JP2010280170A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光硬化型インクの硬化性を向上し、さらに印刷品質を向上するインクジェット記録装置を提供する。
【解決手段】記録媒体を搬送させるための搬送手段と、搬送手段により搬送されてくる記録媒体上に光硬化型インクを吐出するインクジェット記録ヘッドと、インクジェット記録ヘッドにより記録媒体上に吐出された光硬化型インクに光を照射する光照射装置と、光照射装置近傍を低酸素濃度雰囲気にする不活性ガス供給装置と、を備えるインクジェット記録装置において、不活性ガス供給装置に対し、冷却した不活性ガスを供給する不活性ガス冷却装置を備え、不活性ガス供給装置は、不活性ガス冷却装置から供給された冷却した不活性ガスを、搬送手段により搬送されてくる記録媒体上に吐出された光硬化型インク近傍に供給し、光照射装置は、光照射により記録媒体上に吐出された光硬化型インクを硬化させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光硬化性のインクを記録媒体に吐出させて画像を形成するインクジェット記録装置に関し、特に光照射を制御する手段を有するインクジェット記録装置に関する。

従来、インクジェット記録方式は複数個配列されたノズルからインクの液滴を吐出できることから、任意のパターンを記録媒体上に簡便に生成でき、しかも無駄に排出されるインク量が少ないので環境面からも有利とされている。このためインクジェット記録方式は、写真画像、各種文書、液晶表示装置のカラーフィルタなどの様々な印刷用途に用いられている。

このインクジェット記録方式として、光硬化性を有するインクを用いる光硬化型インクジェット方式がある。この光硬化型インクジェット方式はインクジェット専用紙以外の樹脂フィルムや金属等のインクを吸収しない記録媒体にも印刷できる点で注目されている。

また、光硬化型インクジェット方式は、水性インクや油性インクを用いたインクジェット方式に比べ、インクの乾燥工程が省略できるため、消費エネルギーが少なく、環境面でも有利とされている。

しかしながら、光硬化性を有するインクを用いるインクジェット方式には以下の問題点があった。

第１に、記録速度の高速化への要求から、インクの硬化に要する積算光量の確保のために光照射装置の大型化や大出力化が必要となり、光照射面である記録媒体に過剰な熱が加わることによって記録媒体が熱変形してしまうという問題があった。さらには、光照射装置自体が高温となってしまうことによって光照射量が低下し、効率が悪化してしまうという問題があった。

第２に、インクジェット記録方式における光硬化型インクは前記インクジェット記録ヘッドの吐出性能上の制約から、オフセット印刷方式における光硬化型インクよりも低粘度化しなければならず、したがってインクジェット記録方式において記録媒体上に吐着したインクは容易に濡れ拡がりやすく、印刷品質に悪影響を及ぼすという問題があった。さらには、前記光照射装置が紫外線照射装置である場合、記録媒体表面におけるＣ−Ｈ結合が紫外線エネルギーによって解離されて酸素リッチな官能基が形成されることによって、インクに対する親液性が増加するという問題があった。すなわち、記録媒体表面に光照射がおこなわれた後に、再度インクジェット記録装置によって光硬化型インクを吐着させる場合、例えば、インクジェット方式におけるマルチパス方式、あるいはカラーシングルパス方式のように印刷するインク色毎に吐着と光照射を繰り返しておこなう場合において、後に印刷されるインクほど記録媒体上でさらに濡れ拡がりやすくなり、印刷品質に悪影響を及ぼすという問題があった。

第３に、前記光硬化型インクに含有される反応性モノマーあるいは揮発性溶剤が臭気を有する場合があり、さらには前記光照射装置に使用される光源がオゾンを発生させる場合があるため、インクジェット記録装置の周囲に拡散した有害成分が人体に悪影響を及ぼすという問題があった。

第４に、前記光硬化性を有するインク、例えばラジカル硬化反応を用いるラジカル硬化型インクは酸素による硬化阻害を受けることが知られており、インクの硬化速度に悪影響を及ぼすという問題点があった。

上記第１の問題点に対して、例えば特許文献１によると、光照射装置本体に空気の吸入口と排出口を設け、そのいずれか一方、あるいは両方に冷却ファンを設ける構成が開示されている。この公報によれば、光照射装置の冷却はファンのみで行われるため、光冷却装置の大出力化に対する冷却に十分とは言えず、さらに記録媒体に対する熱変形への対策も十分ではないという問題があった。

上記第２の問題点に対して、例えば特許文献２によると、記録媒体の表面に滲み防止のための前処理液を塗布した後に紫外線等の活性エネルギー線硬化型インクを吐着させる方法が開示されている。この公報によれば、前処理液を記録媒体上に均一に塗布するための装置と、塗布した前処理液を乾燥するための装置が必要となるため、インクジェット記録装置の構造が複雑になってしまうという問題があった。

上記第３の問題点に対して、例えば特許文献３によると、インクジェット記録装置における筐体部にファンを設けることによって該装置外における臭気の拡散を防止する方法が開示されている。この公報によれば、例えば紫外線硬化型インクモノマーの臭気による環境汚染の防止が期待できるが、実施上の検討が充分とはいえず、未だ改良の余地があるものであった。

上記第４の問題点に対して、例えば特許文献４によると、光照射装置にダクトを介して不活性ガス供給装置を接続することにより、吐着後のインクに不活性ガス雰囲気にて光照射する方法が開示されている。しかしながら、この公報によれば、光硬化型インクモノマーに由来する臭気や、光照射装置から発生するオゾンに関する問題点については十分に鑑みられていないものであった。また、例えば特許文献５によると、インクジェット記録ヘッドと活性エネルギー照射装置の間に不活性ガス回収ノズルを設け、光照射装置の搬送方向下流部に不活性ガス供給ノズルを設ける構成が開示されている。この公報によれば、活性エネルギー照射部の冷却についての記載はあるものの、冷却の効果が十分と言える構造ではなく、未だ改良の余地があるものであった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、光硬化型インクの硬化性を向上し、さらに印刷品質を向上するインクジェット記録装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、本発明のインクジェット記録装置は、記録媒体を搬送させるための搬送手段と、搬送手段により搬送されてくる記録媒体上に光硬化型インクを吐出するインクジェット記録ヘッドと、インクジェット記録ヘッドにより記録媒体上に吐出された光硬化型インクに光を照射する光照射装置と、光照射装置近傍を低酸素濃度雰囲気にする不活性ガス供給装置と、を備えるインクジェット記録装置において、不活性ガス供給装置に対し、冷却した不活性ガスを供給する不活性ガス冷却装置を備え、不活性ガス供給装置は、不活性ガス冷却装置から供給された冷却した不活性ガスを、搬送手段により搬送されてくる記録媒体上に吐出された光硬化型インク近傍に供給し、光照射装置は、光照射により記録媒体上に吐出された光硬化型インクを硬化させることを特徴とする。

また、本発明のインクジェット記録装置において、不活性ガス供給装置により記録媒体上に供給された冷却した不活性ガスを吸引し、インクジェット記録装置外部へ排出する不活性ガス排出装置をさらに備えることを特徴とする。

また、本発明のインクジェット記録装置において、光照射装置は、不活性ガス供給装置により供給された冷却した不活性ガスを吸引するための吸引孔を有しており、不活性ガス排出装置は、吸引孔と連通しており、吸引孔を介して冷却した不活性ガスを吸引し、インクジェット記録装置外部へ排出することを特徴とする。

また、本発明のインクジェット記録装置において、吸引孔は、光照射装置において、記録媒体上の光硬化型インクが吐着した面と対向する部分に設けられたことを特徴とする。

本発明によれば、光硬化型インクの硬化性を向上し、さらに印刷品質を向上するインクジェット記録装置を提供することが可能となる。

本発明の実施形態におけるインクジェット記録ヘッドとこれを用いた記録装置の構成を説明するための構成図である。 本発明の実施形態におけるインクジェット記録ヘッドを説明するための構成図である。 本発明の実施形態におけるインクジェット記録ヘッドの構造を説明するための構成図である。

以下、本発明を実施するための形態（実施形態）について添付図面を参照して詳細に説明する。

本発明の一実施形態であるインクジェット記録装置は、第１に、光硬化型インクの硬化性を向上し、さらに印刷品質を向上することを目的とし、第２に、光照射装置の効率を向上し、かつ光硬化型インク及び光照射装置から発生する人体に有害な成分の拡散を防止することを目的とするものである。

図１は、本実施形態のインクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置の概要を示す図であり、図２は、本発明のインクジェット記録装置の構成と動作を説明するための装置構成の例図であり、図３は記録ヘッドの構造と動作を説明するための部分斜視図である。

本実施形態のインクジェット記録装置は、図１に示すように、光硬化型インクを吐出するインクジェット記録ヘッド１０と、記録媒体４０を搬送させるための搬送装置（搬送手段）２と、光照射装置３と、を備えている。図１に示すように、インクジェット記録ヘッド１０は、搬送装置２の搬送方向上流側に搬送装置２に対向した位置に配設され、また、光照射装置３は、このインクジェット記録ヘッド１０が配設される搬送装置２の前記搬送方向上流側よりも下流側の、前記同様の搬送装置に対向した位置に配設される。

〈搬送装置〉
記録媒体４０は、図１に示すように、記録媒体供給部（図示せず）から、搬送装置２によって図示するＸ方向（図１中、搬送装置２の上流（図中右側）から下流（図中左側）の方向）に搬送される。このような搬送装置２としては、搬送ベルト、搬送ロール、直動ステージ等が使用可能である。

〈記録媒体〉
記録媒体４０としては、印刷用紙の表面にコーティングを施したコート紙でもよく、非コート紙でもよい。また記録媒体４０としては、ＰＥＴフィルム、ＰＥフィルム等の樹脂フィルムでもよく、アルミ等の金属箔あるいは金属プレートであってもよい。また、記録媒体４０の形態としては、連帳紙であってもよいし、枚葉紙であってもよい。

〈インク〉
本実施形態のインクジェット記録装置１では、図１に示すように、インクジェット記録ヘッド１０はインクタンク２００と接続され、インク供給管２０１を介して光硬化型インク３０が記録ヘッド１０に導入される。ここで、光硬化型インクとは、光を照射すると硬化するインクであればよく、ラジカル重合型インクでもよいし、カチオン重合型インクでもよい。すなわちインクの硬化の硬化重合のモードには拠らない。インクの硬化に使用される光としては、Ｘ線、紫外線、可視光線、赤外線などを挙げることができる。

〈光照射装置〉
本実施形態のインクジェット記録装置１に使用される光照射装置３としては、ＬＥＤ（発光ダイオード）、ＬＤ（レーザダイオード）、エキシマレーザランプ、などのレーザ光源、水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等の光源（好ましくは紫外光源）が挙げられる。このうち、寿命、効率の観点からＬＥＤが光照射装置３として、より好適に選択できる。

〈不活性ガス〉
本実施形態のインクジェット記録装置１に使用される不活性ガスとしては、窒素、二酸化炭素、あるいは、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトンなどの希ガス類、あるいはこれらの混合物を使用することができる。

〈インクジェット記録ヘッド〉
本実施形態のインクジェット記録装置１に使用されるインクジェット記録ヘッド１０は、図２に示すように、インク流路ユニット１０１と、該ユニットを保持するヘッドハウジング１０２と、圧電素子ユニット１０３とから構成される。

インク流路ユニット１０１は、図３に示すように、オリフィス板１３０と、インク流路形成板１４２と、ダイヤフラム形成板１２２がこの順に貼付されて成る。

圧電素子ユニット１０３は、図２に示すように、棒状圧電素子１１０を櫛歯状に圧電素子支持基板１１３に固着して成る。この構造により、記録ヘッド１０には、ｎ個のノズル１３１が構成される。すなわち、各ノズル１３１は、図３のオリフィス板１３０に所定ピッチで列状に配置したｎ個のノズル（ノズル開口部）１３１を有している。そしてインク流路は、図３に示すように、ノズル１３１を開口端とするインク加圧室１４０と、このインク加圧室１４０にインクを導くインク流入口１４５と、このインク流入口１４５にインクを供給する共通インク室１５０で構成される。また、ダイヤフラム形成板１２２の貼付により、インク加圧室１４０の少なくとも１壁面はダイヤフラム１２０で形成される。そして、ダイヤフラム１２０のインク加圧室１４０と反対面（ダイヤフラムにより形成される加圧室の面と反対の面）には、圧電素子ユニット１０３の棒状圧電素子１１０が取りつけられる。すなわち、棒状圧電素子１１０の先端部がダイヤフラム１２０に突き当てて圧電素子ユニットはダイヤフラムに接着される。各ノズルは同一構造である。

図２に示すように、各ノズル素子の棒状圧電素子１１０は、圧電素子支持基板１１３に接着され圧電素子ユニット１０３を構成する。そして、圧電素子支持基板１１３の圧電素子配列方向の両側には柱状の圧電素子支持基板固定部１１４があり、その底面がインク流路ユニット１０１に接着等により固定される。一方、インク流路ユニット１０１は、前記接着固定部の近傍でヘッドハウジング１０２に接着固定されているため、圧電素子支持基板固定部１１４の底面がヘッドハウジング１０２に対して固定されていることになる。

なお、棒状圧電素子１１０は、図３に示すように、積層構造であり、複数の圧電素子１１１が層状電極１１２を介して積層されている。そして層状電極１１２は、１つおきに棒状圧電素子の側面に形成された共通電極１１２１と個別電極１１２２に接続される。共通電極１１２１と個別電極１１２２は圧電素子支持基盤１１３の上面に形成された共通電極１１２１と個別電極１１２２に接続され、更に図３に示すように個別電極１１２２はフレキシブルケーブル１６０のフレキシブルケーブル端子１６１に接続される。

以上の構造のインクジェット記録ヘッド１０は、フレキシブルケーブル１６０を介して記録ヘッド駆動装置２０からの信号で駆動される。なお共通電極１１２１については図示していないが、共通電極も個別電極と同様に、フレキシブルケーブルのフレキシブルケーブル端子に接続され、記録ヘッド駆動装置２０からの信号で駆動される。

本実施形態のインクジェット記録装置１は、前記したインクジェット記録ヘッド１０を駆動するためのインクジェット記録ヘッド駆動装置２０を備えている。

〈インクジェット記録装置の記録媒体への記録方法〉
本実施形態のインクジェット記録装置では、記録媒体に印刷する場合、操作面（図示せず）上で印刷の設定を行うことができる。例えば手差し面から記録媒体４０を導入して記録媒体４０上に印刷しようとする場合、所定の操作をインクジェット記録装置の操作面上で入力して設定する。そしてインクジェット記録装置では、これらの入力された設定に基づいて、以下に記載するように、記録媒体４０上に印刷が実行されていく。

図１に示すように、インクジェット記録ヘッド１０はインクタンク２００と接続され、インク供給管２０１を介して光硬化型インク３０が記録ヘッド１０に導入される。インクジェット記録ヘッド１０に導入されたインクは、記録ヘッド駆動装置２０からの制御により搬送装置２から搬送されてきた記録媒体４０上に吐出され、記録媒体４０上に印刷データとして記録される。

インクジェット記録ヘッド１０により光硬化型インク３０が記録媒体４０上に吐着された後、インクジェット記録ヘッド１０の下流部に設けられた不活性ガス冷却装置４によって冷却された不活性ガスが、不活性ガス供給装置５により記録媒体４０の光硬化型インク３０の吐着面近傍に供給される。さらに下流部に設けられた光照射装置３によって記録媒体４０のインク吐着面上に光が照射され、記録媒体４０上の光硬化型インク３０が硬化される。このとき、記録媒体４０上の光硬化型インク３０の近傍に供給された冷却不活性ガスは、光照射装置３に連通して設けられた不活性ガス排出装置６によって吸引されることにより、拡散することなくインクジェット記録装置１の外に排出される。光照射装置３には、記録媒体４０のインク吐着面に対向する面（部分）に、不活性ガスを吸引するための吸引孔（図示せず）が設けられている。この吸引孔は、不活性ガス排出装置６と連通している。

その後、記録媒体４０は記録媒体排出部（図示せず）に搬送され、本実施形態におけるインクジェット記録方式における記録工程が完了する。

以上説明したように、本実施形態のインクジェット記録装置は、不活性ガス供給装置に対し、冷却した不活性ガスを供給する不活性ガス冷却装置を備え、不活性ガス供給装置は、冷却した不活性ガスを、搬送手段により搬送されてくる記録媒体上に吐出された光硬化型インク近傍に供給し、その後、光照射装置は、光照射により記録媒体上に吐出された光硬化型インクを硬化させることを特徴としているので、酸素によるインクの硬化阻害を防止することにより、インクの硬化性を向上することができるようになったとともに、記録媒体上に吐着したインクを冷却して粘度を増加することができるようになったため、記録媒体上における滲み、あるいは浸み込みを制御して印刷品質を向上することができるようになった。

さらには、本実施形態のインクジェット記録装置は、光照射装置からの光照射による記録媒体の温度上昇を防止することができるようになり、記録媒体のカールやしわ等の変形を抑制することができるようになったため、印刷品質をさらに向上することができるようになった。

さらには、本実施形態のインクジェット記録装置は、不活性ガスによって記録媒体近傍を低酸素濃度雰囲気にすることができるようになったため、紫外線等の光照射装置による記録媒体の親液化を防止できるようになり、インクジェット記録装置におけるマルチパス方式、あるいはカラーシングルパス方式のように、印刷するインク色毎に吐着と光照射を繰り返しておこなう場合においても、記録媒体上におけるインクの濡れ拡がりを抑制することができ、印刷品質をさらに向上することができるようになった。

また、本実施形態のインクジェット記録装置は、不活性ガス供給装置により記録媒体上に供給された冷却不活性ガスを吸引し、インクジェット記録装置外部へ排出する不活性ガス排出装置を備えることを特徴としているので、臭気を有するインクが吐着された記録媒体近傍に、不活性ガス供給装置より供給された不活性ガスをインクジェット記録装置外部へ排出することができるようになり、臭気の拡散を防止することができ、臭気による人体への悪影響を防止することができるようになった。

さらには、本実施形態のインクジェット記録装置は、不活性ガス排出装置は光照射装置に連通した構造になっているため、不活性ガス冷却装置によって冷却された不活性ガスが光照射装置を通過することができるようになり、光照射装置の温度上昇を防止し、光照射量の劣化による光硬化型インクの硬化不良を防止することができるようになった。

さらには、本実施形態のインクジェット記録装置は、紫外線等の光照射装置から発生されるオゾン等の有害成分を不活性ガス排出装置によってインクジェット記録装置外部に排出することができるようになり、有害成分の拡散を防止し、人体への悪影響を防止することができるようになった。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。

本発明は、光硬化性を有するインクを記録媒体に吐出させて画像を形成するインクジェット記録装置に限定するものではなく、あらゆる放射線硬化型樹脂と放射線照射装置を用いた産業製品へ適用することが可能である。

１ インクジェット記録装置
２ 搬送装置
３ 光照射装置（紫外線照射装置）
４ 不活性ガス冷却装置
５ 不活性ガス供給装置
６ 不活性ガス排出装置（不活性ガス吸引装置）
１０ インクジェット記録ヘッド
２０ インクジェット記録ヘッド駆動装置
３０ インク
４０ 記録媒体
１０１ インク流路ユニット
１０２ ヘッドハウジング
１０３ 圧電素子ユニット
１１０ 圧電素子
１１１ 層状圧電素子
１１２ 層状電極
１１２１ 共通電極
１１２２ 個別電極
１１３ 圧電素子支持基板
１１４ 圧電素子支持基板固定部
１２０ ダイヤフラム
１２２ ダイヤフラム形成板
１３０ オリフィス板
１３１ ノズル開口部
１４０ インク加圧室
１４２ インク流路形成板
１４５ インク流入孔
１５０ 共通インク室
１６０ フレキシブルケーブル
１６１ フレキシブルケーブル端子
２００ インクタンク
２０１ インク供給管
３０１ タイミング信号発生回路
３０２ 記録データ信号作成回路
３０３ 圧電素子駆動データ信号作成回路
３０４ 圧電素子駆動スイッチング回路
３０４１ スイッチング素子
３０４２ スイッチング素子駆動回路
３０５ 圧電素子駆動信号パルス発生回路

特開２００５−１０３８４５号公報 ＷＯ２００６／０８２７３３号公報 特開２００７−０９８６６５号公報 特開２００８−１０５２５３号公報 特開２００７−２３７５５３号公報

Claims (4)

1. 記録媒体を搬送させるための搬送手段と、
   前記搬送手段により搬送されてくる記録媒体上に光硬化型インクを吐出するインクジェット記録ヘッドと、
   前記インクジェット記録ヘッドにより前記記録媒体上に吐出された光硬化型インクに光を照射する光照射装置と、
   前記光照射装置近傍を低酸素濃度雰囲気にする不活性ガス供給装置と、を備えるインクジェット記録装置において、
   前記不活性ガス供給装置に対し、冷却した不活性ガスを供給する不活性ガス冷却装置を備え、
   前記不活性ガス供給装置は、前記不活性ガス冷却装置から供給された前記冷却した不活性ガスを、前記搬送手段により搬送されてくる前記記録媒体上に吐出された光硬化型インク近傍に供給し、
   前記光照射装置は、光照射により前記記録媒体上に吐出された光硬化型インクを硬化させることを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 前記不活性ガス供給装置により前記記録媒体上に供給された前記冷却した不活性ガスを吸引し、前記インクジェット記録装置外部へ排出する不活性ガス排出装置をさらに備えることを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置。
3. 前記光照射装置は、前記不活性ガス供給装置により供給された前記冷却した不活性ガスを吸引するための吸引孔を有しており、
   前記不活性ガス排出装置は、前記吸引孔と連通しており、前記吸引孔を介して前記冷却した不活性ガスを吸引し、前記インクジェット記録装置外部へ排出することを特徴とする請求項２記載のインクジェット記録装置。
4. 前記吸引孔は、前記光照射装置において、前記記録媒体上の前記光硬化型インクが吐着した面と対向する部分に設けられたことを特徴とする請求項３記載のインクジェット記録装置。

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