JP2012111194A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インクジェット記録装置において、記録媒体におけるインクの滲みを抑制するとともに、画像担持体から記録媒体への画像の転写率を高める。
【解決手段】感温性高分子層１２を有する画像担持体１と、インク吐出ヘッド２と、画像担持体１に圧接し画像を記録媒体６に転写する転写ローラ３と、加熱ローラ４と、水分除去ローラ５とを設ける。そして、インク吐出ヘッド２によって画像を形成する時は、感温性高分子層１２を親水性としてインク７中の水分７１を感温性高分子層１２に吸収させ、画像が記録媒体６に転写された後は、感温性高分子層１２を加熱ローラ４で加熱して感温性高分子層１２を疎水性に変化させ、感温性高分子層１２から滲み出した水分７１を水分除去ローラ５で除去する。また、ニップ部における画像担持体１の周速を記録媒体の搬送速度よりも速くして記録媒体に画像を転写する。
【選択図】図１

Description

本発明はインクジェット記録装置に関し、より詳細には、画像担持体にインク画像を形成した後、画像担持体から記録媒体にインク画像を転写するインクジェット記録装置に関するものである。

インク吐出ヘッドからインク液滴を記録媒体に吐出して画像を形成するインクジェット方式の画像形成装置（インクジェット記録装置）は、電子写真方式に比べて構造が簡単で小型・軽量化しやすく、また電子写真方式のような加熱定着部が不要で消費電力も少ないことから近年広く使用されている（特許文献１など）。

一方、インクジェット記録装置は、水などの分散媒に着色剤としての顔料や染料を分散させたインクを用いるので、インク吸収層のない普通紙に画像を形成した場合にはインクの滲みが生じ解像度が悪くなる。

そこで、インクの滲みを抑えるためこれまでから種々の方法が提案されている。例えば、インク画像を形成する前に記録媒体に凝集剤を吹き付け塗布してインクの滲みを抑制する方法、あるいは高粘度の顔料分散インクを用いる方法、さらには固形インクをヘッド内で加熱して液体とし記録媒体に打滴する方法などが提案され、市販装置に搭載されている方法もある。

しかしながら、記録媒体に凝集剤を予め塗布する方法では、極めて短時間に凝集剤を乾燥させなければならず電子写真方式と同程度の電力を必要とするおそれがある。また、記録媒体の非画像形成領域にも凝集剤を塗布するため凝集剤の無駄が不可避的に生じる。高粘度の顔料分散インクを用いる方法では、記録媒体の水分吸収は従来に比べて抑えられると考えられるものの、画像形成部分が広い場合には記録媒体に吸収される水分量が多くなるため、記録媒体のコシが低下するおそれがある。固形インクを用いる方法では、ヘッド内でインクが再固化しないように加熱しておく必要があるため電力消費が多くなるおそれがある。

また、中間転写体上に液状インクで画像を形成し、形成したインク画像から溶媒を吸収除去した後、中間転写体から記録媒体に画像を転写する記録装置も提案されている（例えば特許文献２を参照）。かかる記録装置では、中間転写体にローラを圧接し、中間転写体とローラとのニップ部に記録媒体を搬送して中間転写体から記録媒体に画像を転写している。この際、ニップ部における中間転写体とローラとの速度は等速と考えられる。ところが、本発明者等の実験によれば、ニップ部における中間転写体とローラとを等速度とした場合、中間転写体から記録媒体への画像の転写率は著しく低い。

特開平7-276792号公報 特開平5-200999号公報

本発明は、前記のような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、消費電力を増加させることなく、記録媒体におけるインクの滲みを抑制するとともに、画像担持体から記録媒体への画像の転写率を高めたインクジェット記録装置を提供することにある。

本発明によれば、親水性と疎水性とが温度によって可逆変化する感温性高分子層を表面に有する回転自在の画像担持体と、前記画像担持体にインクを吐出して画像を形成するインク吐出手段と、前記画像担持体に形成された画像を記録媒体に転写する転写手段と、記録媒体に画像が転写された後の前記感温性高分子層を加熱する加熱手段と、前記加熱手段よりも前記画像担持体の回転方向下流側に設けられた、前記画像担持体の表面の水分を除去する水分除去手段とを備え、前記インク吐出手段によって画像を形成する時は、前記感温性高分子層を親水性としてインク中の水分を前記感温性高分子層に吸収させ、画像が記録媒体に転写された後は、前記感温性高分子層を前記加熱手段で加熱して前記感温性高分子層を疎水性に変化させ、前記感温性高分子層から滲み出した水分を前記水分除去手段で除去するインクジェット記録装置であって、前記転写手段が、前記画像担持体に圧接する回転自在の転写ローラを備え、前記画像担持体と前記転写ローラとのニップ部に記録媒体を搬送するとともに、前記ニップ部における前記画像担持体の周速を記録媒体の搬送速度よりも速くして、前記画像担持体に形成された画像を記録媒体に転写することを特徴とするインクジェット記録装置が提供される。

また、本発明によれば、親水性と疎水性とが温度によって可逆変化する感温性高分子層を表面に有する回転自在の画像担持体と、前記画像担持体にインクを吐出して画像を形成するインク吐出手段と、前記画像担持体に形成された画像を記録媒体に転写する転写手段と、記録媒体に画像が転写された後の前記感温性高分子層を加熱するとともに、前記画像担持体の表面の水分を除去する第２加熱手段とを備え、前記インク吐出手段によって画像を形成する時は、前記感温性高分子層を親水性としてインク中の水分を前記感温性高分子層に吸収させ、画像が記録媒体に転写された後は、第２加熱手段によって前記感温性高分子層を加熱して前記感温性高分子層を疎水性に変化させるとともに、前記感温性高分子層から滲み出した水分を除去するインクジェット記録装置であって、前記転写手段が、前記画像担持体に圧接する回転自在の転写ローラを備え、前記画像担持体と前記転写ローラとのニップ部に記録媒体を搬送するとともに、前記ニップ部における前記画像担持体の周速を記録媒体の搬送速度よりも速くして、前記画像担持体に形成された画像を記録媒体に転写することを特徴とするインクジェット記録装置が提供される。

ここで、前記画像担持体から記録媒体への画像の転写率を一層高める観点からは、前記ニップ部における前記画像担持体の周速は、記録媒体の搬送速度の１．２倍以下とするのが好ましい。

また、親水性と疎水性とに可逆変化する前記感温性高分子層の相転移温度としては５℃〜４５℃の範囲が好ましい。

さらに、前記インクとしては顔料を水に分散したものが好ましい。

本発明のインクジェット記録装置によれば、電力消費量を増加させることなく、記録媒体におけるインクの滲みを抑制できるとともに、画像担持体から記録媒体への画像の転写率を高めることができる。

第１の発明に係るインクジェット記録装置の一例を示す概説図である。 第２の発明に係るインクジェット記録装置の一例を示す概説図である

以下、本発明に係るインクジェット記録装置について図に基づいて以下説明するが、本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではない。

図１は、本発明に係るインクジェット記録装置の一例を示す概説図である。この図のインクジェット記録装置は、円筒状の基体１１の表面に感温性高分子層１２が形成された画像担持体１と、画像信号に基づいて感温性高分子層１２にインク画像を形成するインク吐出ヘッド２と、画像担持体１に圧接する転写ローラ（転写手段）３と、画像担持体１に圧接し感温性高分子層１２を加熱する、軸方向に細長いハロゲンヒータＨを内蔵した加熱ローラ（加熱手段）４と、感温性高分子層１２表面の水分を吸収除去する水分吸収ローラ（水分除去手段）５とを備える。なお、この図で示したインクジェット記録装置は単色の画像を形成するものであるが、複数のインク吐出ヘッドを設けて複数色のインクを吐出可能としカラーインク画像が形成可能な装置にも本発明はもちろん適用できる。

本発明で使用する感温性高分子は、相転移温度以下では親水性を示し、相転移温度以上では疎水性を示す高分子である。例えば、Ｎ−イソプロピルアクリルアミドやＮ−メチルアクリルアミド，Ｎ−アクリロイルピロリジン，Ｎ−ビニルイソブチルアミド、ビニルエーテルなどを構成単位として含む単独重合体又は共重合体を挙げることができる。感温性高分子の相転移温度は装置内温度よりも高いことが好ましく、通常、５℃〜４５℃の範囲が好ましい。

本発明で使用する画像担持体１は、このような感温性高分子からなる層を円筒状の基体１１の表面に形成してなる。感温性高分子層１２の基体１１への形成は、例えば、感温性高分子をシート状に成形した後、シランカップリング剤などの接着剤で基体１１に貼着する方法等が挙げられる。基体１１の材料としては、例えば、アルミニウムやステンレス鋼などの金属材料やポリオレフィンやポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレートなどのプラスチック材料が挙げられる。また、基体１１は、円筒状に限定されるものではなく、例えば無端状ベルトであっても構わない。

このような構成のインクジェット記録装置において画像形成は次のようにして行われる。まず、画像信号に基づいてインク吐出ヘッド２からインク７が吐出され、感温性高分子層１２にインク画像が形成される。本発明で使用するインク吐出ヘッド２は、オンデマンド方式やコンティニュアス方式など従来公知の方式を用いることができる。また吐出方式としては、例えば、シングルキャビティー型、ダブルキャビティー型、ベンダー型、ピストン型、シェアーモード型、シェアードウォール型等の電気−機械変換方式；サーマルインクジェット型、バブルジェット（登録商標）型の等の電気−熱変換方式；スパークジェット型等の静電吸引方式などが挙げられる。さらに、印字方式としては、シリアルヘッド方式、ラインヘッド方式等のいずれの方式も用いることができる。

そして、不図示の駆動源によって画像担持体１は図の右回りに回転し、インク画像は画像担持体１と転写ローラ３とのニップ部に搬送される。

ここで、感温性高分子層１２の、少なくともインク吐出ヘッド２によるインク画像形成領域から転写ローラ３によるインク画像の転写領域までの間は、相転移温度未満の温度に調整されている必要がある。すなわち、この領域では感温性高分子層１２を親水性とし、前記ニップ部にインク画像が回転搬送されるまでに、インク中の水分７１を感温性高分子層１２に吸収させ、感温性高分子層１２の表面には主に顔料７２が残存するようにする。そして、ニップ部において、大部分の水分７１が取り除かれたインク画像（主に顔料７２）を、不図示の搬送手段によってニップ部に搬送されてきた記録部材６に転写させる。これにより、従来問題となっていた記録媒体６におけるインク画像の滲みが確実に抑えられるようになる。

また、画像担持体１から記録媒体６へのインク画像の転写は、ニップ部において画像担持体１の周速度を記録媒体６の搬送速度よりも速くし、発生するずり応力を利用してインク画像を記録媒体６に転写させる。これにより、画像担持体１から記録媒体６へのインク画像の転写率が格段に向上する。ニップ部における画像担持体１と記録媒体６との速度差は、好ましくは前記画像担持体の周速が記録媒体の搬送速度の１．２倍以下である。

インク画像が記録媒体６に転写した後、画像担持体１がさらに回転すると、加熱ローラ４によって感温性高分子層１２が加熱される。感温性高分子層１２が相転移温度以上に加熱されると、感温性高分子層１２は親水性から疎水性に変化し、感温性高分子層１２に吸収されていた水分７１が表面に滲み出してくる。なお、加熱温度は、感温性高分子層１２の相転移温度以上であればよく、この相転移温度を常温に近い温度に設定することにより、消費電力を従来の装置に比べて低くすることができる。感温性高分子層１２を加熱する手段としては、加熱ローラ４の他、接触方式あるいは非接触方式の従来公知の加熱手段を用いることができる。また、加熱手段の設置位置としては、画像担持体１の外周部であってもよいし内周部であってもよい。

次いで、感温性高分子層１２から滲み出た水分７１は、画像担持体１に圧接しながら回転する、多孔質体から構成される水分吸収ローラ５と画像担持体１とのニップ部において、水分吸収ローラ５に吸収され画像担持体１表面から除去される。水分吸収ローラ５によって吸収された水分７１は水分吸収ローラ５の軸中心又は外周側からポンプ等で吸引して回収するようにしてもよい。なお、感温性高分子層１２表面から水分７１を除去する手段としては、水分吸収ローラ５の他、ブレード圧接や加熱乾燥、エアナイフ等の従来公知の除去手段を用いることができる。

そして、水分吸収ローラ５によって表面の水分７１が除去された画像担持体１は、インク突出ヘッド２によって画像形成がなされる位置に回転移動する間に空冷され、相転移温度以下まで冷却される。これによって感温性高分子層１２は疎水性から親水性に変化し、インク突出ヘッド２から感温性高分子層１２に吐出され形成されたインク画像の水分７１が、前述のように、感温性高分子層１２に吸収される。なお、水分吸収ローラ５からインク吐出ヘッド２まで画像担持体１が回転する間に、画像担持体１を相転移温度以下まで確実に冷却する観点から、水分吸収ローラ５とインク吐出ヘッド２との間に冷却手段をさらに設けても構わない。冷却手段としては、ファンなどを用いた風冷やヒートポンプ、ペルチェ素子などが挙げられる。

本発明で使用するインク７としては、顔料インク及び染料インクのいずれも使用することができるが、記録媒体６への転写性等を考慮すれば顔料インクが好ましい。顔料インクは媒体としての水７１に顔料７２を分散したものであり、必要によりラテックスやポリマーが混合されていてもよい。

以上説明したインクジェット記録装置によれば、インクジェット専用紙のみならず、普通紙、アート紙など従来はインクが滲みやすかった記録媒体６に対しても高解像度のインク画像が形成できる。

図２に、第２の発明に係るインクジェット記録装置の一実施形態を示す概説図を示す。この図に示すインクジェット記録装置が、図１のインクジェット記録装置と異なる点は、加熱手段と水分除去手段とを１つの手段で行う点にある。なお、その他の構成は前記のインクジェット記録装置と同じであるのでここではそれらの説明は省略する。

図２のインクジェット記録装置では、転写ローラ３よりも画像担持体１の回転方向下流側に加熱装置（第２加熱手段）８を設けている。この加熱装置８は、画像担持体１の表面に対して離隔対向し、且つ周方向に所定間隔で軸方向に細長い３本のハロゲンヒータＨが設置されている。そして、これら３本のハロゲンヒータＨは、画像担持体１側が開口とされたハウジング８１内に収納されている。ハウジング８１の内周面は光反射性を有し、ハロゲンヒータＨから放射された熱線は直接又はハウジング８１の内周面で反射して画像担持体１に照射し、画像担持体１を加熱する。なお、ハロゲンヒータＨの設置本数に限定はなく、感温性高分子層１２を相転移温度以上に加熱でき且つ表面に滲出してきた水分７１を蒸発させることができる熱量を付与できる限り、１本又は２本であってもよいし、４本以上であってもよい。

前記実施形態と同様に、インク吐出ヘッド２からインク７が吐出されて感温性高分子層１２にインク画像が形成される。感温性高分子層１２は相転移温度未満に調整されており親水性を示し、インク画像中の水分７１は感温性高分子層１２に吸収される。そして、転写ローラ３によって記録媒体６にインク画像（主に顔料７２）が転写される。その後、加熱装置８によって画像担持体１表面の感温性高分子層１２は相転移温度以上に加熱される。これにより、感温性高分子層１２が親水性から疎水性に変化し、感温性高分子層１２に吸収されていた水分７１が表面に滲み出してくる。本発明のインクジェット記録装置では、加熱装置８で画像担持体１をさらに加熱して表面に滲み出してきた水分７１を蒸発除去する。これにより、図１のインクジェット記録装置では必要であった水分除去手段が不要となる。

本発明で使用する第２加熱手段は複数本のハロゲンヒータＨに限定されるものではなく、感温性高分子層１２を相転移温度以上に加熱でき且つ表面に滲出してきた水分を除去できるものであればよく、例えば表面に多孔質層が形成された接触式の加熱ローラなども好適に使用できる。

（感温性高分子の作製）
イオン交換水を容器に入れた後、窒素置換して脱酸素を行った。このイオン交換水に対してＮ−イソプロピルアクリルアミドを０．１ｗｔ％加えた後、再度窒素置換を行い撹拌した。そして、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド１ｍｍｏｌに対して、架橋剤としてのメチレンビスアクリルアミドを０．００７５ｍｍｏｌ、重合促進剤としてのテトラメチルエチレンジアミンを０．１３ｍｍｏｌ、重合開始剤としてのペルオキソ二硫酸アンモニウムを０．００６５ｍｍｏｌをそれぞれ加え、窒素置換後撹拌し、ゲル化が終了するまで静置し感温性高分子を得た。その後、得られた感温性高分子を純水で洗浄し試料とした。

実施例１
エプソン社製のインクジェット記録装置「ＰＸ−Ｇ９２０」のインク吐出ヘッドを用いて、前記作製した感温性高分子からなる層に５ポイントの大きさの文字「響」を水性顔料インクで形成した。実施例１における感温性高分子層に形成された文字は、線と線の間がつぶれることなく高解像度であった。
次いで、感温性高分層と転写ローラとを圧接し、感温性高分子層と転写ローラとのニップ部にコニカミノルタ社製の普通紙「Ｊペーパー」を搬送し、感温性高分子層の文字「響」を普通紙に転写した。感温性高分子層の周速は普通紙の搬送速度の１．１倍とした。感温性高分子層から普通紙に転写された文字は、転写率が高く高解像度であった。

比較例１
感温性高分子層の周速を普通紙の搬送速度の１倍とした以外は実施例１と同様にして感温性高分子層から普通紙に文字「響」を転写したところ、転写率が極めて低く普通紙上の文字は判読不能であった。

比較例２
実施例１と同じインク吐出ヘッドを用いて、エプソン社製スーパーファイン紙「ＫＡ４１００ＳＦＲ」に実施例１と同じ文字を直接印字した。スーパーファイン紙に印字された文字は滲みによって潰れ解像度の低いものであった。

比較例３
実施例１と同じインク吐出ヘッドを用いて、コニカミノルタ社製の普通紙「Ｊペーパー」に実施例１と同じ文字を直接印字した。普通紙に印字された文字は滲みによって潰れ解像度の低いものであった。

本発明のインクジェット記録装置によれば、電力消費量を増加させることなく、記録媒体におけるインクの滲みを抑制することができるとともに、画像担持体から記録媒体への画像の転写率を高めることができ有用である。

１ 画像担持体
２ インク吐出ヘッド（インク吐出手段）
３ 転写ローラ（転写手段）
４ 加熱ローラ（加熱手段）
５ 水分除去ローラ（水分除去手段）
６ 記録媒体
７ インク
８ 加熱装置（第２加熱手段）
１２ 感温性高分子層
７１ 水分
７２ 顔料

Claims (5)

1. 親水性と疎水性とが温度によって可逆変化する感温性高分子層を表面に有する回転自在の画像担持体と、前記画像担持体にインクを吐出して画像を形成するインク吐出手段と、前記画像担持体に形成された画像を記録媒体に転写する転写手段と、記録媒体に画像が転写された後の前記感温性高分子層を加熱する加熱手段と、前記加熱手段よりも前記画像担持体の回転方向下流側に設けられた、前記画像担持体の表面の水分を除去する水分除去手段とを備え、
   前記インク吐出手段によって画像を形成する時は、前記感温性高分子層を親水性としてインク中の水分を前記感温性高分子層に吸収させ、画像が記録媒体に転写された後は、前記感温性高分子層を前記加熱手段で加熱して前記感温性高分子層を疎水性に変化させ、前記感温性高分子層から滲み出した水分を前記水分除去手段で除去するインクジェット記録装置であって、
   前記転写手段が、前記画像担持体に圧接する回転自在の転写ローラを備え、前記画像担持体と前記転写ローラとのニップ部に記録媒体を搬送するとともに、前記ニップ部における前記画像担持体の周速を記録媒体の搬送速度よりも速くして、前記画像担持体に形成された画像を記録媒体に転写することを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 親水性と疎水性とが温度によって可逆変化する感温性高分子層を表面に有する回転自在の画像担持体と、前記画像担持体にインクを吐出して画像を形成するインク吐出手段と、前記画像担持体に形成された画像を記録媒体に転写する転写手段と、記録媒体に画像が転写された後の前記感温性高分子層を加熱するとともに、前記画像担持体の表面の水分を除去する第２加熱手段とを備え、
   前記インク吐出手段によって画像を形成する時は、前記感温性高分子層を親水性としてインク中の水分を前記感温性高分子層に吸収させ、画像が記録媒体に転写された後は、第２加熱手段によって前記感温性高分子層を加熱して前記感温性高分子層を疎水性に変化させるとともに、前記感温性高分子層から滲み出した水分を除去するインクジェット記録装置であって、
   前記転写手段が、前記画像担持体に圧接する回転自在の転写ローラを備え、前記画像担持体と前記転写ローラとのニップ部に記録媒体を搬送するとともに、前記ニップ部における前記画像担持体の周速を記録媒体の搬送速度よりも速くして、前記画像担持体に形成された画像を記録媒体に転写することを特徴とするインクジェット記録装置。
3. 前記ニップ部における前記画像担持体の周速が記録媒体の搬送速度の１．２倍以下である請求項１又は２記載のインクジェット記録装置。
4. 親水性と疎水性とに可逆変化する前記感温性高分子層の相転移温度が５℃〜４５℃の範囲である請求項１〜３のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
5. 前記インクが顔料を水に分散したものである請求項１〜４のいずれかに記載のインクジェット記録装置。