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JP5085893B2 - 画像形成装置及びインクセット - Google Patents

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Description

本発明は、画像形成装置及びインクセットに係り、特に、中間転写体上に形成された画像(インク像)を記録媒体に転写することで記録媒体上に画像を形成する中間転写型の画像形成装置及びその装置に用いるインクセットに関する。
画像形成装置として、中間転写体上に画像を形成してから、その中間転写体上に形成された画像を記録媒体に転写することで記録媒体上に画像を形成する、所謂、中間転写型の画像形成装置が知られている。従来、このような画像形成装置では、中間転写体上で高画質を得ることと、高い転写性を得ることを両立することは困難であった。なぜなら、転写剥離性の高い中間転写体は基本的に表面エネルギーの低い、撥液性の高い材質で構成されることが多く、中間転写体上で液流れが発生し、画質を低下させやすいからである。このようなことから、中間転写体上での画像品質を図る様々な方法が提案されている。
中間転写型の画像形成において、特許文献1、2には、色材を含むインクと、インクに含まれる色材と凝集作用を引き起こす成分を含む処理液からなるインクセットを用いた画像形成方法が開示されている。この画像形成方法によれば、ブリーディングやフェザリングのない高品位画像を中間転写体上に形成し、転写することによって、耐水性や耐摩耗性に優れた画像を得ることができることが開示されている。また、特許文献1には、最低造膜温度(MFT)が30度以下の水溶性樹脂をさらにインクもしくは処理液に含有させることによって、画像に耐擦過性をさらに付与することができることが記載されている。更に、特許文献2では、転写前の画像に水溶性樹脂を付与することで同様に耐擦過性を付与することができることが開示されている。
そして、特許文献3では、処理液の反応性成分と反応する色材とは別のもう一つの反応成分として、樹脂粒子表面にイオン性基を有する樹脂エマルジョンをインクにさらに含ませて反応させ、インクに含まれる樹脂エマルジョンと処理液に含まれる反応性成分との吸着による凝集作用の追加効果により、色材凝集体の凝集力が高まることが記載されている。
特開2002−370441号公報 特開2005−170036号公報 特開2003−82265号公報
しかしながら、特許文献1、2の画像形成方法では、凝集作用として、処理液に含まれるカチオン性/アニオン性化合物を逆極性の色材と反応させているため(特許文献2では、金属塩とアニオン性色材との凝集)、全ての色材を凝集させるためには、色材と該反応性成分が完全に混合しなければならず、十分に混合するには時間がかかってしまうという問題がある。よって、高速システムで転写を行う場合には、十分に色材が反応していない状態で転写部に搬送されることになるので、転写不良を引き起こしてしまう。また、未反応の色材が中間転写体上を流動してしまい、画像品位が損なわれるおそれもある。さらに、凝集作用が十分でないために、樹脂添加による耐擦過性の効果もあまり得ることはできないことがわかっている。
また、特許文献3の画像形成方法においても、転写に十分な凝集力に達するまでに時間がかかるという点は解決されておらず、高速システムに対応できないという同様の問題がある。
尚、このような中間転写体上での処理液とインクとの2液凝集メカニズムは、処理液中に含まれる多価金属塩やアミン塩などに代表されるカチオン性反応成分にインク中に分散して存在する色材分子が吸着することにより凝集体を形成するものである。樹脂エマルジョンが含まれる場合も同様に樹脂微粒子がカチオン性反応成分に吸着する。処理液とインクは接触時、接触界面においてこの吸着が生じ、凝集体が接触界面に形成される。しかし、この凝集体による層が、処理液中のカチオン性反応成分のインク中への移動を阻害する。結果、処理液とインクが均一に混合するのに時間がかかるので、処理液とインク界面近傍を中心に凝集作用が起こるだけで、転写までに処理液とインク混合液中全体での反応が終わらない。そのため、混合液の流動性は高いままなので、色材が流動しドット形状が乱れたりする。また、色材凝集体の凝集力不足により転写時に凝集体が分離し、オフセットや転写ムラなどの転写不良が起こる。この場合、樹脂エマルジョンを添加しても、その効果がほとんど発揮されない結果となってしまう。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、中間転写体上の画像品質を向上させるとともに、中間転写体上の画像形成から記録媒体への転写を良好且つ高速に行うことのできる中間転写型の画像形成装置及びインクセットを提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、発明は、インク像を担持する中間転写体と、該中間転写体上に処理液を付与する処理液付与部と、該処理液上にインクを吐出するインク吐出部と、前記中間転写体上に形成されたインク像の溶媒を除去する溶媒除去部と、前記中間転写体上に形成されたインク像を記録媒体に転写する転写部と、を備え、前記インクは、色材とイオン性基を有する樹脂エマルジョンを含み、前記処理液は、該インクと接触することによりpH変化を引き起こし、前記色材及び前記イオン性基を有する樹脂エマルジョンに凝集作用を生じさせるとともに、前記インクと前記処理液とのpH差が3以上であることを特徴とする画像形成装置を提供する。
本発明によれば、中間転写型の画像形成装置において、色材とイオン性基を有する樹脂エマルジョンを含むインクと、インクと接触することによりpH変化を引き起こし、色材及びイオン性基を有する樹脂エマルジョンに凝集作用を生じさせる処理液と、のpH差が3以上であることで、中間転写体上の画像品質を向上させるとともに、中間転写体上の画像形成から記録媒体への転写を良好且つ高速に行うことができる。
即ち、処理液とインクが接触し、処理液からインクへ塩が濃度勾配による拡散により移動し、インクから処理液へ色材および樹脂微粒子が同様に濃度勾配による拡散により移動するが、その際、処理液及びインクのpHが急激に変化し、界面近傍からインク全体が迅速に中和されるため、インク中に含まれる色材及び樹脂微粒子の分散状態が破壊され、インク中に含まれる色材及び樹脂微粒子が混合した状態で凝集体を形成する。ここで、インク中に含まれる色材及び樹脂微粒子の分散状態の破壊は、処理液から拡散してきた塩が色材及び樹脂微粒子表面のアニオン性基を中和し、色材及び樹脂微粒子近傍の表面電位を低下させ、色材及び樹脂微粒子同士に作用している斥力を消失させることによって引き起こされる。処理液中の塩はサイズが小さいため、界面近傍に形成される凝集体層を通り抜ける事ができ、凝集速度を十分に速くすることができる。
これにより、中間転写体上の画像品質が向上するとともに、高速システムを組んだ場合でも、中間転写体から記録媒体への転写を良好に行うことができる。さらに、記録媒体上において、インクの定着性も良く、光沢性も良くすることができる。このため、転写後の中間転写体上に残存物を残すことなく、転写後の中間転写体に対するクリーニング負荷を低減することができる。
尚、本発明における処理液付与部により処理液を付与させる手法としては、インクジェット方式の吐出ヘッドにより処理液を液滴状に吐出することに限らず、処理液を中間転写体の上に塗布することとしてもよい。また、インク吐出部は、描画用の画像情報(印字データ)に基づいてインク液を吐出するインクジェット方式の吐出ヘッドが好適に用いられる。また、本明細書において、「記録媒体」とは、一般的な装置で用いられる紙だけでなく、布、金属、板、ガラス、セラミックス、木材、プラスチックフィルム、皮革等を含む。
そして、本発明では、溶媒除去部を備えることで、インク凝集体から過剰な溶媒を除去することができるので、凝集体を濃縮し、より内部凝集力を高めることができる。したがって、凝集体に含まれる樹脂粒子の融着が促進され、より強い内部凝集力を凝集体に付与することができる。
尚、溶媒除去部において、インク凝集体から溶媒全てを除去する必要は必ずしもない。
発明において、前記転写部には、加熱手段をもつことが好ましい
本発明によれば、インク凝集体を転写部において加熱手段で加熱することで、凝集体に含まれる樹脂粒子の融着が促進され、より強い内部凝集力をインク凝集体に付与することができる。
発明において、前記転写部における加熱温度が、前記イオン性基を有する樹脂エマルジョンの最低造膜温度(MFT)以上であることが好ましい
本発明によれば、樹脂エマルジョンの最低造膜温度(MFT)以上でインク凝集体を加熱することによって、最低造膜温度(MFT)以下で加熱する場合に比べ、転写時の加熱による樹脂の融着速度を飛躍的に向上させることができる。
発明において、前記転写部に搬送される前の前記記録媒体を、前記イオン性基を有する樹脂エマルジョンの最低造膜温度(MFT)以上に加熱することが好ましい
本発明によれば、記録媒体の加熱温度を樹脂エマルジョンの最低造膜温度(MFT)以上とすることで、転写時の加熱による樹脂の融着速度をさらに飛躍的に向上させることができ、さらに記録媒体表面が予め最低造膜温度(MFT)以上に加熱されていることによって転写ニップ時、インク凝集体と記録媒体表面が接触時、直ちに凝集体が溶融し、記録媒体表面の凹凸や毛管内に入り込み、接触面積増大による投錨効果によって記録媒体とインク凝集体の接着力が向上し、その結果、転写が良好に行われ、転写後も画像に良好な定着性を付与することができる。
発明において、前記イオン性基を有する樹脂エマルジョンの最低造膜温度(MFT)が70℃以下であることが好ましい
本発明によれば、イオン性基を有する樹脂エマルジョンの最低造膜温度(MFT)が70℃以下であることで、転写時の加熱による樹脂の融着速度を飛躍的に向上させることができる。インクに含まれる樹脂エマルジョンのMFTは70℃以下が好ましく、より好ましくは50℃以下、さらに好ましくは30℃以下である。低いほど、転写部での加熱温度を低く抑えることができ、低温での転写が可能となる。
本発明において、前記画像形成装置には、前記転写部の下流側にクリーニング部を備えることが好ましい。前記クリーニング部には、クリーニングローラーが設けられていることが好ましい。前記クリーニングローラーの表面の線速は、前記中間転写体の表面の線速と速度差を設けることが好ましい。
前記目的を達成するために、発明は、中間転写体上に形成されたインク像の溶媒を溶媒除去部で除去して、インク像を記録媒体に転写することで、該記録媒体上に画像を形成する中間転写型の画像形成装置に使用されるインクセットであって、色材とイオン性基を有する樹脂エマルジョンを含むインクと、前記インクと接触することによりpH変化を引き起こし、前記色材及び前記イオン性基を有する樹脂エマルジョンに凝集作用を生じさせる処理液と、を備え、前記インクと前記処理液とのpH差が3以上であることを特徴とするインクセットを提供する。
本発明によれば、中間転写体上の画像品質を向上させるとともに、中間転写体上の画像形成から記録媒体への転写を良好且つ高速に行うことのできる中間転写型の画像形成装置に用いるインクセットを提供することができる。
発明において、前記イオン性基を有する樹脂エマルジョンの最低造膜温度(MFT)が70℃以下であることが好ましい
本発明によれば、イオン性基を有する樹脂エマルジョンの最低造膜温度(MFT)が70℃以下であることで、転写時の加熱による樹脂の融着速度を飛躍的に向上させることができる。
本発明によれば、中間転写体上の画像品質を向上させるとともに、中間転写体上の画像形成から記録媒体への転写を良好且つ高速に行うことのできる中間転写型の画像形成装置を提供することができる。
以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。
本発明の画像形成装置は、本発明の画像形成装置は、インク像を担持する中間転写体と、該中間転写体上に処理液を付与する処理液付与部と、該処理液上にインクを吐出するインク吐出部と、前記中間転写体上に形成されたインク像を記録媒体に転写する転写部と、を備え、インクは色材とイオン性基を有する樹脂エマルジョンを含み、処理液はインクと接触することによりpH変化を引き起こし、色材及びイオン性基を有する樹脂エマルジョンに凝集作用を生じさせるとともに、インクと前記処理液とのpH差が3以上である画像形成装置である。
まず、処理液とインクに関して詳細に説明する。
〔処理液〕
本発明で用いる処理液には少なくともpH凝集剤、水、水溶性有機溶媒、その他添加剤を含有する。
本発明で述べるところのpH凝集剤とは、インクと接触することによりインクのpH変化を引き起こし、凝集又は増粘を引き起こす効果がある物質のことを指す。実際に処理液に含まれるpH凝集剤としては、無機電解質ではアルカリ金属塩類、有機酸では、有機カルボン酸、有機スルホン酸などが挙げられる。
具体的には、2−ピロリドン−5−カルボン酸、4−メチル−4−ペンタノリド−3−カルボン酸、フランカルボン酸、2−ベンゾフランカルボン酸、5−メチル−2−フランカルボン酸、2,5−ジメチル−3−フランカルボン酸、2,5−フランジカルボン酸、4−ブタノリド−3−カルボン酸、3−ヒドロキシ−4−ピロン−2,6−ジカルボン酸、2−ピロン−6−カルボン酸、4−ピロン−2−カルボン酸、5−ヒドロキシ−4−ピロン−5−カルボン酸、4−ピロン−2,6−ジカルボン酸、3−ヒドロキシ−4−ピロン−2,6−ジカルボン酸、チオフェンカルボン酸、2−ピロールカルボン酸、2,3−ジメチルピロール−4−カルボン酸、2,4,5−トリメチルピロール−3−プロピオン酸、3−ヒドロキシ−2−インドールカルボン酸、2,5−ジオキソ−4−メチル−3−ピロリン−3−プロピオン酸、2−ピロリジンカルボン酸、4−ヒドロキシプロリン、1−メチルピロリジン−2−カルボン酸、5−カルボキシ−1−メチルピロリジン−2−酢酸、2−ピリジンカルボン酸、3−ピリジンカルボン酸、4−ピリジンカルボン酸、ピリジンジカルボン酸、ピリジントリカルボン酸、ピリジンペンタカルボン酸、1,2,5,6−テトラヒドロ−1−メチルニコチン酸、2−キノリンカルボン酸、4−キノリンカルボン酸、2−フェニル−4−キノリンカルボン酸、4−ヒドロキシ−2−キノリンカルボン酸、6−メトキシ−4−キノリンカルボン酸、フタル酸水素カリウム、リン酸二水素カリウム、ホウ酸、クエン酸ナトリウム、クエン酸カリウム、四ホウ素ナトリウム、酒石酸、乳酸、塩化アンモニウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、塩酸、これらの化合物の誘導体、又はこれらの塩等の化合物が挙げられる。
好ましくは、ピロリドンカルボン酸、ピロンカルボン酸、ピロールカルボン酸、フランカルボン酸、ビリジンカルボン酸、クマリン酸、チオフェンカルボン酸、ニコチン酸、クエン酸二水素カリウム、コハク酸、酒石酸、乳酸、フタル酸水素カリウム、若しくはこれらの化合物の誘導体、又はこれらの塩である。より好ましくは、ピロリドンカルボン酸、ピロンカルボン酸、フランカルボン酸、クマリン酸、若しくはこれらの化合物誘導体、又は、これらの塩である。
本発明において、処理液中のpH凝集剤の添加量は液体の全重量に対し、0.01重量%以上20重量%以下であることが好ましい。0.01重量%以下の場合は処理液とインクが接触時に、濃度拡散が十分に進まずpH変化による凝集作用が十分に発生しないことがある。また20重量%以上であると、インクジェットヘッドからの吐出性が悪化することがある。
本発明に係る処理液は、インクとのpH凝集性能の観点からpH3〜6となるように調整するのが好ましい。
また、本発明に係る処理液は、乾燥によってインクジェットヘッドのノズルが詰まるのを防止する目的から、水溶性有機溶媒、その他添加剤を含有することが好ましい。このような水溶性有機溶媒、その他添加剤には、湿潤剤及び浸透剤が含まれる。
水溶性有機溶媒としては、多価アルコール類、多価アルコール類誘導体、含窒素溶媒、アルコール類、含硫黄溶媒等が挙げられる。具体例としては、多価アルコール類では、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、トリエチレングリコール、1、5−ペンタンジオール、1,2,6−ヘキサントリオール、グリセリン等が挙げられる。多価アルコール誘導体としては、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、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、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、ジグリセリンのエチレンオキサイド付加物等が挙げられる。含窒素溶媒としては、ピロリドン、N−メチル−2−ピロリドン、シクロヘキシルピロリドン、トリエタノールアミン等が、アルコール類としてはエタノール、イソプロピルアルコール、ブチルアルコール、ベンジルアルコール等のアルコール類が、含硫黄溶媒としては、チオジエタノール、チオジグリセロール、スルフォラン、ジメチルスルホキシド等が挙げられる。その他、炭酸プロピレン、炭酸エチレン等を用いることもできる。
本発明において使用される水溶性有機溶媒は、単独で使用しても、2種類以上混合して使用してもよい。水溶性有機溶媒、その他添加剤の含有量は処理液の全重量に対し、60重量%以下であることが好ましい。60重量%以上よりも多い場合は処理液の粘度が増加し、インクジェットヘッドからの吐出性が悪化することがある。
処理液には、定着性を向上させるため、樹脂成分をさらに含有してもよい。樹脂成分は、処理液をインクジェット方式によって打滴する場合ヘッドからの吐出性を損なわないもの、保存安定性があるものであればよく、水溶性樹脂や樹脂エマルジョンなどを自由に用いることができる。
インクと逆極性の樹脂を処理液に含ませ、インク中の色材及び樹脂と凝集させることによってさらに凝集性を高めてもよい。
また、インクに含まれる樹脂エマルジョン成分に対応した硬化剤を処理液に含有し、二液が接触後、インク成分中の樹脂エマルジョンが凝集するとともに架橋又は重合するようにして、凝集性を高めてもよい。
本発明の処理液は、界面活性剤を含有することができる。
界面活性剤の例としては、炭化水素系では脂肪酸塩、アルキル硫酸エステル塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩、ジアルキルスルホコハク酸塩、アルキルリン酸エステル塩、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、ポリオキシエチレンアルキル硫酸エステル塩等のアニオン系界面活性剤や、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、グリセリン脂肪酸エステル、オキシエチレンオキシプロピレンブロックコポリマー等のノニオン系界面活性剤が好ましい。また、アセチレン系ポリオキシエチレンオキシド界面活性剤であるSURFYNOLS(AirProducts&Chemicals社)も好ましく用いられる。また、N,N−ジメチル−N−アルキルアミンオキシドのようなアミンオキシド型の両性界面活性剤等も好ましい。
更に、特開昭59−157636号の第(37)〜(38)頁、リサーチ・ディスクロージャーNo.308119(1989年)記載の界面活性剤として挙げたものも使うことができる。また、特開2003−322926号、特開2004−325707号、特開2004−309806号の各公報に記載されているようなフッ素(フッ化アルキル系)系、シリコーン系の界面活性剤も用いることができる。これら表面張力調整剤は消泡剤としても使用することができ、フッ素系、シリコーン系化合物やEDTAに代表されるキレート剤等も使用することができる。
表面張力を下げて中間転写体上でのぬれ性を高めるのに効果がある。また、インクを先立って打滴する場合においてもインク上でのぬれ性を高め、二液の接触面積の増加により効果的に凝集作用がすすむ。
本発明の処理液の表面張力は、10〜50mN/mであることが好ましく、中間転写体上でのぬれ性と液滴の微液滴化および吐出性の両立の観点からは、15〜45mN/mであることが更に好ましい。
本発明の処理液の粘度は、1.0〜20.0cPであることが好ましい。
その他必要に応じ、pH緩衝剤、酸化防止剤、防カビ剤、粘度調整剤、導電剤、紫外線吸収剤、等も添加することができる。
処理液の付与方法はインクジェット方式に限らず、塗布によっても可能であり付与方法を特には限定しない。
〔インク〕
本発明において用いられるインクジェット用インクは、少なくとも色材、樹脂エマルジョン、水溶性有機溶媒、及び水を含有する。
インクに使用される色材は、染料、顔料あるいは染料と顔料とを混合して用いることができる。処理液との接触時における凝集性の観点から、インク中で分散状態にある顔料の方がより効果的に凝集するため好ましい。顔料の中でも、分散剤により分散されている顔料、自己分散顔料、樹脂により色材粒子表面を被覆された顔料、及び高分子グラフト顔料が特に好ましい。また、色材凝集性の観点から、解離度の小さいカルボン酸基によって修飾されている形態がより好ましい。
本発明に用いる顔料としては、特に限定はされないが、具体例としては、オレンジまたはイエロー用の顔料としては、例えば、C.I.ピグメントオレンジ31、C.I.ピグメントオレンジ43、C.I.ピグメントイエロー12、C.I.ピグメントイエロー13、C.I.ピグメントイエロー14、C.I.ピグメントイエロー15、C.I.ピグメントイエロー17、C.I.ピグメントイエロー74、C.I.ピグメントイエロー93、C.I.ピグメントイエロー94、C.I.ピグメントイエロー128、C.I.ピグメントイエロー138、C.I.ピグメントイエロー151、C.I.ピグメントイエロー155、C.I.ピグメントイエロー180、C.I.ピグメントイエロー185等が挙げられる。
レッドまたはマゼンタ用の顔料としては、例えば、C.I.ピグメントレッド2、C.I.ピグメントレッド3、C.I.ピグメントレッド5、C.I.ピグメントレッド6、C.I.ピグメントレッド7、C.I.ピグメントレッド15、C.I.ピグメントレッド16、C.I.ピグメントレッド48:1、C.I.ピグメントレッド53:1、C.I.ピグメントレッド57:1、C.I.ピグメントレッド122、C.I.ピグメントレッド123、C.I.ピグメントレッド139、C.I.ピグメントレッド144、C.I.ピグメントレッド149、C.I.ピグメントレッド166、C.I.ピグメントレッド177、C.I.ピグメントレッド178、C.I.ピグメントレッド222等が挙げられる。
グリーンまたはシアン用の顔料としては、例えば、C.I.ピグメントブルー15、C.I.ピグメントブルー15:2、C.I.ピグメントブルー15:3、C.I.ピグメントブルー16、C.I.ピグメントブルー60、C.I.ピグメントグリーン7等が挙げられる。
また、ブラック用の顔料としては、例えば、C.I.ピグメントブラック1、C.I.ピグメントブラック6、C.I.ピグメントブラック7等が挙げられる。
本発明に用いるインクに含まれる色材の濃度は、使用する色材により最適な値を選択すればよいが、インクの全重量に対し、0.1重量%〜40質量%の範囲にするのが好ましい。より好ましくは、1重量%〜30質量%、さらに好ましくは2重量%〜20質量%である。
本発明のインクには、処理液と反応する成分として、着色剤を含まない樹脂エマルジョンを添加することも好ましい。樹脂エマルジョンは、処理液との反応によりインクの増粘作用、凝集作用を強め、画像品位の向上させることができる。特に、アニオン性の樹脂エマルジョンをインクに含有せしめることにより、安全性の高いインクが得られる。処理液と反応して、増粘・凝集作用を起こす樹脂エマルジョンをインクに用いることにより、転写体上での画像の品位を高めることができると同時に、樹脂エマルジョンの種類によっては、樹脂エマルジョンが被記録材で皮膜を形成し、画像の耐擦性、耐光性、耐水性をも向上させる効果を有する。
樹脂微粒子のインクでの分散方法はエマルジョンに限定するものではなく、溶解していても、コロイダルディスパージョン状態で存在していてもよい。
樹脂エマルジョンは、乳化剤を用いて樹脂微粒子を分散させたものであっても、また、乳化剤を用いないで分散させたものであってもよい。乳化剤としては、通常、低分子量の界面活性剤が用いられているが、高分子量の界面活性剤を乳化剤として用いることもできる。外殻がアクリル酸、メタクリル酸などにより構成されたカプセル型の樹脂エマルジョン(粒子の中心部と外縁部で組成を異にしたコア・シェルタイプの樹脂エマルジョン)を用いることも好ましい。
低分子量の界面活性剤を用いていない樹脂エマルジョンは、高分子量の界面活性剤を用いた樹脂エマルジョン、乳化剤を使用しない樹脂エマルジョンを含めてソープフリーエマルジョンと呼ばれている。例えば上記に記述した、スルホン酸基、カルボン酸基等の水に可溶な基を有するポリマー(可溶化基がグラフト結合しているポリマー、可溶化基を持つ単量体と不溶性の部分を持つ単量体とから得られるブロックポリマー)を乳化剤として用いた樹脂エマルジョンもこれに含まれる。
本発明では、特にこのソープフリーエマルジョンを用いることが好ましく、ソープフリーエマルジョンは従来の乳化剤を用いて重合した樹脂エマルジョンにくらべ、乳化剤が樹脂微粒子の反応凝集や造膜を阻害したり、遊離した乳化剤が樹脂微粒子の造膜後に表面に移動し、色材と樹脂微粒子の混合したインク凝集体と記録媒体との接着性を低下させる懸念がない。
また、樹脂微粒子凝集性の観点から、解離度の小さいカルボン酸基を有するものがより好ましい。
エマルジョンとしてインク中に存在する樹脂微粒子が処理液によるpH変化によって凝集する際に、色材を巻き込み、混合した状態で凝集するため、結果として色材の凝集速度は大きくなる。従って、樹脂微粒子が凝集する際の構造が凝集速度では重要となるため、樹脂エマルジョンの粒径、分子量などの物性は色材に応じて、適宜最適なものを選択する。
インクに樹脂エマルジョンとして添加する樹脂成分としては、アクリル系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、スチレン−ブタジエン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、アクリル−スチレン系樹脂、ブタジエン系樹脂、スチレン系樹脂などが挙げられる。これらの樹脂は、親水性部分と疎水性部分とを併せ持つ重合体であるのが好ましい。また、これらの樹脂成分の粒子径はエマルジョンを形成する限り特に限定されないが、200nm程度以下が好ましく、より好ましくは1〜150nm程度である。市販の樹脂エマルジョンの例としては、ジョン クリル537、7640(スチレン−アクリル系樹脂エマルジョン、ジョンソンポリマー株式会社製)、マイクロジェルE−1002、E−5002(スチレン−アクリル系樹脂エマルジョン、日本ペイント株式会社製)、ボンコート4001(アクリル系樹脂エマルジョン、大日本インキ化学工業株式会社製)、ボンコート5454(スチレン−アクリル系樹脂エマルジョン、大日本インキ化学工業株式会社製)、SAE−1014(スチレン−アクリル系樹脂エマルジョン、日本ゼオン株式会社製)、ジュリマーET−410(アクリル系樹脂エマルジョン、日本純薬株式会社製)、アロンHD−5、A−104(アクリル系樹脂エマルジョン、東亞合成株式会社製)、サイビノールSK−200(アクリル系樹脂エマルジョン、サイデン化学株式会社製)、ザイクセンL(アクリル系樹脂エマルジョン、住友精化株式会社製)などが上げられるが、これに限定するものではない。
本発明においては、色材と樹脂微粒子が混合した状態で凝集体を形成するので、色材のみで形成される凝集体の内部凝集力よりも、凝集力がより強くなり転写性が向上する。さらに、色材及び樹脂微粒子どうしが非常に密な状態で凝集しているので、形成された画像に光沢性を付与することができ、ユーザーに高級感のある画像という印象を与えることができる。
色材に対する樹脂エマルジョン添加量の重量比率は2:1から1:3が好ましい。より好ましくは1:1から1:2である。色材に対する樹脂エマルジョン添加量の重量比率は2:1より少ないと、樹脂の融着による凝集体の凝集力が効果的に向上しない。また、添加量が1:3より多くてもインクの粘度が高くなりすぎ、吐出性などが悪化する。
そして、インクに添加する樹脂エマルジョンの最低造膜温度(MFT)は70℃以下であることが好ましい。より好ましくは50℃以下、さらに好ましくは30℃以下である。30℃以下であれば常温であっても融着が進み耐擦過性をさらに付与することができる。最低造膜温度(MFT)が70℃以上であると、転写時における熱負荷が非常に大きくなる。また、転写時の短時間の間に、樹脂のインク凝集体へ十分な伝熱を達成し、転写不良を引き起こさない程度の凝集力を付与するには、最低造膜温度が低いほど有利である。中間転写体上が定着部を備え、定着工程を実施する場合においても同様のことがいえる。樹脂のTg(ガラス転移温度)、MFT(最低造膜温度)などの温度特性は適宜モノマーを共重合させることにより、所望の値に調整することが可能である。
インクに添加する樹脂エマルジョンの分子量は融着したときの接着力を鑑みて、5,000以上200,000以下が好ましい。5,000未満だと、凝集したときのインク凝集体の内部凝集力向上や記録媒体に転写後の定着性に効果が不足する。また、200,000以上であるとインクジェットヘッドからの吐出性が悪くなり、目詰まりなどの問題を引き起こす懸念がある。
本発明に係るインクに添加するpH調整剤としては中和剤として、有機塩基、無機アルカリ塩基を用いることができる。pH調整剤はインクジェット用インクの保存安定性を向上させる目的で、該インクジェット用インクがpH6〜10となるように添加するのが好ましい。
本発明のインクは、乾燥によってインクジェットヘッドのノズルが詰まるのを防止する目的から、水溶性有機溶媒を含有することが好ましい。このような水溶性有機溶媒には、湿潤剤及び浸透剤が含まれる。
水溶性有機溶媒としては、処理液の場合と同様に、例えば、多価アルコール類、多価アルコール類誘導体、含窒素溶媒、アルコール類、含硫黄溶媒等が挙げられる。具体例としては、多価アルコール類では、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、トリエチレングリコール、1、5−ペンタンジオール、1,2,6−ヘキサントリオール、グリセリン等が挙げられる。多価アルコール誘導体としては、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、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、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、ジグリセリンのエチレンオキサイド付加物等が挙げられる。含窒素溶媒としては、ピロリドン、N−メチル−2−ピロリドン、シクロヘキシルピロリドン、トリエタノールアミン等が、アルコール類としてはエタノール、イソプロピルアルコール、ブチルアルコール、ベンジルアルコール等のアルコール類が、含硫黄溶媒としては、チオジエタノール、チオジグリセロール、スルフォラン、ジメチルスルホキシド等が挙げられる。その他、炭酸プロピレン、炭酸エチレン等を用いることもできる。
本発明に係るインクには、界面活性剤を含有することができる。
界面活性剤の例としては、処理液の場合と同様に、炭化水素系では脂肪酸塩、アルキル硫酸エステル塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩、ジアルキルスルホコハク酸塩、アルキルリン酸エステル塩、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、ポリオキシエチレンアルキル硫酸エステル塩等のアニオン系界面活性剤や、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、グリセリン脂肪酸エステル、オキシエチレンオキシプロピレンブロックコポリマー等のノニオン系界面活性剤が好ましい。また、アセチレン系ポリオキシエチレンオキシド界面活性剤であるSURFYNOLS(AirProducts&Chemicals社)も好ましく用いられる。また、N,N−ジメチル−N−アルキルアミンオキシドのようなアミンオキシド型の両性界面活性剤等も好ましい。
更に、特開昭59−157636号の第(37)〜(38)頁、リサーチ・ディスクロージャーNo.308119(1989年)記載の界面活性剤として挙げたものも使うことができる。また、特開2003−322926号、特開2004−325707号、特開2004−309806号の各公報に記載されているようなフッ素(フッ化アルキル系)系、シリコーン系の界面活性剤も用いることができる。 これら表面張力調整剤は消泡剤としても使用することができ、フッ素系、シリコーン系化合物やEDTAに代表されるキレート剤等も使用することができる。
表面張力を下げて中間転写体上での又は処理液上でのぬれ性を高め、二液の接触面積の増加により効果的に凝集作用がすすむ。
本発明の処理液の表面張力は、10〜50mN/mであることが好ましく、中間転写体上でのぬれ性と液滴の微液滴化および吐出性の両立の観点からは、15〜45mN/mであることが更に好ましい。
本発明の処理液の粘度は、1.0〜20.0cPであることが好ましい。
その他必要に応じ、pH緩衝剤、酸化防止剤、防カビ剤、粘度調整剤、導電剤、紫外線吸収剤、等も添加することができる。
〔画像形成装置の全体構成〕
図1は本実施形態の画像形成装置である、インクジェット記録装置の概略構成を示した模式図である。図示するように、本実施形態のインクジェット記録装置10は、中間転写体12、処理液付与部14、インク吐出部16、及び転写部18を主たる構成とし、更に、溶媒除去部20、クリーニング部22、及び画像定着部24を備えている。
中間転写体12は所定幅を有する無端状のベルトで構成され、複数のローラー26に巻き掛けられた構造となっている。本実施形態では、一例として4つのローラー26A〜26Dが用いられている。中間転写体12としてドラム状部材や板状部材を用いる態様もある。
複数のローラー26のうち少なくとも1つの主ローラーにはモータ(不図示)の動力が伝達され、このモータの駆動により中間転写体12が各ローラー26(26A〜26D)の外側を図1の反時計回りの方向(以下、「転写体回転方向」という。)に回転するように構成されている。
処理液付与部14には、処理液(S)に対応する記録ヘッド(処理液用ヘッド)30Sが設けられている。処理液用ヘッド30Sは中間転写体12に対向する吐出面から処理液を吐出する。これにより、中間転写体12の記録面12a上に処理液が付与される。
インク吐出部16は、処理液付与部14の転写体回転方向下流側に配置される。インク吐出部16には、ブラック(K)、シアン(C)、マゼンダ(M)、イエロー(Y)の各色インクに対応する記録ヘッド(インク用ヘッド)30K、30C、30M、30Yが設けられている。各インク用ヘッド30K、30C、30M、30Yは中間転写体12に対向する吐出面からそれぞれ対応する各色インクを吐出する。これにより、中間転写体12の記録面12a上に各色インクが付与される。
処理液用ヘッド30S、及びインク用ヘッド30K、30C、30M、30Yはいずれも、中間転写体12上に形成される画像の最大記録幅(最大記録幅)に渡って多数の吐出口(ノズル)が形成されたフルラインヘッドとなっている。中間転写体12の幅方向(図1の紙面表裏方向)に短尺のシャトルヘッドを往復走査しながら記録を行うシリアル型のものに比べて、中間転写体12に対して高速に画像記録を行うことができる。もちろん、シリアル型であっても比較的高速記録が可能な方式、例えば、1回の走査で1ラインを形成するワンパス記録方式に対しても本発明は好適である。
本実施形態では、各記録ヘッド(処理液用ヘッド30S、及びインク用ヘッド30K、30C、30M、30Y)は全て同一構造であり、以下では、これらを代表して符号30で記録ヘッドを表すものとする。記録ヘッド30の構造については後で説明する。尚、本発明の実施に際しては、各記録ヘッドが全て同一構造である態様に限定されず、例えば、処理液用ヘッド30Sとインク用ヘッド30K、30C、30M、30Yが別構造であってもよい。
処理液用ヘッド30Sから中間転写体12に向かって処理液が吐出されると、中間転写体12の回転に伴って、中間転写体12の処理液が付与された領域は各インク用ヘッド30K、30C、30M、30Yの真下に順次移動し、各インク用ヘッド30K、30C、30M、30Yからそれぞれ対応する各色インクが吐出される。処理液はインク中の溶媒不溶性材料(色材等)を凝集させる機能を有している。
即ち、処理液が中間転写体上に打滴され次にインクが処理液の上に打滴されと、処理液とインクが接触し、処理液からインクへ塩が濃度勾配による拡散により移動し、インクから処理液へ色材および樹脂微粒子が同様に濃度勾配による拡散により移動する。そうすると、処理液およびインクのpHが急激に変化し、界面近傍からインク全体が迅速に中和されるため、インク中に含まれる色材及び樹脂微粒子の分散状態が破壊され、インク中に含まれる色材及び樹脂微粒子が混合した状態で凝集体を形成する。インク中に含まれる色材及び樹脂微粒子の分散状態の破壊は、処理液から拡散してきた塩が色材及び樹脂微粒子表面のアニオン性基を中和し、色材及び樹脂微粒子近傍の表面電位を低下させ、色材及び樹脂微粒子同士に作用している斥力を消失させることによって引き起こされる。処理液中の塩はサイズが小さいため、界面近傍に形成される凝集体層を通り抜ける事ができ、凝集速度を十分に速くすることができる。
このため、中間転写体12上に付与されたインクは処理液との反応によって高粘度化し、同一色又は異なる色間のインク滴同士の着弾干渉が防止され、中間転写体12上に高品質な画像が形成される。
尚、処理液付与量とインク付与量は必要に応じて調節することが好ましい。例えば、転写する記録媒体に応じて、処理液とインクが混合してできる凝集体の粘弾性等の物性を調節するため等のために処理液の付与量を変えてもよい。
溶媒除去部20は、インク吐出部16の転写体回転方向下流側に配置される。溶媒除去部20には、中間転写体12を挟んでローラー26Aに対向する位置に溶媒除去ローラー32が設けられている。溶媒除去ローラー32はローラー状の多孔質体で構成され、中間転写体12の記録面12aに当接させるように配置されている。他の態様として、エアナイフで余剰な溶媒を中間転写体12から取り除く方式、加熱して溶媒を蒸発させ除去する方式等がある。溶媒除去方式としては、いずれでもよいが、好ましくは熱によらない方式を用いる方がよい。転写体表面を加熱又は転写体上の凝集体に熱を付与して溶媒を蒸発させる手段では、凝集体の過剰加熱により、溶媒を過剰除去し転写時において好ましい凝集体の粘弾性を維持できず、かえって転写性が低下することがある。中間転写体の熱によるインクジェットヘッドからのインク吐出性への影響も懸念される。
溶媒除去部20では、溶媒除去ローラー32によって中間転写体12の記録面12a上の溶媒を除去する。このため、中間転写体12の記録面12a上に処理液が多く付与されるような場合でも、溶媒除去部20で溶媒が除去されるため、転写部18で記録媒体34に多量の溶媒(分散媒)が転写されることはない。従って、記録媒体34として紙が用いられるような場合でも、カール、カックルといった水系溶媒に特徴的な問題が発生しない。
溶媒除去部20によって、インク凝集体から過剰な溶媒を除去することによって、凝集体を濃縮しより内部凝集力を高めることができる。これにより凝集体に含まれる樹脂粒子の融着が効果的に促進され、転写工程までにより強い内部凝集力を凝集体に付与することができる。さらに、溶媒除去によるインク凝集体の効果的な濃縮により、記録媒体に転写後も良好な定着性や光沢性を画像に付与することができる。
尚、溶媒除去部20によって、溶媒すべてを除去する必要は必ずしもない。過剰に除去しすぎてインク凝集体を濃縮しすぎるとインク凝集体の転写体の付着力が強くなりすぎて、転写に過大な圧力を必要とするため好ましくない。むしろ転写性に好適な粘弾性を保つためには、少量残留させるのが望ましい。溶媒を少量残留させることで得られる効果として、凝集体は疎水性であり、揮発しにくい溶媒成分(主にグリセリンなどの有機溶剤)は親水性であるので、インク凝集体と残留溶媒成分は溶媒除去実施後分離し、残留溶媒成分からなる薄い液層がインク凝集体と中間転写体との間に形成される。従って、インク凝集体の転写体への付着力は弱くなり、転写性向上に有利である。
転写部18は、溶媒除去部20の転写体回転方向下流側に配置される。転写部18には、中間転写体12を挟んでローラー26Bに対向する位置に加圧ローラー36が設けられている。加圧ローラー36の内部には加熱ヒータ37が設けられており、この加熱ヒータ37によって加圧ローラー36の外周面の温度が上昇するようになっている。記録媒体34は中間転写体12と加圧ローラー36の間を通過するように図1の左側から右側に搬送される。中間転写体12と加圧ローラー36の間を通過する際、中間転写体12の記録面12aに記録媒体34の表面側を接触させ、記録媒体34の裏面側から加圧ローラー36で加圧することで、中間転写体12の記録面12aに形成された画像が記録媒体34上に転写形成される。
このように、本発明においては、加熱部を転写体の転写部のみに限定する構造が望ましい。この構造であれば、転写体全面を加熱したりすることによる過剰な熱負荷や凝集体に含まれる溶媒成分の過剰除去を防ぐことができる。また、インク凝集体が転写部18で加熱されることにより、インク凝集体に含まれていた溶媒のほとんどが除去され、加圧による物理的なインク凝集体の濃縮効果と相まって促進される樹脂の融着により、加圧加熱ローラーに転写体が接している領域における、転写工程直前から転写実施時までの短い間に、より強い内部凝集力を凝集体に付与することができる。
尚、溶転写前に溶媒除去工程を経ていなくても、加熱により溶媒を短時間のうちに除去できるので転写率にはさほど問題とはならないが、溶媒除去工程を経ていれば、転写部で蒸発させる溶媒の絶対量が少なくてすむため、この濃縮効果はさらに効果的なものとなるばかりか、転写時の熱負荷も軽減することができる。また、転写部での加熱によるインク凝集体の効果的な濃縮により、記録媒体に転写後も良好な定着性や光沢性を画像に付与することができる。
更に、転写時の温度及び圧力は記録媒体や印字条件等によって好適な条件に自由に調節してもよい。
転写時における加熱温度はインクに含まれる樹脂エマルジョンの最低造膜温度(MFT)以上に設定することが好ましい。樹脂エマルジョンの最低造膜温度(MFT)以上でインク凝集体を加熱することによって、最低造膜温度(MFT)以下で加熱する場合に比べ、転写時の加熱による樹脂の融着速度を飛躍的に向上させることができる。この場合、インクに含まれる樹脂エマルジョンのMFTは70℃以下が好ましく、より好ましくは50℃以下、さらに好ましくは30℃以下である。低いほど、加熱温度を低く抑えることができ、低温での転写が可能となる。
また、中間転写体12の表面には、必要に応じて離型性の表面層を有する構造にすることもできる。離型性付与転写体表面においては、表面エネルギーが低く、剥離性が高い性質を有していることから、高い転写率を実現することが可能である。本発明においては、特に離型性を付与しなくても十分な転写率を得ることができるが、クリーニング負荷などの観点から中間転写体表面に離型性を付与しても何ら問題はない。ここで、本発明で表記する離型性表面とは、臨界表面張力が30 m N / m 以下、若しくは水に対する接触角が75° 以上の表面を指す。
中間転写体12の表面層に用いられる好ましい材料としては、例えば、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリブタジエン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリエチレン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリイミド系樹脂等の公知の材料が挙げられる。
クリーニング部22は、転写部18の転写体回転方向下流側であって、処理液付与部14の転写体回転方向上流側に配置される。クリーニング部22には、中間転写体12を挟んでローラー26Cに対向する位置にクリーニングローラー38が設けられ、中間転写体12の記録面12aに当接させるように配置され、中間転写体12の記録面12a上の転写後の残留物等の除去を行う。
クリーニングローラー38としては、柔軟性ある多孔質部材からなり、洗浄液付与手段にて洗浄液を染み込みながら中間転写体表面(記録面12a)を洗浄する方式,表面にブラシを備え、洗浄液を中間転写体表面に付与しながらブラシで中間転写体表面のゴミを除去する方式、また、柔軟性のあるブレードをローラー表面に備えて中間転写体表面の残留物を掻き落とす方式などがある。クリーニングローラー38表面の線速は中間転写体表面の線速と等しくするよりも、遅く、または速く設定した方が残留物の除去率を高くすることができる。クリーニングローラー38表面と中間転写体表面の速度差にしたがって中間転写体表面にせん断力が生じ、残留物を効率的に除去することが可能となる。
本発明においては、インク凝集体を転写後、記録媒体により強固な定着性を付与するために別途必要に応じて、画像定着部24を設けてもよい。
画像定着部24は、転写部18の記録媒体排出側(図1の右側)に配置される。画像定着部24には、記録媒体34の表裏面に2つの定着ローラー40A、40Bが設けられており、これら定着ローラー40A、40Bで記録媒体34上に転写形成された画像を加圧、加熱することで、記録媒体34上の記録画像の定着性を向上させることができる。尚、定着ローラー40A、40Bとしては、1個の加圧ローラーと1個の加熱ローラーからなる一対のローラー対が好ましいが、これに限定されるものではない。
また、本発明においては、記録媒体が転写部18に搬送される前に、記録媒体34に加熱処理を施す手段(不図示)を設けることもできる。
インク凝集体に直接接触する記録媒体34がすでに所望の転写温度に達していることにより、より転写ニップ時の短時間の間に、熱伝達を効率よく行うことができる。また、転写ニップ時のみで加熱する場合に比べ、予め記録媒体を所望の転写温度にしておくことで、インク凝集体と記録媒体表面が接触する。
そして、記録媒体34の加熱温度を樹脂エマルジョンの最低造膜温度(MFT)以上とすることで、転写時の加熱による樹脂の融着速度をさらに飛躍的に向上させることができ、さらに媒体表面が予め最低造膜温度(MFT)以上に加熱されていることによって転写ニップ時、インク凝集体と記録媒体表面が接触時、直ちに凝集体が溶融し、記録媒体表面の凹凸や毛管内に入り込み、接触面積増大による投錨効果によって記録媒体とインク凝集体の接着力が向上し、その結果、転写が良好に行われ、転写後も画像に良好な定着性を付与することができる。
上記効果は、溶媒除去によるインク凝集体の濃縮によってさらに効果的に発揮され、また、転写部で加熱を実施する場合は、インク凝集体の濃縮による効果はもちろん、転写部における加熱温度を記録媒体の加熱温度と同じに設定することにより、記録媒体の温度を保温する効果も得ることができる。
この温度は記録媒体34の種類によって自由に調節することができ、この温度制御によりインク凝集体の粘弾性を制御することも可能である。
記録媒体34が、普通紙や上質紙など表面にパルプ繊維による凹凸が多く、インク凝集体と記録媒体表面との間にアンカー効果を期待することができる場合は、インク凝集体の粘弾性を転写部での加熱温度だけでなく、直接転写時に接するメディア表面の加熱温度を制御して調節することにより、最適なインク凝集体の粘弾性で普通紙や上質紙などに良好な定着性を付与することができる。
また、記録媒体34が、塗工紙などの表面が平滑な記録媒体に対しては、インク凝集体を表面に凹凸がある記録媒体よりは硬めに粘弾性を制御することによって、転写後も良好な定着性を付与するといったことも可能である。
次に、記録ヘッド30の構造について説明する。
図2は記録ヘッド30の吐出面を示した平面図であり、図3は記録ヘッド30の一部断面図(図2中3−3線に沿う断面図)である。図2において、ヘッド30の長手方向(ヘッド長手方向)は図1の紙面表裏方向に相当する。本実施形態の記録ヘッド30は、中間転写体12上に形成される画像の最大記録幅に対応する長さに渡って多数の吐出口(ノズル)51が形成されたフルラインヘッドで構成されている。図示するように、各ノズル51はヘッド長手方向及びヘッド長手方向に直交しない斜めの方向に沿って2次元状(マトリクス状)に配列されており、このような高密度なノズル配置によって、中間転写体12上に高解像な画像記録を実現することができる。
この記録ヘッド30には、図3に示すように、ノズル51に連通する圧力室52がノズル51毎に設けられている。圧力室52の一端には供給口54が形成されており、圧力室52は供給口54を介して共通流路55に連通している。共通流路55には所定の液体(処理液又は各色インク)が貯留されており、共通流路55から圧力室52に対して液体が供給される。
圧力室52の一壁面(図3の上面)は振動板56で構成されており、振動板56上の圧力室52に対応する位置には圧電素子58が設けられている。圧電素子58の上面には、個別電極57が設けられている。尚、本実施形態では振動板56が導電材料で構成され、圧電素子58に対する共通電極を兼ねている。
かかる構成により、圧電素子58に駆動電圧が印加されると、圧電素子58の変位に応じて圧力室52内の液体が加圧され、ノズル51から液滴が吐出される。吐出後、共通流路55から圧力室52に液体が供給される。
尚、本実施形態では、圧電素子58を利用して吐出を行う圧電方式の態様を例示したが、本発明の実施に際してはこれに限定されず、例えば、ヒータに代表される電気熱変換素子を利用して吐出を行うサーマル方式やその他各種方式であってもよい。
図4はインクジェット記録装置10のシステム構成を示す要部ブロック図である。インクジェット記録装置10は、通信インターフェース70、システムコントローラ72、画像メモリ74、モータドライバ76、ヒータドライバ78、プリント制御部80、画像バッファメモリ82、処理液用ヘッドドライバ83、インク用ヘッドドライバ84等を備えている。
通信インターフェース70は、ホストコンピュータ86から送られてくる画像データを受信するインターフェース部である。通信インターフェース70にはシリアルインターフェースやパラレルインターフェースを適用することができる。この部分には、通信を高速化するためのバッファメモリ(不図示)を搭載してもよい。
ホストコンピュータ86から送出された画像データは通信インターフェース70を介してインクジェット記録装置10に取り込まれ、一旦画像メモリ74に記憶される。画像メモリ74は、通信インターフェース70を介して入力された画像を一旦格納する記憶手段であり、システムコントローラ72を通じてデータの読み書きが行われる。画像メモリ74は、半導体素子からなるメモリに限らず、ハードディスクなど磁気媒体を用いてもよい。
システムコントローラ72は、通信インターフェース70、画像メモリ74、モータドライバ76、ヒータドライバ78等の各部を制御する制御部である。システムコントローラ72は、中央演算処理装置(CPU)及びその周辺回路等から構成され、ホストコンピュータ86との間の通信制御、画像メモリ74の読み書き制御等を行うとともに、各部のモータ88やヒータ89を制御する制御信号を生成する。
モータドライバ76は、システムコントローラ72からの指示に従ってモータ88を駆動するドライバ(駆動回路)である。ヒータドライバ78は、システムコントローラ72からの指示に従ってヒータ89を駆動するドライバである。
プリント制御部80は、システムコントローラ72の制御に従い、画像メモリ74内の画像データから印字制御用の信号を生成するための各種加工、補正などの処理を行う信号処理機能を有し、生成した印字制御信号(ドットデータ)を各ヘッドドライバ83、84に供給する制御部である。プリント制御部80において所要の信号処理が施され、該画像データに基づいて各ヘッドドライバ83、84を介してそれぞれ対応する記録ヘッド30(30S、30K、30C、30M、30Y)の液滴の吐出量や吐出タイミングの制御が行われる。これにより、所望のドットサイズやドット配置が実現される。尚、本発明の特徴である吐出制御はプリント制御部80の吐出制御部80aで行われる。
プリント制御部80には画像バッファメモリ82が備えられており、プリント制御部80における画像データ処理時に画像データやパラメータなどのデータが画像バッファメモリ82に一時的に格納される。尚、図4において画像バッファメモリ82はプリント制御部80に付随する態様で示されているが、画像メモリ74と兼用することも可能である。また、プリント制御部80とシステムコントローラ72とを統合して1つのプロセッサで構成する態様も可能である。
各ヘッドドライバ83、84(処理液用ヘッドドライバ83、インク用ヘッドドライバ84)は、プリント制御部80から与えられるドットデータに基づいてそれぞれ対応する記録ヘッド30(30S、30K、30C、30M、30Y)の各圧電素子58(図3参照)を駆動するための駆動信号を生成し、圧電素子58に生成した駆動信号を供給する。各ヘッドドライバ83、84には記録ヘッド30の駆動条件を一定に保つためのフィードバック制御系を含んでいてもよい。
本実施形態では、処理液用ヘッド30Sから処理液を吐出することによって中間転写体12上に処理液を付与する態様としたが、本発明の実施に際しては、処理液の付与方法は特に限定されるものではない。
本実施形態の変形例として、処理液用ヘッド30Sに代えて、塗布ローラーを用いて中間転写体12上に処理液を塗布する態様もある。中間転写体12上のインク滴が着弾する画像領域を含むほぼ全面に処理液を容易に付与することができる。本変形例において、好ましくは、中間転写体12上の処理液の厚みを1〜5μmとする。中間転写体12上の処理液の厚みを一定にする手段を設けてもよい。例えば、エアナイフを用いる方法や、尖鋭な角を有する部材を処理液厚みの規定量のギャップを中間転写体12との間に設けて設置する方法がある。
尚、本実施形態では、第1の液体として色材を含有するインクを用いた態様を示したが、本発明の実施に際してはこれに限定されない。例えば、金属を含有する液体を第1の液体として用いて、記録媒体上に配線パターンを転写形成する態様もある。
以上説明したように、インク像を担持する中間転写体と、中間転写体上に処理液を付与する処理液付与部と、処理液上にインクを吐出するインク吐出部と、中間転写体上に形成されたインク像を記録媒体に転写する転写部と、を備える画像形成装置において、インクは、色材とイオン性基を有する樹脂エマルジョンを含み、処理液は、インクと接触することによりpH変化を引き起こし色材及び前記イオン性基を有する樹脂エマルジョンに凝集作用を生じさせるとともに、インクと処理液とのpH差が3以上であることで、インクと処理液との凝集速度を十分に速くすることができるとともに、インク凝集体の凝集力を強くすることができる。
これにより、中間転写体上の画像品質が向上するとともに、高速システムを組んだ場合でも、中間転写体から記録媒体への転写を良好に行うことができる。さらに、記録媒体上において、インクの定着性も良く、光沢性も良くすることができる。このため、転写後の中間転写体上に残存物を残すことなく、転写後の中間転写体に対するクリーニング負荷を低減することができる。
尚、処理液とインクのpHの差が3以下だと、処理液中の塩基成分の濃度拡散が十分おこらず、十分な凝集作用が得られないことがある。このような場合、色材及び樹脂微粒子の中和による表面電位の低下が遅くなってしまい、インク中での色材及び樹脂微粒子の分散状態が十分に破壊されない。その結果、色材が転写体上で流動することによる転写体上での画像乱れや、転写段階で凝集体が十分な凝集力をもてないことによる転写不良が引き起こされる。処理液とインクのpHの差が3以上であれば、十分な濃度拡散がおこり、好ましい凝集作用が得られる。
次に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。
[処理液]
下記の組成の処理液1〜4を使用した。
(処理液1)
・ ジエチレングリコール 20質量%
・ 2−ピロリドン−5−カルボン酸 4.5質量%
・ 水酸化ナトリウム 1質量%
・ オルフィンE1010 1質量%
・ イオン交換水 73.5質量%
(処理液2)
・ 硝酸マグネシウム・六水和物 15質量%
・ グリセリン 15質量%
・ オルフィンE1010 1質量%
・ イオン交換水 69質量%
(処理液3)
・ ポリアリルアミンPAA−HCl−3L(樹脂成分50%、日東紡績社製)
15質量%
・ ジエチレングリコール 20質量%
・ オレフィンE1010 1質量%
・ イオン交換水 64質量%
(処理液4)
・ ジエチレングリコール 20質量%
・ 2−ピロリドン−5−カルボン酸 2.5質量%
・ 水酸化ナトリウム 1質量%
・ オルフィンE1010 1質量%
・ イオン交換水 75.5質量%
[インク]
(顔料分散体の作成)
下記組成の成分を全量が500質量部になるように混合し、さらに重合開始剤として2.2’−アゾビス(2.4−ジメチルバレロニトリル〉2質量部添加し、窒素ガス置換を十分に行い、樹脂合成混合液を得た。
・ ステアリルメタクリレート 20質量%
・ スチレンマクロマー 5質量%
・ スチレン 10質量%
・ ポリプロピレングリコール(9)メタクリレート
10質量%
・ メタクリル酸 10質量%
・ 2−メルカプトエタノール 0.1質量%
尚、上記の名称は、以下のことを意味する。
スチレンマクロマー:東亜合成(株)製、商品名:AS−6(スチレン単独重合マクロマ一、数平均分子量:6000、重合性官能基:メタクリロイルオキシ基)
ポリプロピレングリコール(9)メタクリレート:日本油脂(株)製、商品名:ブレンマーPP−500(プロピレンオキシド付加モル数;9)
次に、メチルエチルケトン500質量部を窒素雰囲気下で攪拌しながら75℃まで昇温させた。75℃、攪拌状態で上記樹脂合成混合液を4時間にわたって滴下した。さらに75℃、攪拌状態で6時間反応を続けた。その後、反応合成物を25℃まで自然冷却した後、固形分が50%になるようにメチルエチルケトンを加えて希釈し、平均分子量19000の分散樹脂溶液を得た。
得られた50%共重合体溶液15質量部に5mol/L水酸化ナトリウム水溶液2質量部を加えて中和し、さらにPigment Red 122(チバスベシャルティケミカルズ(株)製、商品名:CROMOPHTAL Jet Magenta DMQ)7.5質量部を加え、ロールミルで必要に応じて2〜8時間混練した。混練物をイオン交換水100質量部に分散した。得られた分放物から濾圧下、60℃で有機溶媒を完全に除去し、更に水を除去することにより濃縮し、固形分濃度が20質量%の顔料含有ビニルポリマー粒子の水分散物を得た。
下記の組成のインク1〜7を使用した。
(インク1)
・ 顔料分散物 20質量%
・ アロンHD−5(東亞合成(株)製) MFT:30℃
5質量%
・ グリセリン 8質量%
・ ジエチレングリコール 8質量%
・ オルフィン 1質量%
・ イオン交換水 38質量%
(インク2)
・ 顔料分散物 40質量%
・ グリセリン 8質量%
・ ジエチレングリコール 8質量%
・ オルフィン 1質量%
・ イオン交換水 43質量%
(インク3)
・ 顔料分散物 40質量%
・ ウルトラゾールB400−H(ガンツ化成(株)製) MFT:20℃
5質量%
・ グリセリン 8質量%
・ ジエチレングリコール 8質量%
・ オルフィン 1質量%
・ イオン交換水 38質量%
(インク4)
・ 顔料分散物 40質量%
・ ジョンクリル537(ジョンソンポリマー(株)製) MFT:50℃
5質量%
・ グリセリン 8質量%
・ ジエチレングリコール 8質量%
・ オルフィン 1質量%
・ イオン交換水 38質量%
(インク5)
・ 顔料分散物 40質量%
・ ジョンクリル780(ジョンソンポリマー(株)製) MFT:70℃
5質量%
・ グリセリン 8質量%
・ ジエチレングリコール 8質量%
・ オルフィン 1質量%
・ イオン交換水 38質量%
(インク6)
・ 顔料分散物 40質量%
・ ジョンクリル7610(ジョンソンポリマー(株)製) MFT:80℃
5質量%
・ グリセリン 8質量%
・ ジエチレングリコール 8質量%
・ オルフィン 1質量%
・ イオン交換水 38質量%
(インク7)
・ 顔料分散物 40質量%
・ アロンHD−5(東亞合成(株)製) MFT:30℃
2質量%
・ グリセリン 8質量%
・ ジエチレングリコール 8質量%
・ オルフィン 1質量%
・ イオン交換水 41質量%
[画像形成装置]
画像形成装置として、図1に示したインクジェット記録装置10のうち、中間転写体12、処理液付与部14、インク吐出部16、及び転写部18から成る装置構成のものを使用した。具体的な装置構成や条件は以下に示すとおりである。
・中間転写体12として、シリコーンゴムシートSRシリーズ0.5mm厚(タイガースポリマー社製)を使用した。
・処理液付与部14及びインク吐出部16にはそれぞれ1個の記録ヘッドが備えられた最小構成とし、記録ヘッドとして、圧電方式(ピエゾ方式)でPX−G920(エプソン社製)を使用した。
・本実施例では処理液(7pl(ピコリットル))を中間転写体上に先立って打滴し、次いでインク(7pl)を処理液上に打滴し描画をおこなった。インクはシアンを用いた。
・転写部での圧力は1MPa、搬送速度は250mm/s、500mm/sに設定し、加熱する場合は適宜、加熱温度を設定した。
・溶媒除去を実施する場合は、ローラー状の金属多孔質体(アルミナ焼結材)を中間転写体に当接させ、吸引させることで実施した。
・記録媒体は特菱アート(三菱製紙)を用いた。転写前に加熱する場合はヒーターで加熱し、加熱温度は適宜設定した。
[評価]
図5に記載の上記のインク・処理液の組み合わせで、以下の評価基準で、中間転写体上での画像乱れ、高速転写適性、定着性、画像光沢性の評価を行った。結果を図5に記す。
(中間転写体上での画像乱れ)
無端ベルト状の中間転写体上に10個のドットを描画し、中間転写体を500mm/sの速さで10秒間搬送した後の中間転写体上のドット形状の乱れたドット数をカウントし評価した。ドット形状が乱れているか乱れていないかは、真円状を保っているかを判断基準にした。例えば、ドットが楕円状になっている場合でも乱れているとみなした。
○:全てのドットが真円状を保ったままである。
△:1個以上の5個未満のドットにドット形状の乱れが確認される。
×:5個以上のドットにドット形状の乱れが確認される。
(高速転写適性)
10×10=100個のドット(3pl相当)を描画し、上記条件によって転写を行い、ドット形状を保ち記録媒体に転写されたものをカウントし、転写率と定義した。搬送速度は250mm/s、500mm/sの二段階に設定した。ここで、搬送速度を二段階に変えるのは、処理液とインクの吐時混合時から転写時までに要する時間(画像形成部から転写部までの移動時間)を倍に短くしても、良好な転写率を達成できるかどうかを評価するためである。
(定着性)
ベタシアン画像を中間転写体に描画し、上記条件によって転写を行い、転写された記録媒体上のベタ画像の上に、アート紙(特菱アート:三菱製紙製)を被せ、1.5kg/cm2 の加重圧力下にて5回往復で擦ったとき、色材の剥れ状態の目視による官能評価で評価した。また、エックスライト938によって擦り部分のシアンの光学濃度測定を擦り試験実施前と実施後に実施し、その測定結果から算出した色材残存率(擦り試験実施前のシアン濃度に対する実施後のシアン濃度の割合)のからも評価も併用した。本発明においては、色材残存率は90%以上が好ましい。
◎:色材残存率95%以上(擦った部分でまったく色材剥れがわからない)
○:色材残存率90%以上95%未満(擦った部分でほとんど色材剥れがわからず、見た目上問題ない)
△:色材残存率85%以上90%未満(擦った部分で色材剥れが認識されるが、許容範囲)
×:色材残存率85%未満(メディア表面の白地まで露出している部分があり、許容範囲外)
(画像光沢性)
ベタ画像を中間転写体に描画し、上記条件によって転写を行い、転写された記録媒体上のベタ画像の光沢性をJIS Z8741に準拠して、デジタル変角光沢度計(スガ試験機製、UGV−5D)を用いて、20度測定で測定し、その最小値を記録した。なお、本発明においては、20度光沢度は75以上が好ましい。
◎:80以上
○:75以上80未満
△:70以上75未満
×:70未満
図5の表に示す評価結果から分かるように、中間転写体上での画像乱れの評価において、ドット形状乱れが発生する場合、処理液とインクの吐出混合後、インク凝集体が十分な凝集性をもたないために、未反応の色材が転写体上で搬送中に流動してしまっていると考えられる。pH変化による凝集をメカニズムとする本発明(実施例)では、ドット形状に乱れは確認されなかった。
また、転写率が良いほど、転写不良や転写ムラなく良好な転写が実施できており、高速での転写適性があると判断できるが、本発明の条件(実施例)では転写率が良く、処理液とインクが混合してから転写部で記録媒体にインク凝集体として転写されるまでの間でインク凝集体に十分な内部凝集力が付与されていると考えられる。更に、溶媒除去の実施、転写部での(好ましくは樹脂の最低造膜温度以上での)加熱、記録媒体の樹脂の最低造膜温度以上での予備加熱をそれぞれに実施した場合、高速転写適性がさらに良好な結果になった。また複数の手段を併用すれば相乗効果により、一つの手段を単独で実施するよりもさらに良好な結果を得た。
そして、本発明の条件(実施例)では、見た目上問題ないレベル以上の定着性を得ることができている。溶媒除去の実施、転写部での(好ましくは樹脂の最低造膜温度以上での)加熱、記録媒体の樹脂の最低造膜温度以上での予備加熱をそれぞれに実施した場合、定着性がさらに良好な結果になった。また複数の手段を併用すれば相乗効果により、一つの手段を単独で実施するよりもさらに良好な結果を得た。
更に図5の評価結果を考察すると、十分な濃度の樹脂エマルジョンのインクを用いた場合において、優れた光沢性を画像に付与することができている。また、溶媒除去の実施することによりさらに良好な光沢性を得ることができた。これは溶媒除去によるインク凝集体中の樹脂微粒子の濃縮が効果的に作用したものと考えられる。また、転写部と記録媒体の樹脂の最低造膜温度以上での加熱の併用によってもさらに良好な光沢性を付与することができた。
以上、本発明の画像形成装置について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。
インクジェット記録装置の概略構成を示した模式図 記録ヘッドの吐出面を示した平面図 記録ヘッドの一部断面図(図2中3−3線に沿う断面図) インクジェット記録装置のシステム構成を示す要部ブロック図 実施例の説明図
符号の説明
10…インクジェット記録装置、12…中間転写体、14…処理液付与部、16…インク吐出部、18…転写部、20…溶媒除去部、22…クリーニング部、24…画像定着部、26…溶媒除去ローラー、30…記録ヘッド、30S…記録ヘッド(処理液用ヘッド)、30K、30C、30M、30Y…記録ヘッド(インク用ヘッド)、34…記録媒体、36…加圧ローラー、38…クリーニングローラー、40A、40B…定着ローラー、51…ノズル、52…圧力室、54…供給口、55…共通流路、56…振動板、58…圧電素子、80…プリント制御部、80a…吐出制御部、83…処理液用ヘッドドライバ、84…インク用ヘッドドライバ

Claims (10)

  1. インク像を担持する中間転写体と、
    該中間転写体上に処理液を付与する処理液付与部と、
    該処理液上にインクを吐出するインク吐出部と、
    前記中間転写体上に形成されたインク像の溶媒を除去する溶媒除去部と、
    前記中間転写体上に形成されたインク像を記録媒体に転写する転写部と、を備え、
    前記インクは、色材とイオン性基を有する樹脂エマルジョンを含み、
    前記処理液は、該インクと接触することによりpH変化を引き起こし、前記色材及び前記イオン性基を有する樹脂エマルジョンに凝集作用を生じさせるとともに、
    前記インクと前記処理液とのpH差が3以上であることを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記転写部には、加熱手段をもつことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記転写部における加熱温度が、前記イオン性基を有する樹脂エマルジョンの最低造膜温度(MFT)以上であることを特徴とする請求項に記載の画像形成装置。
  4. 前記転写部に搬送される前の前記記録媒体を、前記イオン性基を有する樹脂エマルジョンの最低造膜温度(MFT)以上に加熱することを特徴とする請求項1〜の何れか1に記載の画像形成装置。
  5. 前記イオン性基を有する樹脂エマルジョンの最低造膜温度(MFT)が70℃以下であることを特徴とする請求項1〜の何れか1に記載の画像形成装置。
  6. 前記画像形成装置には、前記転写部の下流側にクリーニング部を備えることを特徴とする請求項1〜5の何れか1に記載の画像形成装置。
  7. 前記クリーニング部には、クリーニングローラーが設けられていることを特徴とする請求項6に記載の画像形成装置。
  8. 前記クリーニングローラーの表面の線速は、前記中間転写体の表面の線速と速度差を設けることを特徴とする請求項7に記載の画像形成装置。
  9. 中間転写体上に形成されたインク像の溶媒を溶媒除去部で除去して、インク像を記録媒体に転写することで、該記録媒体上に画像を形成する中間転写型の画像形成装置に使用されるインクセットであって、
    色材とイオン性基を有する樹脂エマルジョンを含むインクと、
    前記インクと接触することによりpH変化を引き起こし、前記色材及び前記イオン性基を有する樹脂エマルジョンに凝集作用を生じさせる処理液と、を備え、前記インクと前記処理液とのpH差が3以上であることを特徴とするインクセット。
  10. 前記イオン性基を有する樹脂エマルジョンの最低造膜温度(MFT)が70℃以下であることを特徴とする請求項に記載のインクセット。
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