JP2010280828A - インクおよびインクジェットプリンタ並びにプリント方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インクジェットプリンタにおいて、凹凸がなく、平坦度が高く光沢感のある高精細な画像をプリントできる、インク、インクジェットプリンタおよびプリント方法を提供する。
【解決手段】少なくとも、顔料、紫外線により硬化する紫外線硬化樹脂および光重合開始剤からなり粘度が２０mPa・sec以上（室温２５℃）のＵＶ硬化型インクに、揮発性有機溶剤としてｎ-ヘキサンが添加され、３mPa・sec以上１８mPa・sec（室温２５℃）以下の粘度を有することを特徴とするインク。
【選択図】なし

Description

本発明は、インクジェットヘッドからインク滴を噴射させて、複数のインク滴の配列からなる画像を印刷するインクジェットプリンタに用いられるインクおよびインクジェットプリンタ並びにプリント方法に関する。

インクジェットプリンタに用いられるインクとして、ソルベントインクとＵＶ（紫外線）硬化型インクが挙げることができる。ソルベントインクは、主に顔料及びバインダー樹脂を揮発性溶剤で分散させたものであり、インクジェットヘッドからインクをメディア（印刷媒体）表面に噴射し、メディア下部にあるヒーターによって揮発性溶剤を揮発させることにより、メディア表面にインクを定着させて画像をプリントする。
一方、ＵＶ（紫外線）硬化型インクは、顔料、紫外線硬化樹脂（モノマーあるいは／及びオリゴマー）および重合開始剤等からなるものであり、インクジェットヘッドからＵＶインクをメディア上に噴射した後、紫外線照射手段により紫外線を照射して樹脂を硬化させて、メディア表面にインクを定着させて画像をプリントする。

国際公開第２００４／０９４１５０号公報

ソルベントインクを用いてプリントしたものは、噴射されるインクの粘度が低いため、塗布されたインクの厚さが薄く、表面も平坦であるため、光沢感が出て良いという利点がある。しかし、揮発性有機溶剤の含有量が８０ｗｔ％（重量百分率）を超えて高いため、メディアに着弾した時点でインクの滲みが出るので、画像の精細さに欠けるという問題があった。また、メディアとして塩化ビニール、ゴムあるいは専用の紙を用いる必要があり、メディアの材料の選択性が狭いという欠点もある。
本出願人により、特許文献１において、支持体を予備加熱するピリヒーターと、支持体上のプラテン（記録媒体）に着弾したインクを早期に加熱するヒーターとを備えたインクジェットプリンタによって、インクの滲みを防止することが開示されている。
一方、ＵＶ硬化型インクは、ＶＯＣ（揮発性有機化合物）を含まないため、環境に優しく、さらにインクの粘度が高いため、噴射されたインクの広がりが無く、高精細な画像を得ることができる。しかし、粘度が高いため、インクジェットヘッドにおいて目詰まりが発生するという問題があり、インクジェットヘッドからインクを安定に吐出させるために、例えば、インクジェットヘッドを加熱して吐出するインクの粘度を下げる対策がなされている。しかし、メディア表面に着弾したインクは、温度が下がり、粘度が直ちに上昇するので、噴射されたインクが広がりにくく表面に凹凸が生じる。さらに、インクジェットヘッドと一体的に設置されたＵＶランプにより直ちにＵＶ照射されて硬化するため、凹凸がそのまま固定され、画質がマット状になりやすく、またヘッドの走査方向に硬化縞が発生しやすいという欠点があった。そこで、ＵＶ硬化型インクに有機溶剤を加えて低粘度化してインク滴表面の凹凸を軽減することが考えられるが、インク滴の厚さが薄くなりＵＶ感度が低下することが懸念される。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、インクジェットプリンタにおいて、凹凸がなく、平坦度が高く光沢感のある高精細な画像をプリントできる、インク、インクジェットプリンタおよびプリント方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の構成を有する。
（構成１）
少なくとも、顔料、紫外線により硬化する紫外線硬化樹脂および光重合開始剤からなり粘度が２０mPa・sec以上（室温２５℃）のＵＶ硬化型インクに、揮発性有機溶剤が添加されて、３mPa・sec以上１８mPa・sec（室温２５℃）以下の粘度を有することを特徴とするインク。

（構成２）
前記揮発性有機溶剤の含有率は、３０重量％以上９０重量％以下であることを特徴とする構成１記載のインク。

（構成３）
前記揮発性有機溶剤は、ｎ−ヘキサンであることを特徴とする構成１または２記載のインク。

（構成４）
メディアを支持する支持体と、
請求項１から３いずれか１項記載のインクを、複数の吐出口から噴射して前記メディア表面にインク滴を着弾させるインクジェットヘッドと、
前記メディアの裏面側および表面側の少なくとも一方に位置し、前記メディア表面に着弾された前記インク滴を加熱して、該インク滴に含まれる前記揮発性有機溶剤を揮発除去する加熱手段と、
前記メディア表面の前記揮発性有機溶剤が揮発除去された前記インク滴に、紫外線を照射して、該インク滴を硬化させるＵＶ照射手段と、
を備えたことを特徴とするインクジェットプリンタ。

（構成５）
請求項１から３いずれか１項記載のインクを、インクジェットヘッドの複数の吐出口から噴射してメディア表面にインク滴を着弾させ、
前記メディア表面に着弾したインク滴を、前記メディアの裏面側および表面側の少なくとも一方に位置する加熱手段により加熱して、該インク滴に含まれる揮発性有機溶剤を揮発除去した後、
前記インク滴に、ＵＶ照射手段により紫外線を照射して、該インク滴を硬化させて前記メディア表面に定着させ、
前記メディア表面に複数のインク滴の配列からなる画像をプリントすることを特徴とするプリント方法。

本発明のインクによれば、インクジェットプリンタに用いた場合、粘度が３mPa・sec以上１８mPa・sec以下であるので、インクジェットヘッドから目詰まりすることなく良好に噴射される。また、メディア（印刷媒体）に着弾した複数のインク滴の表面は、なだらかな凹凸となり、さらに、揮発性有機溶剤を揮発除去することにより表面は平坦になり、紫外線により硬化および定着させることにより、高光沢かつ高画質な画像を得ることができる。また、２０mPa・sec以上の高粘度の紫外線硬化樹脂を用いているので、揮発性有機溶剤を加熱手段で揮発除去することにより、インクの滲みを防止でき高精細な画像を得ることができ、また、着弾したインク滴の厚さが大きいので紫外線硬化感度に優れるという利点がある。
本発明と同様な粘度と有機溶剤を含むソルベントインクにおいては、使用できるメディアは、塩化ビニール、ゴムあるいはソルベントインク専用の紙に限定されていたが、本発明のインクによれば、ＰＥＴ、ＰＰ、ＰＣ、アクリル等のプラスチック、金属あるいはガラス等にプリントすることができ、メディアの選択性が広がる。

本発明のインクジェットプリンタによれば、メディアの裏面側および表面側の少なくとも一方に配置された加熱手段を備えているので、上記のような本発明のインクを用いて、メディアに噴射されたインク滴に含まれる揮発性有機溶剤を直ちに揮発除去してインク滴の滲みを止めることができ、また、表面の凹凸を無くすことができるので表面を平坦にすることができる。そして、その平坦化したインク滴を、ＵＶ照射手段により硬化および定着させることができるので、光沢のある高精細な画像を得ることができる。

本発明のプリント方法によれば、加熱手段によりインク滴を加熱して、インク滴に含まれる揮発性有機溶剤を揮発除去した後、ＵＶ照射手段により紫外線を照射して、インク滴を硬化させてメディア表面に定着させるので、インク滴の表面を平坦にすることができ、光沢感のある高精細な画像を得ることができる。

本発明の一実施形態であるインクジェットプリンタを示す要部概略上面図。 本発明の一実施形態であるインクジェットプリンタを示す概略側面図。

以下、本発明に係るインク、インクジェットプリンタおよびプリント方法について、図面を参照しながら説明する。
まず、本発明のインクについて説明する。
＜インク＞
本発明のインクは、モノマー（５５〜８８重量％）およびオリゴマー（０〜１５重量％）、光重合開始剤（６〜１３重量％）、増感剤（３〜３０重量％）、色剤（顔料）（３〜６重量％）および添加剤（１〜８重量％；分散剤、レベル剤、重合禁止剤）からなり、粘度（２５℃）が３０〜３００mPa・secの高粘度のＵＶ硬化型インクに、粘度０．３２（２０℃）、沸点６９℃のｎ−ヘキサンを６０〜８５重量％添加して、２５℃での粘度が１０mPa・secにしたことを特徴とするものである。
例えば、上記のような、ｎ−ヘキサンを添加する前の粘度が約３０mPa・sec（２５℃）であるＵＶ硬化型インクに、インク全体における含有量が７５重量％となるようにｎ−ヘキサンを添加して、粘度が８mPa・secのインクとしたものを挙げることができる。
なお、モノマーおよびオリゴマーは紫外線により硬化する、紫外線硬化樹脂である。

本発明のインクは、モノマーおよび／またはオリゴマー、光重合開始剤、増感剤、色剤および添加剤からなるＵＶ硬化型インクの粘度は、２０mPa・sec以上（室温２５℃）のものを用い、揮発性有機溶剤の含有率を適宜調整して、インクの粘度を、３mPa・sec以上１８mPa・sec以下に調整する。ＵＶ硬化型インクの粘度は、２０mPa・sec以上（室温２５℃）が望ましいが、より好ましくは、５０mPa・sec（室温２５℃）以上である。２０mPa・sec（室温２５℃）未満では、滲みが激しく、その速度も大きい。２０mPa・sec（室温２５℃）以上５０mPa・sec（室温２５℃）未満では、滲みが見られるが、滲む速度は小さく、紫外線照射されて硬化するまでに画像の精細さが欠ける程ではなく、紫外線照射するまでの時間を制御することにより、高精細な画像を得ることが可能である。５０mPa・sec（室温２５℃）以上では、滲みは目立たず、１００mPa・sec（室温２５℃）以上では、ほとんど滲みは無く、１０００mPa・sec（室温２５℃）以上では、全く滲みは無い。

揮発性有機溶剤の含有率は、３０重量％以上９０重量％以下であることが望ましく、さらには、５０重量％以上７０重量％以下が望ましい。
また、ｎ−ヘキサンに代わりに他の揮発性有機溶剤であってもよく、接触角がＵＶ硬化型インクより小さく、粘度は、５mPa・sec以下、好ましくは２mPa・sec以下で、かつ、沸点が、２００℃以下好ましくは１６０℃以下の、揮発性有機溶剤から適宜選択することができる。例えば、イソパラフィン系炭化水素（出光興産 ＩＰソルベント１０１６、
ＩＰソルベント１６２０等）、シクロヘキサノン等のケトン類、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、ジプロピレングリコール、モノメチルエーテルアセテート等のエステル類等を挙げることができる。また、一種類に限らず複数の揮発性有機溶剤を混合して用いてもよい。

顔料、モノマーおよび／またはオリゴマー、及び光重合開始剤としては、いずれも特に限定されるものではなく、各種従来公知のものを適宜選択して用いることができる。また、増感剤、分散剤、レベリング剤、重合禁止剤等、各種添加剤等も公知のものを適宜選択して用いることができる。

本発明のインクは、揮発性有機溶剤を含有していることで、室温におけるインク粘度を低くすることができる。さらに、ＵＶ硬化前に揮発性有機溶剤を速やかに揮発除去することにより、インク滴の表面の平坦度が高く光沢感のある高画質の画像をプリントすることができる。

次に、本発明のインクジェットプリンタおよびプリント方法について説明する。図１は、本発明の一実施形態を示すインクジェットプリンタの要部概略上面図であり、図２は、その側面図である。
＜インクジェットプリンタ＞
本発明のインクジェットプリンタ１０は、メディア（記録媒体）１１を支持するプラテン（支持体）１２と、Ｘ方向（紙面左右方向）移動しがならメディア１１表面にインクを複数の吐出口から噴射してインク滴を着弾させるインクジェットヘッド１３と、メディア１１の裏面側に位置し、メディア１１表面に着弾されたインク滴を加熱して、インク滴に含まれる揮発性有機溶剤を揮発除去するプリントヒーター（加熱手段）１７と、メディア１１の移動方向（Ｙ方向）前方に配され、メディア１表面の揮発性有機溶剤が揮発除去されたインク滴に、紫外線を照射して、該インク滴を硬化させるＵＶ照射手段１６と、を備えるものである。

インクジェットヘッド１３は、その下面に並んで配されたノズル（図示せず）からピエゾ（piezo）方式等によりインク滴を噴射させる構造を有しており、ユニット架台１４に固定され、走行手段（図示せず）により、ガイドレール１５上をＸ方向に走行可能となっている。走行手段は、電動モータ及び該モータ制御用の電子回路等から構成されている。

使用するインクは、上記本発明の実施形態に示した、顔料、紫外線により硬化する紫外線硬化樹脂および光重合開始剤からなり粘度が２０mPa・sec以上（室温２５℃）のＵＶ硬化型インクに、揮発性有機溶剤が添加されて、３mPa・sec以上１８mPa・sec以下の粘度を有することを特徴とするインクを用いる。

メディア１１は、プラテン１２により支持されるとともに、ピンチローラ（図示せず）及び送りローラ（図示せず）によって挟まれ、インクジェットヘッド１３がインク滴を噴射しながらメディア１１のＸ方向の一端から他端まで走行し終わると同時に、ローラが回転することによりＹ方向へ搬送される。また、メディア１１は、ＰＥＴ、ＰＰ、ＰＣおよびアクリル等のプラスチック素材、金属、ガラス、塩化ビニール、ゴム素材あるいはソルベントインク専用紙等のほぼ全ての素材からなるものを用いることができる。

プリントヒーター（加熱手段）１７は、プラテンの内部であって、メディア１１の裏面側に配置され、メディア１１表面に着弾したインク滴を加熱して、インク滴に含まれる揮発性有機溶剤を揮発除去する。プリントヒーター１７としては、電熱式ヒーター、赤外線ヒーター、電磁誘導（ＩＨ）ヒーターを用いることができ、インクが噴射されてメディア表面に着弾すると同時にインクに含まれる揮発性有機溶剤が揮発除去されるように、プラテンの温度を一定に保っている。プリントヒーターの加熱温度の下限は、メディア１１がＵＶ照射手段位置に送られるまでに揮発性有機溶剤が十分揮発除去される温度が望ましく、例えば３５℃程度である。上限は、メディアの耐熱温度とヒーターの高温化による人体への安全性より決定することが望ましく、例えば８０℃程度である。
また、加熱手段の位置は、メディア裏面側に限られず、メディアの表面側あるいは両側であってもよい。メディアの表面側に加熱手段を設ける場合、加熱手段は、インクジェットヘッドと同じガイドレール１５上、あるいはＹ方向（プラテン搬送方向）前方にガイドレール１５とは分離独立した状態で固設された位置とすることができる。なお、加熱手段をインクジェットヘッドと同じガイドレール上に設ける場合であって、片方向印刷する場合は、インクジェットヘッドの走行方向後方に加熱手段を設置する。詳しくは、インクジェットヘッドをＸ方向右側に走行させながらインクを吐出する場合は、インクジェットヘッドの紙面左側に設置し、Ｘ方向左側に走行させながらインクを吐出する場合は、インクジェットヘッドの紙面右側に設置する。さらに、双方向印刷する場合は、インクジェットヘッドの走行方向前方および後方、すなわちインクジェットヘッドの紙面左右両側に設置する。

ＵＶ照射手段１６は、ＵＶＬＥＤ（Ultra Violet Light Emitting Diodeの略；紫外線発光ダイオード）が内蔵されており、ユニット架台１４に、インクジェットヘッド１３と共に、該インクジェットヘッド１３のメディア１１移動方向（Ｙ方向）前方側に配置され、移動手段（図示せず）により、Ｘ方向に走行可能となっている。ＵＶ照射手段１６は、インクジェットヘッド１３から、インク滴が着弾した後、搬送ローラによって搬送されたメディア１１表面に、紫外線を照射してメディア表面のインク滴を硬化させて、定着させる。
ＵＶ照射手段１６としては、特に限定されるものではないが、電流や発光パルス幅を変更することにより、自由に照射光量の調整やＯＮ／ＯＦＦ制御が可能で消費電力が少ないＵＶＬＥＤランプを用いるのが最も適している。しかし、シャッターを設けることにより、ＵＶ光量を変化できることで、メタルハライドランプ、キセノンランプ、高圧水銀などの他のランプを用いることもできる。

上記のように、本発明のインクジェットプリンタ１０は、プラテン（支持体）１２上に支持されたメディア１１表面に、上記本発明のインクをインクジェットヘッド１３から噴射し、メディア１１表面に着弾したＵＶインク滴を、メディアの裏面側に位置するプリントヒーターによってインク滴に含まれる揮発性有機溶剤を揮発除去し、次に、ＵＶ照射手段１６により紫外線を照射して、該ＵＶインク滴を硬化させてメディア１１表面に定着させ、メディア１１表面に複数のＵＶインク滴の配列からなる画像を作製するものである。本発明のインクジェットプリンタによれば、インク滴の表面を平坦にできるので光沢感があり、また、本発明のインクを用いているのでインク滴の滲みが無く、高精細な画像を得ることができる。

上記実施形態におけるインクジェットプリンタでは、インクジェットヘッド１３およびＵＶ照射手段１６が、共にユニット架台に固定されている場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＵＶ照射手段が、インクジェットヘッドから分離、独立した状態で、Ｙ方向前方に位置する別のガイドレールに固定されてＸ方向に走行できるように構成されていてもよく、あるいは、Ｙ方向前方に位置しプラテンのＸ方向全幅に亘るＵＶランプを固設する構成としてもよい。ＵＶランプとしては、ブラックライト、殺菌灯等の放電管を挙げることができる。

＜プリント方法＞
次に、本発明のインクおよびインクジェットプリンタ１０を用いたプリント方法について図１および図２を参照して説明する。
本発明のプリント方法は、上記のような本発明のインクとインクジェットプリンタを用いて行うものであり、インクをインクジェットヘッド１３の複数の吐出口から噴射して、メディア１１表面にインク滴を着弾させ、メディア１１表面に着弾したインク滴を、メディアの裏面側に位置する加熱手段により加熱して、該インク滴に含まれる揮発性有機溶剤を揮発除去した後、インク滴に、ＵＶ照射手段１６により紫外線を照射して、該インク滴を硬化させてメディア１１表面に定着させ、メディア１１表面に複数のインク滴の配列からなる画像をプリントすることを特徴とするものである。

インクジェットヘッドユニットに、本発明の、粘度が約４mPa・secのインクを充填し、インクジェットヘッドをＸ方向へ走行させてメディア上にインク滴を噴射する。この場合、本発明のインクは、目詰まりの心配が無いため、特に、インクジェットヘッドにヒーター等の加熱手段を設ける必要がないが、インクジェットヘッドやインクを温水で加熱して吐出時の粘度を下げることができる。

次に、メディア１１上に噴射されたインク滴を、メディアの裏面側に位置しメディア表面を４０℃〜８０℃に保持するプリントヒーターで直ちに加熱し揮発性有機溶剤を蒸発除去する。これにより、粘度が３０mPa・secの高粘度なＵＶ硬化型インクからなるインク滴になるので、滲みを防止することができる。

次に、メディア１１はプラテン１２によりＹ方向へ搬送される。揮発性有機溶剤が揮発除去されたメディア表面のインク滴に、メディアのＹ方向前方にあるＵＶ照射手段１６により紫外線を照射し、硬化させてメディア１１表面に定着させる。これにより、メディア１１表面に複数のインク滴の配列からなる画像が形成される。

以上、本発明のインク、インクジェットプリンタおよびプリント方法について説明してきたが、本発明はこれらの例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更可能である。

１０ インクジェットプリンタ
１１ メディア
１２ プラテン
１３ インクジェットヘッド
１４ ユニット架台
１５ ガイドレール
１６ ＵＶ照射手段
１７ プリントヒーター

Claims (5)

1. 少なくとも、顔料、紫外線により硬化する紫外線硬化樹脂および光重合開始剤からなり粘度が２０mPa・sec以上（室温２５℃）のＵＶ硬化型インクに、揮発性有機溶剤が添加されて、３mPa・sec以上１８mPa・sec（室温２５℃）以下の粘度を有することを特徴とするインク。
2. 前記揮発性有機溶剤の含有率は、３０重量％以上９０重量％以下であることを特徴とする請求項１記載のインク。
3. 前記揮発性有機溶剤は、ｎ−ヘキサンであることを特徴とする請求項１または２記載のインク。
4. メディアを支持する支持体と、
   請求項１から３いずれか１項記載のインクを、複数の吐出口から噴射して前記メディア表面にインク滴を着弾させるインクジェットヘッドと、
   前記メディアの裏面側および表面側の少なくとも一方に位置し、前記メディア表面に着弾された前記インク滴を加熱して、該インク滴に含まれる前記揮発性有機溶剤を揮発除去する加熱手段と、
   前記メディア表面の前記揮発性有機溶剤が揮発除去された前記インク滴に、紫外線を照射して、該インク滴を硬化させるＵＶ照射手段と、
   を備えたことを特徴とするインクジェットプリンタ。
5. 請求項１から３いずれか１項記載のインクを、インクジェットヘッドの複数の吐出口から噴射してメディア表面にインク滴を着弾させ、
   前記メディア表面に着弾したインク滴を、前記メディアの裏面側および表面側の少なくとも一方に位置する加熱手段により加熱して、該インク滴に含まれる揮発性有機溶剤を揮発除去した後、
   前記インク滴に、ＵＶ照射手段により紫外線を照射して、該インク滴を硬化させて前記メディア表面に定着させ、
   前記メディア表面に複数のインク滴の配列からなる画像をプリントすることを特徴とするプリント方法。

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