JP6921657B2 - インクジェット記録装置及びインクジェット記録方法 - Google Patents
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Description
(1)R1>0、R2<0、かつ、|R1|≦|R2|
(2)R1<0、R2>0、かつ、|R1|≧|R2|
図1は、本実施形態に係る転写型インクジェット記録装置であって、液吸収部材とインク像との接触開始位置における被記録体の曲率半径R1が正である転写型インクジェット記録装置100の概略構成の一例を示す模式図である。図1に示される転写型インクジェット記録装置100は、転写体101を介して記録媒体108にインク像を転写することで記録物を製造する、枚葉式のインクジェット記録装置である。図2では、X方向、Y方向、Z方向が、それぞれ、転写型インクジェット記録装置100の幅方向(全長方向)、奥行き方向、高さ方向を示している。記録媒体108はX方向に搬送される。
転写体は、インク像形成面を含む表面層を有することができる。表面層の材料としては、樹脂、セラミック等各種材料を適宜用いることができるが、耐久性等の点で圧縮弾性率の高い材料が好ましい。具体的には、アクリル樹脂、アクリルシリコーン樹脂、フッ素含有樹脂、加水分解性有機ケイ素化合物を縮合して得られる縮合物等が挙げられる。反応液の濡れ性、転写性等を向上させるために、表面処理を施して用いてもよい。表面処理としては、フレーム処理、コロナ処理、プラズマ処理、研磨処理、粗化処理、活性エネルギー線照射処理、オゾン処理、界面活性剤処理、シランカップリング処理などが挙げられる。これらを複数組み合わせてもよい。また、表面層に任意の表面形状を設けることもできる。
転写体は、図1に示されるように、支持部材102上に支持されていることができる。転写体の支持方法として、各種接着剤や両面テープを用いてもよい。又は、転写体に金属、セラミック、樹脂等を材質とした設置用部材を取り付けることで、設置用部材を用いて転写体を支持部材上に支持してもよい。
上記転写型インクジェット記録装置は、転写体に反応液を付与する反応液付与装置を有することができる。図1に示される反応液付与装置103は、反応液を収容する反応液収容部103aと、反応液収容部103aにある反応液を転写体101上に付与する反応液付与部材103b及び103cとを有するグラビアオフセットローラの場合を示している。しかし、反応液付与装置は、反応液を転写体上に付与できるいかなる装置であってもよく、従来知られている各種装置を適宜用いることができる。具体的には、グラビアオフセットローラ以外では、インクジェットヘッド、ダイコーティング装置(ダイコータ)、ブレードコーティング装置(ブレードコータ)などが挙げられる。反応液付与装置による反応液の付与は、転写体上でインクと混合(反応)することができれば、インクの付与前に行っても、インクの付与後に行ってもよい。好ましくは、インクの付与前に反応液を付与する。反応液をインクの付与前に付与することによって、インクジェット方式によるインク像形成時に、隣接して付与されたインク同士が混ざり合うブリーディングや、先に着弾したインクが後に着弾したインクに引き寄せられてしまうビーディングを抑制できる。
反応液は、インクと接触して高粘度化する。そのため、反応液は、インクを高粘度化する成分(インク高粘度化成分、反応剤とも称する)を含有することができる。インクの高粘度化とは、インクを構成する成分である色材や樹脂等がインク高粘度化成分と接触することによって化学的に反応し、あるいは物理的に吸着し、これによってインク全体の粘度の上昇が認められることである。また、このインクの高粘度化には、色材などインクを構成する成分の一部が凝集することにより局所的に粘度の上昇が生じる場合も含まれる。このインク高粘度化成分は、転写体上でのインクの少なくとも一部の流動性を低下させて、液除去前のインク像形成時のブリーディングや、ビーディングを抑制する効果がある。このようなインク高粘度化成分として、多価金属イオン、有機酸、カチオン性樹脂、多孔質性粒子などの公知のものを用いることができる。
上記転写型インクジェット記録装置は、転写体上にインクを付与するインク付与装置を有する。反応液とインクとが混合されることで、液体成分と色材とを含むインク像が形成され、その後液除去装置にて該インク像から液体成分が除去される。
本発明に適用されるインクの各成分について説明する。
インクに含有される色材としては、顔料や染料を用いることができる。インク中の色材の含有量は、インク全質量を基準として、0.5質量%以上15.0質量%以下であることが好ましく、1.0質量%以上10.0質量%以下であることがより好ましい。
本発明に適用されるインクは、色材を有さない各種粒子を含有させて用いることができる。中でも樹脂粒子は画像品位や定着性の向上に効果がある場合があり好適である。本発明に用いることのできる樹脂粒子の材質としては、特に限定されず公知の樹脂を適宜用いることができる。具体的には、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリウレタン、ポリエステル、ポリエーテル、ポリ尿素、ポリアミド、ポリビニルアルコール、ポリ(メタ)アクリル酸及びその塩、ポリ(メタ)アクリル酸アルキル、ポリジエン等の単独重合体、又は、これらの単独重合物を生成するためのモノマーを複数組み合わせて重合した共重合体が挙げられる。該樹脂の重量平均分子量(Mw)は、1,000以上2,000,000以下の範囲内が好適である。樹脂粒子の動的光散乱法により測定される体積平均粒子径は、10nm以上1,000nm以下であることが好ましく、100nm以上500nm以下であることがより好ましい。またインク中における樹脂粒子の量は、インク全質量に対して1.0質量%以上50.0質量%以下が好ましく、より好ましくは2.0質量%以上40.0質量%以下である。
本発明において用いられるインクは、溶剤として水及び/又は水溶性有機溶剤を含むことができる。水としては、脱イオン水やイオン交換水を用いることが好ましい。水溶性有機溶剤としては、アルコール、(ポリ)アルキレングリコール、グリコールエーテル、含窒素化合物、含硫黄化合物などのインクジェット用のインクに使用可能なものをいずれも用いることができる。これらは1種又は2種以上を用いることができる。インク中の水の含有量(質量%)は、インク全質量を基準として、50.0質量%以上95.0質量%以下であることが好ましい。また、インク中の水溶性有機溶剤の含有量(質量%)は、インク全質量を基準として、3.0質量%以上50.0質量%以下であることが好ましい。
本発明に用いられるインクは上記成分以外にも必要に応じて、消泡剤、界面活性剤、pH調整剤、粘度調整剤、防錆剤、防腐剤、防黴剤、酸化防止剤、還元防止剤、水溶性樹脂など種々の添加剤を含有してもよい。
本発明に係る液吸収ユニットである液除去装置は、液除去前のインク像に対して液吸収部材を接触させることにより該インク像中の液体成分を吸収し、該インク像から液体成分の少なくとも一部を吸収して除去する装置である。図1に示される液除去装置105は、液吸収部材105a、および、液吸収部材105aを転写体101上のインク像に押し当てる液吸収用の押圧部材105bを有する。液吸収部材105aと液吸収用の押圧部材105bは、例えば図1に示されるように、液吸収用の押圧部材105bが任意の固定形状をとり、液吸収部材105aが無端の液吸収シートであることができる。このようなベルト形状の液吸収部材を有する液除去装置は、液吸収部材を張架する張架部材を有していてもよい。図1において、105cは張架部材としての張架ローラである。
本発明に係る液吸収部材は、多孔質体を有する液吸収部材であることが好ましい。この場合、液吸収部材のインク像との接触面を第一の面とし、第一の面に多孔質体が配置される。このような多孔質体を有する液吸収部材は、転写体の移動に連動して移動し、液除去前のインク像と当接した後、所定の周期で別の液除去前のインク像に再接触する、循環して液吸収が可能な形状を有するものが好ましい。該形状としては、例えば、無端ベルト状やドラム状などの形状が挙げられる。
多孔質体は、第一の面側の平均孔径が、第一の面とは反対側の第二の面側の平均孔径よりも小さい多孔質体であることが好ましい。インク像中の色材が多孔質体へ付着することを抑制するため、多孔質体の孔径は小さいことが好ましく、第一の面側の多孔質体の平均孔径は10μm以下であることが好ましい。なお、本発明において平均孔径とは、第一の面または第二の面の表面での平均直径のことを示し、水銀圧入法や窒素吸着法、SEM画像観察等で測定可能である。また、均一に高い通気性を有するようにするために、多孔質体の厚さは薄いことが好ましい。通気性はJIS P8117で規定されるガーレ値で示すことができ、ガーレ値は10秒以下であることが好ましい。但し、多孔質体を薄くすると、液体成分を吸収するために必要な容量を十分に確保できない場合があるため、多孔質体を多層構成とすることが好ましい。また、液吸収部材は、転写体上の液除去前のインク像と接触する層が多孔質体であればよく、転写体上の液除去前のインク像と接触しない層は多孔質体でなくてもよい。
第一の層の材料は特に限定されることはなく、水に対する接触角が90°未満の親水性材料と、接触角が90°以上の撥水性の材料のいずれも使用することができる。親水性材料としては、セルロースやポリアクリルアミドなどの単一材料、またはこれらの複合材料などが挙げられる。また、後述する撥水性材料からなる多孔質体の表面を親水化処理して用いることもできる。親水化処理としては、スパッタエッチング法、放射線やH2Oイオン照射、エキシマ(紫外線)レーザー光照射などの方法が挙げられる。親水性材料の場合、水に対する接触角が60°以下であることがより好ましい。親水性材料の場合、毛管力により液体、特に水を吸い上げる効果がある。
第二の層は通気性を有する層であることが好ましい。このような層は樹脂繊維の不織布でもよいし、織布でもよい。第二の層の材料としては特に限定されないが、第一の層側へ吸収した液体成分が逆流しないように、第一の層に対して液体成分との接触角が同等かそれよりも低い材料であることが好ましい。具体的には、ポリオレフィン(ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)など)、ポリウレタン、ナイロンなどのポリアミド、ポリエステル(ポリエチレンテレフタラート(PET)など)、ポリスルフォン(PSF)などの単一材料、およびこれらの複合材料などが挙げられる。また、第二の層は第一の層よりも孔径の大きな層であることが好ましい。
第三の層以降の層としては、剛性の観点から不織布が好ましい。第三の層以降の層の材料としては、第二の層と同様なものが用いられる。
液吸収部材は、上記積層構造を有する多孔質体以外に、液吸収部材の側面を補強する補強部材を有してもよい。また、液吸収部材は、長尺のシート形状の多孔質体の長手方向端部同士を繋いでベルト状の部材とする際の接合部材を有してもよい。このような材料としては非孔質のテープ材などを用いることができ、液除去前のインク像と接触しない位置又は周期に配置することができる。
第一の層と第二の層とを積層して多孔質体を形成する方法は特に限定されない。第一の層と第二の層とを重ね合わせるだけでもよく、接着剤ラミネートまたは熱ラミネートなどの方法を用いて互いに接着してもよい。通気性の観点から、加熱されたローラで各層を挟み込んで加圧しながら加熱する熱ラミネートにより互いに接着させることが好ましい。また、例えば、加熱により第一の層または第二の層の一部を溶融させて、互いに接着させてもよい。また、ホットメルトパウダーのような融着材を第一の層と第二の層との間に介在させて、加熱により互いに接着させてもよい。第三の層以降の層を積層する場合には、一度に積層させてもよいし、順次積層させてもよい。積層順に関しては適宜選択される。
多孔質体を有する液吸収部材を液除去前のインク像に接触させる前に、前処理手段によって液吸収部材に対して処理液を付与する前処理を行うことが好ましい。該処理液は、水及び水溶性有機溶剤を含有することが好ましい。水は、イオン交換等により脱イオンした水であることが好ましい。水溶性有機溶剤の種類は特に限定されず、エタノールやイソプロピルアルコール等の公知の有機溶剤をいずれも用いることができる。処理液の付与方法は特に限定されないが、浸漬や液滴滴下が好ましい。
転写体上の液除去前のインク像に対して圧接する液吸収部材の圧力が2.9N/cm2(0.3kgf/cm2)以上であれば、該インク像中の液体をより短時間に固液分離でき、該インク像中から液体成分を除去できるため好ましい。尚、本明細書における液吸収部材の圧力とは、被記録体と液吸収部材との間のニップ圧を示しており、面圧分布測定器(I−SCAN(商品名)、新田株式会社製)にて面圧測定を行い、加圧領域における加重を面積で割り、値を算出したものである。
液除去前のインク像に液吸収部材を接触させる作用時間は、該インク像中の色材が液吸収部材へ付着することをより抑制するために、50ms(ミリ秒)以下であることが好ましい。尚、本明細書における作用時間とは、上述した面圧測定における、被記録体の移動方向における圧力感知幅を、被記録体の移動速度で割って算出される。以降、この作用時間を液吸収ニップ時間と称す。
本発明における、接触開始位置における被記録体と液吸収部材との形状の関係性に関して図8を用いて説明する。液吸収用の押圧部材803により液吸収部材805が押圧されることで、被記録体801と液吸収部材805とが接触を開始する際に、液吸収部材805の被記録体801との接触面を、円中心804を中心とした点線で示す円の孤を有する形状とする。この場合、円中心804は対象となる液吸収部材805の外側にあるため、曲率半径R2が負となる形状となる。すなわち、該形状は被記録体801に対して凹部を有する形状となる。
本実施形態に係る転写型インクジェット記録装置は、液体成分除去後のインク像が形成された転写体に記録媒体を圧着して、該インク像を該記録媒体へ転写する転写用の押圧部材を有することができる。図1に示される転写型インクジェット記録装置100では、記録媒体搬送手段107によって搬送される記録媒体108上に転写体101上の液除去後のインク像を、転写用の押圧部材106により記録媒体108に接触させることで転写する。本発明では、転写体上のインク像に含まれる液体成分を予め除去しているため、カールやコックリング等が抑制された記録画像を得ることができる。
記録媒体は特に限定されず、公知の記録媒体をいずれも用いることができる。記録媒体としては、ロール状に巻回された長尺物、あるいは所定の寸法に裁断された枚葉のものが挙げられる。材質としては、紙、プラスチックフィルム、木板、段ボール、金属フィルムなどが挙げられる。なお、図1において、記録媒体108を搬送するための記録媒体搬送装置107は、記録媒体繰り出しローラ107aおよび記録媒体巻き取りローラ107bによって構成されているが、記録媒体を搬送できれば特にこの構成に限定されるものではない。
本実施形態に係る転写型インクジェット記録装置は、各装置を制御する制御システムを有することができる。図5は図1に示される転写型インクジェット記録装置100における、装置全体の制御システムを示すブロック図である。図5において、501は外部プリントサーバー等の記録データ生成部、502は操作パネル等の操作制御部、503は記録プロセスを実施するためのプリンタ制御部である。また、504は記録媒体を搬送するための記録媒体搬送制御部、505は印刷するためのインクジェットデバイスである。
図2は、液吸収部材とインク像との接触開始位置における被記録体の曲率半径R1が負である、本実施形態に係る転写型インクジェット記録装置の概略構成の一例を示す模式図である。図2に示される転写型インクジェット記録装置200は、前述した図1に示される転写型インクジェット記録装置100と比較して、支持部材202a、202b及び202cによって支持され、移動する転写体201上でインク像を形成する以外は、同様の構成を有する。
本発明における別の実施形態として、直接描画型インクジェット記録装置が挙げられる。直接描画型インクジェット記録装置において、被記録体は画像を形成すべき記録媒体である。図3は、液吸収部材とインク像との接触開始位置における被記録体の曲率半径R1が正である、本実施形態に係る直接描画型インクジェット記録装置の概略構成の一例を示す模式図である。図3に示される直接描画型インクジェット記録装置300は、前述した転写型インクジェット記録装置100と比較し、転写体101、支持部材102、転写体クリーニング部材109を有さず、記録媒体308上で画像形成する以外は、転写型インクジェット記録装置100と同様の構成を有する。
本実施形態に係る直接描画型インクジェット記録装置において、記録媒体搬送装置は特に限定されず、公知の直接描画型インクジェット記録装置において用いられている搬送装置を用いることができる。例として、図3に示されるように、記録媒体繰り出しローラ307a、記録媒体巻き取りローラ307b、及び記録媒体搬送ローラ307cを有する記録媒体搬送装置307が挙げられる。
本実施形態における直接描画型インクジェット記録装置は、各装置を制御する制御システムを有する。図3に示す直接描画型インクジェット記録装置における、装置全体の制御システムを示すブロック図は、図1に示す転写型インクジェット記録装置と同様に、図5に示す通りである。
図4は、液吸収部材とインク像との接触開始位置における被記録体の曲率半径R1が負である、本実施形態に係る直接描画型インクジェット記録装置の概略構成の一例を示す模式図である。図4に示される直接描画型インクジェット記録装置400は、前述した曲率半径R1が正の場合の直接描画型インクジェット記録装置300と比較し、液吸収部材405aと記録媒体408との接触部分以外は、全て同様の構成を有する。
図4に示す直接描画型インクジェット記録装置における、装置全体の制御システムを示すブロック図は、図1に示す転写型インクジェット記録装置と同様に、図5に示す通りである。また、図4に示す直接描画型インクジェット記録装置におけるプリンタ制御部のブロック図は、図3に示す直接描画型インクジェット記録装置と同等である。
反応液は、下記の組成の成分を混合し、十分攪拌した後、ポアサイズ3.0μmのミクロフィルター(富士フィルム(株)製)にて加圧濾過することにより調製した。
・リンゴ酸 48.0部
・水酸化カリウム 2.0部
・グリセリン 10.0部
・界面活性剤(FS3100(商品名、DIC(株)製)) 7.0部
・純水 63.0部
カーボンブラック(製品名:モナク1100、キャボット社製)10部、顔料分散剤水溶液(スチレン−アクリル酸エチル−アクリル酸共重合体、酸価:150、重量平均分子量:8,000、固形分20質量%、水酸化カリウムにて中和済み)15部、及び純水75部を混合した。この混合物をバッチ式縦型サンドミル(アイメックス製)に仕込み、0.3mm径のジルコニアビーズを200部充填し、水冷しつつ、5時間分散処理を行った。この分散液を遠心分離機にかけて粗大粒子を除去することで、顔料濃度が約10質量%の顔料分散体を得た。
ブチルメタクリレート18部、2,2’−アゾビス−(2−メチルブチロニトリル)2部、及びn−ヘキサデカン2部を混合し、0.5時間攪拌した。この混合液を、乳化剤であるNIKKOL BC15(商品名、日光ケミカルズ(株)製)の6質量%水溶液78部に滴下して、0.5時間攪拌した。次に超音波照射機で超音波を3時間照射した。続いて、窒素雰囲気下で80℃、4時間重合反応を行い、室温冷却後にろ過して、樹脂含有量が約20質量%の樹脂微粒子分散体を得た。該樹脂微粒子の質量平均分子量は約1,000〜2,000,000、分散粒径は約100〜500nmであった。
上記顔料分散体及び上記樹脂微粒子分散体を下記各成分と混合し、十分攪拌した後、ポアサイズ3.0μmのミクロフィルター(富士フィルム(株)製)にて加圧濾過することにより、インクを調製した。
・顔料分散体(顔料濃度:約10質量%) 20.0部
・樹脂微粒子分散体(樹脂含有量:約20質量%) 50.0部
・グリセリン 5.0部
・ジエチレングリコール 7.0部
・L31(商品名、(株)ADEKA製) 3.0部
・純水 15.0部
透明PETフィルムの表面に、ゴム硬度40°のシリコーンゴムKEI12(商品名、信越化学工業(株)製)を粘着剤を介して積層させた。該シリコーンゴムからなる層の表面に、平衡平板型常圧プラズマ処理装置APT−203(商品名、積水化学工業(株)製)を用いて下記に示す条件で親水化処理を行い、転写体を作製した。
・使用ガス:air;1000cc/min
N2;6000cc/min
・入力電圧:230V
・処理速度:20sec/cm2
図1から図4に示される転写型又は直接描画型のインクジェット記録装置を用いて画像形成を行った。転写体101及び201に関しては、上記方法により作製した転写体を用いた。転写体101は円筒状の支持部材102上に接着剤を用いて固定した。また、転写体201はベルト上に接着剤を用いて固定し、ローラ状の支持部材202a、202b及び202cを用いて装置内を搬送させた。該ベルトは説明簡略のため図示を省略している。記録媒体108、208、308及び408としてはオーロラコート紙(日本製紙(株)製、坪量127.9g/m2)を用いた。なお、転写体101及び201、並びに記録媒体308及び408の温度は60℃とした。
得られた画像を観察し、画像流れを以下の基準で評価した。結果を表1及び表2に示す。
◎:画像全体に掃き寄せによる画像乱れがない。
○:画像後端部にわずかに掃き寄せが確認される以外、画像乱れがない。
×:画像全体に掃き寄せによる画像乱れが確認される。
図1に示される転写型インクジェット記録装置を用いた。転写体101と液吸収部材105aとが接触を開始する際の(接触開始位置における)、転写体101の曲率半径R1を440mm、液吸収部材105aの曲率半径R2を−570mmとした。また、転写体101と液吸収部材105aとが離間する際の(離間位置における)、転写体101の曲率半径R3を440mm、液吸収部材105aの曲率半径R4を−570mmとした。これらは、支持部材102と液吸収用の押圧部材105bの形状を調整することで調節した。この際、|R1|/|R2|は0.77であった。本実施例により得られた画像について、上記方法により画像流れの評価を行った。結果を表1に示す。
表1及び表2に示される条件にて画像形成を行う以外は、実施例1と同様に画像を形成して評価した。結果を表1及び表2に示す。なお、実施例3において、転写体101と液吸収部材105aとが離間する際の、液吸収部材105aの面は転写体101の曲面に対する接線となる面とした。
R1>0、R2<0、かつ、|R1|≦|R2|、
又は、
R1<0、R2>0、かつ、|R1|≧|R2|。
以上、本実施形態によれば、画像流れを抑制し良好な画像を形成することができることが分かった。
101、201 転写体
103、203、303、403 反応液付与装置
104、204、304、404 インク付与装置
105、205、305、405 液除去装置(液吸収装置)
105a、205a、305a、405a 液吸収部材
106、206 転写用の押圧部材
108、208、308、408 記録媒体
300、400 直接描画型インクジェット記録装置
Claims (6)
- 移動する被記録体上に液体成分と色材とを含むインク像を形成する画像形成ユニットと、
前記被記録体上の前記インク像と接触することによって、前記インク像から前記液体成分の少なくとも一部を吸収する液吸収部材を有する液吸収ユニットと、を備えるインクジェット記録装置であって、
前記被記録体の移動方向において、前記液吸収部材と前記インク像との接触開始位置における前記被記録体の曲率半径R1と前記接触開始位置における前記液吸収部材の曲率半径R2とが、R1>0、R2<0、かつ、|R1|≦|R2|の関係を満たすことを特徴とするインクジェット記録装置。 - |R1|/|R2|が0.8以上であることを特徴とする請求項1に記載のインクジェット記録装置。
- 前記液吸収部材は無端の液吸収シートであり、前記液吸収部材を前記被記録体上の前記インク像に押し当てる液吸収用の押圧部材をさらに備えることを特徴とする請求項1または2に記載のインクジェット記録装置。
- 前記被記録体は転写体であり、前記液吸収部材によって前記液体成分の少なくとも一部が除去されたインク像を記録媒体へ転写する転写用の押圧部材をさらに備えることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のインクジェット記録装置。
- 前記被記録体は記録媒体であることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のインクジェット記録装置。
- 移動する被記録体上に液体成分と色材とを含むインク像を形成する画像形成工程と、
液吸収部材を前記被記録体上の前記インク像と接触させることによって、前記インク像から前記液体成分の少なくとも一部を吸収する液吸収工程と、を有するインクジェット記録方法であって、
前記被記録体の移動方向において、前記液吸収部材と前記インク像との接触開始位置における前記被記録体の曲率半径R1と前記接触開始位置における前記液吸収部材の曲率半径R2とが、R1>0、R2<0、かつ、|R1|≦|R2|の関係を満たすことを特徴とするインクジェット記録方法。
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