JP7395270B2 - 画像記録装置及び画像記録方法 - Google Patents
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Description
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。
図1は、本実施形態に適用可能なインクジェット記録装置10(以下、単に記録装置ともいう)の構成を説明するための図である。4列のノズル列を備えた記録ヘッド5と光学センサ7が搭載されたキャリッジ1は、キャリッジモータの駆動力がベルト6を介して伝達されることによって、図のX方向に往復方向へ複数回走査(移動)する。キャリッジ1と被記録媒体2との相対移動において、記録ヘッド5からインクが吐出されることにより、プラテン4上に支持された被記録媒体2に画像が記録される。1回の記録走査が終了すると、被記録媒体2は、1走査分の記録幅に対応した距離を、図中、X方向と交差するY方向に搬送される。このような記録走査と搬送動作を複数回交互に繰り返すことにより、被記録媒体2に画像が記録される。
図2は、本実施形態のインクジェット記録システムの制御構成を示すブロック図である。本実施形態のインクジェット記録システムは、画像供給装置30、画像処理装置20およびインクジェット記録装置10によって構成される。
図3は、記録ヘッド5を吐出口面側から見た図である。記録ヘッド5には、カラーインクを吐出するための3列のカラーノズル列301、302、303と、メタリックインクを吐出するための1列のメタリックノズル列304がX方向に並列に配置されている。ノズル列301~304のそれぞれには、インク滴を吐出するための吐出口(ノズル)が1200dpiのピッチで図のY方向に配列されている。各吐出口には、インク滴を吐出するための記録素子が設けられている。本図では、例として16個並んでいる。カラーノズル列301は、シアン(C)のインク滴を吐出するシアンノズル列、カラーノズル列302は、マゼンタ(M)のインク滴を吐出するマゼンタノズル列、カラーノズル列303は、イエロー(Y)のインク滴を吐出するイエローノズル列である。メタリックノズル列304は、メタリック(Me)のインク滴を吐出するためのノズル列である。尚、本実施形態では、吐出口が配列された方向を被記録媒体2が搬送される方向と同じY方向としたが、記録ヘッド5の走査の方向と交差する方向であれば、必ずしも同じ方向でなくてもよい。
図4は、画像処理装置20が画像供給装置30から受信する画像データの一例である。本実施形態では、1つの画像につき、3色のカラーインクを用いて記録するためのカラー画像データと、メタリックインクを用いて記録するためのメタリック画像データの2つの画像データを受信する。カラー画像データは、sRGB等の規格化された色空間を表現するための、R(レッド)、G(グリーン)およびB(ブルー)が各8bitの3次元のカラー画像である。一方、メタリック画像データは、メタリックインクの光沢の程度を示す8bitの1次元のグレー画像である。カラー画像データの画像サイズとメタリック画像データの画像サイズは同じであり、両方の画像データにおいて画像が存在する領域が、記録時にメタリックカラー部として表現される領域である。本実施形態では、1枚の被記録媒体に対して複数の画像を割り付けて記録するため、各画像について2つの画像データを受信する。
図5は、画像処理装置主制御部108において行われる画像処理を説明するためのフローチャートである。本処理は、画像処理装置主制御部108に備えられたCPUにより、ROMに記憶されたプログラムに従って実行される。
次に、本実施形態で用いられる、金属粒子を含有したメタリックインクを構成する各成分について説明する。
<金属粒子>
インク中の金属粒子の含有量(質量%)は、インク全質量を基準として、0.1質量%以上30.0質量%以下であることが好ましく、1.0質量%以上15.0質量%以下であることがさらに好ましい。
本実施形態に用いられる銀粒子は銀を主成分とする粒子であって、銀粒子における銀の純度は50質量%以上であればよい。例えば、副成分として、他の金属、酸素、硫黄、炭素等を含んでもよく、合金であってもよい。
銀粒子の分散方式は特に限定されない。例えば、界面活性剤により分散させた銀粒子、分散樹脂により分散させた樹脂分散銀粒子、などを用いることができる。勿論、分散方式の異なる金属粒子を組み合わせて使用することも可能である。
本実施形態に用いられる銀粒子含有インクは、よりバランスのよい吐出安定性を得るために、インク中に界面活性剤を含有することが好ましい。界面活性剤は、上述のアニオン性、非イオン性、カチオン性、両イオン性活性剤を用いることができる。
本実施形態に用いられる銀粒子含有インクには、水及び水溶性有機溶剤を含有する水性媒体を用いることが好ましい。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10質量%以上50質量%以下、より好ましくは20質量%以上50質量%以下とする。また、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質量%以上88質量%以下とすることが好ましい。
本実施形態に用いられる銀粒子含有インクは、必要に応じて、pH調整剤、防錆剤、防腐剤、防黴剤、酸化防止剤、還元防止剤、添加樹脂及び蒸発促進剤等の種々の添加剤を含有してもよい。
<染料>
本実施形態において、染料含有インクは、被記録媒体に先行して付与された銀粒子含有インクによって形成された銀層上に付与される。そして、銀層上で染料含有インク中の染料が凝集して銀層上に残ることで、所望の色彩を呈するメタリックカラー画像が得られる。カラーインクの色材として染料を用いることで、透明性のあるメタリックカラー画像を得ることができる。
(式(1)において、λはX線の波長、dは粒子間の距離、θは散乱角である。)
また、ここで算出されるd値は一定間隔で配列している粒子の中心から中心までの距離と考えられている。本方法で測定されるd値は、分子集合体の大きさを示す指標と考えられ、d値が大きいほど、染料分子が形成する分子集合体の大きさが大きくなっているものと考えられる。
水性媒体及びその他の成分については、銀粒子含有インクと同様の成分を用いることができる。
本実施形態の水性インクの25℃における粘度は、1.0mPa・s以上5.0mPa・s以下である。粘度が5.0mPa・sを超えると、連続印字においてノズル孔へのインク供給が不十分となる場合があり、安定的な吐出が行えない場合がある。より好ましくは3.0mPa・s以下である。
本実施形態において用いる被記録媒体は、基材と、少なくとも1層のインク受容層とを有し、インクジェット記録方式用の被記録媒体であることが好ましい。以下、被記録媒体を構成する各成分について説明する。
基材としては、基紙のみから構成されるものや、基紙と樹脂層を有するもの、即ち、基紙が樹脂で被覆されているものが挙げられる。本実施形態においては、基紙と樹脂層を有する基材を用いることが好ましい。その場合、樹脂層は、基紙の片面のみに設けられていてもよいが、両面に設けられていることが好ましい。
基紙は、木材パルプを主原料とし、必要に応じてポリプロピレンなどの合成パルプや、ナイロンやポリエステルなどの合成繊維を加えて抄紙される。木材パルプとしては広葉樹晒クラフトパルプ(LBKP)、広葉樹晒サルファイトパルプ(LBSP)、針葉樹晒クラフトパルプ(NBKP)、針葉樹晒サルファイトパルプ(NBSP)が挙げられる。さらに広葉樹溶解パルプ(LDP)、針葉樹溶解パルプ(NDP)、広葉樹未晒クラフトパルプ(LUKP)、針葉樹未晒クラフトパルプ(NUKP)なども挙げられる。これらは、必要に応じて1種又は2種以上を用いることができる。木材パルプの中でも短繊維成分の多いLBKP、NBSP、LBSP、NDP、LDPを用いることが好ましい。パルプとしては、不純物の少ない化学パルプ(硫酸塩パルプや亜硫酸塩パルプ)が好ましい。紙基材中には、サイズ剤、白色顔料、紙力増強剤、蛍光増白剤、水分保持剤、分散剤、柔軟化剤などを適宜添加してもよい。
基紙が樹脂で被覆されている場合は、樹脂層は基紙の表面の一部を被覆するように設けられていればよいが、樹脂層の被覆率(樹脂層で被覆された基紙の表面の面積/基紙の表面の全面積)が70%以上であることが好ましい。90%以上であることがより好ましく、更には、100%であること、即ち、基紙の表面の全面が樹脂層で被覆されていることが特に好ましい。
本実施形態において、インク受容層は単層でもよいし、2層以上の複層でもよい。また、インク受容層は、上記基材の片面のみに設けられてもよく、両面に設けられてもよい。本実施形態のインク受容層は染料定着剤を含有している。以下、インク受容層に含有することができる材料及び染料定着剤について説明する。
本実施形態において、インク受容層は無機粒子を含有することが好ましい。無機粒子の平均一次粒子径は、50nm以下が好ましい。更には、1nm以上30nm以下がより好ましく、3nm以上10nm以下が特に好ましい。無機粒子の平均一次粒子径は、電子顕微鏡によって観察したときの無機粒子の一次粒子の投影面積と等しい面積を有する円の直径の数平均粒子径である。このとき、少なくとも100点以上で測定を行う。
一般式(X):Al2O3-n(OH)2n・mH2O
(一般式(X)中、nは0、1、2、又は3であり、mは0以上10以下、好ましくは0以上5以下である。ただし、mとnは同時に0にはならない。)
により表されるものを好適に用いることができる。尚、mH2Oは、多くの場合、結晶格子の形成に関与しない脱離可能な水相を表すものであるため、mは整数でなくてもよい。また、アルミナ水和物を加熱するとmは0となり得る。
一般式(Y):R-SO3H
(一般式(Y)中、Rは水素原子、炭素数1以上4以下のアルキル基、炭素数1以上4以下のアルケニル基の何れかを表す。Rは、オキソ基、ハロゲン原子、アルコキシ基、及びアシル基で置換されていてもよい。)
で表されるスルホン酸を用いることが、画像の滲みを抑制する効果が得られるため好ましい。本実施形態においては、上記酸の含有量は、アルミナ水和物及びアルミナの合計の含有量に対して、1.0質量%以上2.0質量%以下であることが好ましく、1.3質量%以上1.6質量%以下であることがより好ましい。
本実施形態において、インク受容層はバインダーを含有することが好ましい。本実施形態において、バインダーとは、無機粒子を結着し、被膜を形成することができる材料を意味する。
本実施形態において、インク受容層は更に架橋剤を含有することが好ましい。架橋剤としては、例えば、アルデヒド系化合物、メラミン系化合物、イソシアネート系化合物、ジルコニウム系化合物、アミド系化合物、アルミニウム系化合物、ホウ酸、及びホウ酸塩などが挙げられる。これらの架橋剤は、必要に応じて1種又は2種以上を用いることができる。特にバインダーとしてポリビニルアルコールやポリビニルアルコール誘導体を用いる場合は、上記した架橋剤の中でも、ホウ酸やホウ酸塩を用いることが好ましい。
本実施形態のインク受容層は、染料定着剤を含有する。本実施形態における染料定着剤とは、染料を含有する水性染料含有インクを凝集することができる材料を意味する。染料定着剤としては、例えば1~4級アミン又はこれらの誘導体等を単量体とするポリマー(重合体)、ポリ塩化アルミニウム、ジルコニウム化合物などが挙げられる。1~4級アミンの代表的なものを列挙すれば、1級アミンはメチルアミン、エチルアミン、エチレンジアミン、アリルアミンなど、2級アミンはジメチルアミン、ジエチルアミン、ジアリルアミン、ジシアンジアミド、ジメチレントリアミン、ジエチレントリアミンなど、3級アミンはトリメチルアミン、トリエチルアミンなど、4級アミンはジアリルジメチルアンモニウムなどが挙げられる。これらの1~4級アミンの誘導体等を単量体とするポリマーは、1種の単量体の重合体でもよく、複数種の単量体の共重合体でもよい。1~4級アミンの誘導体等を単量体とするポリマーは、遊離型であってもよいし、塩型であってもよい。塩型の場合、塩の種類については特に制限はなく、例えば塩酸塩、硫酸塩、硝酸塩、亜硫酸塩、リン酸塩などの無機酸塩、ギ酸塩、酢酸塩、プロピオン酸塩、メタンスルホン酸塩、p-トルエンスルホン酸塩などの有機酸塩が挙げられる。また、塩型の場合は、完全な塩の形であってもよいし、部分塩の形であってもよい。ジルコニウム化合物の代表的なものを列挙すれば、塩酸ジルコニウム、硫酸ジルコニウム、硝酸ジルコニウム、酢酸ジルコニウムなどが挙げられる。
本実施形態における染料定着力は上述の方法を用いたが、次の例でもよい。例えば濁度計を用いた濁度値の変化割合から算出する方法や、ヘーズメーターを用いたヘーズ値の変化割合から算出する方法などが挙げられ、水性染料インクが凝集した割合を算出できればどのような方法であっても良く、特に限定されない。
本実施形態において、インク受容層は、これまで述べてきたもの以外のその他の添加剤を含有してもよい。具体的には、pH調整剤、増粘剤、流動性改良剤、消泡剤、抑泡剤、界面活性剤、離型剤、浸透剤、着色顔料、着色染料、蛍光増白剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、防腐剤、防黴剤、耐水化剤、染料定着剤、硬化剤、耐候材料などが挙げられる。
本実施形態においては、基材とインク受容層との密着性を向上する目的で、基材とインク受容層との間に、下塗り層を設けてもよい。下塗り層は、水溶性ポリエステル樹脂、ゼラチン、ポリビニルアルコールなどを含有することが好ましい。下塗り層の膜厚は、0.01μm以上5μm以下が好ましい。
本実施形態においては、基材のインク受容層が設けられる面とは反対側の面に、ハンドリング性、搬送適性、多数枚積載での連続印字時の耐搬送擦過性を向上する目的でバックコート層を設けてもよい。バックコート層は、白色顔料やバインダーなどを含有することが好ましい。バックコート層の膜厚は、乾燥塗工量が、1g/m2以上25g/m2以下となるようにすることが好ましい。
次に、本実施形態において用いられるメタリックインクの被記録媒体上でのドット形成状態、及び、メタリックインク中の金属粒子が膜を形成する過程について説明する。以下では、メタリックインクとして、金属粒子としてナノオーダーサイズの粒径の銀粒子を溶剤内に分散された状態で含有する銀ナノインク(以下、「銀インク」とも表記する)を例に説明する。
次に、本実施形態の特徴構成である、メタリックカラー画像を形成するメカニズムについて説明する。ここでは、染料定着材を含有する受容層を有する被記録媒体上に、メタリックインクを用いたメタリック層を形成し、メタリック層上にカラーインクを用いた着色層を形成する。
図12(a)は、記録ヘッド5に設けられたノズル列(記録素子列)の配置と、実際にインクを吐出するノズルを示す模式図である。前述したように、メタリックカラー画像を表現するためには、メタリックインクを付与した後にカラーインクを付与する必要があり、さらに、一定値以上の付与時間差を設ける必要がある。本図では、説明の容易さを考慮し、各インク色がそれぞれ1回の走査で画像を記録する方法を例に説明する。
次に、第2の実施形態について説明する。第2の実施形態では、カラーインクの使用ノズルの設定が、全色ともY方向に重複して設定されている。また、各カラーインクは3回の記録走査で画像を形成する3パス記録を実行するが、その際にインク毎の各記録走査における付与比率を異ならせる。尚、記録装置及びインクについては第1の実施形態と同様である。
次に、第3の実施形態について説明する。図18は、本実施形態の記録ヘッドを用いた記録動作を示した模式図である。記録ヘッド103には、ノズル配列方向に沿ってメタリックインクを付与するためのノズル、シアンインクを付与するためのノズル、イエローインクを付与するためのノズル、マゼンタインクを付与するためのノズルが重複して配列されている。そして、ノズル配列方向と交差する搬送方向に搬送される被記録媒体に対して画像が記録される、いわゆるフルマルチタイプの記録方式である。メタリックインクのノズル列とシアンインクのノズル列との距離は、カラーインクの各ノズル列間の距離よりも長い。このメタリックインクのノズル列とシアンインクのノズル列の距離により、メタリックインクとカラーインクとの付与時間差が設けられている。さらに、カラーインクについては、凝集性の高い順、すなわちシアンインク、イエローインク、マゼンタインクの順に付与される。これにより、マゼンタインクが最後に付与されるため、色材が被記録媒体内部に浸透することによる発色低下を抑制することができる。
尚、カラーインクの使用ノズルをY方向において重複させるように設定し、さらに各パスの比率も異ならせるよう設定することも可能である。また、カラーインクとしてC(シアン)、M(マゼンタ)、Y(イエロー)の3色を用いたが、他にもK(ブラック)、Gy(グレー)、Lc(ライトシアン)、Lm(ライトマゼンタ)を用いてもよい。更に特色としてR(レッド)、G(グリーン)、B(ブルー)等のインクを用いても良い。これらの場合でも、染料定着材との反応性が低いインクは、染料定着材との反応性が高いインクよりも後に付与するようにタイミングすることで、発色低下を抑制することができる。
2 被記録媒体
5 記録ヘッド
10 記録装置
20 画像処理装置
101 記録装置主制御部
Claims (17)
- 染料を凝集させるための染料定着材を含有する受容層を有する被記録媒体を搬送方向に搬送する搬送手段と、
金属粒子を含有するメタリックインクを付与するための複数のノズルが並ぶメタリックノズル列と、染料の色材を含有する第1のカラーインクを付与するための複数のノズルが並ぶ第1のカラーノズル列と、染料の色材を含有し且つ被記録媒体に含有される染料定着材に対する反応性が第1のカラーインクよりも低い第2のカラーインクを付与するための複数のノズルが並ぶ第2のカラーノズル列とを有し、前記搬送方向と交差する走査方向に相対移動する記録走査において被記録媒体にインクを付与する記録ヘッドと、
メタリックインク、第1のカラーインク及び第2のカラーインクを重ねて付与することにより形成されるメタリックカラー画像を含む画像データに基づき、被記録媒体上への前記記録ヘッド及び前記搬送手段を用いた画像の記録動作を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
メタリックカラー画像が形成される被記録媒体上の領域に対して、メタリックインクのみを付与する第1の記録走査を実行し、前記第1の記録走査よりも後にメタリックインクを付与せずに第1のカラーインクを付与する第2の記録走査を実行し、前記第2の記録走査よりも後にメタリックインクを付与せずに第2のカラーインクを付与する第3の記録走査を実行するように、前記記録動作を制御し、
連続する2回の記録走査の間に、被記録媒体を前記搬送方向に搬送することを特徴とする画像記録装置。 - 前記第3の記録走査において前記第1のカラーインクは付与されないことを特徴とする請求項1に記載の画像記録装置。
- 前記第2の記録走査において前記第2のカラーインクは付与されないことを特徴とする請求項1または2に記載の画像記録装置。
- メタリックカラー画像が形成される被記録媒体上の領域に対する前記記録ヘッドの最後の記録走査では、前記第2のカラーインクのみが付与されることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の画像記録装置。
- 前記制御手段は、メタリックカラー画像が形成される被記録媒体上の領域に対して、前記第1の記録走査と前記第2の記録走査の間に、いずれのインクも付与されない記録走査を実行するように、前記記録動作を制御することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の画像記録装置。
- 前記メタリックノズル列において前記第1の記録走査においてメタリックインクを付与する複数のノズルは、前記第1のカラーノズル列において前記第2の記録走査において第1のカラーインクを付与する複数のノズルよりも前記搬送方向において上流側に位置し、
第1のノズルは、前記第1のカラーノズル列において前記第2の記録走査において第1のカラーインクを付与する複数のノズルの中で前記搬送方向において最も下流側に位置するノズルであり、
第2のノズルは、前記第2のカラーノズル列において前記第3の記録走査において第2のカラーインクを付与する複数のノズルの中で前記搬送方向において最も下流側に位置するノズルであり、
前記搬送方向において、前記第1のノズルは前記第2のノズルよりも上流側に位置することを特徴とする請求項1に記載の画像記録装置。 - 第3のノズルは、前記第2のカラーノズル列において前記第3の記録走査において第2のカラーインクを付与する複数のノズルの中で前記搬送方向において最も上流側に位置し、
前記搬送方向において、前記第1のノズルは前記第3のノズルよりも上流側に位置することを特徴とする請求項6に記載の画像記録装置。 - 前記メタリックノズル列と、前記第1のカラーノズル列と、前記第2のカラーノズル列は、前記走査方向に沿って配置され、
前記第1の記録走査においてメタリックインクを付与するノズルは前記メタリックノズル列の複数のノズルの一部であり、
前記第2の記録走査において第1のカラーインクを付与するノズルは前記第1のカラーノズル列の複数のノズルの一部であり、
前記第3の記録走査において第2のカラーインクを付与するノズルは前記第2のカラーノズル列の複数のノズルの一部であることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の画像記録装置。 - メタリックカラー画像が形成される被記録媒体上の領域に対して付与すべき第1のカラーインクの全量のうち1/2以上が、前記第2の記録走査において付与されることを特徴とする請求項1に記載の画像記録装置。
- メタリックカラー画像が形成される被記録媒体上の領域に対して付与すべき第2のカラーインクの全量のうち1/2以上が、前記第3の記録走査において付与されることを特徴とする請求項1または9に記載の画像記録装置。
- 前記制御手段は、前記第2の記録走査の前に、複数回の前記第1の記録走査を実行することを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の画像記録装置。
- 前記制御手段は、前記第3の記録走査の前に、複数回の前記第2の記録走査を実行することを特徴とする請求項1から11のいずれか1項に記載の画像記録装置。
- 前記制御手段は、複数回の前記第3の記録走査を実行することを特徴とする請求項1から12のいずれか1項に記載の画像記録装置。
- 前記メタリックノズル列と、前記第1のカラーノズル列と、前記第2のカラーノズル列は、前記搬送方向において重複せずに配置されていることを特徴とする請求項1に記載の画像記録装置。
- 第1のカラーインクはイエローインクもしくはシアンインクであり、第2のカラーインクはマゼンタインクであることを特徴とする請求項1から14のいずれか1項に記載の画像記録装置。
- メタリックインクが含有する金属粒子は銀粒子であることを特徴とする請求項1から15のいずれか1項に記載の画像記録装置。
- 染料を凝集させるための染料定着材を含有する受容層を有する被記録媒体を搬送方向に搬送する搬送手段と、
金属粒子を含有するメタリックインクを付与するための複数のノズルが並ぶメタリックノズル列と、染料の色材を含有する第1のカラーインクを付与するための複数のノズルが並ぶ第1のカラーノズル列と、染料の色材を含有し且つ被記録媒体に含有される染料定着材に対する反応性が第1のカラーインクよりも低い第2のカラーインクを付与するための複数のノズルが並ぶ第2のカラーノズル列とを有し、前記搬送方向と交差する走査方向に相対移動する記録走査において被記録媒体にインクを付与する記録ヘッドと、
を有する記録装置において、メタリックインク、第1のカラーインク及び第2のカラーインクを重ねて付与することにより形成されるメタリックカラー画像を含む画像データに基づき、被記録媒体上に画像を記録するための画像記録方法であって、
メタリックカラー画像が形成される被記録媒体上の領域に対して、メタリックインクのみを付与する第1の記録走査を実行し、前記第1の記録走査よりも後にメタリックインクを付与せずに第1のカラーインクを付与する第2の記録走査を実行し、前記第2の記録走査よりも後にメタリックインクを付与せずに第2のカラーインクを付与する第3の記録走査を実行し、
連続する2回の記録走査の間に、被記録媒体が前記搬送方向に搬送されることを特徴とする画像記録方法。
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