JP2004155093A

JP2004155093A - 印刷装置

Info

Publication number: JP2004155093A
Application number: JP2002323853A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Maeda; 一幸前田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-11-07
Filing date: 2002-11-07
Publication date: 2004-06-03

Abstract

【課題】紫外線硬化インクで印刷し、紫外線を照射して紫外線硬化インクを硬化させ定着する印刷装置において、紫外線量を制御して省エネする。
【解決手段】紫外線発光手段を設け、その出力を可変できる手段を設けた。紫外線発光手段の紫外線の照射強度は、紫外線硬化インクが硬化するのに必要な露光量を記録媒体１１１が照射範囲を通過する時間で割った値になるよう制御する。紫外線発光手段の紫外線の照射強度は、高速印刷の時には強くして、低速印刷の時には弱くする。前記紫外線発光手段の照射範囲内にメディア１１１がないときには消灯する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録ヘッドから被記録材（記録媒体）に対し紫外線硬化性のインクを吐出させて記録を行うインクジェット印刷装置で印刷された用紙に紫外線を照射し、当該インクを硬化させて用紙に定着させる印刷装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プリンタ、複写機、ファクシミリ等の記録装置は、画像情報に基づいて、紙やプラスチック薄板等の被記録材上にドットパターンからなる画像や文字を記録していくように構成されている。前記記録装置は、記録方式により、インクジェット式、ワイヤドット式、サーマル式、レーザービーム式等に分けることができ、そのうちのインクジェット式（インクジェット記録装置）は、記録ヘッドの吐出口からインク（記録液）滴を吐出飛翔させ、これを被記録材の記録媒体（メディア）に付着させて記録するように構成されている。記録ヘッドのノズル内に電熱変換素子（ヒータ）を設け、それに通電し、発熱させる。その熱で発生する気泡の膨張力で、インクを、吐出飛翔させる方式（バブルジェット（Ｒ）方式）のものがある。
【０００３】
最近の印刷装置は、印刷速度の向上により、印刷したメディアのインクが乾く前に次の印刷が終わり、先に印刷したメディアに次のメディアが重なると後で印刷したメディアの裏面が汚れることになる。そこで、紫外線硬化性のインクで印刷し紫外線照射手段を用いて印刷直後にインクを固定定着させて乾燥させる印刷装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６０−１３２７６７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
紫外線照射手段は、エネルギー消費が大きくて、発熱の問題がある。何らかの問題で、印刷したメディアが定着中詰まって同じところを紫外線照射されその部分の変形や発熱による発火などの問題があった。それを防止するために、特開平０５−６４８７８号公報に記載されているように、紙詰まりを検出したら、紫外線照射ランプを止める提案が出願されている。この提案は、紙詰まりなど、メディア搬送系においてトラブルがないと紫外線照射ランプを止めないので、文字などの印刷時は、印刷速度が早くても定着するように紫外線ランプの発光強度を設定するために、画像などの印刷速度が遅いときには、余分な紫外線が照射されることになる。このことは、エネルギーのロスや発熱などの問題となる。
【０００６】
また、特開平０８−２８１９８０号公報に記載されているように紫外線の照射量が一定になるように定着時間を制御し、安定した光定着をする提案が出願されている。この提案は、印刷時間は、定着時間によって決まってしまうために、印刷自体の時間は早くしても、定着完までの総合時間は遅くなる欠点があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明は、紫外線発光手段を設け、その出力を可変できる手段を設けた。
【０００８】
また、紫外線発光手段の紫外線の照射強度は、紫外線硬化インクが硬化するのに必要な露光量を記録媒体が照射範囲を通過する時間で割った値にする。すなわち紫外線発光手段の照射範囲を通過する時間を“ｔ”とし、紫外線硬化インクが硬化するのに必要な露光量を“Ｋ”とし、紫外線の強度を“Ｐ”としたとき、Ｐ＝Ｋ／ｔとなるよう紫外線の強度を制御することにより、紫外線硬化インクが硬化するのに適切な露光量になるような紫外線の強度となる。
【０００９】
また、前記紫外線発光手段の紫外線の照射強度は、高速印刷の時には強くして、低速印刷の時には弱くするように制御することにより、紫外線硬化インクが硬化するのに適切な露光量になるような紫外線の強度となる。
【００１０】
また、記録ヘッドを、メディアの搬送方向と異なる方向に複数行スキャンして、印刷する印刷装置であって、前記、紫外線発光手段が、１行印刷毎に、紫外線硬化インクが硬化するのに十分な強度で所定時間のみ照射を行う工程を具えたことにより、紫外線硬化インクが硬化するのに適切な露光量を越える紫外線照射はしない。
【００１１】
また、前記紫外線発光手段の照射範囲内にメディアがないときには消灯することにより、無駄な紫外線照射はしない。
【００１２】
また、印刷終了で、定着未完の時には、定着未完部に紫外線を強く照射し、メディア搬送を早くすることにより定着時間の短縮ができる。
【００１３】
本明細書において、「印刷」（「記録」という場合もある）とは、文字、図形等有意の情報を形成する場合のみならず、有意無意を問わず、また人間が視覚で知覚し得るように顕在化したものであるか否かを問わず、広くプリント媒体上に画像、模様、パターン等を形成する場合、またはプリント媒体の加工を行う場合を言うものとする。
【００１４】
また、「印刷装置」とは、プリントを行う１つの完結した装置だけでなく、プリントを行う機能を担う装置をも言うものとする。
【００１５】
また、「記録媒体」とは、一般的なプリント装置で用いられる紙のみならず、広く、布、プラスチック・フィルム、金属板等、ガラス、セラミックス、木材、皮革等、インクを受容可能な物も言うものとするが、以下では「メディア」と言うものとする。
【００１６】
さらに、「インク」（「液体」という場合もある）とは、上記「印刷装置」の定義と同様広く解釈されるべきものであり、記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成、プリント媒体の加工、或いはインクの処理（例えば、記録媒体に付与されるインク中の色材の凝固または不溶化）に供される液体を言うものとする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照してこの発明の実施形態を説明する。図１は本発明のインクジェット記録装置の概念的構成を示す図である。この、インクジェット記録装置において、１０５は記録ヘッドで、紫外線硬化インクを吐出する。１１１は、記録媒体であるところのメディアである。記録ヘッド１０５からインク（記録液）滴を吐出飛翔させ、これを被記録材のメディア１１１に付着させて文字や画像などを形成し記録するように構成されている。１１０は、メディア１１１が繋がったままロール状に巻かれたロール紙である。１０６は、メディア搬送手段で、ロール紙１１０からほどいたメディア１１１を搬送し記録ヘッド１０５の下に搬送し印刷し、１０７の下に搬送する。１０７は紫外線定着手段で、紫外線発光手段を持ち、紫外線硬化インクで印刷されたメディアに、紫外線を照射して、インクを硬化させて定着する。定着されたメディアは、搬送手段１０６により搬送され、１０８に行って切断される。１０８はカッターなどで構成された切断手段で、メディアを所定の長さに切断する。１１２は切断されたメディアである。
【００１８】
図２は、インクジェット記録装置の制御系の構成を示すものである。
【００１９】
ＭＰＵ１００は、マイコンなどの小型の中央演算装置で構成されたマイクロプロセッサである。ホスト装置から印刷命令や印刷情報を１０３の入力インターフェイスより受け取ると、記録装置各部の制御やデータ処理などを実行する。１０１はリードオンリメモリーで再書き込みができない記憶素子で、各処理手順に関する処理プログラムが記憶されている。１０２は、ランダムアクセスメモリーで、データの消去や再書き込みができる記憶素子で、処理手順実行の際のワークエリアなどとして用いられる。すなわち、ＭＰＵ１００は、ＲＯＭ１０１に記憶されている制御プログラムに基づき、ホスト装置から受信した印刷命令に基づいて、同じくホスト装置から受信した印字情報を１０４の画像処理回路やＲＡＭ１０２などの周辺ユニットを用いて、印字データに変換するなどの処理を実行する。またＭＰＵ１００は、記録ヘッドの駆動データすなわち印字データ及び駆動制御信号を記録ヘッド１０５に出力する。記録ヘッド１０５は、前記印字データ及び駆動制御信号に応じて紫外線硬化インクを吐出してメディア１１１上に文字形成や画像形成し印刷する。
【００２０】
１０６は、メディア１１１を搬送するための紙搬送手段で、ＭＰＵ１００によって制御され、ロール紙１１０より出たメディア１１１を、記録ヘッド１０５の下に搬送し印刷し、その後、紫外線定着手段１０７の下に搬送し、着弾された紫外線硬化インクに紫外線を照射して硬化させて定着し、その後切断手段１０８に搬送し、所定の長さにメディアを切断する。１１２は、切断されたメディアである。
【００２１】
次に、紫外線定着手段１０７の詳細を説明する。図３は、紫外線定着手段１０７の構成図である。図中、１２０は、紫外線発光手段であるところのＵＶランプで紫外線に対して透過率の高い石英ガラスなどでできた内部が真空な管で、内部には水銀が少し入っている。１２１は、ＵＶランプ１２０を保持する部材である。１２２は、中が中空になっておりマイクロ波を通すことができる導波管である。１２３は、電子レンジに使用されるマグネトロンなどで構成されるマイクロ波発生装置である。マグネトロンは、大きくてコストが高いので、他に、不図示の高周波発信回路とアンテナなどを用いてマイクロ波を発生させてもよい。ＭＰＵ１００より発光信号がくると、マイクロ波発生装置１２３より、電磁波の１種であるところのマイクロ波が発生する。ここで発生したマイクロ波を、導波管１２２で導いて、ＵＶランプ１２０に照射する。
【００２２】
図６は、このときのマイクロ波の強度と発生する紫外線の関係を表した図である。マイクロ波発生装置１２３のマイクロ波が微弱の時には、ＵＶランプ１２０に照射されても中の水銀は励起しない。したがって、微弱なマイクロ波では、紫外線は発光しない。マイクロ波の出力を上げて、水銀のバンドギャップを越えるエネルギーが、照射されると水銀の外側の電子が外の軌道に飛ばされる。その後、電子が元の軌道に戻ろうとするときに紫外線を発光する。強いマイクロ波が照射されるとたくさんの水銀が励起して強い紫外線が発光する。この、水銀が励起する条件は、照射されるマイクロ波の強度に依存する、図中のグラフで紫外線が発光し始め付近の線が複数あるのは、ＵＶランプ１２０内の圧力（真空度合い）や温度によっても少し変動する為である。更に強いマイクロ波を照射しても、ＵＶランプ１２０内の水銀には、限りがあるので所定の紫外線強度で飽和してしまう。このように、ＵＶランプ１２０に照射するマイクロ波の強度を可変する事により、発光する紫外線の出力を可変する事ができる。
【００２３】
また、マイクロ波をパルス制御することで紫外線の強度を変えることができる。その詳細は、図７を用いて説明する。図７は、ＵＶランプ１２０の発光する波形で、縦軸は、ＵＶランプ１２０の発光強度で横軸は時間である。図７の（ａ）は、ＵＶランプ１２０の発光が“強”の時の図で、常に点灯しているので紫外線の出力は“強”になる。図７の（ｂ）は、ＵＶランプ１２０の発光が“中”の時の図で、パルス駆動していて半分発光し半分消灯しているので紫外線の出力は“中”である。図７の（ｃ）は、ＵＶランプ１２０の発光が“弱”の時の図で、パルス駆動していて少し発光し、ほとんど消えているので紫外線の出力は“弱”である。
【００２４】
なお、マイクロ波は、ＵＶランプ１２０を作動させるために必要だが、他のところに漏れると、ＭＰＵ１００やメモリーなどの電子回路にノイズとして作用し回路を誤動作させることがあるので、紫外線定着手段１０７は不図示のシールド部材などでマイクロ波が外部に漏れないようにしなければならない。また、ＵＶランプ１２０は全方向に紫外線を発光するので、凹面鏡など不図示の光学系により紫外線を反射させてメディアに効率よく紫外線を照射する。
【００２５】
また、本実施例は、紫外線発光手段に、マイクロ波発生手段とＵＶランプを用いたが、紫外線硬化インクが所定時間内に定着できるだけの紫外線を発生すればよいので、ブラックライトのような蛍光塗料を使わない蛍光灯や、キセノン管や、紫外線発光ダイオード（ＵＶＥＤ）を用いてもよい。
【００２６】
（第１実施例）
本発明の第１の実施例を説明する。メディア１１１の搬送により、紫外線定着装置１０７の照射範囲を通過する時間を“ｔ”として、紫外線硬化インクが硬化するのに必要な露光量を“Ｋ”として、紫外線の強度を“Ｐ”とする。“ｔ”は、印刷モードで決まる。例えば、文字などを印刷するときには吐出するインクの量を減らすことができるので早く印刷できる、写真などの画像を印刷するならば、吐出するインクの量も増えるし、画像の筋や斑を少なくし画質向上するためにマルチパスなどの手法を用いるために印刷速度が遅くなる。
【００２７】
紫外線硬化インクが硬化するのに必要な露光量“Ｋ”を、ＭＰＵ１００で次式を用いて計算する。
Ｐ＝Ｋ／ｔ
ＭＰＵ１００は、計算した紫外線の強度が、Ｐになるようマイクロ波発生装置１２３の出力を制御する。
【００２８】
（第２実施例）
本発明の第２の実施例を説明する。図４は、印刷時におけるＭＰＵ１００の紫外線定着手段１０７の制御方法、すなわち、紫外線定着手段１０７の紫外線発光強度の判定ルーチンのフローチャートである。
【００２９】
Ｓ１は、メディア１１１があるかどうかの判断で、メディア１１１が無い時には、Ｓ７に行きＵＶランプを消灯するが、有る時には、次のステップのＳ２に行く。これは、記録ヘッド１０５に紫外線が照射されるとインクが吐出する吐出口でインクが硬化してしまい、吐出口をふさぎ、インクの吐出の妨げになる不具合が発生する。それを防止するためには、記録ヘッド１０５と紫外線定着装置１０７は離して遮光して、紫外線が記録ヘッド１０５に漏れないようにしておく必要がある。従って、印刷開始直後には、未だメディア１１１が紫外線定着装置１０７のところまで搬送されていないので、それまではＵＶランプ１２０を消灯しておく。メディア１１１が来たらＳ２に行く。
【００３０】
Ｓ２は、印刷が高速モードかどうかの判定で、高速モードの場合には、Ｓ６に行き、ＵＶランプ１２０の出力は、“強”にして判定ルーチンを終了する。これは、紫外線の露光時間が少ないので紫外線の出力をあげて所望の露光量にする為である。印刷が高速モードでなければ次のステップの、Ｓ３に行く。
【００３１】
Ｓ３は、印刷が低速モードかどうかの判定で、低速モードならば、Ｓ４に行きＵＶランプ１２０の出力を“弱”にして判定ルーチンを終了する。これは、紫外線の露光時間が多いので露光量は十分になるので、紫外線の出力を下げて省エネする。Ｓ２、Ｓ３の判定後、印刷が低速モードでなければ、中速モードなので、ＵＶランプ１２０の出力は、“中”にして、判定ルーチンを終了する。
【００３２】
このように、印刷のモードにより紫外線定着手段の下を通過するメディアの搬送速度が分かっているので、ＵＶランプの出力を制御する。
【００３３】
（第３実施例）
以下、図５にしたがって、本発明の第３の実施例を説明する。ここで想定しているのは、ヘッドを多数シリアルスキャンさせて印刷するタイプの印刷装置である。不図示のインクを吐出するノズルをメディアの搬送方向に平行に複数並べた記録ヘッド１０５を、メディア１１１の搬送方向と異なる方向に複数行スキャンして、ノズルの幅分ずつ印刷する印刷装置である。
【００３４】
図５は、印刷時におけるＭＰＵ１００の紫外線定着手段１０７の制御方法、すなわち、紫外線定着手段１０７の紫外線発光強度の判定ルーチンのフローチャートである。
【００３５】
印刷開始でＳ１０に行き、１行目の印刷を開始させ、Ｓ１１に行く。
【００３６】
Ｓ１１は、ＵＶランプ１２０を“強”で点灯させＳ１２に行く。
【００３７】
Ｓ１２は、タイマーで所定時間経過するまでここに留まっている。本実施例では、ｔ秒経過後にＳ１３に行きＵＶランプ１２０を消灯させる。
【００３８】
Ｓ１３でＵＶランプ１２０を消灯させて、Ｓ１４に行く。
【００３９】
Ｓ１４は、１行印刷の終了判定で、終了するまでここで待機して終わったら、次のＳ１５に行く。
【００４０】
Ｓ１５はラインフィードで、メディア１１１を所定量分だけ搬送させ、Ｓ１６に行く。
【００４１】
Ｓ１６は、全行印刷が終了したかの判定で、印刷終了ならＳ１７に行くき、未だならＳ１０に戻って、次の行を印刷する。このように、Ｓ１０からＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４と来ることにより、１行印刷毎に、ＵＶランプ１２０を、紫外線硬化インクが硬化するのに十分な強度で所定時間点灯させる。印刷のモードで１行印刷する時間が変わろうとも、メディアに照射される紫外線の露出量は一定に達した所でＵＶランプ１２０の発光を停止する。全行印刷した所で、Ｓ１７に行く。
【００４２】
Ｓ１７でＵＶランプ１２０を点灯させて、Ｓ１８に行ってメディア１１１を搬送させ、残りの未定着部分の定着を行う。定着が終わったら、Ｓ１９に行って、ＵＶランプ１２０を消灯して判定ルーチンを抜ける。この時、Ｓ１７で紫外線強度を“強”にして、Ｓ１８のメディア搬送速度を、紫外線硬化インクが硬化する範囲内で早くすれば、印刷完から定着完までの時間が短くできる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、紫外線の露光量が一定量になったら消灯するようにした。また、印刷モードにより変わるメディアの搬送速度に応じて適切な紫外線強度になるようにパワーセーブした。
【００４４】
これらによって、安定した紫外線露光により紫外線硬化インクの均一な定着が可能となった。
【００４５】
また、紫外線の消灯、パワーセーブなどにより省エネルギーとなる為、よけいな発熱が無くなるので、紫外線定着装置の放熱装置の簡略化ができ、紫外線定着装置に電力供給する電源の小型化ができるので、本印刷装置の小型化できる。
【００４６】
また、印刷終了で、定着未完の時には、定着未完部に紫外線を強く照射し、メディア搬送を早くすることにより定着時間の短縮ができるので、トータルの印刷時間を短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】インクジェット記録装置の概念的構成図
【図２】インクジェット記録装置の制御系の構成図
【図３】紫外線定着手段の構成図
【図４】第２の実施例による紫外線発光強度の判定ルーチンのフローチャート
【図５】第３の実施例による紫外線発光強度の判定ルーチンのフローチャート
【図６】マイクロ波の強度と発生する紫外線の関係グラフ
【図７】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、マイクロ波をパルス制御したときのタイムチャート
【符号の説明】
１００ＭＰＵ
１０１ＲＯＭ（リードオンリメモリー）
１０２ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリー）
１０３入力インターフェイス
１０４画像処理回路
１０５記録ヘッド
１０６記録媒体の搬送装置（メディア搬送手段）
１０７紫外線定着装置（紫外線定着手段）
１１１記録媒体（メディア）
１２０ＵＶランプ
１２２導波管
１２３マイクロ波発生装置

Claims

紫外線を照射すると硬化するインクを吐出して記録媒体に着弾させ、文字形成や画像形成し印刷や記録する、印刷装置であって、前記、紫外線硬化インクに紫外線を照射して紫外線硬化インクを硬化させ定着する印刷装置において、紫外線発光手段を設け、その出力を可変できる手段を設けたことを特徴とする印刷装置。
前記、紫外線発光手段の紫外線の照射強度は、紫外線硬化インクが硬化するのに必要な露光量を記録媒体が照射範囲を通過する時間で割った値にする。紫外線発光手段の照射範囲を通過する時間を“ｔ”とし、紫外線硬化インクが硬化するのに必要な露光量を“Ｋ”とし、紫外線の強度を“Ｐ”としたとき、Ｐ＝Ｋ／ｔとなるよう紫外線の強度を制御する手段を設けたとを特徴とする請求項１記載の印刷装置。
前記紫外線発光手段の紫外線の照射強度は、高速印刷の時には強くして、低速印刷の時には弱くすることを特徴とする請求項１記載の印刷装置。
記録ヘッドを、メディアの搬送方向と異なる方向に複数行スキャンして、印刷する印刷装置であって、前記、紫外線発光手段が、１行印刷毎に、紫外線硬化インクが硬化するのに十分な強度で所定時間のみ照射を行うことを特徴とする請求項１記載の印刷装置。
前記紫外線発光手段の照射範囲内にメディアがないときには消灯することを特徴とする印刷装置。
印刷終了で、定着未完の時には、前記紫外線発光手段の紫外線を強くし、メディア搬送を早くすることを特徴とする請求項１記載の印刷装置。