JP2009220309A - 印刷システム、インクジェットプリンタ、及び印刷方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被印刷面に凹凸を有する媒体に対して、インクジェット方式で適切に印刷を行う。
【解決手段】インクジェット方式で印刷を行う印刷システム１０であって、被印刷面に凹凸を有する媒体５０に対してインクを吐出するノズルを有するインクジェットヘッド１０２と、少なくとも媒体５０とインクジェットヘッド１０２のノズルとの間の領域の気圧を大気圧よりも低い圧力に減圧する減圧手段である真空ポンプ１６とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、印刷システム、インクジェットプリンタ、及び印刷方法に関する。

近年、インクジェットプリンタを用いて高精細画像を印刷する技術が広く用いられている。インクジェットプリンタは、インクの微小な液滴をインクジェットヘッドのノズルから媒体に向かって吐出することにより、印刷を行う。

また、近年、例えば紙やフィルム等以外の様々な媒体に対してインクジェットプリンタを用いて印刷を行うことが望まれている。例えば、立体物等の被印刷面に凹凸を有する媒体に対しても、インクジェットプリンタを用いて印刷を行うことが望まれている。

凹凸を有する媒体を用いる場合、インクジェットヘッドのノズルと媒体との距離は、媒体の被印刷面の凹部及び凸部とで異なることとなる。そのため、このようなインクジェットプリンタにおいては、ノズルとの距離が異なる凹部及び凸部のそれぞれに対して、適切にインクを吐出する必要がある。

しかし、このような媒体を用いる場合、媒体の被印刷面の凹部においては、例えば凸部における状態と比べ、ノズルとの距離が大きくなる。そして、ノズルとの距離が大きくなると、例えば、インクの液滴のミスト化等の問題が生じやすくなり、インクを媒体へ適切に吐出することが困難になる。また、インクジェットヘッドのノズルから吐出されるインクの液滴の着弾精度を適切に制御することが困難になるおそれもある。更に、高精細な印刷を行おうとする場合には、インクの液滴の容量が小さくなり、これらの問題が特に大きくなる。

そのため、従来、被印刷面に凹凸を有する媒体に対して、インクジェット方式で適切に印刷を行うことは困難であった。そこで、本発明は、上記の課題を解決できる印刷システム、インクジェットプリンタ、及び印刷方法を提供することを目的とする。

尚、本発明の完成後、関連する先行技術を出願人が調査したところ、インクジェットヘッドによるパターニング装置に関する特許文献１を発見した。しかし、特許文献１の構成は、本発明とは全く異なる目的を実現するための構成である。そのため、例えばこの構成をそのままインクジェットプリンタに適用したとしても、本発明にはならない。
特開２００４−１３４４９０号公報

本願の発明者は、被印刷面に凹凸を有する媒体に対してインクジェット方式で印刷を行おうとする場合に生じる問題について、鋭意研究を行った。そして、インクジェットヘッドのノズルから吐出されたインクの液滴が受ける空気抵抗の影響に着目した。

インクジェットヘッドのノズルから吐出されたインクの液滴は、媒体に達するまでの間、空気抵抗を受ける。また、被印刷面に凹凸を有する媒体に印刷を行う場合、インクの液滴の飛距離を、少なくともノズルと凹部との間の距離以上にする必要がある。しかし、インクの飛距離が大きくなると、空気抵抗の影響がより大きくなる。そして、空気抵抗の影響が大きくなると、インクのミスト化が生じやすくなる。そのため、被印刷面に凹凸を有する媒体を用いる場合には、インクのミスト化が特に生じやすくなる。

また、インクの液滴が受ける空気抵抗の影響は、液滴の容量が小さい程大きくなる。そのため、液滴の容量を小さくすると、急激に液滴の飛翔速度が低下して、ミスト化等の問題が生じる。また、インクのミスト化を防ぐために、液滴の容量を大きくしてしまうと、高精細な印刷を行うことができなくなる。

また、被印刷面に凹凸を有する媒体においては、ノズルとの距離が凹部と凸部とで異なる。そのため、媒体上の位置によって、空気抵抗の影響が異なることとなる。そして、その結果、例えば、媒体上におけるインクの着弾位置のずれの制御が困難になる。そのため、このような媒体を用いる場合、凹部及び凸部のそれぞれに対して、適切にインクを吐出することが困難になる。

これに対し、本願の発明者は、減圧により空気抵抗の影響を抑えることにより、これらの課題を解決して、被印刷面に凹凸を有する媒体に対してインクジェット方式で適切に印刷を行い得ることを見出した。本発明は、以下の構成を有する。

（構成１）インクジェット方式で印刷を行う印刷システムであって、被印刷面に凹凸を有する媒体に対してインクを吐出するノズルを有するインクジェットヘッドと、少なくとも媒体とインクジェットヘッドのノズルとの間の領域の気圧を大気圧よりも低い圧力に減圧する減圧手段とを備える。減圧手段は、例えば、少なくとも、媒体とノズルとの間の全体を減圧することが好ましい。被印刷面に凹凸を有する媒体とは、例えば立体物である。

このように構成した場合、インクが受ける空気抵抗の影響は、減圧により、小さくなる。そのため、例えばインクの液滴の容量が小さい場合にも、インクのミスト化を生じにくくなる。これにより、例えば、ノズルからの距離が大きい凹部に対しても、適切にインクを吐出できる。また、例えば、媒体上の位置による空気抵抗の影響の違いを抑え、被印刷面の凹部及び凸部のそれぞれに対し、適切にインクを吐出できる。そのため、このように構成すれば、被印刷面に凹凸を有する媒体に対して、インクジェット方式で適切に印刷を行うことができる。

尚、インクジェットヘッドは、ノズルから、例えば液滴の容量が３ｐｌ以下のインクを吐出する。また、インクジェットヘッドは、ノズルから、例えば液滴の容量が１ｐｌ以下のインクを吐出してもよい。このように構成すれば、被印刷面に凹凸を有する媒体に対して、高精細な印刷を適切に行うことができる。また、より高精細な印刷を行う場合、液滴の容量は、好ましくは０．５ｐｌ以下、より好ましくは０．１ｐｌ以下である。

（構成２）媒体における被印刷面の裏面を支持することにより、インクジェットヘッドのノズルと対向させて媒体を支持する媒体支持部を更に備え、媒体支持部において媒体を支持する面とノズルとの距離は、５ｍｍ以上である。媒体支持部は、例えば媒体を上面に支持するプラテンである。媒体支持部において媒体を支持する面とノズルとの距離は、１０ｍｍ以上、又は２０ｍｍ以上であってよい。この距離は、例えば１０〜２００ｍｍ、好ましくは１０〜５０ｍｍ、より好ましくは１０〜２０ｍｍである。

このように構成すれば、例えば、被印刷面に凹凸を有する媒体を適切に支持できる。また、これにより、インクジェット方式で適切に印刷を行うことができる。

（構成３）インクジェットヘッドは、媒体支持部における媒体を支持する面と平行な面内の方向へ媒体支持部に対して相対的に移動しつつ、媒体の被印刷面へインクを吐出する。

被印刷面に凹凸を有する媒体に印刷を行う場合、例えば被印刷面の凹凸に応じて、媒体の被印刷面と垂直な方向へインクジェットヘッドを前後に移動させることも考えられる。しかし、このような機構を設けると、印刷システムが複雑化し、コストが大きく上昇することとなる。

これに対し、構成３のようにした場合、例えば平面状の媒体に印刷を行う場合と同様に、媒体に対するインクジェットヘッドの相対移動を、被印刷面と平行な面内の平面走査のみにできる。そのため、このように構成すれば、例えば、印刷システムの複雑化やコストの上昇を適切に抑えることができる。

尚、被印刷面に凹凸を有する媒体に対して印刷を行う場合、例えば空気中で印刷を行おうとすれば、空気抵抗の影響が大きいため、単にインクジェットヘッドを平面走査させたとしても、適切に印刷を行うことは困難である。これに対し、構成３においては、減圧により空気抵抗の影響を抑えることにより、被印刷面に凹凸を有する媒体に対して、平面走査のみによる印刷が可能になっている。

（構成４）媒体の被印刷面において、インクジェットヘッドのノズル面との最大の距離が、５ｍｍ以上である。インクジェットのノズル面とは、例えば、インクジェットにおいてノズルの開口部がある面である。この最大の距離は、例えば１０ｍｍ以上、又は２０ｍｍ以上であってよい。この最大の距離は、例えば５〜２００ｍｍ、好ましくは５〜５０ｍｍ、より好ましくは５〜２０ｍｍである。

ノズル面との距離は、被印刷面において深さが最大の凹部において最大となる。そして、
このように最大の距離が大きい場合、例えば大気中で印刷を行おうとすると、例えば、媒体位置の当該箇所において、インクの飛距離が大きくなり、インクのミスト化が特に生じやすくなる。また、このような深い凹部があり、例えば被印刷面において、高さが最大の凸部と、深さが最大の凹部との高低差が大きい場合、凸部と凹部とで、空気抵抗の影響の差が大きく異なり、適切な印刷を行うことが特に困難になる。

これに対し、構成４のようにした場合、減圧により、インクの飛距離が大きくなる凹部においてもインクのミスト化が生じにくくなる。また、凸部における空気抵抗と凹部における空気抵抗との差を適切に抑えることができる。そのため、このように構成すれば、被印刷面に凹凸を有する媒体に対しても、インクジェット方式で適切に印刷を行うことができる。

（構成５）インクに含まれる主成分の２５℃における飽和蒸気圧は、１／２０気圧以下である。インクに含まれる主成分の飽和蒸気圧は、例えば１０ｍｍＨｇ以下、より好ましくは、５ｍｍＨｇ以下である。また、インク全体の蒸気圧は、例えば大気圧の１／２０以下であることが好ましい。

本願の発明者は、更なる鋭意研究により、液体のインクを吐出する構造であるインクジェットプリンタにおいては、単に減圧を行おうとしても、インクが安定に使用できる減圧の範囲が狭いため、適切に空気抵抗を低減できないことを見出した。例えば従来公知のインクを用いる場合、ノズルと媒体との間を減圧しようとしても、インクの蒸気圧の影響によりインクの成分が蒸発して、インクの特性が変化するため、十分に減圧を行うことは困難である。そのため、減圧手段を単に用いたとしても、十分に減圧をすることができず、インクの液滴が受ける空気抵抗の影響を、十分かつ適切に軽減することは困難である。

これに対し、このように構成した場合、例えば、インクの蒸気圧の影響を適切に抑えることができる。また、これにより、例えばノズルと媒体との間を適切に減圧できる。そのため、このように構成すれば、例えば、インクの液滴が受ける空気抵抗の影響を、十分かつ適切に低減できる。また、これにより、被印刷面に凹凸を有する媒体に対して、適切に印刷を行うことができる。

尚、インクの主成分とは、例えば、インクに含まれる割合が最も多い成分である。インク中の主成分の含有量は、例えば５０％以上、好ましくは６５％以上（例えば６５〜８５％）である。また、インクに含まれる主成分の飽和蒸気圧とは、例えば、印刷を行う環境下での飽和蒸気圧である。例えば、この飽和蒸気圧は、２５℃における飽和蒸気圧である。また、この飽和蒸気圧は、２５℃、１気圧の大気中における蒸気圧であってよい。

（構成６）インクは、モノマー及びオリゴマーの少なくとも一方を主成分として含み、当該主成分の重合により硬化するインクである。このインクは、例えば光（例えば可視光）、紫外線、電子線、放射線、あるいは熱等により重合硬化する。例えば、このインクは、紫外線ＵＶ硬化型インク、又は熱硬化型インクであってよい。このインクは、電子線等の照射により硬化するインクであってもよい。

インクの成分（揮発成分）の飽和蒸気圧が低い場合、例えば水性インクやソルベントインクのように、インクの成分を蒸発させてインクを乾燥させようとすると、非常に多くの時間がかかることとなる。しかし、例えば蒸発を早めるために媒体を加熱するとすれば、高い温度まで加熱することが必要になり、熱による媒体の変形等が生じるおそれもある。また、十分にインクを乾燥させることができないと、滲み等の発生により、印刷の品質が低下することとなる。そのため、この印刷システムで用いるインクが、媒体への定着をインクの乾燥により行うインクであるとすると、適切に印刷を行うことが困難になるおそれがある。

これに対し、このように構成した場合、光（例えば可視光）、紫外線、電子線、放射線、あるいは熱等により主成分が重合硬化するインクを用いることにより、インクの成分の蒸発によらずに、媒体にインクを定着させることができる。そのため、このように構成すれば、インクの成分の飽和蒸気圧が低い場合であっても、適切に印刷を行うことができる。

尚、インクは、モノマー及びオリゴマーの両方を主成分として含んでもよい。モノマー及びオリゴマーの両方を主成分として含むとは、例えば、モノマーとオリゴマーの合計の含有量が、他のいずれの成分よりも多いことである。この場合、主成分の含有量とは、モノマーとオリゴマーの合計の含有量であってよい。

また、インクは、例えば、重合の開始剤を更に含む。この開始剤の飽和蒸気圧は、例えば１０ｍｍＨｇ以下、好ましくは、５ｍｍＨｇ以下である。このように構成すれば、例えば、インクの蒸気圧の影響を、より適切に抑えることができる。また、これにより、例えば、インクの液滴が受ける空気抵抗の影響を、より適切に低減できる。

また、インクは、例えば、顔料、分散剤、ゲル化防止剤、及び表面調整剤等を更に含む。インクは、各種の添加剤を更に含んでもよい。このインクにおいては、例えば、実質的な成分の飽和蒸気圧が、いずれも１０ｍｍＨｇ以下であることが好ましい。インクの実質的な成分の飽和蒸気圧は、より好ましくは、例えば、いずれも５ｍｍＨｇ以下である。

インクの実質的な成分とは、例えば、インクジェットヘッド内においてインクの組成物としてインク中に残る成分である。インクの実質的な成分は、このような組成物の全てであることが好ましい。また、実用上、インクの実質的な成分は、このような組成物のうち、例えば、含有量が少ない一部の成分を除いた９５％以上の部分とすることも考えられる。

（構成７）減圧手段は、媒体とノズルとの間の領域の気圧を、０．５気圧以下に減圧する。減圧手段は、媒体とノズルとの間の領域の気圧を、好ましくは０．１気圧以下、より好ましくは０．０１気圧以下に減圧する。このように構成すれば、空気抵抗の影響を、より大きく軽減できる。また、これにより、被印刷面に凹凸を有する媒体に対してより適切に印刷を行うことができる。

（構成８）インクジェット方式で印刷を行うインクジェットプリンタであって、被印刷面に凹凸を有する媒体に対してインクを吐出するノズルを有するインクジェットヘッドを備え、少なくとも媒体とインクジェットヘッドのノズルとの間の領域の気圧は、大気圧よりも低い圧力に減圧される。このように構成すれば、例えば、構成１と同様の効果を得ることができる。

（構成９）インクジェット方式で印刷を行う印刷方法であって、被印刷面に凹凸を有する媒体を準備し、少なくとも媒体とインクジェットヘッドのノズルとの間の領域の気圧を大気圧よりも低い圧力に減圧し、インクジェットヘッドのノズルにより、媒体に対してインクを吐出する。このようにすれば、例えば、構成１と同様の効果を得ることができる。

本発明によれば、例えば、被印刷面に凹凸を有する媒体に対して、インクジェット方式で適切に印刷を行うことができる。

以下、本発明に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る印刷システム１０の構成の一例を示す。印刷システム１０は、媒体５０に対してインクジェット方式で印刷を行う印刷システムであり、インクジェットプリンタ１４、及び真空ポンプ１６を備える。

また、本例において、印刷システム１０は、被印刷面に凹凸を有する媒体５０に対して印刷を行う。被印刷面に凹凸を有する媒体５０とは、例えば立体物である。この立体物は、例えば立体的な製品やパッケージ等であってよい。この場合、印刷システム１０は、例えば、立体的な製品やパッケージ等の表面に対して、印刷を行う。媒体５０は、例えば樹脂等の立体成型物であってもよい。

また、印刷システム１０において、少なくともインクジェットプリンタ１４は、減圧室１２内に設けられる。減圧室１２は、インクジェットプリンタ１４を内部に収容する気密室であり、真空ポンプ１６により減圧される。また、印刷システム１０は、外部のホストＰＣ１８の制御に応じて、印刷を行う。ホストＰＣ１８は、インクジェットプリンタ１４の印刷動作を制御するコンピュータである。

インクジェットプリンタ１４は、インクジェット方式で印刷を行う印刷装置であり、インクジェットヘッド１０２、ガイドレール１０４、インクカートリッジ１０８、及びプラテン１０６を有する。インクジェットヘッド１０２は、媒体５０の被印刷面に対してインクを吐出するノズルを有する印刷ヘッドである。本例において、インクジェットヘッド１０２は、例えば、ノズルから、液滴の容量が３ｐｌ以下のインクを吐出する。液滴の容量は、好ましくは１ｐｌ以下、より好ましくは０．５ｐｌ以下、更に好ましくは０．１ｐｌ以下である。

また、インクジェットヘッド１０２は、ガイドレール１０４に沿って所定のスキャン方向であるＹ方向へ往復運動することにより、Ｙ方向における媒体５０の各位置にインクを吐出する。更に、インクジェットヘッド１０２は、Ｙ方向と直交するＸ方向へ媒体５０に対して相対的に移動することにより、Ｘ方向における媒体５０の各位置に、インクを吐出する。

尚、インクジェットプリンタ１４は、例えば、媒体５０を搬送することにより、媒体５０に対して相対的に、Ｘ方向へインクジェットヘッド１０２を移動させる。この場合、インクジェットプリンタ１４は、例えば、媒体５０を搬送するローラ等を更に備える。インクジェットプリンタ１４は、例えば媒体５０の搬送を行わずに、インクジェットヘッド１０２の側を移動させてもよい。

ガイドレール１０４は、Ｙ方向へのインクジェットヘッド１０２の移動をガイドする部材であり、例えば、ホストＰＣ１８の指示に応じて、インクジェットヘッド１０２にスキャン動作を行わせる。インクカートリッジ１０８は、インクジェットヘッド１０２が吐出するインクを貯蔵するカートリッジであり、例えばチューブ等のインク供給経路を介して、インクジェットヘッド１０２へインクを供給する。

プラテン１０６は、媒体支持部の一例であり、インクジェットヘッド１０２のノズルと対向させて媒体５０を支持する。本例において、プラテン１０６は、媒体５０を挟んでインクジェットヘッド１０２と対向する台状部材であり、媒体５０における被印刷面の裏面を上面に支持する。

また、本例において、プラテン１０６の上面と、インクジェットヘッド１０２のノズルとの距離であるギャップサイズＬｇは、５ｍｍ以上（例えば５〜２００ｍｍ、好ましくは５〜５０ｍｍ、より好ましくは５〜２０ｍｍ）である。ギャップサイズＬｇは、１０ｍｍ以上、又は２０ｍｍ以上であってよい。本例によれば、例えば、ギャップサイズＬｇを大きくするワイドギャップ化により、厚みの大きな媒体５０を適切に支持できる。また、これにより、被印刷面に凹凸を有する媒体５０を適切に支持できる。

真空ポンプ１６は、減圧手段の一例であり、例えばオペレータの操作に応じて、減圧室１２内の圧力を減圧する。これにより、真空ポンプ１６は、インクジェットプリンタ１４におけるインクジェットヘッド１０２のノズルと媒体５０との間の領域の気圧を、大気圧よりも低い圧力に減圧する。本例において、真空ポンプ１６は、この領域の気圧を、例えば０．５気圧以下（例えば０．００１〜０．５気圧）、好ましくは０．１気圧以下、より好ましくは０．０１気圧以下に減圧する。

尚、本発明の変形例において、真空ポンプ１６は、インクジェットプリンタ１４が備える構成として設けられてもよい。この場合、例えば、インクジェットプリンタ１４自体が印刷システム１０となる。また、インクジェットプリンタ１４の全体を収容する減圧室１２に代えて、例えばインクジェットプリンタ１４が備える構成として、減圧室が設けられてもよい。この減圧室は、例えば、少なくともインクジェットヘッド１０２と媒体５０との間の領域を囲む気密室である。この場合、真空ポンプ１６は、この減圧室内を減圧することにより、インクジェットヘッド１０２のノズルと媒体５０との間の領域の気圧を、大気圧よりも低い圧力に減圧する。減圧室は、インクジェットプリンタ１４に取り外し可能に乗り付けられる印刷ユニット内に設けられてもよい。

ここで、本例で用いられるインクについて、詳しく説明する。本例において、インクは、主成分としてモノマーを含み、当該モノマーの重合により硬化するインクである。このようなインクとしては、例えば、紫外線の照射に応じてモノマーが重合して硬化するＵＶ硬化型のインクを用いることができる。

この場合、ＵＶ硬化型のインクは、例えば、顔料、分散剤、開始剤（増感剤）、ゲル化防止剤、表面調整剤、モノマー、及びオリゴマーを含む。このうち、モノマーの含有量は、例えば６５〜８５％、オリゴマーの含有量は、例えば１０〜２０％である。顔料の含有量は、例えば４％程度、開始剤の含有量は、例えば７％程度である。分散剤、ゲル化防止剤、及び表面調整剤の含有量は、それぞれ数％である。

また、この場合、主成分であるモノマーの２５℃での飽和蒸気圧は、例えば１／２０気圧以下（例えば０．０１〜１０ｍｍＨｇ）、好ましくは５ｍｍＨｇ以下（例えば２〜３ｍｍＨｇ）である。また、含有量の多い成分であるオリゴマー、及び開始剤の飽和蒸気圧も、１／２０気圧以下（例えば０．０１〜１０ｍｍＨｇ）、好ましくは５ｍｍＨｇ以下（例えば２〜３ｍｍＨｇ）であることが望ましい。また、インク中に１％以上含まれるその他の成分の飽和蒸気圧も、１／２０気圧以下（例えば０．０１〜１０ｍｍＨｇ）、好ましくは５ｍｍＨｇ以下（例えば２〜３ｍｍＨｇ）であることが望ましい。

本例によれば、真空ポンプ１６により減圧室１２内を減圧する場合に、インクの蒸気圧の影響を適切に抑えることができる。また、これにより、減圧室１２内を適切に減圧し、インクの液滴が受ける空気抵抗を十分かつ適切に低減できる。

また、本例においては、モノマーの重合により硬化するインクを用いることにより、インクの成分の蒸発によらずに、媒体５０にインクを定着させることができる。そのため、本例によれば、成分の飽和蒸気圧が低いインクを用いて、適切に印刷を行うことができる。

尚、モノマーの重合により硬化するインクとしては、例えば加熱により硬化する熱硬化型インクや、電子線等や放射線の照射により硬化するインクを用いることもできる。これらの場合も、各成分の飽和蒸気圧は、上記と同一又は同様とすることが好ましい。このようにすれば、ＵＶ硬化型インクを用いる場合と同様に、成分の飽和蒸気圧が低いインクを用いて、適切に印刷を行うことができる。

また、インクとして、例えばモノマー以外の成分を主成分とするインクを用いることも考えられる。例えば、オリゴマーを主成分として含むインクを用いることも考えられる。また、モノマー及びオリゴマーの両方を主成分として含むインクを用いることも考えられる。これらの場合、当該主成分の飽和蒸気圧は、例えば１０ｍｍＨｇ以下、好ましくは５ｍｍＨｇ以下とすることが望ましい。

続いて、被印刷面に凹凸を有する媒体５０に対する印刷動作について更に詳しく説明する。本例において、媒体５０の被印刷面における凹凸の最大の高低差は、５ｍｍ以上（例えば５〜２００ｍｍ、好ましくは５〜５０ｍｍ、より好ましくは５〜２０ｍｍ）である。但し、媒体５０の厚みは、ギャップサイズＬｇよりも小さい。そのため、この高低差も、ギャップサイズＬｇよりも小さい。また、凹凸の最大の高低差は、５ｍｍ以上であるため、媒体５０の被印刷面において、インクジェットヘッド１０２のノズル面との最大の距離も、少なくとも５ｍｍ以上ある。

尚、凹凸の最大の高低差とは、被印刷面における高さが最大の凸部と、深さが最大の凹部との高低差である。被印刷面における凸部とは、例えば、インクジェットヘッド１０２のノズルとの距離が、被印刷面内においてその周囲よりも小さい箇所である。凹部とは、例えば、インクジェットヘッド１０２のノズルとの距離が、被印刷面内においてその周囲よりも大きい箇所である。また、高さが最大の凸部とは、例えば、被印刷面においてインクが吐出される領域の中で、インクジェットヘッド１０２のノズルとの距離が最小となる箇所である。本例において、高さが最大の凸部とインクジェットヘッド１０２のノズルとの距離は、Ｌ１である。また、深さが最大の凹部とは、例えば、被印刷面においてインクが吐出される領域の中で、インクジェットヘッド１０２のノズルとの距離が最大となる箇所である。本例において、深さが最大の凹部とインクジェットヘッド１０２のノズルとの距離は、Ｌ２である。この場合、被印刷面における凹凸の最大の高低差は、Ｌ２−Ｌ１になる。

また、ノズルとの距離とは、例えば、その箇所とノズルの開口部とが対向した状態における距離である。その箇所とノズルの開口部とが対向した状態とは、例えば、媒体５０に対して相対的なインクジェットヘッド１０２の移動により、インクの吐出方向においてノズルの開口部がその箇所の正面に位置した状態である。

このような媒体５０に対して、インクジェットヘッド１０２は、ＸＹ平面内の方向へプラテン１０６に対して相対的に移動しつつ、媒体５０の被印刷面へインクを吐出する。ＸＹ平面とは、上記で説明したＸ方向及びＹ方向と平行な平面であり、インクジェットヘッド１０２の直下におけるプラテン１０６の上面と平行である。

これにより、本例において、インクジェットヘッド１０２は、媒体の被印刷面と垂直な方向（Ｚ方向）への移動を行うことなく、ＸＹ平面内の平面走査のみにより、媒体５０の被印刷面の各位置へインクを吐出する。そのため、本例によれば、被印刷面に凹凸を有する媒体５０に対し、複雑な機構等を設けることなく、適切に印刷を行うことができる。

また、本例においては、例えば、インクジェットヘッド１０２のノズルと媒体５０との間の領域を減圧することにより、インクが受ける空気抵抗の影響を抑えることができる。そのため、例えば、インクのミスト化を適切に抑えることができる。また、これにより、ノズルからの距離が大きいためにインクの飛距離が大きくなる凹部に対しても、適切にインクを吐出できる。また、インクの液滴の容量を適切に小さくできる。更には、減圧により、例えば、媒体５０上の位置が凸部か凹部かによって生じる空気抵抗の影響の差を適切に抑えることができる。また、これにより、被印刷面の凹部及び凸部のそれぞれに対し、適切にインクを吐出できる。

そのため、本例によれば、ワイドギャップ化したインクジェットプリンタ１４を用い、被印刷面に凹凸を有する媒体５０に対して、インクジェット方式により、高精細な印刷を適切に行うことができる。また、これにより、例えば、安価な立体物プリンタの提供が可能になる。以下、インクが受ける空気抵抗の影響について更に詳しく説明する。

図２は、インクの液滴の運動エネルギーと空気抵抗の関係について説明するグラフである。本グラフにおいては、運動エネルギー及び空気抵抗の各成分を示す曲線及び直線が座標点（１，１）で交わるように、正規化を行っている。

インクの速度をｖとした場合、液滴の運動エネルギーＥは、Ｅ＝（１／２）ｍｖ^２となる。また、液滴の半径をｒとした場合、液滴の質量ｍは体積に比例するため、質量ｍは、ｒ^３に比例することとなる。そのため、液滴の速度ｖが一定の場合、液滴の運動エネルギーｖは、ｒ^３に比例することとなる。

また、液滴が受ける空気抵抗には、液滴の半径ｒに比例する成分の空気抵抗Ｒ_Ｓと、液滴の断面積に比例する成分の空気抵抗Ｒ_Ｌとがあることが知られている。また、液滴の断面積は、ｒ^２に比例するため、空気抵抗Ｒ_Ｌは、ｒ^２に比例する。

そのため、例えば液滴の半径ｒが十分に小さい場合、空気抵抗Ｒ_Ｓの成分の方が大きくなり、液滴は、実質的に半径ｒに比例する空気抵抗を受ける。また、液滴の半径ｒが十分に大きい場合、空気抵抗Ｒ_Ｌの成分の方が大きくなり、液滴は、実質的に半径ｒの２乗（ｒ^２）に比例する空気抵抗を受ける。そして、液滴の半径ｒが、両者の間の大きさの場合、液滴は、空気抵抗Ｒ_Ｓの成分と空気抵抗Ｒ_Ｌの成分とを合わせた空気抵抗を受ける。この場合、インクの液滴が実際に受ける空気抵抗は、グラフにおいて、空気抵抗Ｒ_Ｌを示す曲線と、空気抵抗Ｒ_Ｓを示す直線とに挟まれる領域の値を取ることとなる。

そのため、インクの液滴の運動エネルギーと空気抵抗の関係を考えると、グラフから分かるように、半径ｒが大きい場合、液滴の運動エネルギーＥは、空気抵抗と比べて大きくなる。そして、液滴の運動エネルギーＥが空気抵抗よりも十分に大きければ、液滴は、空気抵抗の影響を受けにくくなる。一方、半径ｒが小さい場合、液滴の運動エネルギーＥは、空気抵抗と比べて小さくなる。そのため、半径ｒが小さくなる程、液滴は、空気抵抗の影響を受けやすくなる。

そして、吐出されたインクの液滴の速度は、液滴の運動エネルギーと空気抵抗とのバランスに応じて、時間とともに減速する。そのため、空気抵抗の影響が大きくなると、吐出された液滴は、直ちに減速し、例えばミスト化等が生じることとなる。そのため、液滴の半径ｒが小さくなると、液滴の飛距離を十分に確保することが困難になる。

図３は、インクの液滴が受ける空気抵抗の影響の一例を示す図である。尚、本例のインクジェットプリンタ１４（図１参照）において、インクジェットヘッド１０２は、複数のノズルを有する。しかし、以下の説明においては、説明の便宜上、インクジェットヘッド１０２の１個のノズル２０２から吐出されるインクの液滴についてのみ説明を行う。また、媒体５０についても、説明の便宜上、被印刷面の凹凸を省略して図示した。

図３（ａ）は、Ｙ方向へ移動中のインクジェットヘッド１０２からインクが吐出される様子の概略の一例を示す。本例において、インクジェットヘッド１０２は、ノズル２０２から、初速度ｖで、鉛直下方へインクを吐出する。また、インクジェットヘッド１０２は、Ｙ方向へ移動速度Ｖで移動する。

ここで、Ｙ方向における位置（Ｙ座標）がＹ０の地点においてインクジェットヘッド１０２がインクを吐出する場合を考える。この場合、仮に、インクジェットヘッド１０２の移動速度Ｖが０であるとすれば、吐出されたインクの液滴は、そのまま、媒体５０上におけるＹ座標がＹ０の位置へ着弾する。

一方、実際の印刷時のように、インクジェットヘッド１０２が移動速度Ｖで移動しつつインクを吐出する場合、インクの着弾位置（到達点）のＹ座標は、Ｙ０からずれることとなる。そして、インクの初速度ｖが小さくなる程、着弾位置のずれは大きくなる。例えば、ある初速度でインクを吐出した場合の着弾位置のＹ座標をＹ１、それよりも小さなある初速度でインクを吐出した場合の着弾位置のＹ座標をＹ２とした場合、後者におけるずれ量ΔＹ２＝Ｙ２−Ｙ０は、前者におけるずれ量ΔＹ１＝Ｙ１−Ｙ０よりも大きくなる。

これに対し、インクジェットプリンタ１４は、例えば、インクジェットヘッド１０２が移動速度Ｖ、インクの初速度ｖ、及びインクジェットヘッド１０２と媒体５０との間の距離等に基づき、着弾位置のずれ量を予測して、インクの吐出のタイミングを制御する。また、本例にように、被印刷面に凹凸を有する媒体５０を用いる場合、例えば、凹凸の形状に応じて、吐出のタイミングを補正する。これにより、インクジェットプリンタ１４は、媒体５０上の所望の位置に、インクの液滴を着弾させる。

しかし、例えば空気中等の空気抵抗の大きな状態でインクを吐出する場合、インクジェットヘッド１０２から吐出された後、媒体５０に着弾するまでの間、インクの液滴の速度は、インクの液滴の運動エネルギーと空気抵抗のバランスに応じて、次第に減速する。そのため、例えばインクジェットヘッド１０２と媒体５０との間の距離が大きくなると、着弾位置のずれ量に対する空気抵抗の影響が大きくなり、ずれ量を適切に予測することが困難になる。その結果、インクの吐出タイミングを適切に制御することが困難になる。

また、被印刷面に凹凸を有する媒体５０を用いる場合、媒体５０上の位置によってインクジェットヘッド１０２と媒体５０との間の距離が異なるため、空気抵抗の影響の大きさも媒体５０上の位置によって大きく変わることとなる。そのため、この場合、インクの吐出のタイミングを適切に補正することが更に困難になる。このように、例えば空気中においてインクジェット方式で印刷を行う場合、被印刷面に凹凸を有する媒体５０に適切に印刷を行うことは困難である。

また、液滴の運動エネルギーと比べて空気抵抗が大きい場合、単に着弾位置がずれるだけではなく、例えば空気抵抗の影響で速度が小さくなり過ぎ、ミスト化が生じてしまう。そのため、例えば大気圧中のように空気抵抗の影響が大きい場合、液滴の容量を小さくすると、運動エネルギーが小さくなり、液滴を適切に吐出することが困難になる。そのため、例えば空気中においてインクジェット方式で印刷を行う場合、被印刷面に凹凸を有する媒体５０に対して高精細な印刷を行うことは、特に困難である。

尚、空気抵抗の影響を抑えるためには、液滴の質量又は吐出の初速度を大きくすることにより、液滴の運動エネルギーを大きくすればよいようにも考えられる。しかし、近年求められている高精細な画質での印刷を行うためには、液滴の容量を小さくすることが必要である。そのため、液滴の質量を大きくすることは困難である。また、吐出の初速度についても、インクジェットプリンタの構成上、様々な最適化が行われるものであり、簡単に大きくはできない。また、小さな液滴の初速度を大きくし過ぎれば、表面張力で液滴形状を維持できなくなり、適切な吐出を行えなくなる。

また、インクのミスト化を防ぐためには、例えばインクジェットヘッド１０２と媒体５０との間の距離を小さくすればよいようにも考えられる。しかし、本例のように、被印刷面に凹凸を有する媒体５０を用いる場合、例えば媒体５０の凸部においてインクジェットヘッド１０２と媒体５０との間の距離を小さくしても、媒体５０の凹部において、インクジェットヘッド１０２と媒体５０との間の距離は大きくなる。そのため、インクのミスト化を十分に抑えることは困難である。

図３（ｂ）は、水平方向へインクを吐出する場合の液滴の様子の概略の一例を示す。インクジェットプリンタ１４において、インクジェットヘッド１０２の構成は、ノズル２０２から水平方向へインクを吐出する構成とすることも考えられる。

しかし、この場合も、液滴の容量を小さくすると、液滴の運動エネルギーと空気抵抗のバランスによって、速度の低下によるインクのミスト化が生じる。また、この場合、液滴は、空気抵抗に加え、鉛直下方への重力を受ける。そのため、空気抵抗により速度が低下すると、液滴は、媒体５０に向かわず、鉛直下方へ落下することとなる。従って、この場合、インクジェットヘッド１０２と媒体５０との間の距離を大きくすることは、より困難になる。そのため、この場合も、図３（ａ）を用いて説明した場合と同様に、例えば空気中においてインクジェット方式で印刷を行おうとしても、被印刷面に凹凸を有する媒体５０に対して高精細な印刷を行うことは困難である。

図４は、インクの液滴の飛距離について説明する図である。図４（ａ）は、大気圧下における液滴の半径と最大飛距離との関係の一例を示すグラフである。図２に関連して説明したように、インクの液滴の半径が大きくなると、液滴の運動エネルギーは大きくなる。そして、液滴の運動エネルギーが大きい場合、空気抵抗の影響を受けにくくなる。そのため、液滴を適切に吐出し得る最大距離は、インクの液滴の半径に応じて決まる。

そして、グラフに示した場合において、液滴の半径が７μｍの場合、インクの液滴の最大飛距離は２ｍｍとなる。半径が７μｍの液滴は、容量が約３ｐｌの液滴に相当する。そのため、例えば液滴の容量を３ｐｌ程度以下にする場合、空気中において、インクジェットプリンタ１４のワイドギャップ化は困難である。そのため、被印刷面に凹凸を有する媒体５０に対して、インクジェット方式で適切に印刷を行うことは困難である。

また、液滴の容量が１ｐｌ程度である場合、空気中での最大飛距離は、１ｍｍ程度となる。そのため、この場合、空気中において、被印刷面に凹凸を有する媒体５０に対してインクジェット方式で印刷を行うことはより困難になる。これらのことから、空気中においてインクジェット方式で印刷を行う場合、被印刷面に凹凸を有する媒体５０に対して高精細な印刷を行うことが困難であることが分かる。

図４（ｂ）は、インクジェットヘッド１０２のノズル２０２と媒体５０との間の領域の気圧と液滴の最大飛距離との関係の一例を示す表であり、液滴の容量が３ｐｌの場合の関係を示す。液滴の容量が３ｐｌの場合、大気圧（１気圧）下においては、図４（ａ）を用いて説明したように、最大飛距離は、約２ｍｍとなる。

これに対し、本例の印刷システム１０の構成により、ノズル２０２と媒体５０との間の領域の気圧を、０，５気圧、０．１気圧、及び０．０１気圧にそれぞれ減圧すると、空気抵抗の影響が抑えられるため、最大飛距離は、例えば、４ｍｍ、２０ｍｍ、及び２００ｍｍにそれぞれ増大する。そのため、例えば、０．１〜０．５気圧の範囲内の所定の圧力以下に減圧を行うことにより、液滴の最大飛距離を１０ｍｍ以上にできる。従って、本例によれば、例えば、インクの液滴の容量を増大させることなく、液滴の最大飛距離を適切に増大させることができる。

また、これにより、インクジェットプリンタ１４のギャップサイズを、例えば１０ｍｍ以上に適切にワイドギャップ化できる。そのため、本例によれば、例えば、被印刷面に凹凸を有する媒体５０に対して、インクジェット方式により、安定して適切な印刷を行うことができる。

また、具体的な数値の記載は省略するが、例えばインクの容量がより小さい場合も同様に、ノズル２０２と媒体５０との間の領域の気圧を減圧することにより、インクのミスト化等を防ぎ、液滴の最大距離を増大させることができる。そのため、例えばインクジェットヘッド１０２と媒体５０との間の距離を必要な距離だけ空けた場合、適切に吐出し得る液滴の容量は、減圧により、より小さくなる。

これにより、例えば、液滴の容量が１ｐｌ以下、０．５ｐｌ以下、又は０．１ｐｌ以下等の場合にも、空気抵抗の影響を抑え、インクジェットヘッド１０２と媒体５０との間の距離を必要な距離だけ空けて、インクを適切に吐出することが可能になる。そのため、本例によれば、例えば、液滴の容量がより小さい場合にも、インクの液滴が受ける空気抵抗の影響を、十分かつ適切に低減できる。また、これにより、ギャップサイズをワイドギャップ化した場合にも、液滴の容量が小さなインクを安定に吐出して、高精細な印刷を適切に行うことができる。

尚、例えば液滴を小さくせずに、１ｐｌより大きいインクの液滴を吐出する場合、ギャップサイズを、例えば、１ｃｍ、２ｃｍ、５ｃｍあるいはそれ以上にワイドギャップ化できる。そのため、このように構成すれば、例えば、より大きな凹凸を有する立体物等の媒体５０に対しても、インクジェット方式で適切に印刷を行うことができる。

以上、本発明を実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

本発明は、例えば印刷システムに好適に利用できる。

本発明の一実施形態に係る印刷システム１０の構成の一例を示す図である。 インクの液滴の運動エネルギーと空気抵抗の関係について説明するグラフである。 インクの液滴が受ける空気抵抗の影響の一例を示す図である。図３（ａ）は、Ｙ方向へ移動中のインクジェットヘッド１０２からインクが吐出される様子の概略の一例示す。図３（ｂ）は、水平方向へインクを吐出する場合の液滴の様子の概略の一例を示す。 インクの液滴の飛距離について説明する図である。図４（ａ）は、大気圧下における液滴の半径と最大飛距離との関係の一例を示すグラフである。図４（ｂ）は、インクジェットヘッド１０２のノズル２０２と媒体５０との間の領域の気圧と液滴の最大飛距離との関係の一例を示す表である。

符号の説明

１０・・・印刷システム、１２・・・減圧室、１４・・・インクジェットプリンタ、１６・・・真空ポンプ（減圧手段）、１８・・・ホストＰＣ、５０・・・媒体、１０２・・・インクジェットヘッド、１０４・・・ガイドレール１０４、１０６・・・プラテン（媒体支持部）、１０８・・・インクカートリッジ、２０２・・・ノズル

Claims (9)

1. インクジェット方式で印刷を行う印刷システムであって、
   被印刷面に凹凸を有する媒体に対してインクを吐出するノズルを有するインクジェットヘッドと、
   少なくとも前記媒体と前記インクジェットヘッドの前記ノズルとの間の領域の気圧を大気圧よりも低い圧力に減圧する減圧手段と
   を備えることを特徴とする印刷システム。
2. 前記媒体における前記被印刷面の裏面を支持することにより、前記インクジェットヘッドの前記ノズルと対向させて前記媒体を支持する媒体支持部を更に備え、
   前記媒体支持部において前記媒体を支持する面と前記ノズルとの距離は、５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の印刷システム。
3. 前記インクジェットヘッドは、前記媒体支持部における前記媒体を支持する面と平行な面内の方向へ前記媒体支持部に対して相対的に移動しつつ、前記媒体の前記被印刷面へインクを吐出することを特徴とする請求項２に記載の印刷システム。
4. 前記媒体の前記被印刷面において、前記インクジェットヘッドのノズル面との最大の距離が、５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の印刷システム。
5. 前記インクに含まれる主成分の２５℃における飽和蒸気圧は、１／２０気圧以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の印刷システム。
6. 前記インクは、モノマー及びオリゴマーの少なくとも一方を前記主成分として含み、当該主成分の重合により硬化するインクであることを特徴とする請求項４に記載の印刷システム。
7. 前記減圧手段は、前記媒体と前記ノズルとの間の領域の気圧を、０．５気圧以下に減圧することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の印刷システム。
8. インクジェット方式で印刷を行うインクジェットプリンタであって、
   被印刷面に凹凸を有する媒体に対してインクを吐出するノズルを有するインクジェットヘッドを備え、
   少なくとも前記媒体と前記インクジェットヘッドの前記ノズルとの間の領域の気圧は、大気圧よりも低い圧力に減圧されることを特徴とするインクジェットプリンタ。
9. インクジェット方式で印刷を行う印刷方法であって、
   被印刷面に凹凸を有する媒体を準備し、
   少なくとも前記媒体とインクジェットヘッドのノズルとの間の領域の気圧を大気圧よりも低い圧力に減圧し、
   前記インクジェットヘッドの前記ノズルにより、前記媒体に対して前記インクを吐出することを特徴とする印刷方法。

Images