JP2007062268A - 紫外線硬化インクを用いたインクジェットプリンター装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インクの染み込まないプラスチックなどの媒体で、多色インクが硬化乾燥前に混色せず、また媒体への熱ダメージをなくし、消費電力を押さえたインクジェットプリンターを提供する。
【解決手段】４色のインクジェットヘッド１の後にそれぞれ光ファイバーと線状光ガイド４を配置し、光ファイバーは紫外線ランプが入った紫外線ランプ電源装置５に接続し、１色づつ硬化させる。紫外線ランプの光量は最初の３色ユニットではインクがゲル化する光量とし、最後の１色は完全に硬化する光量とした。
【選択図】図３

Description

本発明は、インクジェットフルカラープリンターにおいて、インクに紫外線硬化インクを用いた装置構成に関するものである。

インクジェット技術は近年、産業用の各種分野への応用に関して、急速に利用が進んでいる。高画質カラー写真プリントや広告宣伝用大型カラープリントの分野など種々の用途に使われている。インクジェットプリンター技術は基本的に水のような低粘度の液体を吐出させる技術であり、印刷する媒体はインクがにじまないように媒体表面に特殊なインク吸収材料を塗布して用いられている。また、大型の広告宣伝用などのバスや電車の外部広告用は戸外へ掲示して用いられるので、印刷媒体として紙は使えないので塩化ビニールなどのプラスチックシートを用いている。インクは有機溶剤を用いてプラスチック印刷材料へ適応させ、描画品質を確保している。

これらの産業用での応用は一般的に各種プラスチックやガラス素材、金属材料などの印刷媒体が多く、これらの材料はインクを吸収しないので、インクと印刷媒体との濡れ性や密着性を確保出来るかという問題がある。インクの材料としては有機溶剤が一般的に使われてきた。有機溶剤は蒸発乾燥させるので、環境汚染問題があり、使用に当たっては環境対策が必要となっている。これに対して、紫外線硬化インクが注目されている。紫外線硬化インクは基本的に揮発成分のないモノマーであり、紫外線を照射することで容易に固めることが出来る。適用出来るプラスッチク印刷媒体の範囲も広い。さらにインクジェット技術に適しているのは揮発成分がないので、インクジェットヘッドのノズルの乾きが生じないので非常に取り扱い易い。インクの固化については有機溶剤インクでは風乾か熱風乾燥が必要であること、さらに揮発した溶剤の環境処理装置が要求される。紫外線硬化インクは紫外線ランプを照射するので簡単に構成出来る。しかし、一般的に紫外線ランプは電源容量が大きく、発熱対策も考慮する必要がある。

産業用の応用では生産性をあげるために、高速にプリント出来る事が必要とされる。前述の大型広告用のプリンターや一般家庭用のプリンターにおいては、印刷媒体を固定して、インクジェットヘッドをスキャン移動させ、ヘッドの描画幅を印刷しながら、印刷媒体をヘッド幅、ステップ送りする手法が用いられている。したがって印刷速度は遅くなる。これらの例として特開２００３−１２７３３８号公報や特開２００３−１４５７２５号公報に示されているように、４色のインクジェットヘッドを並べて、スキャン移動するために移動用機構のキャリッジに搭載して、片側あるいは両側にインク硬化用の紫外線ランプユニットを搭載して、インクの吐出後に、紫外線照射を行っている。特開２００３−１２７３３８号公報はインクジェットヘッドユニットを小型軽量にするために、光ファイバーを利用して紫外線ランプと電源を外部に配置して小型にしている。一般に製造装置として高速に部品へのマーキングやラベルを製作するときは、印刷媒体は高速にコンベア上で連続的に移動する。このために高速描画を実現するためにはインクジェットヘッドは媒体上に固定しておくことになる。印刷描画幅が足りない場合は複数個のインクジェットヘッドを幅方向に並べて実現している。前述の方式をヘッドスキャン方式と呼べば、これは固定ヘッド方式と称する。図１は固定ヘッド方式の基本構成を示したものであり、１はインクジェットヘッドで４つを縦列して並べ、４色フルカラー描画ができる。３の印刷媒体がヘッドの下を通過し、各色のインクジェットヘッドから順次、描画を行い、カラー画像プリントを得ることが出来る。２はインク硬化用紫外線ランプ露光装置で最終的に出口で一括露光し、紫外線インクを固める。本方式ではインクジェットヘッドのドット滴の吐出周波数を制御することで印刷媒体の送り速度を設定することが可能で一般的に、５００ｍｍ／秒以上の高速描画も可能である。

紫外線硬化インクを用いて媒体がインクを吸収しないプラスチックなどのプリンターシステムでは黒インクなどの単色応用では、そのまま媒体上に形成した液滴を紫外線で固めることで実用上、十分であった。固定ヘッド方式で２色以上のマルチカラー構成において紫外線硬化ランプを出口で一個使用し、一括露光した場合、インクの混色という問題が起きる。特にフルカラープリンターなどで４色のシアン、マジェンダ、イエロー、黒を使用するときは媒体表面でそれぞれのインク滴が混ざって流動状態となる。流動状態では本来目的とする色から色味が変わってしまい、いわゆる混色問題を発生する。さらに、隣接した細線などが存在したとき、混ざって移動してしまい、細線がゆがんだり、高画質が得られないという欠点があった。一般的なヘッドスキャン方式では一色スキャン毎に稼働ヘッドに搭載した紫外線硬化ランプで硬化しながら、色の数だけ用意されたインクジェットヘッドを吐出し硬化することでインクの混色を避けている。

この改善策として、各色毎にインクを紫外線硬化ランプで固めて、次の色が混ざらないようにする手法がとられる。通常の版を使う紫外線硬化インクを用いたオフセット印刷機などでは、一般的な構成である。これらの印刷機のインクは高粘性であり流動しない。さらにインクの層がインクジェットに比べて薄層であり、インクジェット方式に比べて混色問題は発生しにくい。図２はこのインクジェット方式を説明する図である。１のインクジェットヘッドと２のインク硬化用紫外線ランプ露光装置が一組となって、４色フルカラーの場合、４組を縦列する。この構成によって、各色ごとにインクを固めることができ基本的に液体状態でのインクの混ざりを回避することが出来る。

しかし、４色使用するフルカラープリンターでは、紫外線硬化ランプを各色の後に配置するので４組となり、ランプからの総発熱量が非常に大きく、印刷媒体へのダメージが発生しやすいという課題が残った。一般的に５００ｍｍ／秒程度の印刷速度に対して、必要な紫外線硬化ランプは１２００Ｗ以上必要になり、４カ所の４個とすると４．８ＫＷという非常に大きな発熱量となる。装置全体としての廃熱対策と大きな電源容量に対応するシステム設計が必要で装置の価格も高くなってしまう。
特開２００３−１２７３３８号公報 特開２００３−１４５７２５号公報

解決しようとする問題点は多色インクが硬化乾燥前に混色して画像品質を劣化させていたこと、各色毎に配置した紫外線硬化ランプの発熱が大きく４色のフルカラーモデルでは印刷媒体に、紫外線ランプユニットから与える熱が４色分の４回となり、印刷媒体へ熱ダメージを与えていたことを解決することである。

本発明は、印刷媒体への熱ダメージを与えないようにするために、最後に通過するインクジェットヘッドに配置された露光ランプはインクを完全硬化出来る露光光量として設定し、それ以外の前段の各色での露光光量をインクがゲル状硬化するか半硬化状態になるように減光設定した。描画した一色のインクはゲル状硬化あるいは半硬化状態になり次の色のインクが描画されるが、容易に２色は混じらず、独立した画像ドットとして維持するように構成した。

本発明の効果はインクが色ごとに混じらないという結果を得て、高画質カラー画像がプラスチック媒体などインクの染み込まない材料において、実現した。さらに紫外線ランプの発熱量が全体で下がり、印刷媒体への熱ダメージがなくなり、電力消費が押さえれること、さらに結果として、小型化が可能になったという利点がある。

紫外線硬化ランプの発熱量を抑えること、インク混色が発生しないように、かつ印刷媒体への熱ダメージをあたえないという目的を紫外線硬化ランプの各色でのそれぞれの光量をインクのゲル化条件あるいは半硬化条件に設定すること、さらに光ファイバーを使用した光ガイドによって、描画画質を損なわずに省電力化された小型インクジェットプリンターを実現した。

図３は、本発明装置の１実施例であって、４色のシアン、マジェンダ、イエロー、黒の各色を描画するシステムとして説明する。１のインクジェットヘッドの後に４の光ファイバーと線状光ガイドを配置し、光ファイバーは紫外線ランプが入った５の紫外線ランプ電源装置に接続される。光ガイドシステムを使うことで、小型化とランプの熱が印刷媒体へ直接、照射されないので、熱変形などの問題が解決できるとともに各色のインク液の状態での混色のない高画質を得ることが出来た。小型化には光ファイバー以外にも高出力の紫外線ＬＥＤ発光素子も適用出来る。

使用した紫外線硬化インクの完全硬化条件は３００〜３９０ｎｍの波長域で５０ｍＪ／平方ｃｍ以上で、印刷媒体を５００ｍｍ／秒の搬送速度で印刷する場合、これは約１６０Ｗ／ｃｍのランプ出力に相当する。例として、５０ｍｍの長さの場合は、８００Ｗのランプが必要である。紫外線硬化インクのゲル化条件の光量は各色わずかづつ、差は生じるが、それほど大きな差ではない。例えば、使用したインクでは黒は１０ｍＪ／平方ｃｍ程度、シアンインクは５ｍＪ／平方ｃｍ程度、マジェンダとイエローは５〜１０ｍＪ／平方ｃｍ程度であり、露光ランプの光量として５〜１０ｍＪ／平方ｃｍぐらい与えればよい。これは完全硬化をする前述の積算光量の約４から５分の１である。これは約４０Ｗ／ｃｍのランプ出力に相当する。５０ｍｍの長さの場合は、２００Ｗのランプが必要である。

４色のフルカラーの例では４色のインクジェットヘッドがシアン、マジェンダ、イエロー、黒の順番で、印刷媒体の入口から並んでいる。最初の３色ユニットはインクのゲル化が出来る光量として設定する。最初の３色は複数回それぞれ露光されるので、硬化はさらに進む。これらの３色のゲル化の光量設定を１５ｍＪ／平方ｃｍとしてランプ駆動電源容量を調整した。最後の黒色の紫外線露光ランプでは一括硬化露光量を１００ｍＪ／平方ｃｍとして与えることでインク液体同士の混色のないそれぞれの色で分離し、完全硬化した高画質な印刷画像を得ることができた。総合的な消費電力の低減として５ＫＷ近く必要だった電力が２ＫＷ以下に抑えることができ、さらにランプの小型化と高画質のカラー印刷が実現出来た。

光ガイドを用いない図２の構成で直接紫外線硬化ランプ電源装置を配置した例でも、印刷媒体が熱の影響を受けにくいガラスや金属などでは、同様の効果を得ることは言うまでもない。

一般的な図１は固定ヘッド方式の構成を示した説明図である。 本インクジェット方式の基本形を示した説明図である。 本インクジェット方式の構成例を示した説明図である。（実施例１）

符号の説明

１ インクジェットヘッド
２ インク硬化用紫外線ランプ露光装置
３ 印刷媒体
４ 光ファイバーと線状光ガイド
５ 紫外線ランプ電源装置

Claims (2)

1. 紫外線硬化インクを用いたフルカラーインクジェットプリンターの構成として、各色毎のインクジェットヘッドを印刷媒体の搬送方向に縦列配置し、インク硬化用紫外線ランプを各インクジェットヘッドの近接した後方に配置して印刷媒体に描画したインクを各一色づつ硬化させるように構成したフルカラープリンターを連続的に搬送される印刷媒体の上面に固定配置したインクジェットプリンター装置において印刷媒体が通過する最後の加色用インクジェットヘッド以外の前段各色における紫外線ランプの出力を50%以下に設定したことを特徴とするインクジェットプリンター装置
2. 請求項１に示すインクジェットプリンター装置において、最後の加色用インクジェットヘッド用の紫外線ランプの出力光量は紫外線硬化インクが完全に硬化する光量とし、前段各色における紫外線ランプの出力光量を紫外線硬化インクがゲル化する光量としたことを特徴とするインクジェットプリンター装置
   

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