CN101518983B - 打印系统、喷墨打印机、以及打印方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种打印系统、喷墨打印机、以及打印方法。充分且适当地降低空气阻力对从喷墨头喷出的墨水液滴的影响。该打印系统是以喷墨方式进行打印的打印系统(10)，其包括喷墨头(102)和真空泵(16)，喷墨头(102)具有对介质(50)喷出墨水的喷嘴，真空泵(16)是至少将介质(50)与喷墨头(102)的喷嘴之间的区域的气压减小到低于大气压的压力的减压部件，墨水的主要成分包含单体和低聚物中的至少一方，是通过该主要成分的聚合而固化的墨水，包含在墨水中的主要成分的饱和蒸汽压力为10mmHg以下。

Description

打印系统、喷墨打印机、以及打印方法
技术领域
本发明涉及打印系统、喷墨打印机、以及打印方法。
背景技术
近年来，广泛应用采用喷墨打印机来打印高清晰图像的技术。喷墨打印机是通过从喷墨头的喷嘴对介质喷出墨水的微小液滴来进行打印的。
由喷墨头的喷嘴喷出的墨水的液滴在到达介质之前的期间内会受到空气阻力。因此，喷墨打印机的打印精度有时会受到空气阻力的影响。例如，由于空气阻力的影响，有时着落在介质上的墨水的位置会发生偏移、容易产生墨水的雾化等现象。
与此相对，本申请的发明人首先想到了通过对进行打印的环境减压来减小空气阻力。但是进行了专心研究后发现：在作为喷出液体墨水的结构的喷墨打印机中，即使只进行减压，也由于可以稳定地使用墨水的减压范围较窄，因此不能适当地降低空气阻力。而且基于这种想法得出：需要用更适当的方法减轻空气阻力对墨水液滴的影响。因此，本发明的目的在于提供一种可以解决上述问题的打印系统、喷墨打印机、以及打印方法。
另外，申请人在完成本发明后，调查了相关的在先技术，发现了涉及由喷墨头构成的图案形成装置的专利文献1。但是，专利文献1中的结构是用于实现与本发明完全不同目的的结构。因此，例如即使将该结构直接适用于喷墨打印机，也并不是本发明。
专利文献1：日本特开2004-134490号公报
发明内容
为了解决上述问题，本发明包括以下技术方案。
(技术方案1)该技术方案是一种以喷墨方式进行打印的打印系统，包括喷墨头和减压部件，该喷墨头具有对介质喷出墨水的喷嘴，该减压部件至少将介质与喷墨头的喷嘴之间的区域的气压降低到低于大气压的压力，墨水的主要成分包含单体和低聚物中的至少一方，是通过该主要成分的聚合而固化的墨水，包含在墨水中的主要成分的饱和蒸汽压力为10mmHg以下。
所谓的墨水的主要成分是指例如包含于墨水中的比例最多的成分。墨水中主要成分的含有量为例如50％以上，优选为65％以上(例如65～85％)。在主要成分包含单体和低聚物这两者的情况下，主要成分的含有量是单体和低聚物的总共含有量即可。墨水整体的蒸汽压力优选为例如大气压的1/20以下。而且，包含在墨水中的主要成分的饱和蒸汽压力更优选为5mmHg。减压部件优选为例如至少减小介质与喷嘴之间的整体的压力。
例如，在采用以往公知的墨水时，即使想要减小喷嘴与介质之间的压力，但由于墨水的蒸汽压力的影响而导致墨水的成分蒸发，墨水特性会发生变化，因此难以充分地进行减压。因此，即使仅使用了减压部件，也由于不能充分地进行减压，因此难以充分且适当地减轻空气阻力对墨水液滴的影响。
与此相对，在这样的技术方案的情况下，例如可以适当地抑制墨水蒸汽压力的影响。而且，由此可以适当地减小例如喷嘴与介质之间的压力。因此，采用这样的技术方案，例如可以充分且适当地降低空气阻力对墨水液滴的影响。
在此，在墨水成分的饱和蒸汽压力较低时，例如像水性墨水、溶剂墨水那样，若想蒸发墨水成分而使墨水干燥，需要花费非常多的时间。但是，例如若为了加速蒸发而加热介质，则需要加热到较高的温度，可能会由于热而产生介质变形等。而且，若不能充分地使墨水干燥，则会由于发生洇渗等而降低打印品质。因此，在该打印系统中所使用的墨水若是通过墨水的干燥来将其固定于介质上，则可能难以适当地进行打印。
与此相对，在技术方案1中采用通过主要成分的聚合而固化的墨水，从而不论墨水成分的蒸发怎样，都可以将墨水固定于介质上。因此，采用这样的技术方案，即使在墨水成分的饱和蒸汽压力较低的情况下，也能适当地进行打印。
另外，该墨水可以是例如热固化型墨水或者UV固化型墨水。该墨水也可以是通过电子射线照射进行固化的墨水。而且，所谓的包含在墨水中的主要成分的饱和蒸汽压力是例如在进行打印环境下的饱和蒸汽压力。例如，该饱和蒸汽压力是在25℃时的饱和蒸汽压力。而且，该饱和蒸汽压力可以是25℃、1大气压的大气中的蒸汽压力。
(技术方案2)墨水还包含聚合用的引发剂，引发剂的饱和蒸汽压力为10mmHg以下。优选引发剂的饱和蒸汽压力为5mmHg以下。墨水除了包含上述主要成分以外，还包含引发剂。墨水可以含有单体和低聚物，除此之外还可以含有引发剂。而且，墨水还可以含有各种添加剂。
采用这样的技术方案，例如可以更适当地抑制墨水的蒸汽压力的影响。另外，由此例如可以更适当地降低空气阻力对墨水液滴的影响。
该墨水还包含例如颜料、分散剂、凝胶化防止剂以及表面调整剂等。在该墨水中，例如实质性成分的饱和蒸汽压力优选都在10mmHg以下。墨水的实质性成分的饱和蒸汽压力更优选为都在例如5mmHg以下。
另外，所谓的墨水的实质性成分是指例如在喷墨头内作为墨水组成物残留在墨水中的成分。墨水的实质性成分优选是所有这些的组成物。而且，在实用上也认为墨水的实质性成分是在这些组成物中的、例如去除了含有量较少的一部分成分的95％以上的部分。
(技术方案3)喷墨头从喷嘴喷出液滴容量为1pl以下的墨水。液滴容量优选为0.5pl以下，更优选为0.1pl以下。
液滴的容量越小，空气阻力对墨水液滴的影响越大。因此，若缩小液滴的容量，则液滴的飞行速度急剧下降，产生雾化等问题，难以适当地进行打印。与此相对，在这样的技术方案的情况下，可以充分且适当地减轻墨水液滴所受到的空气阻力。而且，由此可保持足够的速度地适当地喷出液滴容量较小的墨水。因此，采用这样的技术方案可以适当地进行高清晰打印。
(技术方案4)减压部件将介质与喷嘴之间的区域的气压减小到0.5大气压以下。减压部件将介质与喷嘴间的区域的气压优选减小到0.1大气压，更优选减小到0.01大气压以下。采用这样的技术方案，可以更大地减轻空气阻力的影响。
(技术方案5)一种以喷墨方式进行打印的喷墨打印机，具有喷墨头，该喷墨头具有对介质喷出墨水的喷嘴，墨水的主要成分包含单体和低聚物中的至少一方，是一种通过该主要成分的聚合而固化的墨水，包含在墨水中的主要成分的饱和蒸汽压力为10mmHg以下，至少将介质与喷墨头的喷嘴之间的区域的气压减小到低于大气压的压力。采用这样的技术方案，可以获得例如与技术方案1相同的效果。
(技术方案6)一种以喷墨方式进行打印的打印方法，使用主要成分包含单体和低聚物中的至少一方、通过该主要成分的聚合而固化的墨水，主要成分的饱和蒸汽压力为10mmHg以下的墨水，至少将介质与上述喷墨头的喷嘴之间的区域的气压减小到低于大气压的压力，利用喷墨头的喷嘴对介质喷出墨水。采用这样的技术方案，可以获得例如与技术方案1相同的效果。
采用本发明，能够充分且适当地减低例如空气阻力对从喷墨头喷出的墨水液滴的影响。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的打印系统10的结构的一个例子的图。
图2是对墨水液滴的动能与空气阻力的关系进行说明的图。
图3是表示空气阻力对墨水液滴的影响的一个例子的图。图3(a)表示从向Y方向移动中的喷墨头102中喷出的墨水的状态的概况的一个例子。图3(b)表示向水平方向喷出墨水时的液滴状态的概况的一个例子。
图4是说明墨水液滴的飞行距离的图。图4(a)是表示大气压下的液滴的半径与最大飞行距离之间的关系的一个例子的图。图4(b)是表示喷墨头102的喷嘴202与介质50之间的区域的气压与液滴的最大飞行距离之间的关系的一个例子的表。
具体实施方法
下面，一边参照附图一边说明本发明的实施方式。图1表示本发明的一个实施方式的打印系统10的结构的一个例子。打印系统10是以喷墨方式在纸张或文件等介质50上进行打印的打印系统，该打印系统10包括喷墨打印机14和真空泵16。打印系统10可以是例如打印室外广告、海报、或者出版物等的产业用途的打印系统。
在此，在本例的打印系统10中，至少在减压室12内设置喷墨打印机14。减压室12是将喷墨打印机14收容于内部的气密室，通过真空泵16进行减压。另外，打印系统10根据外部主机PC18的控制进行打印。主机PC18是用于控制喷墨打印机14打印动作的计算机。
喷墨打印机14是以喷墨方式进行打印的打印装置，其具有喷墨头102、导轨104、台板106以及墨盒108。喷墨头102是具有对介质50喷出墨水的喷嘴的打印头。在本例中，喷墨头102例如从喷嘴喷出液滴容量为1pl以下的墨水。液滴容量优选为0.5pl以下，更优选为0.1pl以下。
而且，喷墨头102沿着导轨104向规定的扫描方向、即Y方向进行往复运动，从而向位于Y方向上的介质50的各个位置喷出墨水液滴。喷墨头102还沿着与Y方向垂直的X方向相对于介质50进行相对移动，从而向位于X方向上的介质50的各个位置上喷出墨水液滴。
另外，喷墨打印机14例如通过输送介质50而使喷墨头102相对于介质50相对地向X方向移动。此时，喷墨打印机14还包括例如输送介质50的辊等。喷墨打印机14也可以例如不输送介质50地使喷墨头102移动。
导轨104是引导喷墨头102向Y方向移动的构件，例如，根据主机PC18的指示，使喷墨头102进行扫描动作。台板106是夹着介质50与喷墨头102相对的台部，其用于保持被喷上有墨水液滴的介质50。墨盒108是贮藏喷墨头102所喷出的墨水的盒子，经由例如管等墨水供给路径向喷墨头102供给墨水。
真空泵16是减压部件的一个例子，其根据例如操作员的操作来减小减压室12内的压力。由此，真空泵16将喷墨打印机14中的喷墨头102的喷嘴与介质50之间的区域的气压减小到低于大气压的压力。在本例中，真空泵16将该区域的气压减小到例如0.5大气压以下(例如0.001～0.5大气压)，优选减小到0.1大气压以下，更优选减小到0.01大气压以下。
另外，在本发明的变形例中，也可以将真空泵16设置成是喷墨打印机14所包括的结构。在该情况下，例如喷墨打印机14自身便为打印系统10。另外，也可以代替收纳整个喷墨打印机14的减压室12，而例如将减压室设置为喷墨打印机14所包括的结构。该减压室例如为至少包围喷墨头102与介质50之间的区域的气密室。在该情况下，真空泵16通过减小该减压室内的压力而把喷墨头102的喷嘴与介质50之间的区域的气压减小到低于大气压的压力。减压室也可以设置在可装卸地安装于喷墨打印机14上的打印单元内。而且，打印系统10中所采用的介质50也可以是例如立体介质等的、被打印面存在凹凸的介质。
在此，详细说明本例中所使用的墨水。本例中的墨水是通过单体的聚合而固化的墨水。作为这样的墨水，例如可以采用单体受到紫外线照射后进行聚合而固化的UV固化型墨水。
此时，UV固化型墨水包含例如颜料、分散剂、引发剂(激活剂)、凝胶化防止剂、表面调整剂、单体以及低聚物。其中，单体的含有量例如是65～85％，低聚物的含有量例如是10～20％。颜料的含有量例如是4％左右，引发剂的含有量例如是7％左右。分散剂、凝胶化防止剂以及表面调整剂的含有量分别为百分之几。
另外，此时，作为主要成分的单体的饱和蒸汽压力是例如10mmHg以下(例如0.01～10mmHg)，优选是5mmHg以下(例如2～3mmHg)。而且，作为含有量较多的成份的低聚物以及引发剂的饱和蒸气压力也为10mmHg以下(例如0.01～10mmHg)，优选是5mmHg以下(例如2～3mmHg)。另外，其他成分的饱和蒸汽压力也是10mmHg以下(例如0.01～10mmHg)，优选是5mmHg以下(例如2～3mmHg)。
采用本例，在利用真空泵16来减小减压室12内的压力时，可以适当地抑制墨水的蒸汽压力的影响。而且，由此可以适当地减小减压室12内的压力，充分且适当地降低墨水液滴所受到的空气阻力。
另外，在本例中，由于使用通过单体的聚合而固化的墨水，不论墨水成分的蒸发怎样，都能使墨水固定于介质50上。因此，采用本例，可以使用成分的饱和蒸汽压力较低的墨水适当地进行打印。
另外，作为通过单体的聚合而固化的墨水，也可以采用由于加热而固化的热固化型墨水、通过电子射线等照射而固化的墨水。在使用这些墨水时，各个成分的饱和蒸汽压力优选与上述相同或基本相同。这样，与采用UV固化型墨水时一样，可以用成分的饱和蒸汽压力较低的墨水适当地进行打印。
图2是说明墨水液滴的动能与空气阻力的关系的图。在本图中进行标准化，使表示动能以及空气阻力的各个成分的曲线以及直线在坐标点(1，1)处相交。
当墨水的速度是v时，液滴的动能E为E＝(1/2)mv2。而且，当液滴的半径为r时，因液滴的质量m与体积成正比，因此质量m与r3成正比。因此，当液滴速度v恒定时，液滴的动能v与r3成正比。
另外，公知液滴所受到的空气阻力中含有与液滴半径r成正比的成分的空气阻力RS和与液滴截面积成正比的成分的空气阻力RL。而且，由于液滴的截面积与r2成正比，因此空气阻力RL与r2成正比。
因此，例如液滴半径r足够小时，空气阻力RS的成分变大，液滴实际上受到与半径r成正比的空气阻力。而且，当液滴的半径足够大时，空气阻力RL的成分变大，液滴实际上受到与半径r的2次方(r2)成正比的空气阻力。并且，当液滴的半径r处于足够小与足够大之间的大小时，液滴受到空气阻力RS的成分和空气阻力RL的成分之和的空气阻力。此时，墨水液滴实际上受到的空气阻力是图中夹在表示空气阻力RL的曲线与表示空气阻力RS的直线之间的区域的值。
因此，当考虑墨水液滴的动能与空气阻力的关系时，如图所示，当半径r较大时，液滴的动能E大于空气阻力。并且，若液滴的动能E充分大于空气阻力，则液滴不易受到空气阻力的影响。另一方面，当半径r较小时，液滴的动能E小于空气阻力。因此，液滴半径越小，液滴越容易受到空气阻力的影响。
图3是表示墨水液滴所受到的空气阻力的影响的一个例子。另外，在本例的喷墨打印机14(参照图1)中，喷墨头102上具有多个喷嘴。但是，为了方便说明，以下的说明仅对从喷墨头102上的1个喷嘴202中喷出的墨水液滴加以说明。
图3(a)表示从向Y方向移动中的喷墨头102喷出墨水的状态的概略的一个例子。在本例中，喷墨头102从喷嘴202以初速度v向垂直下方喷出墨水。而且，喷墨头102以移动速度V向Y方向移动。
在此，考虑喷墨头102在Y方向上的位置(Y坐标)Y0处喷出墨水的情况。在该情况下，若假设喷墨头102的移动速度V是0，则喷出的墨水液滴直接着落在介质50上的Y坐标为Y0的位置。
但是，像实际打印时那样，在喷墨头102一边以移动速度V移动一边喷出墨水的情况下，墨水的着落位置(到达点)的Y坐标偏离Y0。并且，墨水的初速度v越小，着落位置的偏移量越大。例如，在将以某初速度喷出墨水时的着落位置的Y坐标设为Y1、将以小于Y1的某初速度喷出墨水时的着落位置的Y坐标设为Y2时，后者的偏移量ΔY2＝Y2-Y0，大于前者的偏移量ΔY1＝Y1-Y0。
另外，在从喷墨头喷出后到着落于介质50上的期间内，墨水液滴的速度受到空气阻力的影响。因此，例如从喷墨头102喷出的墨水液滴的速度会由于墨水液滴的动能与空气阻力的平衡而逐渐减速。
其结果：当空气阻力大于液滴的动能时，不仅是着落位置发生偏移，还会发生例如速度变得过小，产生雾化等现象。因此，例如像在大气压中，空气阻力对墨水液滴的影响较大时，若减小液滴的动能，则有时难以适当地喷出液滴。
另外，为了抑制空气阻力的影响，认为也可以通过增大液滴的质量或喷出的初速度来增大液滴的动能。但是，为了进行近年来追求的高清晰图像质量的打印，需要减小液滴的大小。因此，难以增大液滴的质量。另外，即使对喷墨打印机的结构进行各种完善，喷墨的初速度也不能简单地加大。而且，若过度加大小液滴的初速度，则由于表面张力而不能维持液滴的形状，不能进行适当地喷墨。
另外，为了防止墨水的雾化，认为也可以例如减小喷墨头102与介质50之间的距离。但是，若过度减小两者之间的距离，则可能在输送介质50时、喷墨头102扫描时等发生介质50与喷墨头102的接触等问题。因此，喷墨头102与介质50之间的距离需要至少空出规定距离以上。因此，仅通过减小喷墨头102与介质50之间的距离难以充分地防止墨水的雾化。
图3(b)表示向水平方向喷出墨水时的液滴状态的概略的一个例子。在喷墨打印机14中，认为喷墨头102的结构是由喷嘴202向水平方向喷出墨水的结构。此时，液滴除了受到空气阻力之外，还受到向垂直下方的重力作用。因此，当由于空气阻力而降低速度时，液滴不朝向介质50而向垂直下方落下。另外，由于液滴的动能与空气阻力的平衡而降低速度，从而导致产生墨水雾化。因此，此时，空气阻力对墨水液滴的影响较大时，若减小液滴的动能，则难以适当地喷出液滴。
图4是说明墨水液滴的飞行距离的图。图4(a)是表示大气压下的液滴半径与最大飞行距离之间的关系的一个例子的图。联系图2进行说明，若增大墨水液滴的半径，则液滴的动能也会变大。并且，当液滴的动能增大时，难以受到空气阻力的影响。因此，如图所示，墨水液滴半径越大，能适当地喷出液滴的最大距离越大。
在此，在喷墨打印机中，喷墨头102与介质50之间的距离需要空出例如2mm左右以上。因此，墨水液滴的最大飞行距离需要为2mm左右以上。
另外，如图所示，在大气压下，为了使最大飞行距离为2mm以上，需要使液滴半径为例如7μm以上。该半径例如相当于容量是大约3pl的液滴的半径。另外，例如为了使最大飞行距离为1mm以上，需要使液滴容量为例如1pl以上。
这样，在大气压下，由于空气阻力的影响较大，因此，在例如液滴的容量为恒定时，喷墨头102与介质50之间的距离的上限被限定得较大。另外，从相反的观点考虑时，仅将喷墨头102与介质50之间的距离空出需要的距离时，即使是要进行更高清晰的打印，可能也难以充分地减小液滴的容量。
图4(b)是表示在喷墨头102的喷嘴202与介质50之间的区域的气压与液滴的最大飞行距离之间的关系的一个例子的表，表示液滴的容量为3pl时的关系。当液滴的容量为3pl时，如图4(a)说明的那样，在大气压(1个大气压)下，最大飞行距离大约为2mm。
与此相对，若利用本例的打印系统10的结构将喷嘴202与介质50之间的区域的气压分别减小到0.5大气压、0.1大气压以及0.01大气压，则由于抑制了空气阻力的影响，因此最大飞行距离分别增大到例如4mm、20mm以及200mm。因此，采用本例，例如可以在墨水液滴容量为恒定时，适当地增大液滴的最大飞行距离。另外，由此例如可以适当地空出喷墨头102与介质50之间的距离。
另外，虽然省略了具体的数值记载，但在例如墨水容量进一步减少的情况下也同样，通过减小喷嘴202与介质50之间的区域的气压，可以防止墨水的雾化等、增大液滴的最大飞行距离。因此，例如在仅将喷墨头102与介质50之间空出需要的距离时，能适当地喷出的液滴容量由于减压而进一步减小。
由此，例如液滴容量在1pl以下、0.5pl以下、或0.1pl以下等情况下，也可抑制空气阻力的影响、仅将喷墨头102与介质50之间空出需要的距离、适当地喷出墨水。因此，采用本例，例如可以充分且适当地降低空气阻力对从喷墨头102喷出的墨水液滴的影响。而且，由此可以适当地进行高清晰打印。而且，例如当不减小液滴地喷出大于1pl的墨水液滴时，例如可以空出1cm、2cm、5cm或更大距离，进行高清晰的打印。
以上，虽然使用实施方法说明了本发明，但本发明的技术范围并不限定于上述实施方式中所记载的范围。本领域人员清楚可以在上述实施方式中施加多种变更或改进。从权利要求书可知：施加了上述变更或改进的方式也包含于本发明的技术范围内。
本发明可以适合用于例如打印系统。

Claims (6)

1.一种以喷墨方式进行打印的打印系统，其特征在于，该打印系统包括：
喷墨头，其具有对介质喷出墨水的喷嘴，上述喷墨头设置在被减压的减压室内；
减压部件，其至少将上述介质与上述喷墨头的上述喷嘴之间的区域的气压减小到低于大气压的压力；
上述墨水的主要成分包含单体和低聚物中的至少一方，是通过该主要成分的聚合而固化的墨水；
上述墨水的主要成分是指包含于墨水中的比例最多的成分；
包含在上述墨水中的上述主要成分的饱和蒸汽压力为10mmHg以下，该饱和蒸汽压力是25℃、1大气压的大气中的蒸汽压力。
2.根据权利要求1所述的打印系统，其特征在于，上述墨水中还含有聚合用的引发剂，上述引发剂的饱和蒸汽压力为10mmHg以下，该饱和蒸汽压力是25℃、1大气压的大气中的蒸汽压力。
3.根据权利要求1所述的打印系统，其特征在于，上述喷墨头从上述喷嘴喷出液滴容量为1pl以下的墨水。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的打印系统，其特征在于，上述减压部件将上述介质与上述喷嘴之间的区域的气压减小到0.5大气压以下。
5.一种以喷墨方式进行打印的喷墨打印机，其特征在于，
该喷墨打印机采用权利要求1所述的以喷墨方式进行打印的打印系统。
6.一种以喷墨方式进行打印的打印方法，其特征在于，
使用了一种主要成分包含单体和低聚物中的至少一方、通过该主要成分的聚合而固化的墨水，上述主要成分的饱和蒸汽压力为10mmHg以下，该饱和蒸汽压力是25℃、1大气压的大气中的蒸汽压力；
上述墨水的主要成分是指包含于墨水中的比例最多的成分；
至少将介质与喷墨头的喷嘴之间的区域的气压减小到低于大气压的压力，上述喷墨头设置在被减压的减压室内；
由上述喷墨头的上述喷嘴对上述介质喷出上述墨水。
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