JP2015054469A - 帯電制御型インクジェットプリンタ及び印字方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光硬化型インクを用いた印字物の視認性を向上させる電荷制御型プリンタを提供する。
【解決手段】連続的にインク液滴を形成するノズル１と、インク液滴を帯電させる帯電電極２と、帯電した前記インク液滴を偏向させる偏向電極３と、偏向した前記インク液滴を吐出させて被印字基材１１に印字する印字ヘッド７とを備えた帯電制御型インクジェットプリンタにおいて、印字ヘッド７は紫外線照射光源１３を備え、紫外線照射光源１３は、印字ヘッド７と被印字基材１１との間のインク液滴の飛翔経路の少なくとも一部と、被印字基材１１の着弾領域とに紫外線を集光させる集光部材と、発光源とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、紫外線等の光照射によって硬化する光硬化型のインクを用いた帯電制御型インクジェットプリンタ及び印字方法に関する。

インクジェット記録方式は、帯電制御型とオンデマンド型に分類できる。帯電制御型は、ポンプでノズル部に移送されたインクが、超音波発振器によって加振されることで、連続的に押し出された後微小な液滴になる。連続的にインクを押し出すので速乾性のインクも使用でき、また、超音波振動で作られるインク滴は毎秒数万滴以上で生成することが可能であり高速印字が可能であることから工業用のマーカーとして利用されている。

インクジェットプリンタに用いられるインクには、樹脂や染料・顔料を速乾性の有機溶剤に溶解したインクを用いるソルベント系インクや、記録後に紫外線等を照射して架橋させる光硬化型インクなどがある。中でも、光硬化型インクは、ソルベント系インクに比べて印字物の耐溶剤性があり、インクからの揮発成分量が少ない等のメリットがある。

光硬化型インクを用いたインクジェットプリンタに関しては、例えば特許文献１のものがある。特許文献１では、印刷ヘッドを有するインクジェット印刷ステーションの搬送経路の下流に、放射線を照射する予備硬化装置と主硬化装置とを備えることが開示されている。

特表2010-511529号公報

しかしながら、光硬化型インクを用いる場合、ヘッドから吐出可能な低粘度を維持するためには、光硬化する官能基を持つ低粘度のモノマ成分を多量に用いる必要がある。その結果、通常の溶剤型インクとは異なり、インクが印字面に着弾してもUV照射をしない限り粘度が上昇しにくい。上記特許文献１のようにインクの着弾後UV照射までに時間がかかると、印字物がUVランプのエリアに到達するまでににじみが発生し、視認性が低下するという課題がある。

本発明の目的は、光硬化型インクを用いた印字物の視認性を向上させることにある。

上記目的は、請求項に記載の発明により達成される。

本発明によれば、光硬化型インクを用いた印字物の視認性を向上させることができる。

帯電制御型インクジェットプリンタの概略図 インクジェットプリンタの全体構成図 印字ヘッドの構成図 紫外線照射光源の一例である断面模式図 紫外線照射光源の一例である断面模式図 ヘッド先端部における紫外線照射光源の配置例を示す図 着弾位置近傍の一例 本実施例の構成を示すブロック図 紫外線照射光源の一例である断面模式図

図１に本実施形態の帯電制御型インクジェットプリンタの概略図を示す。帯電制御型は、ポンプでノズル部に移送されたインクが、超音波発振器によって加振されることで、連続的に押し出された後微小な液滴になる。インク滴はノズル１から帯電電極２によって所定の電荷が加えられ、偏向電極３で軌道を曲げられて被印字基材11の印字面４に到達する。偏向電極で曲げられなかった非帯電インク滴はガター５と呼ばれる回収口に吸い込まれ、インクタンクに戻り再利用される。

図２は本実施形態のインクジェットプリンタの全体構成を示した図である。インクジェット記録装置は大きく分けて本体６と印字ヘッド7から構成される。印字ヘッド7には印字ヘッドカバー８が取り付けられており、印字ヘッドのメンテナンスは、この印字ヘッドカバー８を取り外して行う。通常の使用時は、印字ヘッドカバー８は取り付けられたままであり、印字の際には、インク粒子が印字ヘッドカバー８上に設けられた開口部９を通って、高速で移動する被印字基材11に到達することで文字が印字される。

以下、本発明の実施例を、図を用いて説明する。

図３は本実施例の印字ヘッド７の構成図である。印字ヘッド内部は、インクを粒子化して噴出するノズル１、インク粒子に文字信号となる帯電電圧を印加するための帯電電極２、帯電されたインク粒子を電界により偏向させるための偏向電極３、印字に使用しないインク粒子を回収するためのガター５を備える。インク粒子は印字ヘッドカバー８に設けられた開口部９を通って、飛翔経路10を通って、印字ヘッド７の外へ吐出され、被印字基材11に着弾し印字ドット（印字物）12を形成する。

本実施例のインクジェットプリンタは、印字ヘッド７に紫外線照射光源13が備えられており、ノズル１から吐出されたインクが被印字基材11に着弾する前、即ち飛翔している最中にも紫外線が照射されるものである。これにより、着弾前から徐々に硬化開始し、着弾時に硬化しやすくなる。また、紫外線の照射方向が飛翔経路に沿っており、飛翔経路に集光するように照射しているので、紫外線が飛翔経路外の無駄な方向に照射されない。また、紫外線は光源から離れるにつれて発散しやすいが、印字される位置（数点の着弾点を含む領域）で集光するように照射することで単位面積当たりの照度が高くなり、インクに効率的に照射できるので、インクが着弾した後、即座にインクを硬化させることができる。従って、溶剤成分が少ない光硬化型インクでも着弾後のにじみを低減でき、視認性が向上する。また、着弾させるインク滴をその都度照射ターゲットとしているので、巨大な照射装置を用いる必要もない。

図４に紫外線照射光源13の一例である断面模式図を示す。紫外線照射光源13は発光源15と焦点調整機構16と集光機構17を備える。発光源15としては紫外線を照射する素子であれば特に限定されない。具体的にはLEDや半導体レーザ等が例示される。波長としては250〜400nm程度でインクの光反応開始剤が吸収できる波長であれば特に限定されない。また、350nm以下の紫外線は被印字基材表面を改質できるため、好ましく用いることができる。

集光機構17は、発光源15から照射された紫外線14を屈折させ被印字基材上に集光できるものであれば特に限定されない。具体的には石英のレンズ等が例示される。集光機構の材質としては発光源から照射された紫外線を吸収しないものが好ましい。インクには有機溶剤が含まれているため耐溶剤性があるものが好ましい。

焦点調整機構16は発光源15と集光機構17との距離を調整し、被印字基材上のインク着弾位置近傍に紫外線を集光できるものであれば特に限定されない。具体的にはオスとメスのネジ山が切られたものを組み合わせ、回転により発光源と集光機構との距離を変えるものが例示される。焦点調整機構16を備えず集光機構17のみを調整して紫外線を集光させてもよいが、集光機構は変えずに焦点調整機構で発光源と集光機構との距離を変える方が、焦点を調整しやすく集光させやすい。

図５に別の紫外線照射光源の一例を示す。発光源としてコア18が屈折率の異なるクラッド層19で被覆された光ファイバを用い、図示されていない光源から紫外線を誘導した構造の紫外線照射光源を用いることができる。図示されていない光源としては低圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライド灯、ガリウム灯、キセノン灯、カーボンアーク灯等を用いることができる。コアの材料としては誘導する紫外線の吸収が小さく、照度の低下が少ないものが好ましい。

インクは紫外線の照射により重合、硬化するものであれば特に限定されない。具体的にはラジカル重合、カチオン重合、アニオン重合およびこれらの複合材料などが例示される。インクの組成は反応性官能基を持つ化学物質、着色剤、光反応開始剤が必須成分であり、これに加え溶剤、添加剤から構成される。光反応開始剤は紫外線の吸収効率が高いものが好ましく用いることができる。

図６にヘッド先端部における紫外線照射光源13の配置例を示す。(a)〜(j)の10パターンを示すが、これらに限定されるものではない。いずれもヘッド７を開口部9側から見た外面図を示す。開口部は長方形でなくてもよい。紫外線照射光源は開口部周りに配置され、開口部から出てくるインクの飛翔経路と着弾位置近傍に集光した紫外線を照射できるよう調整されれば、開口部の位置やヘッドの形状等に併せて、位置を適宜調整できる。複数の紫外線照射光源の場合、インクを硬化させる波長の光源と、被印字基材を改質させるための波長の光源とを混合して配置することもできる。被印字基材を改質することにより、印字物の密着性が向上し、更に視認性が向上する。また、発光源がLEDのものと光ファイバのものを混配させてもよい。

図７に着弾位置近傍の一例を示す。被印字基材をヘッド側から見た上面図であり、印字物21をカバーする位置が着弾位置近傍20である。凡そ21の領域内に最大照度となるよう集光することが好ましい。
図８は本実施例の構成を示すブロック図である。始めに制御部の構成概要を説明する。22はインクジェット記録装置全体を制御するＭＰＵ（マイクロプロセシングユニット）であり、23はＭＰＵが動作するのに必要な制御用プログラム及びデータを記憶するＲＯＭ（読み出し専用メモリ）、24はプログラム実行中に必要となるデータを一時的に記憶するＲＡＭ（書き換え可能なメモリ）である。25はプログラムや印字データなどを記憶する記憶装置である。26は印字内容や設定値等を入力する入力パネル、27は入力されたデータ及び印字内容等を表示する表示装置、28はＭＰＵのデータ信号、アドレス信号及びコントロール信号を伝送するバスラインである。29はインクを粒子化するための電圧を発生させるための励振電圧発生回路であり、30はインク粒子に文字信号に応じた電圧を発生させるための帯電電圧発生回路である。31が本発明における紫外線照射機構を電気的に制御させるための光源制御回路である。

次に印字、インク循環部の構成概要を説明する。ノズル１から噴出されるインクは、励振電圧発生回路29で生成される励振電圧により、ノズルの電歪素子で粒子化されインク粒子となる。帯電電圧発生回路30により生成された電圧は、帯電電極2に与えられ、インク粒子は文字信号に応じた電圧により帯電される。帯電されたインク粒子は、偏向電極3により作られる電界中を飛行し、その帯電量に応じて偏向され、被印字基材に到達し、文字を形成する。印字に使用しないインク粒子は、インク回収用のガター5により回収され、ポンプ32により再びノズル1へ供給される。

図９に別の実施例を示す。本実施例のインクの循環機構およびそれに関する部品は実施例１と同様のものを用いることができる。本実施例では実施例１よりも印字ヘッドカバー８の先端を伸長し、紫外線照射光源13よりも被印字基材11側に反射鏡33を設ける。これにより、紫外線照射光源と反射鏡との間を通るインク滴にも紫外線を照射でき、より効率的に照射することができる。反射鏡は紫外線を反射する機能があれば特に制限はない。また本実施例ではヘッド内部に反射鏡が設けられているが、集光した紫外線を飛翔経路10や印字物12に照射できる位置に配置されていればよい。また、反射面を凹面とし、反射鏡自身で飛翔経路や印字物に対して集光するようにしてもよい。

1：ノズル、２：帯電電極、３：偏向電極、４：印字面、５：ガター、６：本体、７：印字ヘッド、８：印字ヘッドカバー、９：開口部、10：飛翔経路、11：被印字基材、12：印字ドット、13：紫外線照射光源、14：紫外光、15：発光源、16：焦点調整機構、17：集光機構、18：コア、19：クラッド層、20：着弾領域近傍、21：印字物、22：MPU、23：ROM、24：RAM、25：記憶装置、26：入力パネル、27：表示装置、28：バスライン、29：励振電圧発生回路、30：帯電電圧発生回路、31：光源制御回路、32：ポンプ、33：反射鏡

Claims (13)

1. 連続的にインク液滴を形成するノズルと、前記インク液滴を帯電させる帯電電極と、帯電した前記インク液滴を偏向させる偏向電極と、偏向した前記インク液滴を吐出させて被印字基材に印字する印字ヘッドとを備えた帯電制御型インクジェットプリンタにおいて、
   前記印字ヘッドは紫外線照射光源を備え、
   前記紫外線照射光源は、前記印字ヘッドと前記被印字基材との間の前記インク液滴の飛翔経路の少なくとも一部と、前記被印字基材の着弾領域とに紫外線を集光させる集光部材と、発光源とを備えることを特徴とする帯電制御型インクジェットプリンタ。
2. 請求項１において、前記集光部材は、レンズを備えることを特徴とする帯電制御型インクジェットプリンタ。
3. 請求項２において、前記集光部材は、前記レンズと前記発光源との距離を調整する焦点調整機構を備えることを特徴とする帯電制御型インクジェットプリンタ。
4. 請求項１において、前記紫外線照射光源を複数備えることを特徴とする帯電制御型インクジェットプリンタ。
5. 請求項４において、複数の前記紫外線照射光源の少なくとも一部が、異なる波長の紫外線を照射することを特徴とする帯電制御型インクジェットプリンタ。
6. 請求項１において、前記印字ヘッドは、前記紫外線照射光源よりも前記被印字基材側に紫外線を反射させる反射板を備えることを特徴とする帯電制御型インクジェットプリンタ。
7. 請求項１において、前記インク液滴は、反応性モノマ、溶剤、着色剤、光反応開始剤を含み、前記光反応開始剤は、前記紫外線照射光源の波長に対し、吸収を持つことを特徴とする帯電制御型インクジェットプリンタ。
8. 連続的にインク液滴を形成し、前記インク液滴を帯電させ、帯電した前記インク液滴を偏向させ、偏向した前記インク液滴を吐出させて被印字基材に印字する帯電制御型インクジェットプリンタの印字方法において、
   吐出した前記インク液滴の飛翔経路の少なくとも一部と、前記被印字基材の着弾領域とに紫外線を集光させて照射することを特徴とする印字方法。
9. 請求項８において、レンズを用いて紫外線を集光させることを特徴とする印字方法。
10. 請求項９において、紫外線の光源と前記レンズとの距離を調整して紫外線を集光させることを特徴とする印字方法。
11. 請求項８において、複数の光源から紫外線を集光させて照射することを特徴とする印字方法。
12. 請求項11において、複数の前記光源の少なくとも一部が、異なる波長の紫外線であることを特徴とする印字方法。
13. 請求項８において、集光した紫外線が前記飛翔経路を横切るように照射した後、反射して再度前記飛翔経路を照射することを特徴とする印字方法。