー、超音波分散機等により行なうことができ、攪拌混合は通常の攪拌羽を用いた攪拌機、マグネチックスターラー、高速の分散機等で行なうことができる。
前記インクジェット用インクの物性としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、粘度、表面張力等が以下の範囲であることが好ましい。
前記被記録媒体としては、塗工層を持たない普通紙が好適に用いられ、一般的にコピー用紙として用いているサイズ度10S以上、透気度5〜50Sの普通紙が好ましい。
本実施形態の画像形成方法は、本実施形態のインクジェット用前処理液を被記録媒体に塗布する前処理工程と、前記インクジェット用インクに刺激を印加し、前記前処理液を塗布した被記録媒体に、前記インクジェット用インクを飛翔させて画像を形成するインク飛翔工程とを有する。
本実施形態の画像形成方法におけるインク飛翔工程は、前記インクジェット用インクに、刺激(エネルギー)を印加し、前記インクジェット用前処理液を塗布した被記録媒体に、前記インクジェット用インクを飛翔させて被記録媒体に画像を形成する工程である。前記インク飛翔工程において被記録媒体に前記インクジェット用インクを飛翔させて被記録媒体に画像を形成する方法としては、公知のあらゆるインクジェット記録方法を適用できる。このような方法としては、ヘッドを走査する方式のインクジェット記録方法や、ライン化されたヘッドを用いることにより、ある枚葉の被記録媒体において、画像記録を行うインクジェット記録方法が挙げられる。
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
(調製例1)
<カーボンブラック顔料含有ポリマー微粒子分散液の調製>
―ポリマー溶液Aの調製―
機械式攪拌機、温度計、窒素ガス導入管、還流管、及び滴下ロートを備えた1Lのフラスコ内を充分に窒素ガス置換した後、スチレン11.2g、アクリル酸2.8g、ラウリルメタクリレート12.0g、ポリエチレングリコールメタクリレート4.0g、スチレンマクロマー4.0g、及びメルカプトエタノール0.4gを混合し、65℃に昇温した。
ポリマー溶液Aを28gと、カーボンブラック(デグサ社製、FW100)を42g、1mol/Lの水酸化カリウム水溶液13.6g、メチルエチルケトン20g、及びイオン交換水13.6gを十分に攪拌した後、ロールミルを用いて混練した。得られたペーストを純水200gに投入し、充分に攪拌した後、エバポレータ用いてメチルエチルケトン及び水を留去し、更に粗大粒子を除くためにこの分散液を平均孔径5.0μmのポリビニリデンフローライドメンブランフィルターにて加圧濾過し、顔料15質量%含有、固形分20質量%のカーボンブラック顔料含有ポリマー微粒子分散液を得た。得られたカーボンブラック顔料含有ポリマー微粒子分散液におけるポリマー微粒子の平均粒子径(D50)を測定したところ75.2nmであった。なお、平均粒子径(D50)の測定は、粒度分布測定装置(日機装株式会社製、ナノトラックUPA−EX150)を用いた。
<インクジェット用インクの作製>
各インクジェット用インクの作製は、以下の手順で行なった。まず、下記表1に示す
水溶性有機溶剤(湿潤剤)、浸透剤、界面活性剤、防カビ剤、及び水を混合し、1時間攪拌を行ない均一に混合する。また、混合液によっては水分散性樹脂を添加して1時間撹拌し、顔料分散液、消泡剤、pH調整剤を添加し1時間攪拌する。この分散液を平均孔径5.0μmのポリビニリデンフローライドメンブランフィルターにて加圧濾過し、粗大粒子やごみを除去して、各インクジェット用インクを作製した。
*CAB−O−JET 300:CABOT製、顔料固形分15%、ブラック自己分散顔料
*フッ素樹脂エマルジョン:旭硝子株式会社製、ルミフロンFE4500、固形分52質量%、平均粒子径136nm、最低造膜温度(MFT)=28℃
*アクリル−シリコーン樹脂エマルジョン:昭和高分子株式会社製、ポリゾールROY6312、固形分40質量%、平均粒子径171nm、最低造膜温度(MFT)=20℃
*KF−640:ポリエーテル変性シリコーン系界面活性剤(信越化学工業株式会社製、成分100質量%)
*ソフタノールEP−7025:ポリオキシアルキレンアルキルエーテル(日本触媒株式会社製、成分100質量%)
*Proxel GXL:1,2−benzisothiazolin−3−oneを主成分とした防カビ剤(アビシア社製、成分20質量%、ジプロピレングリコール含有)
*KM−72F:自己乳化型シリコーン消泡剤(信越シリコーン株式会社製、成分100質量%)
<前処理液の作製>
各前処理液の製造は、以下の手順で行なった。まず、下記表2に示す材料を混ぜ、1時間攪拌を行ない均一に混合する。この前処理液を平均孔径5.0μmのポリビニリデンフローライドメンブランフィルターにて加圧濾過し、粗大粒子やごみを除去して、調整例4,5の各前処理液を作製した。
*乳酸:東京化成工業製、純度85%以上
*乳酸カルシウム5水和物:和光純薬工業製、純度95%以上
*硫酸マグネシウム:和光純薬工業製、純度98.5%以上
*ゾニールFS−300:ポリオキシエチレンパーフロロアルキルエーテル、式中jは6〜8、kは26以上を示す(Dupont社製、有効成分40質量%)
*Proxel GXL:1,2−benzisothiazolin−3−oneを主成分とした防カビ剤(アビシア社製、成分20質量%、ジプロピレングリコール含有)
塗布ユニットは、第1ないし第3実施形態、第4実施形態のものと同様な構成の装置を製作して使用した。
<塗布ユニットA>
第1ないし第3実施形態の処理液塗布装置(処理液塗布ユニット)は、塗布ローラ25として、直径22mmのメッキ処理した鉄材に、厚み3mmでゴム硬度50度のクロロプレーンゴムを被覆したローラ、カウンタローラ26として、直径12mmのSUS304材のローラを用いた。ローラ25、26の長手方向の長さは全て300mmである。処理液収容槽21は、320mm×40mm×20mm(高さ)で、塗布ローラ25下端と収容槽21の底との間が2mmとなるように配置される。塗布ローラ25は駆動用のモータからギアによって回転力が伝達される。塗布ローラ25は、任意に回転速度を変えて駆動することが可能であり、塗布ローラ25とカウンタローラ26の間に、用紙を手差しで導入すると、用紙の下面側に処理液が塗布される。
第4実施形態の処理液塗布装置(処理液塗布ユニット)は、汲み上げローラ23として、直径22mmのメッキ処理した鉄材に、厚み3mmでゴム硬度50度のクロロプレーンゴムを被覆したローラ、膜厚制御ローラ24として、直径24mmのSUS304のローラ、塗布ローラ25として、直径22mmのメッキ処理した鉄材に、厚み3mmでゴム硬度50度のクロロプレーンゴムを被覆したローラ、カウンタローラとして、直径12mmのSUS304材のローラを用いた。ローラの長手方向の長さは全て300mmである。処理液収容槽21は、320mm×40mm×20mm(高さ)で、汲み上げローラ23下端と収納容器21の底との間が2mmとなるように配置される。塗布ローラ25は駆動用のモータからギアに回転力が伝達され、全てのローラが同じ線速で回転するように構成されている。汲み上げローラ23と塗布ローラ25は同方向に回転し、膜厚制御ローラ24とカウンタローラ26は塗布ローラ25と逆方向に回転する。塗布ローラ25は任意に回転速度を変えて駆動することが可能であり、塗布ローラ25とカウンタローラ26の間に、用紙を手差しで導入すると、用紙の下面側に処理液が塗布される。
前処理液を処理液収容槽21に20ml入れ、塗布ローラ25の回転速度が200mm/secとなるようにモータを1分間駆動させ、1日室温で放置し後、処理液収容容器21内の前処理液を排出し処理液収容槽21内に新しい前処理液を20ml入れ、塗布ローラ25の搬送速度が200mm/secとなるようにモータを1分間駆動させたときの塗布ローラ25の状態を観察した。
表3中、○:均一に処理液が塗れ広がっている、△:処理液の濡れ方が不均一、×:析出物が残っている、ことを表している。
放置後の復帰性の評価と同様に、前処理液を処理液収容槽21に20ml入れ、塗布ローラの回転速度が200mm/secとなるようにモータを1分間駆動させ、1日室温で放置し後、処理液収容槽21内の前処理液を排出し処理液収容槽21内に新しい前処理液を20ml入れ、塗布ローラの搬送速度が200mm/secとなるようにモータを1分間駆動させた後、被記録媒体(PPC用紙 MyPaper、株式会社リコー製)上に、表の条件で前処理液を0.15g/m2の塗布量で塗布し、前処理後、温度23±0.5℃、50±5%RHに調整された環境下、インクジェットプリンタ(IPSiO GX5000、株式会社リコー製)を用い、インクの吐出量が均しくなるようにピエゾ素子の駆動電圧を変動させ、被記録媒体に同じ付着量のインクが付くように設定を行なった。
Black:(R)192、(G)192、(B)192
表3中、◎:0.10以下、○:0.10以上0.15未満、×:0.15以上を表している。
20 前処理液塗布ユニット(処理液塗布装置)
30 画像記録ユニット
21 処理液収容槽(処理液収容容器)
22 処理液
23 汲み上げローラ
24 塗布ローラ
26 カウンタローラ
60 球形粒子
Claims (8)
- 被塗布媒体に塗布する処理液が収容された処理液収容容器と、
前記処理液収容容器内の前記処理液に一部が浸漬され、回転することで前記処理液を表面に担持するローラ状部材と、を備え、
前記処理液収容容器内には、前記ローラ状部材の表面に接触する球状粒子が収容され、 前記球状粒子は前記処理液収容容器内の前記処理液の気液界面に配置されている
ことを特徴とする処理液塗布装置。 - 前記球状粒子は前記ローラ状部材の汲み上げ側に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の処理液塗布装置。
- 前記球状粒子の平均粒子直径dが1mm以上30mm未満であり、前記ローラ状部材と接する前記球状粒子の数密度ρが、50<ρ×d2、の関係にあることを特徴とする請求項1又は2に記載の処理液塗布装置。
- 前記球状粒子の単位体積当りの重さが、0.1〜1.2g/cm3の範囲にあることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の処理液塗布装置。
- 前記球状粒子の材質が、ナイロン(NA)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、テフロン(登録商標)(PTFE)、ポリアセタール(POM)、アクリル、フェノール、ピーク(PEEK)、ポリカーボネート(PC)のいずれかであるあ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処理液塗布装置。
- 前記球状粒子の単位体積当りの重量が、前記処理液の単位体積当りの重量よりも小さいことを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の処理液塗布装置。
- 前記処理液中に処理液水溶性凝集剤、水溶性有機溶剤、界面活性剤、および水を含有することを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の処理液塗布装置。
- 請求項1ないし7のいずれかに記載の処理液塗布装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。
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