JP4927572B2 - 画像形成装置並びに画像形成方法 - Google Patents
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Description
記録液は色材を含んだ水性液体であるため、記録ヘッド吐出口が大気開放状態で長時間放置されると、記録液の目詰まりによる記録液の不吐出が生じやすい。これは吐出口部における記録液の水分蒸発により、記録液が増粘もしくは色材の析出や凝集によるものであると考えられる。
特許文献1では、記録ヘッドの吐出口形成面の清掃性は、ヘッドのノズル形成面における記録液や異物の付着状態や、記録液物性およびワイパーブレードにおける拭取部の吐出形成面に対する接触量などに依存するとして、複数枚の特性の異なるワイパーブレードを設けている。
特許文献2では、全吐出口を一括して同時に吸引して記録液を排出させる機構を有する記録装置において、記録液の乾燥防止と記録液の吸引を兼ねた吸引キャップを用いて蒸発する記録液に対して吸引排出が良好な状態で行える記録液セットが提案されている。
本発明の課題は、吐出口やその周辺での記録液の乾燥を防止する機構を装備し、記録液の乾燥を抑制することにより、吐出不良を起こさない画像形成装置並びに画像形成方法を提供することにある。
(1)24℃、70%RHの環境下で40日間放置したときの粘度が10.0mPa・s以下であり、且つ水の乾燥速度を100%としたときの乾燥速度が70%以下の水性記録液を記録ヘッドから飛翔させて、記録媒体に画像を形成する画像形成装置であって、非画像形成時に前記記録ヘッドの記録液吐出口を塞ぐためのキャップを備え、該キャップの内部には前記吐出口に当接する吸液体が設けられ、該吸液体には、湿潤液添加ノズルにより添加される湿潤液が含侵されており、該湿潤液は、前記記録液の初期粘度との粘度差が3mPa・s以下であり、少なくとも水溶性有機溶剤を5重量%以上含有していることを特徴とする画像形成装置。
(2)前記記録ヘッドは複数の記録液吐出口を有し、前記キャップはこれら複数の記録液吐出口を一括して同時に塞ぐ大きさを有する(1)に記載の画像形成装置。
(3)前記キャップは、その内縁部の全周にわたって弾性体からなるシール部材が形成されていることを特徴とする(1)または(2)に記載の画像形成装置。
(4)前記吸液体の表面をクリーニングするためのクリーニング装置を備えたことを特徴とする(1)に記載の画像形成装置。
(5)前記記録ヘッドは、複数のドット形成部からなり、該ドット形成部は加圧室とそれに連通する前記記録液吐出口を有し、前記加圧室は基板と内部に共通電極が形成された圧電素子とから構成されており、前記圧電素子に駆動電圧を印加するための個別電極が前記圧電素子の前記加圧室に対向する位置に配設されていることを特徴とする(1)に記載の画像形成装置。
(6)前記記録ヘッドを、記録媒体の搬送方向に対して直交し、記録媒体と略平行な方向に複数個配置してなることを特徴とする(1)に記載の画像形成装置。
(7)24℃、70%RHの環境下で40日間放置したときの粘度が10.0mPa・s以下であり、且つ水の乾燥速度を100%としたときの乾燥速度が70%以下の水性記録液を記録ヘッドから飛翔させて、記録媒体に画像を形成する画像形成方法であって、非画像形成時に前記記録ヘッドをキャップでキャッピングすると共に、前記キャップ内部に備えた吸液体を前記記録ヘッドの記録液吐出口に当接させ、前記記録液吐出口に残った記録液を吸収させると共に、画像形成時には前記キャップが記録ヘッドから離脱して、該記録ヘッドが記録媒体に画像を形成する方法であり、前記吸液体には、湿潤液添加ノズルにより添加される湿潤液が含侵されており、該湿潤液は、前記記録液の初期粘度との粘度差が3mPa・s以下であり、少なくとも水溶性有機溶剤を5重量%以上含有していることを特徴とする画像形成方法。
図1(a)は、本発明に係る画像形成装置の画像形成時における概略模式図であり、図1(b)は非画像形成時における概略模式図である。図2(a)は、湿潤液添加ノズルにより湿潤液を吸液体に添加する状態を示す概略模式図であり、図2(b)は、吸液体への湿潤液の添加後、湿潤液添加ノズルを戻して記録ヘッドをキャッピングした状態を示す概略模式図である。図3は図2でクリーニング装置を示した概略模式図である。
非画像形成時は、図1(b)に示すように、前記キャップ22は駆動部30により駆動され、記録ヘッド21の記録液吐出口を塞ぐのがよい。このとき、図2(b)に示すように、湿潤液添加ノズル24は駆動前の状態に戻される。
なお、キャッピングは、長期間使用しない場合のみのキャッピングでもよい。この場合、キャピングはユーザーが駆動ボタンを操作してもよいし、あるいは電源オフ時に自動的にキャッピングされるようにしてもよい。また、使用するときには電源オン時に自動的に前記キャップ22が記録ヘッド21から隔離するようにするのがよい。
なお、前記水性記録液の水性とは、水を溶媒とする溶液を意味する。
なお、前記クリーニング装置40を駆動させ前記支柱を回転させる手段は公知の技術を用いて作製することができる。
本発明における水性記録液は、24℃、70%RHの環境下で40日間放置したときの粘度が10.0mPa・s以下であり、且つ水の乾燥速度を100%としたときの乾燥速度が70%以下である。粘度および乾燥速度が前記範囲内であれば、記録液の吐出性は良好なものとなる。しかし、40日間放置後の粘度が10.0mPa・sを超えると、増粘により記録ヘッド21の吐出口に残った記録液を前記吸液体23が吸収し難くなり、目詰まりを起こして記録液の吐出性が悪くなるおそれがある。また、乾燥速度が70%を超えると記録液が乾燥されやすくなるので吐出性が悪くなるおそれがある。
前記粘度および乾燥速度は、例えばグリセリン等の水溶性溶剤の添加量を調整することにより調整することができる。
なお、上記で湿度70%環境下としたのは、前記記録ヘッド21を本発明のキャップ22にてキャッピングしたときの、キャップ22内部の空間領域の湿度が温度24℃で70%であったことに基づいている。また、前記水性記録液の水性とは、水を溶媒とする溶液を意味する。
着色剤の記録液全量に対する含有量としては、1〜10wt(質量)%が好ましく、さらに好ましくは、3〜7wt%である。
水溶性樹脂の記録液全量に対する含有量としては、0.1〜10wt%が好ましく、さらに好ましくは、1〜5wt%である。これらの水溶性樹脂は、二種類以上併用することも可能である。
本発明の顔料分散体は、分散時での異物やゴミ、粗大粒子等を除去するために遠心分離装置を使用したり、フィルターをして濾過することも好ましく行われる。
水溶性有機溶剤の記録液全量に対する含有量としては、10〜60wt(質量)%、好ましくは、15〜45wt%である。
また、水溶性有機溶剤を前記湿潤液に使用する場合、水溶性有機溶剤の水との合計量に対する湿潤液の含有量としては1〜40wt%、好ましくは5〜30wt%である。
本発明の記録ヘッド21(以下で、圧電インクジェット記録ヘッドともいう。)の一例において、図4に積層圧電素子8と個別電極9とを含む圧電アクチュエータを取り付ける前の状態を示す。
図の例における圧電インクジェット記録ヘッド21は、1枚の基板1上に、加圧室2とそれに連通する吐出口3とを含むドット形成部を複数個、配列したものである。
また図5(a)は、上記例の圧電インクジェット記録ヘッド21において、圧電アクチュエータを取り付けた状態での、1つのドット形成部を拡大して示す断面図、図5(b)は1つのドット形成部を構成する各部の重なり状態を示す透視図である。図6は図5(a)の吐出口3付近の拡大図である。
各ドット形成部は、基板1の、図5(a)において上面側に形成した、矩形部の幅方向の中央部に中心を有し、径が幅長さと等しく、かつ水平断面形状が半円形である端部を前記矩形部の長手方向の両端に備えた、平板形状を有する加圧室2と、上記基板1の下面側の、加圧室2の一端側の端部の半円と中心が同じで円錐台形の吐出口3とを、前記端部の半円と中心が同じで同径の円柱形の記録液流路4を介して連通させると共に、上記加圧室2の他端側の端部の半円と中心が同じである円柱形の供給口5を介して、加圧室2を、基板1内に、各ドット形成部と連通させるように形成した共通流路6に繋ぐ構成となっている。
また吐出口3は、図6に示すように、記録液滴吐出側の先端の開口30を、基板1の下面側である第4基板1dの下側の表面1eに円形に形成してある。それと共に吐出口3は、この先端側の開口30が、加圧室2側の開口31よりも小さくなるように、テーパー状(円錐状)に形成してある。
記録液(A)は所定のマゼンタ顔料分散液を使用して作製した。
マゼンタ顔料分散液は、色材としてC.I.ピグメントレッド122を使用し、水溶性樹脂を使用して以下の組成を有する。
C.I.ピグメントレッド122 30wt%
ジョンクリル61(アクリルースチレン系樹脂、ジョンソン社製) 30wt%
グリセリン 10wt%
イオン交換水 45wt%
これらの成分を混合し、0.5mmのジルコニアビーズを使用し、ボールミルにて平均粒子径が100nmになるまで分散した。平均粒子径は、顔料分散液をイオン交換水にて5倍希釈し、動的光散乱式粒径分布測定装置(HORIBA社製、LB−550)にて確認した。
水および記録液の乾燥速度の測定方法は、以下の通りである。先ず、温度24℃、湿度70%RH(相対湿度)の環境下で、水100mlを内径47mmの容器に入れ、重量を秤量する。そして、これを、温度24℃、湿度70%RHの環境下に40日間放置して水を蒸発させる。その後、蒸発した水が残留している容器を、温度24℃、湿度70%RHの環境下で重さを測定する。この値と、蒸発処理前の重さの値とから、単位時間あたりの水の蒸発量(乾燥速度)を算出する。記録液についても、水と同様にして、乾燥速度を算出し、前記水の乾燥速度に対する割合(%)を求めた。
水および記録液の粘度は、振動式粘度計(株式会社エー・アンド・ディ製、SV−10)を用いて測定した。
図4および図5(a)、(b)に示す構造を有し、各部位が以下に示す寸法を有する記録ヘッド21を作製した。
(1)加圧室2:面積0.2mm2、幅2200μm、深さ100μm
(2)記録液流路4:直径200μm、長さ800μm
(3)供給口5:直径30μm、長さ40μm
(4)吐出口3:長さ30μm、記録液吐出側の開口30;半径10μmの円、加圧室2側の開口31の形状;20μmの円
上記各部位から構成されるドット形成部を、1列あたり166個、全体を4列として計664個を基板1上に配列し、長さ162mm、幅22mm、厚さ4mmの記録ヘッド21を得た。なお、同一列内のドット形成部間のピッチは150dpiとし、また隣り合う各列を1/2ピッチずつずらすことで、全体として600dpiとした。
図2に示すように、長さ170mm、幅30mm、深さ30mmで、厚み3mmのアルミからなる箱形のキャップ22を用いた。
シール部材26としては、SP値7.4のシリコーンゴムを用いた。またワイパーブレード41としてもシリコーンゴムを用いた。
また、キャップ内部の吸液体23は、アイオン社製のソフラス(登録商標)を用いた。
前記で得られた記録液および記録ヘッド21を使用して、前記キャップ22を画像形成装置に装備し評価を行った。
湿潤液は、イオン交換水にグリセリンを5、10、20wt(重量)%含有させたもの3種類を使用した。これを吸液体23にそれぞれ10ml含浸させた。
そして、25℃、50%RH環境下にて前記記録液を記録ヘッド21に充填した後、前記キャップ22を前記記録ヘッド21にキャッピングし、吸液体23が前記記録ヘッド21吐出面27に当接した状態で画像形成装置を1ヶ月放置した。その後、前記キャップ22を離脱させ、タンクから記録ヘッド21にギヤポンプを使用し、圧力100kPaにて記録ヘッド21の1本につき記録液5mlをパージした。そして、前記記録ヘッド21の吐出面27をワイパーブレード41により幅方向にワイピングした後、駆動周波数15kHzにて1ドット9スペースで、即ち1ドット打って9ドット分スペースをあけてドットを形成することを繰り返してライン(縦線)を7本印画し、不吐出の確認とライン間の幅を測定した。なお、不吐出の確認は目視により行った。また、前記縦線の印画は1回行った。そして、得られたライン間の幅を、ドットアナライザー(王子計測機器社製DA−6000)を用いて測定し、測定されたライン間の幅について、平均ライン間の幅を求め、これに対する誤差を求めた。
印画した結果を以下のように評価した。
◎:不吐出がなく、ライン間幅の誤差が±15μm未満である。
○:不吐出がなく、ライン間幅の誤差が±15μm以上±20μm未満である。
△:不吐出がなく、ライン間幅の誤差が±20μm以上、±450μm未満である。
×:不吐出がある。
評価結果を表2に示す。なお、試料13〜16は、キャップ22に吸液体23を用いない以外は、試料1〜4と同様の条件であった。
表2に示すように、吸液体23を有するキャップ22を用いた場合、記録ヘッド21の不吐出はなく、吐出不良は生じていない(試料No.1〜12)。また、記録液の初期粘度と湿潤液の粘度との差が小さい程、ライン間幅の誤差が小さくなることが分かった。
一方、キャップ22に吸液体23を用いない試料No.13〜16の場合、記録ヘッド21の不吐出があり、吐出不良が生じた。また、ライン間幅の誤差も±450μmを大きく超えた。
2 加圧室
3 吐出口
4 記録液流路
5 供給口
6 共通流路
7 共通電極
8 圧電素子
9 個別電極
11 ジョイント部
12 撥水層
21 記録ヘッド
22 キャップ
23 吸液体
24 湿潤液添加ノズル
25 吸引ポンプ
26 シール部材
40 クリーニング装置
Claims (7)
- 24℃、70%RHの環境下で40日間放置したときの粘度が10.0mPa・s以下であり、且つ水の乾燥速度を100%としたときの乾燥速度が70%以下の水性記録液を記録ヘッドから飛翔させて、記録媒体に画像を形成する画像形成装置であって、非画像形成時に前記記録ヘッドの記録液吐出口を塞ぐためのキャップを備え、該キャップの内部には前記吐出口に当接する吸液体が設けられ、
該吸液体には、湿潤液添加ノズルにより添加される湿潤液が含侵されており、該湿潤液は、前記記録液の初期粘度との粘度差が3mPa・s以下であり、少なくとも水溶性有機溶剤を5重量%以上含有していることを特徴とする画像形成装置。 - 前記記録ヘッドは複数の記録液吐出口を有し、前記キャップはこれら複数の記録液吐出口を一括して同時に塞ぐ大きさを有する請求項1記載の画像形成装置。
- 前記キャップは、その内縁部の全周にわたって弾性体からなるシール部材が形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の画像形成装置。
- 前記吸液体の表面をクリーニングするためのクリーニング装置を備えたことを特徴とする請求項1記載の画像形成装置。
- 前記記録ヘッドは、複数のドット形成部からなり、該ドット形成部は加圧室とそれに連通する前記記録液吐出口を有し、前記加圧室は基板と内部に共通電極が形成された圧電素子とから構成されており、前記圧電素子に駆動電圧を印加するための個別電極が前記圧電素子の前記加圧室に対向する位置に配設されていることを特徴とする請求項1記載の画像形成装置。
- 前記記録ヘッドを、記録媒体の搬送方向に対して直交し、記録媒体と略平行な方向に複数個配置してなることを特徴とする請求項1記載の画像形成装置。
- 24℃、70%RHの環境下で40日間放置したときの粘度が10.0mPa・s以下であり、且つ水の乾燥速度を100%としたときの乾燥速度が70%以下の水性記録液を記録ヘッドから飛翔させて、記録媒体に画像を形成する画像形成方法であって、非画像形成時に前記記録ヘッドをキャップでキャッピングすると共に、前記キャップ内部に備えた吸液体を前記記録ヘッドの記録液吐出口に当接させ、前記記録液吐出口に残った記録液を吸収させると共に、画像形成時には前記キャップが記録ヘッドから離脱して、該記録ヘッドが記録媒体に画像を形成する方法であり、前記吸液体には、湿潤液添加ノズルにより添加される湿潤液が含侵されており、該湿潤液は、前記記録液の初期粘度との粘度差が3mPa・s以下であり、少なくとも水溶性有機溶剤を5重量%以上含有していることを特徴とする画像形成方法。
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