JP2009061695A - インクジェット印刷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】色ずれを抑制し、かつ紫外線硬化インクでの色のにじみを抑制することができるインクジェット印刷装置を提供する。
【解決手段】印刷ヘッド２は紫外光の照射により硬化するインクを印刷対象物１の印刷面に向かって吐出させる。印刷ヘッド２は２個１組でヘッド群４を構成し、紫外線発光ダイオードを光源とする照射ヘッド３とともにキャリッジ１２に装着される。キャリッジ１２は印刷対象物１の搬送方向に対して直交方向に往復移動する。照射ヘッド３は、キャリッジ１２が往復移動する方向の両端部と隣接するヘッド群４の間とにそれぞれ配置される。印刷ヘッド２は、キャリッジの１２の往路と復路とにおいて印刷対象物１にインクを吐出する。ヘッド群４の間の照射ヘッド３は常時点灯し、キャリッジ１２の両端部の照射ヘッド３は、キャリッジ１２の往路と復路とにおいて交互に点灯する。
【選択図】図１

Description

本発明は、紫外線の照射により硬化するインクを印刷対象物の印刷面に向かって吐出させるインクジェット印刷装置に関するものである。

従来から、紫外線の照射により硬化するインクを用いたインクジェット印刷装置が種々提案されている。この種のインクジェット印刷装置では、インクを吐出させる印刷ヘッド（記録ヘッド）に隣接して紫外線を照射する照射ヘッド（紫外線照射機構）を設けることが考えられている。インクジェット印刷装置は、カラー印刷に用いられることが多いから、４色（シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック）以上のインクを使用しており、各インクごとに独立した印刷ヘッドを設けている。

照射ヘッドとしては、光源に発光ダイオードを用いたものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のインクジェット印刷装置では、各印刷ヘッドごとに照射ヘッドが隣接して配置された構成が開示されている。特許文献１では、印刷対象物を一方向に搬送するとともに、印刷対象物の搬送方向に直交する方向に複数個の印刷ヘッドを配列し、その方向に印刷ヘッドを往復移動させる構成と、印刷対象物の搬送方向に沿って印刷ヘッドを配列した構成とが記載されている。また、特許文献１には、両端の２個の照明ヘッドについて、往路と復路との一方でのみ点灯させる動作が記載されている。

前者の構成では、印刷ヘッドが往復移動する方向において２個の照射ヘッドの間に印刷ヘッドを配置し、かつ隣接する印刷ヘッドの間にそれぞれ照射ヘッドを配置している。したがって、各印刷ヘッドは、それぞれ２個ずつの照射ヘッドの間に配置されている。この構成では、印刷ヘッドの往復移動に際して往路と復路とで印刷ヘッドから印刷対象物にインクを吐出し、印刷ヘッドから印刷対象物にインクを吐出した直後に、照射ヘッドから印刷対象物に紫外線を照射してインクを硬化させることができる。

後者の構成では、印刷対象物を搬送する向きにおいて印刷ヘッドと照射ヘッドとを交互に配置し、印刷ヘッドから印刷対象物にインクを吐出させた直後に、照射ヘッドから印刷対象物に紫外線を照射してインクを硬化させている。

いずれの構成も、インクの吐出とインク滴への紫外線照射とを交互に繰り返しているから、各１色ずつのインクが吐出後に紫外線を照射されて硬化し、結果的に２色以上のインク滴が液状のまま混合されることがなく、色のにじみの少ない印刷が可能になっている。
特開２００４−１６０９２５号公報

ところで、特許文献１に記載の構成では、隣接する各一対の各印刷ヘッドの間にそれぞれ照射ヘッドが配置されているものであるから、印刷ヘッドと照射ヘッドとの占有スペースが大きく、インクジェット印刷装置が大型化するという問題を有している。

とくに、印刷対象物の搬送方向に直交する方向で印刷ヘッドを往復移動させる構成を採用した場合には、印刷ヘッドと照射ヘッドとを保持するキャリッジは、往復移動の両端位置において、すべての印刷ヘッドが印刷対象物の印刷面に重複しない位置まで移動していなければならない。したがって、キャリッジの移動方向において印刷ヘッドと照射ヘッドとが占有する幅寸法が大きくなると、それだけキャリッジの移動距離が大きくなり、結果的に印刷速度の低下につながるという問題が生じる。

また、各印刷ヘッドの間にそれぞれ照射ヘッドが介在することによって、両端の印刷ヘッド間の距離が大きくなり、印刷ヘッドの微小な位置ずれによってインク滴の位置のずれが大きくなり、色ずれが生じやすくなるという問題も生じる。

要するに、印刷速度を向上させ色ずれを抑制しようとすれば、印刷ヘッド間の最大距離をできるだけ小さくするのが望ましく、また印刷ヘッド間の最大距離を小さくすれば小型化にも寄与するが、その一方で、色のにじみを抑制するには、印刷ヘッドに隣接するように照射ヘッドを配置しインクの吐出直後にインクを硬化させるのが望ましいから、照明ヘッドの個数が多くなって大型化したり、印刷ヘッド間の最大距離が大きくなって色ずれが生じやすくなるという問題を生じる。結局、色ずれの抑制と色のにじみの抑制とを両立させることが困難になっている。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、印刷ヘッド間の最大距離を比較的小さくすることにより色ずれを抑制し、かつ印刷ヘッドから吐出したインクが混ざり合わないうちに硬化させることにより色のにじみを抑制することができるインクジェット印刷装置を提供することにある。

請求項１の発明は、紫外光の照射により硬化するインクを印刷対象物の印刷面に向かって吐出させる複数個の印刷ヘッドと、印刷対象物を一方向に搬送するとともに印刷対象物の印刷面に平行な面内において印刷対象物の搬送方向に直交する一直線上で印刷ヘッドを往復移動させる駆動機構部と、印刷ヘッドが印刷対象物に対して移動する方向において印刷ヘッドに隣接して配置され駆動機構部により印刷ヘッドとともに移動させられかつ印刷対象物の印刷面に着弾したインクに紫外線を照射する照射ヘッドとを備え、印刷ヘッドは、往路と復路とにおいてインクを吐出させ、かつ複数個が隣接してヘッド群を形成するとともに複数のヘッド群を形成しており、照射ヘッドとしては、紫外線発光ダイオードを光源として内蔵しており、印刷ヘッドが往復移動する方向の両端部に配置された２個の第１の照射ヘッドと、隣接するヘッド群の間に配置された１個の第２の照射ヘッドとを備えることを特徴とする。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記電源は、前記駆動機構部により前記印刷ヘッドが移動する間において、前記第１の照射ヘッドについては移動時に印刷ヘッドの後方に位置する一方のみを点灯させ、前記第２の照射ヘッドについては常時点灯させることを特徴とする。

請求項１の発明の構成によれば、複数個の印刷ヘッドを隣接させた複数のヘッド群を形成しており、紫外線発光ダイオードを光源とする照射ヘッドを、印刷ヘッドが往復移動する方向の両端部と、隣接するヘッド群の間とに配置しているから、照射ヘッドの個数は印刷ヘッドの個数よりも少なくなる。したがって、印刷ヘッドと照射ヘッドとを交互に配置していた従来構成に比較すれば、照射ヘッドの個数を大幅に低減することができる（印刷ヘッドを４個とすれば、請求項１の発明の構成では照射ヘッドが３個になり、従来構成では５個になる）。その結果、印刷ヘッドと照射ヘッドとを合わせた幅寸法の増加を抑制することができ、印刷ヘッドと照射ヘッドとを交互に配置している場合に比較して、印刷ヘッドの往復方向の移動量を低減することになるから、小型化につながるとともに、移動距離の短縮による高速化が期待できる。

請求項１の発明の構成を採用すれば、印刷ヘッドと照射ヘッドとを交互に配置する場合に比較して印刷ヘッド間の最大距離を小さくすることができ、印刷ヘッドから吐出するインク滴の位置ずれの発生を抑制することができる。つまり、色ずれが抑制される。また、照射ヘッドを印刷ヘッドごとに設けていないが、すべての印刷ヘッドからインクを吐出させた後に硬化させるのではなく、ヘッド群ごとにインクを硬化させるから、すべての印刷ヘッドからインクを吐出させた後にインクを硬化させる場合よりも色のにじみが生じる可能性を低減することができる。

さらに、照射ヘッドの光源には紫外線発光ダイオードを用いているから、照明ヘッドは小型化が可能であり、ヘッド群の間に第２の照射ヘッドを配置する構成を採用しながらも、印刷ヘッドの距離が広がらず、このことによって、印刷ヘッドから吐出され印刷面に着弾したインク滴の位置が隣接する印刷ヘッド間でずれるのを抑制することができ色ずれの発生を抑制できる。

請求項２の発明の構成によれば、印刷ヘッドの移動方向の両端に位置する第１の照射ヘッドは、一方のみを点灯させているから、消費電力を低減することができる。すなわち、第１の照射ヘッドに給電する電源は、一方の第１の照射ヘッドを点灯させる電力を給電すればよいから、２個の第１の照射ヘッドを同時に点灯させる電力を出力する電源を用いる必要がなく、電源の小型化に寄与する。しかも、照射ヘッドは紫外線発光ダイオードを光源に用いているから、印刷ヘッドの往復の際に各第１の照射ヘッドの点灯・消灯の切換を瞬時に行うことができる。このことは、印刷速度の向上につながる。

本実施形態は、図１に示すように、印刷対象物（たとえば、紙）１を搬送するベッド１１と、ベッド１１の上面に平行な面（つまり、印刷対象物１の印刷面１ａに平行な面）内で搬送方向に直交する方向に往復移動するキャリッジ１２とを備える。キャリッジ１２は、印刷対象物１の印刷面１ａに平行な面内で印刷対象物１の搬送方向に直交する複数本のシャフト１３により、シャフト１３の長手方向に沿って往復移動ができるように支持される。ベッド１１の上の印刷対象物１の搬送およびシャフト１３に沿ってのキャリッジ１２の移動は、モータ１４を備える駆動機構部１０が行う。

キャリッジ１２には、それぞれ異なる色のインクをインクジェット方式で吐出させる複数個の印刷ヘッド２と、印刷ヘッド２から印刷対象物１に吐出したインクに紫外線を照射する複数個の照射ヘッド３とが保持される。印刷ヘッド２および照射ヘッド３はキャリッジ１２に対して着脱可能であり、印刷ヘッド２および照射ヘッド３をキャリッジ１２から取り外すことによりメンテナンスを容易に行えるようにしてある。

図示例では、印刷ヘッド２を４個設け、照射ヘッド３を３個設けてある。印刷ヘッド２は２個ずつを隣接させてヘッド群４としてまとめてある。つまり、２個のヘッド群４を備えている。一方、照射ヘッド３は、キャリッジ１２における往復移動の方向の両端部と、両ヘッド群４の間とに配置されている。両端部の照射ヘッド３は第１の照射ヘッドに相当し、ヘッド群４の間に配置した照射ヘッド３は第３の照射ヘッドに相当する。

印刷ヘッド２には、マゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの各色のインクを吐出するものを用いる。インクは紫外線硬化インクであって、吐出後に紫外線を照射することにより硬化する。ここに、キャリッジ１２が往復移動する間に往路と復路との両方で印刷ヘッド２からインクを吐出する。

上述の構成では、往路と復路とでは、印刷対象物１にインク滴が着弾する順序が逆になる。各色のインクが印刷対象物１の印刷面１ａに重なる順序が異なると、各色のインク滴の割合が等しくても色味に変化を生じることがあるから、往路と復路との色味の変化を無視できない場合には、往路と復路との一方のみで印刷を行うか、あるいは往路と復路との色未の変化を考慮して各色のインク滴の割合を変化させる制御を行う。なお、往路用と復路用との印刷ヘッド２を設けることも考えられるが、この構成は大型化につながる上に、色ずれを防止するための調整箇所が増加するから、望ましい構成とは言えない。

照射ヘッド３は、紫外線発光ダイオードを光源に持ち、印刷対象物１に向かって紫外線を照射するように配置されている。光源として発光ダイオードを用いているから、配光を制御しなくとも光源から放射される紫外線の大部分を印刷対象物１に照射することができる。光源から放射される紫外線について、印刷対象物１に照射される量をさらに増加させ、かつ印刷対象物１の表面での強度むらを減少させるために、照射ヘッド３には、配光を制御するための屈折系や反射系の適宜の光学要素が設けられる。

照射ヘッド３の光源に用いる紫外線発光ダイオードは、紫外線硬化インクを硬化させる程度の強度の光出力が要求されるから、数Ａ〜数十Ａ程度の電流を流すことができるようにサイズ設計がなされており、また印刷対象物１の搬送方向における印刷ヘッド２の幅程度の照射領域が必要であるから、印刷対象物１の搬送方向に複数個の紫外線発光ダイオードを配列してある。

上述のように、光源に大きい電流を流すから、照射ヘッド３の光源は高温になる。一般に発光ダイオードは温度の上昇に伴って発光効率が低下することが知られているから、自己発熱によって発光効率が低下する可能性がある。そこで、光源は水あるいは適宜の冷媒を用いて冷却し、発光効率の低下を防止している。なお、光源を冷却するための構造については、本実施形態の要旨ではないから説明を省略する。

具体的には、二次元格子の格子点上に４×４個程度の紫外線発光ダイオードを配置して並列接続した発光モジュールを構成し、発光モジュールを印刷対象物１の搬送方向に配列する形で照射ヘッド３の光源を構成してある。また、発光モジュールは、直列接続してある。数Ａ〜数十Ａ程度の電流が流れる発光モジュールを数個（５〜１０個）用い、発光モジュールを直列接続して１個の照射ヘッド３の光源を構成しているから、１個の照射ヘッド３について１０〜２０Ｖで数Ａ〜数十Ａ程度の直流電源が必要になる。

図示例では、２個の電源５ａ，５ｂを用いて３個の照射ヘッド３に給電している。２個のヘッド群４の間に配置した第２の照射ヘッド３には１個の電源５ｂを専用に用いて給電するが、残りの２個である第１の照射ヘッド３には１個の電源５ａを共用して給電する。電源５ａは、２個の照射ヘッド３の各一方に給電する状態を選択する選択手段（たとえば、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴからなる電子スイッチ）６を備え、選択手段６は、キャリッジ１２の位置を検出する位置検出手段（たとえば、フォトインタラプタ）７の出力により、どちらの照射ヘッド３に給電するかを選択する。

すなわち、図１の右向きにキャリッジ１２が移動する際には、右端の照射ヘッド３の前方には印刷ヘッド２が存在しないから、この照射ヘッド３を点灯させても紫外線が無駄に照射される。そこで、キャリッジ１２が右向きに移動する際には、いずれかの印刷ヘッド２の後方となる中央の照射ヘッド３と左端の照射ヘッド３とにのみ給電する。

逆に、図１の左向きにキャリッジ１２が移動する際には、左端の照射ヘッド３の前方には印刷ヘッド２が存在しないから、中央の照射ヘッド３と右端の照射ヘッド３とにのみ給電する。

言い換えると、中央の照射ヘッド３は、キャリッジ１２の移動方向にかかわらず電源５ｂから常時給電されて点灯し、左端の照射ヘッド３と右端の照射ヘッド３とは、キャリッジ１２の移動方向に応じて電源５ａから一方にのみ給電されて交互に点灯・消灯する。

照射ヘッド３の光源には、紫外線発光ダイオードを用いているから、消灯から点灯への切換に際して、放電灯のようなウォーミングアップ時間を必要とせず、瞬時に消灯から点灯に移行する。つまり、上述のように選択手段６により電源５ａからどちらの照射ヘッド３に給電するかを切り換えることにより、光源からの光出力を瞬時に立ち上げることができる。

このことから、２個の照射ヘッド３の点灯と消灯とに要する時間を考慮することなく点灯と消灯とを切り換えることができ、両照射ヘッド３を常時は点灯させない構成を採用しながらも、キャリッジ１２の移動方向を待ち時間なく切り換えることができ、印刷速度の低下を防止することができる。また、電源５ａは各一方の照射ヘッド３に給電しているから、電源５ａから２個の照射ヘッド３に一度に給電することがなく、１個の照射ヘッド３に給電できる電力を出力すれよいことになる。

要するに、２個の照射ヘッド３に給電する電力で３個の照射ヘッド３に給電することができる。電源５ａから２個の照射ヘッド３への給電の切換は、上述のように選択手段６が行い、位置検出手段７により検出されるキャリッジ１２の移動方向により選択手段６の切換を行う。

上述の構成によれば、２個の印刷ヘッド２から吐出した２色のインクが印刷対象物１に着弾した状態において、照射ヘッド３からの紫外線が２色のインクに照射されるから、２色のインクが液状のままで混ざり合う可能性がある。しかしながら、４色のインクを重ねてから紫外線による硬化を行う場合に比較すると、インクの量が少ないから、インクが混ざり合う可能性を低減でき、１色ずつ硬化させる場合に比較して遜色のない仕上がりになる。

なお、上述した例では、４色のインクを用いているが、特色を用いる場合や６色以上のインクを用いる場合（６個以上の印刷ヘッド２を用いる場合）には、２個あるいは３個の印刷ヘッド２によりヘッド群４を形成してもよい（望ましくは２個の印刷ヘッド２）。

実施形態を示す要部斜視図である。 同上のブロック図である。

符号の説明

１ 印刷対象物
１ａ 印刷面
２ 印刷ヘッド
３ 照射ヘッド
４ ヘッド群
５ａ，５ｂ 電源
６ 選択手段
７ 位置検出手段
１０ 駆動機構部

Claims (2)

1. 紫外光の照射により硬化するインクを印刷対象物の印刷面に向かって吐出させる複数個の印刷ヘッドと、印刷対象物を一方向に搬送するとともに印刷対象物の印刷面に平行な面内において印刷対象物の搬送方向に直交する一直線上で印刷ヘッドを往復移動させる駆動機構部と、印刷ヘッドが印刷対象物に対して移動する方向において印刷ヘッドに隣接して配置され駆動機構部により印刷ヘッドとともに移動させられかつ印刷対象物の印刷面に着弾したインクに紫外線を照射する照射ヘッドと、照射ヘッドに電力供給する電源とを備え、印刷ヘッドは、往路と復路とにおいてインクを吐出させ、かつ複数個が隣接してヘッド群を形成するとともに複数のヘッド群を形成しており、照射ヘッドとしては、紫外線発光ダイオードを光源として内蔵しており、印刷ヘッドが往復移動する方向の両端部に配置された２個の第１の照射ヘッドと、隣接するヘッド群の間に配置された１個の第２の照射ヘッドとを備えることを特徴とするインクジェット印刷装置。
2. 前記電源は、前記駆動機構部により前記印刷ヘッドが移動する間において、前記第１の照射ヘッドについては移動時に印刷ヘッドの後方に位置する一方のみを点灯させ、前記第２の照射ヘッドについては常時点灯させることを特徴とする請求項１記載のインクジェット印刷装置。

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