JP6536393B2 - 画像形成方法 - Google Patents

Description

本発明は画像形成方法に関し、詳しくは、インクジェットヘッドのノズルから巨大液滴を吐出させることにより、印刷媒体上に目視及び触感に優れた凹凸を有する加飾効果を備えた印刷物を安定して生産することができる画像形成方法に関する。

従来、加飾効果が付与された凹凸の印刷物を得る方法としては、例えば、版を用いて印刷媒体上に図柄等を凹凸状に印刷する方法や、別途形成しておいた図柄等を印刷媒体上に接着又は転写する方法がある。しかし、何れの方法も、専用の版や接着、転写作業を必要とし、コストがかかる上に生産性も悪い。

一方、印刷技術の一つとしてインクジェット法が知られている。インクジェット法は、様々な印刷媒体に非接触で任意の画像を形成できることから、近年様々な分野において盛んに利用されている。

特許文献１には、安定した画像を形成する技術に関して、色材、水及び水溶性有機溶剤を含み、２５℃における粘度が５ｍＰａ・ｓ以上のインクを、口径３０μｍ以下のノズルを有するインクジェットヘッドから、１５ｋＨｚ以上の駆動周波数で吐出させることが開示されている。

また、特許文献２には、液滴を安定吐出させるための技術に関して、ノズル内のメニスカスの引き込み量を所定の条件となるように設定し、１ｐｌ以下の微小液滴を安定吐出させることが開示されている。

さらに、特許文献３には、平均表面粗さＲａが３μｍ以上の印刷媒体に液滴を付着させて画像記録を行う技術に関し、金属顔料と透明な球状粒子とを含有するインク組成物の液滴を吐出し、再帰反射性を有する画像を形成することが開示されている。

しかし、特許文献１〜３の何れも、加飾効果が付与された凹凸の印刷物を得る技術ではない。

なお、本発明における加飾効果とは、もともと媒体の表面にある「ざらざら感」だけでなく、印刷部及び画像を触感で認識できる効果を意味する。

特開２００２−２６４３３３号公報 特開２００３−１６５２２０号公報 特開２０１０−１５８８４９号公報

本発明者は、インクジェット法を用いて印刷媒体表面に新たな凹凸による画像を形成することで、加飾効果が付与された凹凸の印刷物を形成することを検討した。このような加飾効果が付与された印刷物は、陶器や磁器のタイルや壁紙等の表面が加飾された建造物の外装材や内装材として、建材やインテリアの分野における利用が期待される。また、家電製品や家具、文具、洗剤等の日用品や食品のパッケージ等、外装材の塗装における利用も期待される。

本発明者が実験により確認したところ、加飾効果によって印刷物の商品価値を出すためには、印刷媒体に着弾した液滴によって印字した後の該印刷媒体の印刷部表面における算術平均粗さ（Ｒａ）が３μｍ以上であることが必要であることがわかった。このような表面粗さを有する凹凸の印刷物を得るには、インクジェットヘッドのノズルから巨大液滴を吐出する必要がある。

しかし、本発明者がさらに検討したところ、単に巨大液滴を印刷媒体に着弾させて画像を形成しても、それだけでは目視や触感が良好な加飾効果が付与された印刷物を形成することは困難であることがわかった。また、インクジェットヘッドのノズルから巨大液滴を吐出させる場合、ノズル内のメニスカスがブレイクし易くなり、印刷物を安定して生産することが難しいという問題もある。

そこで、本発明は、インクジェットヘッドのノズルから巨大液滴を吐出させることにより、目視及び触感に優れた凹凸を有する加飾効果を備えた印刷物を安定して生産することができる画像形成方法を提供することを課題とする。

本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。

上記課題は、以下の各発明によって解決される。

１．インクジェットヘッドが備える複数のインク室に対応する複数のノズルからそれぞれ液滴を吐出して印刷媒体上に印字し、印刷物を形成する画像形成方法であって、
前記インクジェットヘッドの前記ノズルから７０ｐｌ以上の前記液滴を吐出して、前記印刷媒体上にワンパスで印字を行い、印字後の前記印刷物表面における算術平均粗さ（Ｒａ）が３μｍ以上となる凹凸の印刷物を形成することを特徴とする画像形成方法。
２．前記印刷媒体の印字前の算術平均粗さ（Ｒａ）が、前記ノズルから吐出された前記液滴の半径の１／４以下であることを特徴とする前記１記載の画像形成方法。
３．前記ノズルから溢れ出るインクのメニスカスの最大突出量を、該ノズルの半径の２／３以下とすることを特徴とする前記１又は２記載の画像形成方法。
４．前記インクジェットヘッドは、前記インク室の入口に、インク流路を絞る絞り部を有することを特徴とする前記３記載の画像形成方法。
５．前記インクジェットヘッドは、粘度が５ｃｐ以上のインクを使用して前記印刷媒体上に前記液滴を吐出することを特徴とする前記１〜４の何れかに記載の画像形成方法。
６．前記インクジェットヘッドは、数平均粒子径が３μｍ以上の無機顔料を含有するインクを使用して前記印刷媒体上に前記液滴を吐出することを特徴とする前記１〜５の何れかに記載の画像形成方法。
７．前記インクジェットヘッドの前記ノズルの直径は、５０μｍ以上であることを特徴とする前記６記載の画像形成方法。
８．前記インクジェットヘッドは、内部にフィルターを有していない共通インク室から、複数の前記インク室に対して共通にインクを供給する構造であることを特徴とする前記６又は７記載の画像形成方法。
９．前記インクジェットヘッドは、前記インク室を構成する少なくとも一つの壁面がシアモードで駆動する圧電素子によって形成されたシアモード型のインクジェットヘッドであることを特徴とする前記１〜８の何れかに記載の画像形成方法。
１０．前記インクジェットヘッドの前記インク室は、アスペクト比（深さ／幅）が７以下であることを特徴とする前記９記載の画像形成方法。
１１．前記インクジェットヘッドは、隣り合う前記インク室間の隔壁が前記圧電素子で構成され、前記インク室がインクの入口から出口に向けて直線状に形成された六面体形状のヘッドチップを有することを特徴とする前記９又は１０記載の画像形成方法。

本発明によれば、インクジェットヘッドのノズルから巨大液滴を吐出させることにより、目視及び触感に優れた凹凸を有する加飾効果を備えた印刷物を安定して生産することができる画像形成方法を提供することができる。

印刷媒体表面に着弾した液滴によって凹凸が形成された印刷物の概念を示す断面図 本発明に係る画像形成方法を実施する際に使用される画像形成装置の一例を示す側面図 図２に示す画像形成装置の平面図 画像形成装置において好ましく使用されるインクジェットヘッドの一例を示す分解斜視図 （ａ）〜（ｃ）は図４に示すインクジェットヘッドの液滴吐出時の動作を説明する説明図 図４に示すインクジェットヘッドに使用される駆動信号の一例を示す図 ノズル内のメニスカスの溢れの様子を説明する図 無機顔料の数平均粒子径に対する粒子数の分布を示すグラフ

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

本発明は、インクジェットヘッドが備える複数のインク室に対応する複数のノズルからそれぞれ液滴を吐出して印刷媒体上に印字し、印刷物を形成する画像形成方法であって、インクジェットヘッドのノズルから７０ｐｌ以上の液滴を吐出して、印刷媒体上にワンパスで印字を行い、着弾した液滴によって印字した後の算術平均粗さ（Ｒａ）が３μｍ以上となる凹凸の印刷物を形成するものである。今までのインクジェットによる印刷物は、インクの中に十分な量の大粒子径の顔料を含んでいないインクのために、インクの層自体が２μｍ未満だったり、凹凸による表面粗さが達成できておらず、本発明の加飾効果を得ることができていない。

これにより、７０ｐｌ以上の巨大液滴の着弾によって、印刷媒体上に着弾した液滴からなる大きな凸部が形成され、それが乾燥または硬化することによって凹凸を有する印刷物を得ることができる。この印刷物の凹凸は、図１に示すように、印刷媒体Ｍ自体が有する表面の凹凸ではなく、その表面に着弾した液滴５００が硬化することによって新たに形成された凹凸である。

本発明において、得られる印刷物の加飾効果に優れる観点から、液滴は７０ｐｌ以上とされるが、好ましくは７０ｐｌ以上３００ｐｌ以下とすることである。

７０ｐｌ以上の液滴は、インクジェットヘッドのノズルから１回の吐出動作によって吐出される１滴の液滴によって形成してもよいが、ノズルから吐出される１滴の液滴の大きさには限界がある。この場合は、複数回の吐出動作によってノズルから複数の液滴を吐出させ、飛翔中に合体させることによって合計が７０ｐｌ以上となる液滴を形成してもよい。また、複数回の吐出動作によってノズルから吐出された複数の液滴を、印刷媒体上のほぼ同一位置に着弾させることによって、合計が７０ｐｌ以上となる液滴が着弾した印刷媒体を得るようにしてもよい。さらに、例えばノズルから１００ｐｌの液滴を３滴連続吐出させ、飛翔中に合体させることによって、または印刷媒体上のほぼ同一位置に着弾させることによって、合計が３００ｐｌの液滴が着弾した印刷媒体を得ることもできる。

着弾した液滴が硬化した後とは、印刷媒体上に着弾した液滴が液体から固体に相変化した後のことをいう。例えば、本発明において好ましく使用できるインクとして、ＵＶインク等のような活性エネルギー線硬化型インクやセラミックインクが挙げられるが、活性エネルギー線硬化型インクの場合は、着弾した液滴が活性エネルギー線の照射によって硬化した後の状態をいう。また、セラミックインクの場合は、着弾した液滴が加熱により硬化した後の状態をいう。

また、液滴が着弾した印刷部位表面及び印刷媒体における算術平均粗さ（Ｒａ）は、ＪＩＳ Ｂ０６０１−２００１における算術平均粗さ（Ｒａ）である。

なお、本発明における算術平均粗さ（Ｒａ）は、一般的な表面粗さ計によって測定することができる。具体的な表面粗さ計としては、オリンパス株式会社製のＯＬＳ４１００や、株式会社ミツトヨ製の表面粗さ・輪郭形状測定機フォームトレーサＳＶ−Ｃ４５００等が好ましい。

ところで、本発明者の知見によると、加飾効果を効果的に発現させるためには、吐出された液滴の大きさと受け手側の印刷媒体の表面粗さとが密接に結びついており、これらの関係も考慮することが重要である。例えばセラミックタイルのように表面に微細な凹凸を有する印刷媒体を使用する場合、液滴の一部が印刷媒体表面の凹部に吸収されることにより、印字された液滴による凹凸効果が減退するおそれがあるからである。

このため、印刷媒体は、印字前の状態での算術平均粗さ（Ｒａ）が、インクジェットヘッドのノズルから吐出された液滴の半径の１／４以下であるものが好ましい。これにより、印刷媒体上に着弾した液滴が凹部に吸収されにくく、液滴による新たな凸部によって良好に凹凸を形成することができ、印刷物に効果的に加飾効果を付与することができる。

このような算術平均粗さ（Ｒａ）を有する印刷媒体としては、特に限定されないが、紙、セラミックタイル、壁に用いられる加工木材、または表面加工された木材、壁紙等に用いられる合紙やフリース（不織布）等や、建築の壁等に用いられるコンクリート、レンガ、瓦、陶磁器質タイル、繊維強化セメント板、鉄鋼、アルミニウム、金属板、ガラス、モルタル、漆喰、石、石膏ボード、木毛セメント板等、床等に用いられる木質フローリングやコルク、カーペット、クッションフロア、タイルなど多種多様なものなどや、天井等に用いるクロス（ビニール、紙クロス、布クロス）、木質系（ムク材、合材、繊維板）、無機質系（ロックウール板、石膏ボード）等が挙げられ、これらから適宜選ぶことができる。

なお、吐出された液滴の半径とは、ノズルから吐出後で且つ着弾前の状態の液滴の半径である。この液滴の半径は、ノズル面から５００μｍ離れた位置における液滴を、マイクロスコープとストロボ光源を用いて撮像し、得られた液滴画像から、その液滴を球とみなした場合の径を算出することによって求められる。

本発明において、印刷媒体上にワンパスで印字を行うとは、印刷媒体上の所定の印字領域に対してインクジェットヘッドを１回だけ通過させ、その過程で印字を行って所望の画像を形成することである。

一般に、インクジェット方式には、このようなワンパス方式の他に、インクジェットヘッドを印刷媒体に対して主走査方向に複数回往復移動させることによって、所定の印字領域を液滴で埋めるスキャン方式がある。このスキャン方式は、所定の印字領域に対してインクジェットヘッドを複数回通過させるため、インクジェットヘッドの走査移動時及び反転時にノズル内のメニスカスに対して強い慣性力が頻繁に作用する。このため、ノズルから７０ｐｌ以上の巨大液滴を吐出させる場合、吐出前の段階でノズル内のメニスカスが破れ、液滴が吐出されないノズル欠が発生するおそれがある。また、メニスカスに対してこのような強い慣性力を作用させないようにするためにインクジェットヘッドの走査速度を落とすと、印字速度は著しく低下してしまう。同一領域にインクジェットヘッドを複数回通過させるスキャン方式は、１つの印刷媒体当たりのパス回数が多く、それだけ製品出力時間がかかるため、走査速度を落とすと、生産性は一層低下してしまう。

しかし、本発明によれば、印刷媒体上にワンパスで印字を行うことにより、このようなメニスカスの破れによるノズル欠の発生を低減することができる。しかも、１つの印刷媒体当たりのパス回数は１回だけであるため、スキャン方式に比べて遥かに生産性を高めることができる。従って、インクジェット法によって、印刷媒体上に目視及び触感に優れた凹凸を有する加飾効果を備えた印刷物を安定して生産することができる。

なお、ワンパス方式としては、インクジェットヘッドを位置不動に固定し、このインクジェットヘッドに対して印刷媒体を一方向のみに搬送移動させて印字を行う方式と、位置不動の印刷媒体に対して、インクジェットヘッドを一方向のみに走査移動させて印字を行う方式と、印刷媒体とインクジェットヘッドとを共に相反する方向にそれぞれ移動させて印字を行う方式とがある。何れの場合も、スキャン方式に比べて生産性を低下させるおそれはないが、ノズル内のメニスカスの破れをより効果的に防止して生産性向上を図る観点からは、インクジェットヘッドを位置不動に固定し、このインクジェットヘッドに対して印刷媒体を一方向のみに搬送移動させて印字を行う方式とすることが好ましい。

本発明において使用されるインクは、粘度が５ｃｐ以上のインクであることが好ましい。印刷媒体上に着弾した液滴の濡れ広がりを抑えることができるため、より優れた凹凸を表現することができ、加飾効果を一層向上させることができる。インクの粘度は、高くなりすぎるとノズルからの吐出が困難になってくるため、５０ｃｐ以下が適当である。

また、本発明において使用されるインクは、３μｍ以上の数平均粒子径を有する無機顔料が含まれたインクであることが好ましい。このような無機顔料を含有するインクは、加飾効果として印刷媒体の表面に摩擦の変化を付与し、得られる印刷物の質感をより向上させることができる。

無機顔料の粒子径は数平均粒子径である。粒子径は、通常図７に示すような粒子径に対応する粒子数の分布をとる。この分布曲線が線対象となる場合、粒子数のピークの粒子径が数平均粒子径と近似する。

本発明に使用される無機顔料としては、目的に応じて適宜公知の無機顔料を使用することができる。特に限定されないが、一例を挙げれば、カーボンブラック、酸化鉄、硫化水銀、炭酸カルシウム、カオリン、雲母、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化クロム、アルミ酸コバルト、アルミニウム粉、セラミック粉等がある。

次に、本発明に係る画像形成方法を実施する際に好ましく使用できる画像形成装置の一例について、図面を参照しながら説明し、本発明に係る画像形成方法についてさらに説明する。

図２は、画像形成装置の一例を示す側面図、図３は、図２に示す画像形成装置の平面図、図４は、図３に示す画像形成装置において好ましく使用できるインクジェットヘッドの一例を示す分解斜視図、図５（ａ）〜（ｃ）は、図４に示すインクジェットヘッドの液滴吐出時の動作を説明する説明図、図６は、図４に示すインクジェットヘッドに使用される駆動信号の一例を示す図である。

図２、図３において、１００は画像形成装置、１は画像形成装置１００に設けられるインクジェットヘッド、２は画像形成装置１００に設けられる搬送ベルト、Ｍは印刷媒体である。

画像形成装置１００には、搬送ベルト２の搬送面２ａに複数の印刷媒体Ｍが間隔をおいて載置されている。図２、図３に示す本実施形態では、印刷媒体Ｍとしてセラミックタイルを例示している。搬送ベルト２は、一対の回転ローラー２１、２１に架け渡されており、図示しない駆動源によって何れかの回転ローラー２１が回動することによって回転移動し、搬送面２ａ上の印刷媒体Ｍを図中のＹ方向に向けて一定速度で搬送する。

インクジェットヘッド１は、搬送ベルト２の搬送面２ａの上方に、ノズル面が搬送面２ａと対面する垂直下向きとなるように配置されている。ノズル面には、図２、図３には示されていない複数のノズルがＸ方向に沿って配列されている。このインクジェットヘッド１は、Ｘ方向に沿うノズル列が、印刷媒体ＭのＸ方向に沿う印字領域幅以上の長さを有するライン型のインクジェットヘッドであり、印字中は位置不動となるように配置されている。そして、印刷媒体Ｍが搬送ベルト２によって搬送される過程で、印字データに基づいて、各ノズルから７０ｐｌ以上の液滴が吐出されることにより、印刷媒体Ｍの所定の印字領域に対してワンパスで印字が行われるようになっている。

このライン型のインクジェットヘッド１は、ノズル列が印刷媒体Ｍの印字領域幅以上の長さを有する１つのヘッドのみで構成されるものを例示したが、何らこれに限定されない。ライン型のインクジェットヘッドは、例えば、印刷媒体Ｍの印字領域幅よりも小幅のノズル列を有するヘッドを、該印字領域幅に沿って千鳥状に複数配置させることによって長尺状となるように構成されたものであってもよい。

本実施形態に示すインクジェットヘッド１は、活性エネルギー線硬化型インクとしてＵＶインクを使用する場合を例示している。このため、インクジェットヘッド１によって印刷媒体Ｍ上に印字された画像を硬化させるための紫外光を照射する照射部３が、インクジェットヘッド１の下流側近傍に配置されている。

また、本実施形態に示す画像形成装置１００は、インクジェットヘッド１と照射部３との組が、印刷媒体Ｍの搬送方向（Ｙ方向）に沿って複数組配置されている。これにより、上流側のインクジェットヘッド１及び照射部３の組によって形成された画像に、下流側のインクジェットヘッド１及び照射部３の組によって、積み重ねるように印字を行うことでさらに画像を形成することができるため、より凹凸表現に富む加飾効果に優れた画像を有する印刷物を得ることができ、本発明において好ましい態様である。組数は図示する２組に限らず、３組以上でもよい。

このように搬送方向に沿って複数のインクジェットヘッド１を設ける場合は、インクジェットヘッド１毎にインク色を異ならせることにより、印刷媒体Ｍ上に複数色の画像を形成できるようにすることも好ましい。

インクジェットヘッド１は、図４に示すように、ヘッドチップ１１、ノズルプレート１２、配線基板１３、インクマニホールド１４及びＦＰＣ１５を有している。図４に示すインクジェットヘッド１は、ヘッドチップ１１と配線基板１３との間で左右に展開した状態を示している。

ヘッドチップ１１は六面体形状であり、図中のＸ方向に沿って複数のインク室１１１（チャネルともいう。）が並設されている。図４では、このうちの１つのインク室１１１のみを破線で示している。インク室１１１は、ヘッドチップ１１の前端面１１ａから後端面１１ｂに亘って直線状に延びており、前端面１１ａにインク出口１１１ａ、後端面１１ｂにインク入口１１１ｂが配置されている。このヘッドチップ１１には、複数のインク室１１１が１列となるように形成されているが、Ｘ方向に沿うインク室１１１の列が、図２、図３中のＹ方向に複数列並設されるものでもよい。

ノズルプレート１２は、ヘッドチップ１１の前端面１１ａに接着されている。ノズルプレート１２には、ヘッドチップ１１の各インク室１１１に対応する位置に、それぞれノズル１２１が形成されている。

配線基板１３は、例えばガラス基板等の絶縁性の基板からなり、ヘッドチップ１１の後端面１１ｂに接着されている。配線基板１３は、ヘッドチップ１１の後端面１１ｂの面積よりも大きな面積を有しており、ヘッドチップ１１に接着された際、配線基板１３の端部がヘッドチップ１１の側方に張り出している。配線基板１３には、ヘッドチップ１１の各インク室１１１に対応する位置に、それぞれインク流路孔１３１が形成されている。

インクマニホールド１４は、配線基板１３のインク流路孔１３１を介して各インク室１１１に共通に供給するインクを貯留する部材であり、配線基板１３の背面側に接着されている。インクは、インクマニホールド１４内に形成された共通インク室１４１に貯留され、この共通インク室１４１から配線基板１３のインク流路孔１３１を介して、ヘッドチップ１１の各インク室１１１に供給される。

本発明において、ヘッドチップ１１は、図５に示すように、隣り合うインク室１１１、１１１の間に位置する隔壁１１２が、ＰＺＴ等の圧電素子によって構成されている。各隔壁１１２は、相反する分極方向を持つ圧電素子が高さ方向（図５の上下方向）に接合されることによって形成されている。インク室１１１内に臨む隔壁１１２の表面には駆動電極１１３が形成されている。

このようなヘッドチップ１１を有するインクジェットヘッド１はシアモード（shear mode）型のインクジェットヘッドである。すなわち、液滴吐出を行うインク室１１１内の駆動電極１１３に、駆動回路２００から例えば図６に示すような駆動信号３００を印加し、その両隣のインク室１１１、１１１内の駆動電極１１３、１１３を接地すると、ヘッドチップ１１は、両隔壁１１２、１１２が屈曲変形してシアモード駆動するようになっている。シアモード型のインクジェットヘッド１は、インク室１１１内のインクに効率的に吐出圧力を付与することでき、液滴体積を加工し易いため、７０ｐｌ以上の液滴を吐出する本発明に係る画像形成方法を実施する場合に好ましく使用することができる。

また、本実施形態に示すインクジェットヘッド１のように、圧電素子が隣り合うインク室１１１、１１１間の隔壁１１２を構成し、各インク室１１１がインク入口１１１ｂからインク出口１１１ａに向けて直線状に形成された六面体形状のヘッドチップ１１を有するものは、製造が簡単で生産コストも抑制できる利点がある。

ヘッドチップ１１の後端面１１ｂには、各インク室１１１内の駆動電極１１３と電気的に接続された接続電極１１４が形成されている。また、配線基板１３には、この接続電極１１４に対応する配線１３２が形成されている。ヘッドチップ１１と配線基板１３は、これら接続電極１１４と配線１３２とが電気的に接続されるように接着されている。配線１３２は、配線基板１３の端部１３ａまで延びており、この配線基板１３の端部１３ａにＦＰＣ１５が電気的に接続されている。従って、駆動信号３００は、駆動回路２００からＦＰＣ１５、配線１３２及び接続電極１１４を介して、各駆動電極１１３に印加される。

図６に示す駆動信号３００は、基準電位から立ち上がってインク室１１１の容積を膨張させる第１の膨張パルス３０１と、この第１の膨張パルス３０１を一定時間維持した後、インク室１１１の容積を収縮させる収縮パルス３０２と、この収縮パルス３０２を一定時間維持した後、インク室１１１の容積を膨張させて基準電位に戻る第２の膨張パルス３０３とを有する矩形波によって構成されている。

なお、図６中の縦軸は電圧、横軸は時間である。また、ＰＷ１は、第１の膨張パルス３０１の維持時間、ＰＷ２は収縮パルス３０２の維持時間である。インク室１１１における圧力波の音響的共振周期の１／２をＡＬとすると、ＰＷ１は１ＡＬ付近に設定すると、効率良く液滴を吐出させることができるため好ましい。ＰＷ２は２ＡＬ付近に設定すると、液滴吐出後のインク室１１１内の残響圧力波をキャンセルできるため好ましい。

図５（ａ）に示すように隔壁１１２が中立状態にあるインク室１１１は、駆動電極１１３に第１の膨張パルス３０１が印加されると、図５（ｂ）に示すように両隔壁１１２、１１２が外側に向けて屈曲変形して容積が膨張する。これによりインク室１１１内に共通インク室１４１からインクが流入する。次いで、駆動電極１１３に収縮パルス３０２が印加されると、膨張状態の両隔壁１１２、１１２が、図５（ｃ）に示すように内側に向けて屈曲変形し、インク室１１１が一気に収縮する。この収縮により、インク室１１１内のインクに圧力が付与される。この圧力がインクをノズル１２１から吐出させる程に大きくなると、ノズル１２１から液滴が吐出される。その後、所定のタイミングで駆動電極１１３に第２の膨張パルス３０３が印加されると、収縮状態の両隔壁１１２、１１２は、図５（ａ）に示すように中立状態に復帰する。

この駆動信号３００はあくまで一例であり、本発明において何ら限定されるものではない。インクジェットヘッド１のノズル１２１から７０ｐｌ以上の液滴を吐出するには、一般に、駆動信号の電圧値や各パルスの維持時間を適宜設定することによって行うことができる。

ところで、一般に、液滴を連続吐出すると、図７に示すようにノズル１２１内のメニスカス４００が突出して溢れ易くなることがある。この溢れ現象は、液滴吐出後のインクのリフィルの際に、インク室内にインクが戻ってくることによって起こる。特に、本実施形態に示すシアモード型のインクジェットヘッド１の場合、インク室１１１が細長くなるため、リフィル時のインクの戻りの勢いが強く、メニスカス４００の溢れが大きくなり易い。

このメニスカス４００の溢れが大きくなると、吐出される液滴の速度を変動させるだけでなく、メニスカス４００が不安定となり、安定吐出に影響するおそれがある。このメニスカス４００の溢れ量（最大突出量Ｌ）は、ノズル１２１の半径の２／３以下とすることが好ましい。これにより、７０ｐｌ以上の液滴を吐出する際でも、ノズル１２１から吐出される液滴の速度変動を小さく抑えて安定吐出させることができる。その結果、液滴を狙った目標位置に着弾させることができて高精細な印字を行うことができる。

ノズル１２１の半径は、図７に示すように、ノズル１２１の吐出側端部の開口直径Ｄの１／２のことである。ノズル１２１の吐出側端部の開口形状が円形でない場合は、同じ面積の円に置き換えた場合のその円の直径の１／２のことである。

また、メニスカス４００の溢れ量は、ノズル面のメニスカス４００をマイクロスコープとストロボ光源を用いて撮像し、得られた画像からメニスカス４００の最大突出量Ｌを測定することによって求めることができる。

ノズル１２１から溢れるメニスカス４００の最大突出量Ｌをノズル１２１の半径の２／３以下とする方法としては、例えばインクジェットヘッド１の駆動周波数（駆動周期）を適切に設定することが挙げられる。メニスカスの溢れは、液滴の連続吐出が大きく関係しているためである。具体的な駆動周波数は、インク室１１１やノズル１２１のサイズ、インク粘度等によって異なるが、一般に５ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下とすることが好ましい。５ｋＨｚ以上２０ｋＨｚ以下が容易に安定して駆動できるので、さらに好ましい。

また、本実施形態に例示されるインクジェットヘッド１のように、各インク室１１１のインク入口１１１ｂ側に個別のインク流路孔１３１が配置されている場合、このインク流路孔１３１の開口面積をインク入口１１１ｂよりも小さく形成し、インク流路孔１３１を絞りとして機能させることも好ましい。共通インク室１４１からの流路がインク流路孔１３１によって絞られるため、インク室１１１に流入するインクの流速を落とすことができる。このため、リフィル時のインクの戻りの勢いが抑制され、それだけメニスカス４００の溢れを抑制できる。

インクジェットヘッド１に使用されるインクが、直径３μｍ以上の無機顔料を含有するインクである場合、図７に示すインクジェットヘッド１のノズル１２１の直径Ｄは、５０μｍ以上とすることが好ましい。無機顔料が目詰まりし難くなり、良好な液滴吐出が可能となる。ノズル１２１の直径Ｄは、ノズル１２１の吐出側端部の直径であり、その開口形状が円形でない場合は、同じ面積の円に置き換えた場合のその円の直径のことである。

なお、インクジェットヘッド１の共通インク室１４１には、インク中に含まれる夾雑物がインク室１１１に供給されないようにするため、一般にフィルターが設けられる。しかし、このような無機顔料を含有するインクを使用する場合、共通インク室１４１には、このようなフィルターを設けないことが好ましい。フィルターがインクの流れに対して大きな圧力損失要素となるため、特にフィルターの下流側に配置されるインク室１１１内でインク中の無機顔料が沈降し易くなり、ノズル欠が発生し易くなる。従って、共通インク室１４１の内部にこのようなフィルターを設けないことで、無機顔料の沈降を抑制し、ノズル欠の発生を抑制できる。

両隔壁１１２がシアモード駆動するシアモード型のインクジェットヘッド１のインク室１１１は、アスペクト比が７以下であることが好ましい。これにより、クロストークを小さくでき、速度変動を抑制して安定した液滴吐出を行うことができる。アスペクト比は、図５（ａ）に示すように、インク室１１１の深さＨ／幅Ｗによって求められる。

以下、実施例によって本発明の効果を例証する。

（実施例１）
図２、図３に示す画像形成装置１００を使用して、セラミックタイルの表面にサンプル画像としてタイル（茶のマーブル石目調）表面を印字した。なお、セラミックタイルに対する印字前の算術平均粗さ（Ｒａ）は３μｍであった。

インクジェットヘッドは、図４に示す構造のシアモード型のヘッドチップ（解像度：３６０ｄｐｉ）を有する以下の仕様のインクジェットヘッドを使用し、ノズルから１滴の液滴で７０ｐｌとなるように液滴吐出を行った。共通インク室内には、インク中の夾雑物を除去するためのフィルター（孔径：１０μｍ）を設けた。

インク室のアスペクト比（Ｈ：６００μｍ／Ｗ：１２０μｍ）：５
インク室の音響的共振周期（ＡＬ）：９μｓｅｃ
ノズル直径：６０μｍ
駆動信号：図６に示す駆動信号（ＰＷ１＝１ＡＬ、ＰＷ２＝２ＡＬ）
駆動周期：７ＡＬ周期

インクには無機顔料として、合成酸化鉄赤、カドミウム黄、ニッケルチタン黄、ストロンチウム黄、含水酸化クロム、酸化クロム、アルミ酸コバルト（数平均粒子径：３μｍ）などを含有するＵＶインク（粘度：５ｃｐ）の各色を使用した。インクジェットヘッドは位置不動とし、一定速度で搬送されるセラミックタイルの表面にワンパス方式でサンプル画像を印字し、照射部によってＵＶ光を照射して硬化させた。

＜測定方法＞
・表面粗さ
セラミックタイルの印字前及び液滴を吐出した印字後のそれぞれの算術平均粗さ（Ｒａ）を、市販の表面粗さ計（株式会社ミツトヨ製表面粗さ・輪郭形状測定機 フォームトレーサＳＶ−Ｃ４５００）を使用して、非接触で測定した。
・ノズル内のメニスカスの溢れ、液滴速度及び液滴の半径
マイクロスコープ及びストロボ光源を使用して写真撮影を行い、得られた画像から求めた。
・無機顔料の数平均粒子径
粒子径は、分散した無機顔料を写真撮影してその径を算出し、図８に示すように分布から求めた。
・液滴量
液滴量は、同一ノズルから一定時間吐出させた際の総液滴量を電子天秤で秤量し、予め求めた比重から逆算して算出した。
・インク室のアスペクト比
ヘッドチップのインク室の断面を顕微鏡観察することにより測定した。
・着弾状況
液滴の着弾状況は、セラミックタイル表面を顕微鏡観察し、目標位置に対する着弾ずれ量を測定した。

＜加飾効果の評価方法＞
被験者１００人に対し、印字後のセラミックタイルについて目視、触感、画質の官能評価を行い、トータルの印刷性能について評価した。その結果を表１に示す。

目視は、印字後のセラミックタイルに対して観察距離５０ｃｍで行い、以下の基準で評価した。１では商品として役に立たない。２でもいいが３であることが好ましい。
１：今までの平べったい普通の印刷物に見える。
２：なんとなく表面の質感が凹凸状に見受けられる。
３：明らかに今までの質感とは異なり、印刷物とは思えない。

触感は、印字後のセラミックタイルを直接手で触ってもらうことによって行い、以下の基準で評価した。１では商品として役に立たない。２でもいいが３であることが好ましい。
１：今までの平べったい普通の印刷物との差異がわからない。
２：手を動かすとなんとなく表面の質感が手で感じられる。
３：静止した状態でも手で持っても明らかに今までの質感とは異なり、印刷物とは思えない。

画質は、セラミックタイル表面の液滴を顕微鏡観察し、着弾した液滴の着弾ずれ量について以下の基準で評価した。１では商品として役に立たない。２でもいいが３であることが好ましい。
１：着弾ずれ量が２画素を超える。
２：着弾ずれ量が２画素以内である。
３：着弾ずれ量が１画素以内である。

印刷性能は、目視、触感、画質の合計点によって以下の基準で評価した。×では商品として役に立たない。△でもいいが○が好ましい。
○：合計点が８〜９点
△：合計点が６〜７点
×：合計点が５点以下、または一つでも１点の評価がある。

（実施例２）
セラミックタイルに対する印字前の算術平均粗さ（Ｒａ）が５μｍである以外は、実施例１と同一とした。その結果を表１に示す。

（実施例３）
セラミックタイルに対する印字前の算術平均粗さ（Ｒａ）が６μｍである以外は、実施例１と同一とした。その結果を表１に示す。

（比較例１）
セラミックタイルに対する印字前の算術平均粗さ（Ｒａ）が８μｍである以外は、実施例１と同一とした。その結果を表１に示す。

（比較例２）
セラミックタイルに対する印字前の算術平均粗さ（Ｒａ）が６μｍであり、液滴量が６５ｐｌである以外は、実施例１と同一とした。その結果を表１に示す。

（比較例３）
インクジェットヘッドとして、実施例１と同一仕様のインクジェットヘッドを、セラミックタイルの表面に対して主走査方向（図３中のＸ方向）に沿って往復移動させるスキャン方式のインクジェットヘッドを使用して印字を行った以外は、実施例１と同一とした。その結果を表１に示す。

表１に示す結果から、セラミックタイルの印字前の算術平均粗さ（Ｒａ）が、吐出された液滴の半径の１／４以下である場合、印字後の印刷部のセラミックタイルの表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が３μｍ以上になる凹凸の印刷物を得ることができた。実施例１〜３は、目視、触感、画質の何れの項目も２以上となり、総合評価も○又は△となった。

なお、実施例１〜３及び比較例１〜３の何れも、ノズル内のメニスカスの溢れ（最大突出量Ｌ）は、ノズル径６０μｍに対して２０μｍであり、１／３であった。

（実施例４）
インクジェットヘッドの駆動周期を５ＡＬとした以外は、実施例１と同一とした。その結果を表２に示す。

（実施例５）
インクジェットヘッドの駆動周期を１０ＡＬとした以外は、実施例１と同一とした。その結果を表２に示す。

実施例５では、ノズル内のメニスカスの溢れ（最大突出量Ｌ）は、ノズル径６０μｍに対して３２μｍであり、２／３以下となって問題はなかった。これに対し、実施例６では４５μｍとなり、２／３を超えていた。総合評価としては特に問題はなかったが、触感としてざらつきが感じられる評価が得られた。これは液滴量のばらつきが発生したためと推察される。

（実施例６）
インクジェットヘッドに使用されるインク中の無機顔料の数平均粒子径を２μｍとした以外は、実施例１と同一とした。その結果を表３に示す。

実施例６は、総合評価としては特に問題はなかったが、無機顔料の数平均粒子径が３μｍよりも小さいため、目視、触感、画質の何れも項目もやや劣るものとなった。

（実施例７）
インクジェットヘッドのノズル直径を４５μｍとし、駆動信号の第１の膨張パルスの維持時間ＰＷ１を１ＡＬから１．２ＡＬにし、液滴量をほぼ７０ｐｌに維持した以外は、実施例１と同一とした。その結果を表４に示す。

（実施例８）
インクジェットヘッドのノズル直径を４５μｍとし、駆動信号の第１の膨張パルスの維持時間ＰＷ１を１ＡＬから１．２ＡＬにし、液滴量をほぼ７０ｐｌに維持した。また、インクジェットヘッドの共通インク室内のフィルターをなくした。それ以外は、実施例１と同一とした。その結果を表４に示す。

実施例７では、総合評価としては問題なかったが、液滴速度の変動が大きくなることが確認された。これは無機顔料の大きさがノズルに対して相対的に大きくなり、液滴を吐出し難くなったためと推察される。これに対し、実施例８では、液滴速度の変動は改良されることが確認された。これは、共通インク室にフィルターがなくなったことにより、圧力損失が少なくなったためと推察される。

（実施例９）
使用するＵＶインクの粘度を４ｃｐとした以外は、実施例１と同一とした。その結果を表５に示す。

実施例９は、総合評価としては特に問題はなかったが、インクの粘度が低くなったことにより、目視、触感、画質の各項目で評価がやや低下した。

１：インクジェットヘッド
１１：ヘッドチップ
１１ａ：前端面
１１ｂ：後端面
１１１：インク室
１１１ａ：インク入口
１１１ｂ：インク出口
１１２：隔壁
１１３：駆動電極
１１４：接続電極
１２：ノズルプレート
１２１：ノズル
１３：配線基板
１３ａ：端部
１３１：インク流路孔
１３２：配線
１４：インクマニホールド
１４１：共通インク室
１５：ＦＰＣ
２：搬送ベルト
２ａ：搬送面
２１：回転ローラー
３：照射部
１００：画像形成装置
２００：駆動回路
３００：駆動信号
３０１：第１の膨張パルス
３０２：収縮パルス
３０３：第２の膨張パルス
４００：メニスカス
５００：液滴
Ｍ：印刷媒体
ＰＷ１：第１の膨張パルスの維持時間
ＰＷ２：収縮パルスの維持時間

Claims (11)

1. インクジェットヘッドが備える複数のインク室に対応する複数のノズルからそれぞれ液滴を吐出して印刷媒体上に印字し、印刷物を形成する画像形成方法であって、
   前記インクジェットヘッドの前記ノズルから７０ｐｌ以上の前記液滴を吐出して、前記印刷媒体上にワンパスで印字を行い、印字後の前記印刷物表面における算術平均粗さ（Ｒａ）が３μｍ以上となる凹凸の印刷物を形成することを特徴とする画像形成方法。
2. 前記印刷媒体の印字前の算術平均粗さ（Ｒａ）が、前記ノズルから吐出された前記液滴の半径の１／４以下であることを特徴とする請求項１記載の画像形成方法。
3. 前記ノズルから溢れ出るインクのメニスカスの最大突出量を、該ノズルの半径の２／３以下とすることを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成方法。
4. 前記インクジェットヘッドは、前記インク室の入口に、インク流路を絞る絞り部を有することを特徴とする請求項３記載の画像形成方法。
5. 前記インクジェットヘッドは、粘度が５ｃｐ以上のインクを使用して前記印刷媒体上に前記液滴を吐出することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の画像形成方法。
6. 前記インクジェットヘッドは、数平均粒子径が３μｍ以上の無機顔料を含有するインクを使用して前記印刷媒体上に前記液滴を吐出することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の画像形成方法。
7. 前記インクジェットヘッドの前記ノズルの直径は、５０μｍ以上であることを特徴とする請求項６記載の画像形成方法。
8. 前記インクジェットヘッドは、内部にフィルターを有していない共通インク室から、複数の前記インク室に対して共通にインクを供給する構造であることを特徴とする請求項６又は７記載の画像形成方法。
9. 前記インクジェットヘッドは、前記インク室を構成する少なくとも一つの壁面がシアモードで駆動する圧電素子によって形成されたシアモード型のインクジェットヘッドであることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の画像形成方法。
10. 前記インクジェットヘッドの前記インク室は、アスペクト比（深さ／幅）が７以下であることを特徴とする請求項９記載の画像形成方法。
11. 前記インクジェットヘッドは、隣り合う前記インク室間の隔壁が前記圧電素子で構成され、前記インク室がインクの入口から出口に向けて直線状に形成された六面体形状のヘッドチップを有することを特徴とする請求項９又は１０記載の画像形成方法。

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