CN101927620A

CN101927620A - 光照射装置

Info

Publication number: CN101927620A
Application number: CN2010101988782A
Authority: CN
Inventors: 仲田重范; 铃木一好
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2009-06-25
Filing date: 2010-06-08
Publication date: 2010-12-29
Also published as: TW201107148A; GB2471376A; KR20100138744A; GB201010320D0; JP2011005726A

Abstract

本发明提供能够可靠地对多种紫外线固化性墨进行固化且能够形成为小型的光照射装置。喷墨打印机的光照射器具备发光波长峰值不同的点光源和线状光源。点光源例如是短弧的超高压水银放电灯(10)或LED，线状光源例如是低压水银灯(11)。来自点光源的光通过例如圆柱透镜(30)而聚光为线状，然后照射在基材(5)上。另外，在与聚光为线状的光的长度方向正交的方向(X方向)的两侧设置2个反射构件(50)，在反射构件(50)的两侧与反射构件相邻地配置作为线状光源的低压水银灯(11)。线状光源配置成使其长度方向沿着聚光为线状的上述点光源的光的长度方向并且比上述点光源相距基材(5)的距离短。

Description

光照射装置

技术领域

本发明涉及用于将光固化型的液体材料喷出至基材而形成图案的打印机的光照射装置。

背景技术

出于利用凹版印刷方式能够简便且廉价地制作图像的理由，近年来喷墨记录方式被应用于照片、各种印刷、标记、滤色这样的特殊印刷等各种印刷领域。

喷墨打印机能够按照墨的种类进行分类，其中具有利用通过紫外线等光的照射而固化的光固化型墨的光固化型喷墨方式。光固化型喷墨方式由于臭味比较小，而且除了专用纸之外，在不具备速干性及吸墨性的记录介质上也能够进行记录，所以备受关注。

在这样的光固化型喷墨方式的喷墨打印机中，除了将墨作为微小的液滴喷出至基材(记录介质)的记录头之外，在滑架上还搭载有用于照射光的光源，在记录介质之上以使光源点亮的状态移动滑架，对刚刚弹落在记录介质上的墨照射光，使该墨固化。

图5是在专利文献1中记载的光照射装置的剖视图。图5(a)是以沿移动方向的平面进行剖切的剖视图，图5(b)是以与头部的移动方向正交的平面进行剖切的剖视图。

利用具有旋转抛物面状的反射面的反射器20对来自短弧型的放电灯10的光进行反射，接着，通过仅向一个轴向聚光的圆柱透镜30将光聚光为线状。在两侧设置反射构件50，所述反射构件50具有沿着聚光为线状的光的长度方向延伸的反射面。2个反射构件50以越靠近基材5两者越接近的方式倾斜。

从放电灯10放射的光被具有旋转抛物面状的反射面的反射器20反射，由此，成为平行光而朝向圆柱透镜30进行照射。入射至圆柱透镜30的平行光在圆柱透镜30的轴向上不被聚光而仍然是平行光，仅在与圆柱透镜30的轴向正交的方向上被聚光，并且使光经由光出射口40射出。然后，在圆柱透镜30的焦点位置，形成在圆柱透镜30的轴向上线状地延伸的光照射区域。

另外，在专利文献2中记载了并列排列在发光波长峰值中具有短波长成分的棒状的紫外线光源与在发光波长峰值中具有长波长成分的棒状的紫外线光源的光照射装置。将在发光波长峰值中具有不同波长的紫外线光源进行组合，对墨进行照射，由此能够一次对灵敏度波长不同的墨进行固化。

专利文献1：日本特开2009-125977号公报；

专利文献2：日本特开2004-188864号公报。

但是，即使使用上述那样的光照射装置对墨进行固化，也会出现没有充分地进行固化的情况。尤其是，在为了使作业工件低温化而仅使用图5所示的点光源的光照射装置中，显现出了墨不能够被充分固化的倾向。其中的一个原因可以想到是，由于紫外线固化性墨所需要的最佳的波长不固定，所以存在因墨的种类的不同而感度不够的情况。

另外，使具备用于喷出墨的记录头和用于照射光的光源的滑架相对于基材进行扫描操作，由于从光源放射的光不充足，所以有时会产生墨硬化不充分。

发明内容

本发明是为了解决以上的问题而提出的，其目的在于实现一种光照射装置，该光照射装置能够在不产生墨的固化不充分的情况下，可靠地对多种紫外线固化性墨进行固化，另外，能够有效地组合发光波长峰值不同的点状光源与线状光源而形成为小型化。

为了解决上述课题，在本发明中如下所述地构成上述光照射装置。

(1)一种光照射装置，用于打印机，所述打印机具备头部：该头部具有将光固化型的液体材料喷出至基材的记录头、和照射用于使喷出并弹落至上述基材的液体材料固化的光的光照射装置，在该打印机中，一边使头部与基材相对移动，一边从记录头向基材喷出液体材料并利用光照射装置对弹落在基材上的液体材料照射光，由此使液体材料固化而形成图案，其中，在该光照射装置中设置有发光波长峰值不同的点光源和线状光源，上述点光源具备使出射光聚光为线状的光学元件，上述线状光源配置成，其长度方向沿着聚光为线状的上述点光源的光的长度方向配置并且比上述点光源相距基材距离短。

(2)在上述(1)中，在上述点光源的两侧，沿着该点光源的聚光为线状的光的长度方向，配置至少使设置有点光源的一侧的面形成为反射面的平面状的反射构件，在上述反射构件的与上述点光源的照射区域侧相反的一侧的位置且与该反射构件相邻的位置，配置上述线状光源。

(3)在上述(1)、(2)中，作为点光源使用发光二极管。

(4)在上述(1)、(2)中，作为点光源使用短弧型的放电灯。

(5)在上述(1)、(2)、(3)、(4)中，作为线状光源使用低压水银灯。

发明效果

在本发明中，能够得到以下的效果。

(1)在用于通过对弹落在基材上的液体材料照射光来使液体材料固化而形成图案的打印机的光照射装置中，设置发光波长峰值不同的点光源和线状光源，使从点光源放射的光的波长与从线状光源放射的光的波长不同，由此即使墨固化所需要的波长不固定，也能够应对各种墨。

另外，通过设置将点光源的出射光聚光为线状的光学元件，使点光源的出射光聚光为线状，从而能够提高峰值照度，在长度方向上形成均匀的光照射区域。

另外，通过使线状光源与基材接近配置，能够减小衰减，提高峰值照度。

由于能够这样提高峰值照度，所以能够减小墨固化所需要的能量，缩短固化所需要的时间。而且，能够抑制照射量而使墨固化，从而能够降低对基材的损伤，处理速度也能够得以提高。

(2)在点光源的两侧配置平面状的反射构件，在该反射构件的与上述点光源的照射区域侧相反一侧的位置且与该反射构件相邻的位置上配置上述线状光源，因此能够有效利用死角空间对线状光源进行配置，从而能够不使光照射装置变大地配置点光源和线状光源。

另外，来自点光源的照射光不包含可视光和红外线，因此对灯具下表面附近的温度的影响小。而且，利用反射构件遮挡来自点光源的光，使得来自点光源的照射光不照到线状光源，因此不会对线状光源产生热的影响。

(3)作为点光源使用发光二极管或短弧型的放电灯，作为线状光源使用低压水银灯，由此能够得到输出几乎不放出可视光和紫外线的450nm以下的波长的光源。另外，不会在基板上照射几乎不对墨的固化做出贡献而且成为基材温度上升的原因的可视光和红外线。

附图说明

图1是表示喷墨打印机的头部的概略结构的立体图。

图2是本发明的第一实施方式的光照射装置的剖视图。

图3是本发明的第二实施方式的光照射装置的剖视图。

图4是本发明的第三实施方式的光照射装置的剖视图。

图5是现有的光照射装置的剖视图。

附图标记说明

1喷墨打印机

2导轨

4记录头

5基材

6光照射器

8外部罩

10放电灯

11低压水银灯

12导水槽状镜

13LED封装件

15圆柱透镜

16金属基板

18散热器

19风扇

20、22反射器

30圆柱透镜

31棒状透镜

40光出射口

50反射构件

60支撑板

70反射构件

具体实施方式

下面，说明本发明的实施方式。

A.第一实施方式

图1是表示本发明的喷墨打印机的头部的概略结构的立体图。在该图中，为了易于理解，在图中能够观察到光照射装置的内部，并且省略了一部分的光学部件。

喷墨打印机1具有棒状的导轨2，在该导轨2上支撑着滑架3。滑架3通过滑架驱动机构在基材5之上沿着导轨2(X方向)往复移动。

滑架3上搭载有记录头4，所述记录头4设置有用于喷出墨的喷嘴。在记录头4的沿着滑架3的移动方向的两侧设置有光照射装置6。在光照射装置6上，设置有如后所述的发光波长峰值不同的点状光源和线状光源，对从记录头4的喷嘴喷出至基材5的液体材料即墨，照射从点状光源和线状光源放射的光。

此外，如后所述，点状光源具备将出射光聚光为线状的光学元件及反射构件，线状光源具备用于将光聚光为线状的例如导水槽状(樋状)镜，但是该图中省略了图示。容纳在滑架3中的记录头4在相对于导轨2的垂直方向(Y方向)上排列有喷嘴，在Y方向上长条地对墨进行照射。为了使长条地喷射在Y方向的墨进行固化，需要光照射装置6与记录头4配合，形成在Y方向上长的照射区域。因此，在光照射装置6上具备将照射光调整为在Y方向上长的线状的单元。

图2是本发明的第一实施方式的光照射装置的剖视图。(a)是X方向(沿着头部的移动方向的方向)的剖视图，(b)是Y方向(与头部的移动方向正交的方向)的剖视图。

光照射装置6在外部罩8内具备照射紫外线区域的光度2个光源，一个是点光源的放电灯10，另一个是线状光源的低压水银灯11。使从点光源放射的光的波长与从线状光源放射的光的波长不同，从而即使墨固化所需要的波长不固定，也能够对应各种墨。

例如，如果从点光源高效地放射波长300～450nm的紫外光，从线状光源放射以波长254nm为主发光波长的紫外光，则能够固化使用了对300nm以上的波长具有灵敏度的α-氨基酮类的光引发剂的墨，而且还能够固化使用了对260nm左右的波长具有灵敏度的α-羟基酮类的光引发剂的墨。

由于在金属卤化物灯或高压水银灯等长弧棒状光源中仅取得所需要的紫外线频带的光是很困难的，所以在本发明中使用点光源。如图2所示，作为点光源能够使用能够高效地放射例如波长300～450mm的紫外光的短弧的超高压水银放电灯10，另外，如后述那样还能够使用发光元件(LED)。

为了使点光源聚光为线状，需要扩大照射区域或使光重叠，因此，最好使点光源与基材之间形成间隔。在点光源与基材之间形成间隔能够提高长度方向照度的均匀性。

在图2中，作为点光源使用短弧的超高压水银放电灯10，为了使从点光源放射的光朝向基材反射，使用反射器20。作为反射器20，例如，能够使用具有旋转椭圆面状的反射面的聚光镜、或具有旋转抛物面状的反射面的聚光镜。在此，示出了使用具有旋转抛物面状的反射面的聚光镜的情况。

短弧型的放电灯10由能够高效地放射例如波长300～450nm的紫外光的超高压水银放电灯构成，在放电容器内，一对电极在电极间距离为例如0.5～2.0mm的状态下向对置配置。

作为发光物质的水银例如封入0.08～0.30mg/mm³。另外，也分别封入规定的封入量的启动辅助用的缓冲气体即稀有气体以及卤素。放电灯10配置为使连接一对电极的直线沿着反射器20的光轴延伸，放电灯10的发光部配置为与反射器20的第一焦点一致。

列举一例，电极间距离为1.3mm、功率为200W，波段为300nm～400nm的紫外光输出为16W，波段为300nm～450nm的紫外光输出为25W。

由于是点光源，所以能够通过反射器选择波长来进行反射，由此能够易于得到输出几乎不发出可视光和红外线的450nm以下的波长的光源。能够实现不对基板照射几乎不对墨的固化做出贡献且成为基材温度上升的原因的可视光和红外线。

此外，上述说明了有1个放电灯10的情况，但是为了提高输出也能够利用多个放电灯10构成点光源。

线状光源即使不经由光学系统也能够形成细长的照射区域。因此，使点光源与基材之间的间隔接近更能够减少光的衰减，能够提高利用效率。

在图2中，作为线状光源使用2个低压水银灯11，它们配置在光照射器的光出射口40的附近，在背面设置有导水槽状镜12，使光聚光为线状。

如图2所示，作为线状光源能够使用高效地放射例如主发光波长为254mm的紫外光的低压水银灯。对于低压水银灯(低压水银蒸气放电灯)，例如，在发光管的两端收缩密封有电极支架，并在发光管内封入有水银和约300pa的氩气。通常，放电是通过经由2个电极向混合气体供给电能来进行保持的。其放射主要由从被称为放电弧柱的部分放射的、波长185nm、254nm的水银原子的共振放射构成。如果由合成石英玻璃形成发光管，则200nm以下的紫外线能够有效地透过，但是当在发光管中使用其他的玻璃的情况下却不能够透过，所以在基材上主要照射波长254mm的光。

列举一例，直径为Φ8mm、发光长为70mm、功率为5W，主发光波长为254mm的紫外光输出为1.5W。

上述点光源具备使出射光聚光为线状的发光元件。在图2中，使出射光聚光为线状的聚光机构是圆柱透镜30和反射构件50。

从作为点光源的放电灯10放射的光被具有旋转抛物面状的反射面的反射器20反射，从而成为平行光而入射至圆柱透镜30。

在圆柱透镜30中，在圆柱透镜30的轴向(图2(b)的箭头方向)不进行聚光而使平行光原样透过，在与圆柱透镜30的轴向正交的方向上进行聚光，形成在轴向上延伸为线状的光照射区域。

作为上述线状光源的2个低压水银灯11配置为使其长度方向沿着点光源的上述聚光为线状的光的长度方向。

在上述聚光为线状的光的两侧配置有被支撑板60支撑的2个反射构件50。2个反射构件50配置为沿着聚光为线状的光的长度方向延伸，至少使设置有点光源一侧的面形成反射面。

2个反射构件50以越接近基材5两者越接近的方式倾斜。利用该反射构件50，因圆柱透镜的像差等稍微偏离聚光角的光也能够被集中在狭窄的开口部(后述的光出射口40)。另外，利用例如铝镜形成反射构件50，能够使反射构件50轻量化。而且，与聚光为线状的光的形状相对应，形成X方向(头部的移动方向)的宽度窄的狭缝状的光出射口40。光出射口40的X方向的宽度例如为约8mm。

在反射构件50的与上述放电灯10的照射区域侧相反一侧的位置且与该反射构件相邻的位置上，配置有作为线状光源的低压水银灯11。

在图2的例子中，由于反射构件50以朝向基材5相互接近的方式倾斜，所以在基材5的附近，2个反射构件50之间较窄，反射构件50与外部罩8之间变宽。通过在由该反射构件50与外部罩形成的间隙的空间内配置作为线状光源的低压水银灯11，能够有效地利用死角空间，能够在不使光照射装置变大的情况下配置点光源和线状光源。

另外，来自点光源的照射光不包括可视光和红外线，因此对灯具下表面附近的温度的影响小。

而且，由于通过反射构件50进行遮光，所以来自点光源的照射光不会照到作为线状光源的低压水银灯11，不对低压水银灯11产生热影响。因此，作为线状光源能够使用输出容易受周围温度的影响而较大地变动的低压水银灯。

如上所述，通过圆柱透镜30和反射构件50，能够将点光源聚光为线状，提高峰值照度，在长度方向上形成均匀的光照射区域。

另外，使线状光源与基材5接近地配置，能够减小衰减，提高峰值照度，通过导水槽状镜12能够使光聚光为线状，形成光照射区域。提高峰值照度能够减小墨固化所需要的能量，固化所需要的时间也是较短即可。而且，能够抑制照射量地使墨固化，因此能够减少对基材5的损伤，还能够提高处理速度。尤其是，由于低压水银灯的灯发光管在低温下发光，所以即使与作业工件接近地配置，作业工件的温度也几乎不上升。

墨固化是如下的反应，即，在向光引发剂照射紫外线时，光引发剂变为原子团，其与预聚物(prepolymer)、单体(monomer)的聚合性双键(不饱和基)接近，然后双键部分被活性化，接连地键合为链状。只不过，墨与氧接触的时间越长，越难利用光进行固化。这是因为存在称为氧阻聚(oxygen inhibition)的现象，所述氧阻聚是指在墨中的光引发剂在发生固化反应前因氧而失去活性的现象。但是，如果提高峰值照度，则原子团变为高密度，在新的氧被供给之前进行反应，从而氧阻聚变小，固化所需要的时间变短。

B.第二实施方式

在第一实施方式中，作为聚光机构使用了圆柱透镜30，但是在第二实施方式中使用多个棒状透镜31。图3表示第二实施方式的光照射装置的剖视图。该图的(a)是X方向(沿着头部的移动方向的方向)的剖视图，(b)是Y方向(与头部的移动方向垂直的方向)的剖视图。

在本实施方式中，在反射器22的光出射侧，在与被反射器22反射的光的光轴正交的平面上，以平行接触的方式排列设置有多个棒状透镜31。

从放电灯10出射的光被反射器22的旋转椭圆面状的反射面反射，成为被聚光在反射器22的第二焦点的光，然后入射至多个棒状透镜31。从多个棒状透镜31出射的光中与长度方向正交的方向的光通过棒状透镜31的作用，在反射器22的第二焦点之前的位置被聚光，然后扩散。另一方面，由于棒状透镜不对长度方向的光发生作用，所以沿着长度方向的光原样在反射器22的第二焦点被聚光。因此，在反射器22的第二焦点上，能够得到在与棒状透镜31的长度方向垂直的方向上延伸且被聚光为线状的光，该光被照射在基材5上。

另外，与上述图2所示相同，在与聚光为线状的光的长度方向正交的方向(X方向)的两侧设置有2个反射构件50。2个反射构件50沿着聚光为线状的光的长度方向(Y方向)延伸，至少使设置有点光源的一侧的面形成为反射面，并且以越靠近基材5(光出射口40)两者越接近的方式倾斜。

而且，对应于聚光为线状的光的形状，形成使X方向(头部的移动方向)的宽度窄的狭缝状的光出射口40。

在反射构件50的与上述放电灯10的照射区域侧相反一侧的位置且与该反射构件相邻的位置上，与图2所示相同，配置有作为线状光源的低压水银灯11。在该情况下也是，反射构件50以向基材5相互接近的方式倾斜，在由该反射构件50与外部罩形成的间隙的空间中配置作为线状光源的低压水银灯11，由此能够有效利用死角空间，从而能够在不使光照射装置变大的情况下配置点光源和线状光源。

另外，与图2所示相同，来自点光源的照射光不包括可视光和红外线，因此对灯具下表面附近的温度的影响小，并且来自点光源的照射光不照到作为线状光源的低压水银灯11，所以不对低压水银灯11产生热影响。因此，作为线状光源能够使用输出容易受周围温度的影响而较大地变动的低压水银灯。

此外，在图3(b)中，在聚光为线状的光的长度方向(Y方向)的两侧也设置反射构件70，该反射构件70用于限制聚光为线状的光的长度方向(Y方向)的扩散。

C.第三实施方式

在第一、第二实施方式中，作为点光源使用了放电灯，但是在第三实施方式中，作为点光源使用发光元件(以下称为LED)，但不必要的可视光、红外线的放射都非常少，这一点在三个实施方式中是相同的。

图4(a)表示作为点光源使用LED时的光源部分的结构例。如该图所示，在金属基板16上，直线状地排列配置例如9个LED封装件13。在金属基板16的与安装有上述LED封装件13的面相反侧的面上安装有散热器。

LED例如使用电流为1.5A、电压为35V、功率为52W，波长为365nm的紫外线输出为5W的LED。

在LED封装件13的出射侧安装有圆柱透镜15。

图4(b)是使用图4(a)所示的点光源的本发明的第三实施方式的光照射装置的剖视图，该图表示X方向(沿着头部的移动方向的方向)的剖面。

如该图所示，在外部罩8内配置如图4所示的由LED封装件13、金属基板16、圆柱透镜15构成的点光源，在金属基板16的上侧(与安装有LED封装件13的面相反侧的面)上设置有散热器18。另外，在散热器18的上部设置有风扇19，利用风扇19对上述散热器18进行冷却。

在上述LED封装件13的两侧，与圆柱透镜15的轴向(图4(b)的纸面垂直方向)大致平行地安装反射构件50，所述反射构件50的至少设置有点光源的一侧的面形成为反射面。

此外，LED封装件13比元件还小，并且通过圆柱透镜15将来自LED封装件的光聚光为线状，因此反射构件50相对于从LED封装件13照射的光的中心光线不倾斜，平行地安装2个反射构件50。

从LED封装件13放射的光通过圆柱透镜15向长度方向(圆柱透镜15的轴向)扩散。由此，能够提高相邻的LED封装件之间的光的均匀性。另外，从LED封装件13放射的光通过圆柱透镜15在沿着头部移动方向的方向(X方向)上聚光为线状。而且，通过反射构件50将该光封闭在狭窄的区域。结果，形成在圆柱透镜30的轴向线状延伸的、提高了峰值照度的光照射区域。

在反射构件50的与上述LED封装件13的照射区域侧相反一侧的位置且与该反射构件50相邻的位置，配置有作为线状光源的低压水银灯11。

在由LED封装件13等构成点光源的情况下，在LED封装件13上设置有散热器18和冷却用的风扇15，但是通常设置为散热器18大于LED封装件13，外部罩8将它们覆盖。因此，如图4所示，在反射构件50与外部罩8之间形成了没有被利用的空间。

作为线状光源的低压水银灯11配置在由反射构件50与外部罩形成的上述空间中。由此，能够有效利用死角空间，与上述第一、第二实施方式相同，能够在不使光照射装置变大的情况下配置点光源和线状光源。

Claims

1.一种光照射装置，用于打印机，所述打印机具备头部，所述头部具有将光固化型的液体材料喷出至基材的记录头、和照射用于使喷出并弹落至上述基材的液体材料固化的光的光照射装置，

一边使头部与基材相对移动，一边从记录头向基材喷出液体材料并通过光照射装置对弹落在基材上的液体材料照射光，由此使液体材料固化而形成图案，其特征在于，

上述光照射装置具有发光波长峰值不同的点光源和线状光源，

上述点光源具备使出射光聚光为线状的光学元件，

上述线状光源配置成，其长度方向沿着聚光为线状的上述点光源的光的长度方向配置并且比上述点光源相距基材的距离短。

2.根据权利要求1所述的光照射装置，其特征在于，

在上述点光源的两侧，沿着该点光源的聚光为线状的光的长度方向，配置有至少使设置有点光源的一侧的面形成为反射面的平面状的反射构件，

在上述反射构件的与上述点光源的照射区域侧相反一侧的位置且与该反射构件相邻的位置，配置上述线状光源。

3.根据权利要求1或2所述的光照射装置，其特征在于，

上述点光源是发光二极管。

4.根据权利要求1或2所述的光照射装置，其特征在于，

上述点光源是短弧型的放电灯，并且具备聚光镜。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的光照射装置，其特征在于，

上述线状光源是低压水银灯。