JP2012106368A

JP2012106368A - 印刷装置

Info

Publication number: JP2012106368A
Application number: JP2010255592A
Authority: JP
Inventors: Kazutoshi Fujisawa; 和利藤澤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2010-11-16
Filing date: 2010-11-16
Publication date: 2012-06-07

Abstract

【課題】ランプ寿命の低下を招くことなく、エネルギーの無駄を省くことが可能な印刷装置を提供する。
【解決手段】記録媒体Ｐに塗布された電磁波硬化型の機能液に対して所定波長の電磁波を照射する電磁波照射装置２を備える。電磁波の照射に伴って生じる熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換装置２１を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、印刷装置に関するものである。

近年では、液滴吐出方式で樹脂や金属等のインク吸収性を有さない種々の材料を記録媒体として画像印刷を行う場合があり、このような記録媒体に対してインクを定着させるために、光硬化型インクが用いられていることがある。この種の光硬化型インクは、紫外線などの電磁波の照射によりインク成分の大部分が硬化するため、溶剤系インクと比べて乾燥性にすぐれ、また、画像がにじみにくいことから、種々の基材に印字できる点で優れた方式である。

この種の印刷装置で用いられる紫外線照射装置は、例えば、有電極の水銀放電ランプを用いたもので、点灯時や消灯後の再点灯時などに光量を安定させる時間が掛かるうえ、点灯の放電開始時に電極へ高電圧印加による電極部の劣化があり、短時間の消灯停止を行わず点灯し続けることが多いが、エネルギーの大きな無駄になる。そこで、特許文献１には、印字に応じて照射量を変化させる提案がされている。また、非印字時にランプ出力を低下させるということも多く行われるようになっている。

特開２００２−３６１８４９号公報

しかしながら、上述したような従来技術には、以下のような問題が存在する。
非印字時などでランプ出力を低下させる制御を行うには、ランプが出力を落とした場合でもランプの温度管理を十分に行わないとランプの劣化を招くことから、それに伴う正確な冷却制御を行う必要があり、構造が複雑になるとともに、うまく冷却制御が出来ない場合はランプ寿命の低下を招くという問題点があった。

本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、ランプ寿命の低下を招くことなく、エネルギーの無駄を省くことが可能な印刷装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明は、以下の構成を採用している。
本発明の印刷装置は、記録媒体に塗布された電磁波硬化型の機能液に対して所定波長の電磁波を照射する電磁波照射装置を備える印刷装置であって、前記電磁波の照射に伴って生じる熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換装置を有することを特徴とするものである。

従って、本発明の印刷装置では、電磁波の照射を継続させた場合でも、電磁波の照射に伴って生じる熱エネルギーを変換して電気エネルギーとして回収することができる。そのため、本発明では、電磁波照射装置の寿命低下を招くことなく、エネルギーの無駄を省くことが可能になる。

前記熱電変換装置は、ゼーペック効果によって前記熱エネルギーを前記電気エネルギーに変換する変換素子を有する構成を好適に採用できる。
この場合、前記変換素子としては、ペルチェ素子を含む構成を好適に採用できる。
これにより、本発明では、簡単な素子で容易に熱エネルギーを電気エネルギーに変換することが可能になる。

また、本発明における前記熱電変換装置としては、前記電磁波の光路上で遮光する位置と、該光路から退避した退避位置との間を移動する遮光装置に設けられる構成を好適に採用できる。
これにより、本発明では、遮光装置が電磁波の光路上で電磁波を遮光している間には、電磁波に照射されて発熱した遮光装置の熱エネルギーを電気エネルギーとして回収することができ、遮光装置が退避位置で退避している間には、電磁波からの輻射熱や、迷光により遮光装置が照射されることで発熱した遮光装置の熱エネルギーを電気エネルギーとして回収することができる。

また、本発明においては、電磁波照射装置が光源部と、該光源部から射出された前記電磁波を所定方向に向けて反射する反射装置とを有し、前記熱電変換装置が、前記反射装置に設けられる構成を好適に採用できる。
これにより、本発明では、光源からの電磁波に照射されて発熱する反射装置の熱エネルギーを電気エネルギーとして回収することができる。

また、本発明における前記熱電変換装置としては、前記電磁波照射装置を収容する筺体に設けられる構成を好適に採用できる。
これにより、本発明では、電磁波からの輻射熱や、迷光により筺体が照射されることで発熱した遮光装置の熱エネルギーを電気エネルギーとして回収することができる。

また、本発明における前記熱電変換装置としては、前記記録媒体の搬送経路を挟んで前記熱電変換装置と逆側に配置される構成を好適に採用できる。
これにより、本発明では、搬送経路上に記録媒体が存在しないときに、熱電変換装置に電磁波が照射されることにより生じた熱エネルギーを電気エネルギーとして回収することができる。

上記の構成では、前記搬送経路を通過した前記電磁波の少なくとも一部の進行方向を変更して、前記熱電変換装置に向けて導光する導光装置を備える構成を好適に採用できる。
これにより、本発明では、電磁波の照射範囲の全体に亘る大きさで熱電変換装置を設ける必要がなくなり、熱電変換装置の小型化を図ることができる。

この場合、前記導光装置としては、集光レンズを含む構成を好適に採用できる。
これにより、本発明では、記録媒体の搬送経路を通過した電磁波を集光することにより、電磁波の照射範囲を小さくできるため、熱電変換装置を小型化することが可能になる。

また、導光装置としては、反射ミラーを含む構成を好適に採用できる。
これにより、本発明では、熱電変換装置から外れた位置に照射される電磁波を、反射ミラーが熱電変換装置に向けて反射することにより、電磁波の照射範囲を小さくできるため、熱電変換装置を小型化することが可能になる。

また、本発明においては、前記熱電変換装置で変換された電気エネルギーを蓄電する蓄電装置を備える構成を好適に採用できる。
これにより、直ちに使用しない電気エネルギーを蓄電して、実際にしようするときまで保持することが可能になる。

第１実施形態の印刷装置１の概略構成を示す模式図である。超高圧水銀ランプにおける波長分布の一例を示す図である。紫外線硬化型インクの重合開始剤の吸収スペクトルの一例を示す図である。第２実施形態の印刷装置１の概略構成を示す模式図である。第２実施形態の印刷装置１の概略構成を示す模式図である。第３実施形態の印刷装置１の概略構成を示す模式図である。別形態の印刷装置１の概略構成を示す模式図である。別形態の印刷装置１の概略構成を示す模式図である。

以下、本発明の印刷装置の実施の形態を、図１ないし図８を参照して説明する。
なお、以下の実施の実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせている。

（第１実施形態）
図１は本発明に係る第１実施形態の印刷装置１の概略構成を示す模式図である。印刷装置１は、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリカーボネート（ＰＣ）等からなる記録媒体Ｐ上に、例えば紫外線硬化型インク（電磁波硬化型機能液）を吐出し、記録媒体Ｐに着弾した紫外線硬化型インクに対して紫外線照射（電磁波照射）を行って該紫外線硬化型インクを硬化させ、記録媒体Ｐ上に画像や各種の模様等のパターンを印刷するものである。なお、以下「紫外線硬化型インク」について説明するときは、便宜上、単に「インク」ということがある。

この印刷装置１は、記録媒体Ｐを図１中の左右方向に搬送する搬送装置、紫外線硬化型インクを吐出する液滴吐出ヘッド（いずれも図示せず）、記録媒体Ｐ上の紫外線硬化型インクに対して電磁波としての紫外線を照射する紫外線照射装置（電磁波照射装置）２を具備して構成されている。

紫外線硬化型インクは、例えば紫外線硬化型のインクなど、所定波長の光を受けて硬化するタイプのもので、モノマーと光重合開始剤と各色に対応する顔料とを含有し、さらに必要に応じて、界面活性剤や熱ラジカル重合禁止剤などの各種添加剤が配合されたものである。なお、このような紫外線硬化型インクは、通常はその成分（配合）等によって吸収する光（紫外線）の波長域等が異なることから、硬化する波長の最適値、すなわち最適硬化波長も、インク毎に異なっている。
例えば、紫外線硬化型インクは、ビヒクル、光重合開始剤および顔料の混合物に、消泡剤、重合禁止剤等の補助剤を添加して調合される。ビヒクルは、光重合硬化性を有するオリゴマー、モノマー等を、反応性希釈剤により粘度調整して調合される。したがって、インクを硬化させる目的で溶媒を揮発させることはない。

紫外線照射装置２は、光源ランプ（光源部）１０、リフレクター（反射装置）１１、シャッター（遮光装置）１２、上記の構成機器を収容する筺体１３を備えている。光源ランプ１０としては、高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等が用いられる。

筺体１３における記録媒体Ｐの搬送経路Ｋと対向する位置には、紫外線を透過させるカバーガラス１４が設けられている。また、筺体１３における上部には、冷却風を流動させて光源ランプ１０を冷却するファン１５が設けられており、筺体１３の側壁には、冷却風取入口１６が形成されている。ファン１５と光源ランプ１０との間には、冷却風をリフレクター１１の裏面側にも分岐させる整流板１７が配設されている。

そして、本実施形態における紫外線照射装置２には、光源ランプ１０からの紫外線照射に伴って生じる熱を駆動源として発電する、換言すると、紫外線照射に伴って生じる熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換装置ＴＲが設けられている。

熱電変換装置ＴＲは、リフレクター１１の裏面（光源ランプ１０と対向する側とは逆側の面）に複数（図１では４つ図示）貼設されたペルチェ素子（変換素子）２１と、ペルチェ素子２１が発電した電力（電気エネルギー）を蓄電するバッテリー（蓄電装置）２２とを備えている。

ペルチェ素子２１は、温度差を起電力とするゼーペック効果によって、紫外線の照射に伴う熱エネルギーを電気エネルギーに変換する（発電する）変換素子を構成するものである。バッテリー２２は、ペルチェ素子２１が変換した電気エネルギーを蓄電するとともに、蓄電した電気エネルギーをファン１５に供給するものである。

上記の構成の印刷装置１において、記録媒体Ｐ上の紫外線硬化型インクに紫外線を照射する場合には、紫外線の光路上で紫外線を遮光する位置から退避した退避位置（図１に示す位置）にシャッター１２を位置決めしつつ、光源ランプ１０から射出された紫外線をリフレクター１１によって記録媒体Ｐに向けて反射させることによって、紫外線硬化型インクに紫外線を照射し硬化させる。

このとき、リフレクター１１は、反射率に応じて紫外線を吸収し発熱する。
また、ペルチェ素子２１においては、リフレクター１１と接する面が加熱され、この面と逆側の面が冷却風で冷却されることから温度差が生じて発電する。発電された電力は、バッテリー２２に蓄電されてファン１５の駆動に供される。

このように、本実施形態では、紫外線照射に伴って生じる熱エネルギーをペルチェ素子２１によって電気エネルギーに変換して回収するため、エネルギーの無駄を省くことが可能になる。具体的には、図２には、超高圧水銀ランプにおける波長分布の一例が示され、図３には、紫外線硬化型インクの重合開始剤の吸収スペクトル（感度曲線）の一例が示されている。これらの図に示されるように、光源ランプ１０から射出される光には、紫外線硬化型インクの硬化に寄与しない波長の光も含まれ、また、波長的には硬化に寄与可能であるが、リフレクター１１に熱エネルギーとして吸収されてしまう光も含まれるが、これら紫外線硬化型インクの硬化に関与しなかった光によって生じた熱エネルギーをペルチェ素子２１によって電気エネルギーとして回収することができる。
そのため、本実施形態では、非印刷時にも光源ランプ１０の出力を落とす必要がなくなり、ランプ寿命の低下も抑制することができる。

（第２実施形態）
次に、印刷装置１の第２実施形態について、図４及び図５を参照して説明する。
なお、これらの図において、図１乃至図３に示す第１実施形態の構成要素と同一の要素については同一符号を付し、その説明を省略する。
第２実施形態では、ペルチェ素子２１をシャッター１２に設けた点が上記第１実施形態と異なっている。

すなわち、本実施形態におけるペルチェ素子２１は、シャッター１２における光源ランプ１０側に設けられている。
他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

上記の構成では、図５に示すように、非印刷時で搬送経路Ｋに記録媒体Ｐが搬送されていない場合には、当該搬送経路Ｋに紫外線が照射されないように、シャッター１２を、図４に示す紫外線の光路から退避した位置から、光源ランプ１０とカバーガラス１４との間の紫外線の光路上で遮光する位置させるが、この状態では紫外線の大部分がペルチェ素子２１に照射されるため、紫外線照射で生じた熱エネルギーを効率的に電気エネルギーとして回収することができる。
従って、本実施形態でも、非印刷時にも光源ランプ１０の出力を落とす必要がなくなり、ランプ寿命の低下も抑制することができる。

（第３実施形態）
続いて、印刷装置１の第３実施形態について、図６を参照して説明する。
なお、これらの図において、図１乃至図３に示す第１実施形態の構成要素と同一の要素については同一符号を付し、その説明を省略する。
第３実施形態では、ペルチェ素子２１を筺体１３の外部に設けた点が上記第１実施形態と異なっている。

すなわち、図６に示すように、本実施形態のペルチェ素子２１は、記録媒体Ｐの搬送経路Ｋを挟んで光源ランプ１０とは逆側に配置されている。
他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

上記の構成では、非印刷時で搬送経路Ｋに記録媒体Ｐが搬送されていない場合には、光源ランプ１０から射出された紫外線は、カバーガラス１４を介して筺体１３から出射し、ペルチェ素子２１を照射する。
そのため、本実施形態でも、紫外線照射で生じた熱エネルギーを効率的に電気エネルギーとして回収することができ、非印刷時にも光源ランプ１０の出力を落とす必要がなくなり、ランプ寿命の低下も抑制することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態では、リフレクター１１、シャッター１２、筺体１３の外側にそれぞれペルチェ素子２１を設ける構成としたが、これらの二つ以上にペルチェ素子２１を設ける構成としてもよいことは言うまでもない。また、リフレクター１１、シャッター１２、筺体１３の外側以外にも、筺体１３にペルチェ素子２１を貼設して電気エネルギーを回収する構成としてもよい。筺体１３にペルチェ素子２１を設ける場合には、内壁面、外壁面のいずれに設ける構成としてもよい。

また、搬送経路にプラテンが配置され当該プラテンに沿って記録媒体Ｐを搬送する場合には、プラテンの紫外線照射装置２側（記録媒体Ｐを支持する側）にペルチェ素子２１を埋設する構成とすることも可能である。
この構成でも、非印刷時で搬送経路Ｋに記録媒体Ｐが搬送されていない場合には、光源ランプ１０から射出された紫外線は、カバーガラス１４を介して筺体１３から出射し、ペルチェ素子２１を照射することになり、紫外線照射で生じた熱エネルギーを効率的に電気エネルギーとして回収することができる。

また、印刷装置１を構成する各種機器、部材にペルチェ素子２１を貼設する構成の他に、例えばリフレクター１１やシャッター１２、さらには上述したプラテンをペルチェ素子２１で形成する構成であってもよい。

一方、上記実施形態で説明した、筺体１３の外側にペルチェ素子２１を配置する場合には、例えば、図７に示すように、搬送経路Ｋを通過した紫外線の少なくとも一部の進行方向を屈折により変更して、ペルチェ素子２１に導光する導光装置として集光レンズ３１を設ける構成や、図８に示すように、搬送経路Ｋを通過した紫外線の少なくとも一部の進行方向を反射により変更して、ペルチェ素子２１に導光する導光装置として反射ミラー３２を設ける構成とすることもできる。
このように導光装置３１、３２を設けることにより、紫外線の照射範囲の全体に亘る大きさで高価なペルチェ素子２１を設ける必要がなくなり、印刷装置１の小型化及び低価格化を図ることができる。

また、上記実施形態では、熱電変換装置としてペルチェ素子２１を用いる構成を例示したが、これに限定されるものではなく、例えば、ビスマス−テルル系熱電対、鉛−テルル系熱電対、カルシウムコバルト酸化物熱電変換素子等を用いる構成としてもよい。

また、印刷装置１としては、光硬化型の機能液を用いる、例えば製膜装置や接着装置等に広く適用可能であり、光源についても紫外線の他にレーザ光を用いる場合等、光の照射に伴って熱エネルギーが生じる場合に広く適用できる。

１…印刷装置、２…紫外線照射装置（電磁波照射装置）、１０…光源ランプ（光源部）、１１…リフレクター（反射装置）、１２…シャッター（遮光装置）、２１…ペルチェ素子（変換素子）、２２…バッテリー（蓄電装置）、３１…集光レンズ（導光装置）、３２…反射ミラー（導光装置）、Ｋ…搬送経路、ＴＲ…熱電変換装置

Claims

記録媒体に塗布された電磁波硬化型の機能液に対して所定波長の電磁波を照射する電磁波照射装置を備える印刷装置であって、
前記電磁波の照射に伴って生じる熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換装置を有することを特徴とする印刷装置。
請求項１記載の印刷装置において、
前記熱電変換装置は、ゼーペック効果によって前記熱エネルギーを前記電気エネルギーに変換する変換素子を有することを特徴とする印刷装置。
請求項２記載の印刷装置において、
前記変換素子は、ペルチェ素子を含むことを特徴とする印刷装置。
請求項１から３のいずれか一項に記載の印刷装置において、
前記熱電変換装置は、前記電磁波の光路上で遮光する位置と、該光路から退避した退避位置との間を移動する遮光装置に設けられることを特徴とする印刷装置。
請求項１から４のいずれか一項に記載の印刷装置において、
前記電磁波照射装置は、光源部と、該光源部から射出された前記電磁波を所定方向に向けて反射する反射装置とを有し、
前記熱電変換装置は、前記反射装置に設けられることを特徴とする印刷装置。
請求項１から５のいずれか一項に記載の印刷装置において、
前記熱電変換装置は、前記電磁波照射装置を収容する筺体に設けられることを特徴とする印刷装置。
請求項１から６のいずれか一項に記載の印刷装置において、
前記熱電変換装置は、前記記録媒体の搬送経路を挟んで前記熱電変換装置と逆側に配置されることを特徴とする印刷装置。
請求項７記載の印刷装置において、
前記搬送経路を通過した前記電磁波の少なくとも一部の進行方向を変更して、前記熱電変換装置に向けて導光する導光装置を備えることを特徴とする印刷装置。
請求項８記載の印刷装置において、
前記導光装置は、集光レンズを含むことを特徴とする印刷装置。
請求項８記載の印刷装置において、
前記導光装置は、反射ミラーを含むことを特徴とする印刷装置。
請求項１から１０のいずれか一項に記載の印刷装置において、
前記熱電変換装置で変換された電気エネルギーを蓄電する蓄電装置を備えることを特徴とする印刷装置。