JP2012166538A - 活性エネルギー線照射装置及び方法、塗布装置、並びに画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】活性エネルギー線照射装置20は、活性エネルギー線硬化型の材料が付与された媒体12の表面近傍の気体境界層を剥離する気体吸引口36を有する境界層剥離部22と、気体境界層を剥離した後の媒体表面に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部24と、媒体12の表面に不活性ガスの層流を確保する層流確保部26と、不活性ガスの層流を介して媒体12の材料付与面に向けて活性エネルギー線を照射するエネルギー線照射部28と、を備える。媒体対向面と媒体との隙間のクリアランスを1.5mm以下、境界層剥離部22に対して媒体12が進入する媒体入り口部の端から気体吸引口36までの距離αを20mm以上とする。境界層剥離部22の排気流路32はコアンダ効果を利用する。
【選択図】図1
Description
図2に示した表は、媒体搬送速度(線速)と、クリアランスδと、コアンダ排気流量と、窒素(N2)置換流量と、残存酸素濃度の相関を示すものである。図2では、図1で説明した構成のモデルに対し、有限体積法を使ったシミュレーションの結果と、実際の装置による評価実験の結果が示されている。シミュレーション(評価)条件は、次の通りである。
図2の表によれば、クリアランスδが1.5mm以下において、残存酸素濃度6%以下という結果が得られている。なお、別の実験により、残存酸素濃度が3%以下になると、硬化感度が約3倍になるという知見が得られている。一例としてこれを目安とし、3%以下の残存酸素量に設定するためには、媒体搬送速度(線速)が100m/分以下の場合はδを1.5mm以下とすることが好ましく、媒体搬送速度が200m/分以上の場合はδを1.0mm以下とすることが好ましい。
図3のシミュレーション結果から次の事項が把握される。
上記のシミュレーション結果について、実際の装置を用い、インク(インキ)膜厚一定の条件下で、コアンダ排気量、窒素ガス流量、UV照射パワー、線速度の各条件を変えて、それぞれの場合のUV硬化レベルの判定を行い、シミュレーション結果の検証を行った。その確認結果を図4に示す。
・塗布装置;開発用と向け産業用インクジェットプリンタ、富士フイルム株式会社製「ダイマティックス・マテリアルプリンターDMP-2831」(商品名)
・紫外線照射部の光源:中心波長385nm、パナソニック電工株式会社製、LED方式ライン型UV光源、UD80(商品名)
・窒素ガス:工業用窒素ガス(大陽日酸株式会社製、濃度99.99%)
上記のUVインクをDMP-2831で媒体上に一定の膜厚で塗布し、各サンプルについてUV照射を行い、照射後にUV硬化度を評価した。UV硬化度の評価は、塗布面に他の媒体を重ねたときのインクの転写性(硬化判定[1])、塗布面に粘着テープを貼ってこれを剥がしたときのインクの剥離性並びに塗布面を引っ掻いたときの堅牢性(硬化判定[2])の観点により行った。
図4の結果から、被照射物の硬化度から比較した概算光量は、窒素ガス置換を実施しない、5m/分の結果の概算光量200mJ/cm2の構成に対して、窒素ガス置換を実施した30m/分、60m/分、100m/分の結果はそれぞれ32mJ/cm2、75mJ/cm2、45mJ/cm2となっている。
図5に示した表は、図1の構成において、窒素供給量(流量)Qn[リットル/分]、大気境界層の排気流量(コアンダ排気量)Qa[リットル/分]、残存酸素濃度(平均%)の関係を調べたシミュレーション結果である。シミュレーション条件として、媒体12(ワーク)の搬送速度V=100m/分、クリアランスδ=1.0mm、コアンダ長さα=50mmとした。
上述した本発明の実施形態によれば、UV照射位置での局所的な残存酸素濃度を低減することができるUV照射システムが提供される。すなわち、本実施形態によれば、比較的少量の不活性ガスによって媒体表面の残存酸素量を低減することができるとともに、高速のUV硬化及び描画が可能になる。また、残存酸素量低減効果として、硬化工程におけるUV照射光量の低減が可能であり、UVLEDなどの光源コストを安価に構成できる。
図11は、本発明の実施形態に係る塗布装置の構成図である。図11において、図1で説明した構成と同一又は類似する要素には、同一の符号を付し、その説明は省略する。
図12は、本発明の他の実施形態に係るシングルパスインクジェット方式の画像形成装置200の構成図である。図12において、図11で説明した構成と同一又は類似する要素には、同一の符号を付しその説明は省略する。
図13は、本発明の他の実施形態に係るシングルパスインクジェット方式の画像形成装置230の構成例である。この画像形成装置230は、主として、給紙部240、描画部244、露光硬化部246及び排紙部248で構成される。
給紙部240は、記録媒体252(枚葉紙)を描画部244に供給する機構である。給紙部240には、記録媒体252(枚葉紙)が積層され、給紙トレイ254から記録媒体252が一枚ずつ描画部244に送られる。本例では、記録媒体252として、枚葉紙(カット紙)を用いるが、連続用紙(ロール紙)から必要なサイズに切断して給紙する構成も可能である。
描画部244は、描画ドラム270と、この描画ドラム270の外周面に対向する位置に近接配置されたインクジェットヘッド272M、272K、272C、272Yで構成される。インクジェットヘッドは、それぞれ、マゼンタ(M)、黒(K)、シアン(C)、イエロー(Y)の4色のインクに対応しており、描画ドラム270の回転方向に上流側から順に、描画ドラム270の周面に沿って配置される。
露光硬化部246には、露光硬化ドラム280と、UV照射ユニット290とか設けられる。露光硬化ドラム280は、その外周面に記録媒体252を保持して回転搬送させるドラムである。露光硬化ドラム280は、描画ドラム270と同様に、その外周面に爪形状の保持手段(グリッパー)を備え、ドラム面に記録媒体252を吸着保持する吸着手段を備えている。記録媒体252は、保持手段によって先端が保持され、露光硬化ドラム280の回転により、記録面が外側を向くようにして搬送される。
排紙部248は、排出トレイ302を備えており、この排出トレイ302と画像検査ドラム286との間に、これらに対接するように渡し胴304、搬送ベルト306、張架ローラ308が設けられている。記録媒体252は、渡し胴304により搬送ベルト306に送られ、排出トレイ302に排出される。搬送ベルト306による用紙搬送機構の詳細は図示しないが、印刷後の記録媒体252は無端状の搬送ベルト306間に渡されたバー(不図示)のグリッパーによって用紙先端部が保持され、搬送ベルト306の回転によって排出トレイ302の上方に運ばれてくる。
図15は、本発明の他の実施形態に係るオフセット印刷機310の構成図である。図15中、図13で説明した構成と同一又は類似する要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
コアンダ効果を利用する大気境界層剥離部22の排気流路32は、滑らかな曲面(R付きの面)で構成することが一層好ましい。気体と接する物体面に段差や角部があると、気体の流れが乱れるため、このような段差や角部ができる限り少ない、滑らかな面形状とする形態が好ましい。
上述の実施形態では、不活性ガスとして窒素ガスを用いたが、窒素ガスに限らず、ヘリウム、アルゴンなど希ガス類などを用いることができる。また、活性エネルギー線硬化型液として、紫外線硬化型液を例示したが、電子線の照射によって硬化する性質を持つ電子線硬化型の材料に対する電子線照射装置などについても、本発明を適用できる。
「記録媒体」は、活性エネルギー線硬化型液が付着される媒体の総称であり、印字媒体、被記録媒体、被画像形成媒体、受像媒体、被吐出媒体、ブリントメディアなど様々な用語で呼ばれるものが含まれる。本発明の実施に際して、記録媒体の材質や形状等は、特に限定されず、連続用紙、カット紙、シール用紙、OHPシート等の樹脂シート、フィルム、布、不織布、配線パターン等が形成されるプリント基板、ゴムシート、その他材質や形状を問わず、様々な媒体に適用できる。
上述の実施形態では、停止したヘッドに対して記録媒体を搬送する構成を例示したが、本発明の実施に際しては、停止した記録媒体に対してヘッドを移動させる構成も可能である。なお、シングルパス方式のフルライン型の描画ヘッドは、通常、記録媒体の送り方向(搬送方向)と直交する方向に沿って配置されるが、搬送方向と直交する方向に対して、ある所定の角度を持たせた斜め方向に沿ってヘッドを配置する態様もあり得る。
上記実施形態では、記録媒体の全幅に対応する長さのノズル列を有するページワイドのフルライン型ヘッドを用いたインクジェット記録装置を説明したが、本発明の適用範囲はこれに限定されず、シリアル型(シャトルスキャン型)ヘッドなど、短尺の描画ヘッドを移動させながら、複数回のヘッド走査により画像記録を行うインクジェット記録装置についても本発明を適用可能である。
上記の実施形態では、塗布装置、グラフィック印刷用のドロップオンデマンド型のシングルパスインクジェット画像形成装置、オフセット印刷装置への適用を例に説明したが、本発明の適用範囲はこの例に限定されない。例えば、ラベルプリンタ、シャトルプリンタ(マルチパス印字方式のプリンタ)、オフセット輪転印刷装置における熱乾燥工程をUV乾燥工程に置き換える形態、自動車のボディトップコート、又は樹脂窓のハードコートの塗布装置、木工品やフロア材など不定形対象物に対する樹脂膜の塗布装置、印刷機を使って電子回路や電子デバイスを形成するプリンティドエレクトロニクス分野の製造装置(電子回路の配線パターンを描画する配線記録装置、各種デバイスの製造装置など)、吐出用の機能性液体として樹脂液を用いるレジスト印刷装置、カラーフィルター製造装置、マテリアルデポジション用の材料を用いて微細構造物を形成する微細構造物形成装置など、液状機能性材料を用いて様々な形状やパターンを描画するシステムに広く適用できる。
上記に詳述した発明の実施形態についての記載から把握されるとおり、本明細書は少なくとも以下に示す発明を含む多様な技術思想の開示を含んでいる。
Claims (20)
- 活性エネルギー線の照射によって硬化する性質を持つ材料が付与された媒体の前記材料の付与面と対面する媒体対向面を有し、当該媒体対向面に対して前記媒体を相対移動させて前記付与面に活性エネルギー線を照射する活性エネルギー線照射装置であって、
前記相対移動により前記媒体対向面と対面する位置に進入した前記媒体の表面の気体境界層を剥離する気体吸引口を有する境界層剥離部と、
前記境界層剥離部に対する前記媒体の相対移動方向に対して前記境界層剥離部の下流側に配置され、前記気体境界層を剥離した後の前記媒体の表面に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、
前記相対移動に伴い前記媒体の表面に前記不活性ガスの層流を確保する層流確保部と、
前記不活性ガスの層流を介して前記媒体の前記材料の付与面に向けて前記活性エネルギー線を照射するエネルギー線照射部と、を備え、
前記媒体対向面と前記媒体との隙間のクリアランスが1.5mm以下に設定され、
前記相対移動により前記境界層剥離部に対して前記媒体が進入する媒体入り口部の端から前記気体吸引口までの前記相対移動方向の距離が20mm以上であることを特徴とする活性エネルギー線照射装置。 - 前記相対移動の速度が200m/分以上の場合には、前記クリアランスが1.0mm以下に設定されることを特徴とする請求項1に記載の活性エネルギー線照射装置。
- 前記境界層剥離部は、前記媒体対向面に開口する前記気体吸引口に連通し、コアンダ効果を利用した気体排出用流路と、当該気体排出用流路を介して前記気体吸引口から気体の吸い込み行う排気用圧力を発生させる排気圧力付与手段と、を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の活性エネルギー線照射装置。
- 前記境界層剥離部の前記気体吸引口から入って外部に排出される排気流量は、前記相対移動の速度に比例して増減調整されることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の活性エネルギー線照射装置。
- 前記不活性ガス供給部は、前記付与面に対面する側にエアナイフ構造の噴射口を有することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の活性エネルギー線照射装置。
- 前記境界層剥離部による排気流量が前記不活性ガス供給部からの不活性ガスの供給流量よりも大きいことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の活性エネルギー線照射装置。
- 前記媒体が第1の方向に搬送されることにより当該第1の方向に前記相対移動が行われ、前記エネルギー線照射部は、前記付与面の前記材料が付着される付着領域における前記第1の方向と平行でない第2の方向の全幅範囲に対して一度にエネルギー線を照射し得る照射領域幅を有することを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の活性エネルギー線照射装置。
- 前記気体吸引口は、前記エネルギー線照射部の前記照射領域幅に相当する範囲以上をカバーする開口幅を有することを特徴とする請求項7に記載の活性エネルギー線照射装置。
- 前記不活性ガス供給部は、前記エネルギー線照射部の前記照射領域幅に相当する範囲以上をカバーする不活性ガス噴射幅を有することを特徴とする請求項7又は8に記載の活性エネルギー線照射装置。
- 前記材料は紫外線硬化型液であり、前記エネルギー線照射部は紫外線を照射するものであることを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の活性エネルギー線照射装置。
- 前記エネルギー線照射部には、複数個の紫外線発光ダイオード(UVLED)が用いられていることを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の活性エネルギー線照射装置。
- 活性エネルギー線の照射によって硬化する性質を持つ材料が付与された媒体の前記材料の付与面に活性エネルギー線を照射して前記材料を硬化させる活性エネルギー線照射方法であって、
前記媒体の前記材料の付与面と対面する媒体対向面を有する活性エネルギー線照射装置に対して前記媒体を相対移動させる工程と、
前記相対移動により前記媒体対向面と対面する位置に進入した前記媒体の表面の気体境界層を剥離する境界層剥離工程と、
前記気体境界層を剥離した後の前記媒体の表面に不活性ガスを供給する不活性ガス供給工程と、
前記相対移動に伴い前記表面付近に前記不活性ガスの層流を形成する層流形成工程と、
前記不活性ガスの層流を介して前記媒体の前記材料の付与面に向けて前記活性エネルギー線を照射するエネルギー線照射工程と、を有し、
前記媒体対向面と前記媒体との隙間のクリアランスを1.5mm以下に設定し、
前記相対移動により前記境界層剥離工程を行う前記活性エネルギー線照射装置の境界層剥離部に対して前記媒体が進入する媒体入り口部の端から前記気体境界層を剥離する気体吸引口までの前記相対移動方向の距離を20mm以上とすることを特徴とする活性エネルギー線照射方法。 - 前記相対移動の速度が200m/分を超える場合に、前記クリアランスを1.0mm以下とすることを特徴とする請求項12に記載の活性エネルギー線照射方法。
- 活性エネルギー線の照射によって硬化する性質を持つ材料を媒体上に付与する活性エネルギー線硬化型材料付与手段と、
前記材料が付与された前記媒体を搬送する媒体搬送手段と、
前記媒体搬送手段によって搬送される前記材料の付与面と対面するように配置された、請求項1から11のいずれか1項に記載の活性エネルギー線照射装置と、
を備えたことを特徴とする塗布装置。 - 前記媒体搬送手段は、前記媒体を吸着保持する吸着手段を備えることを特徴とする請求項14に記載の塗布装置。
- 前記活性エネルギー線硬化型材料付与手段は、前記媒体に対してシングルパスで前記材料を付与するものであることを特徴とする請求項14又は15に記載の塗布装置。
- 活性エネルギー線の照射によって硬化する性質を持つ材料である活性エネルギー線硬化型液を吐出する液体吐出ヘッドと、
前記液体吐出ヘッドから吐出された前記活性エネルギー線硬化型液が付着した前記媒体を搬送する媒体搬送手段と、
前記媒体搬送手段によって搬送される前記前記活性エネルギー線硬化型液の付与面と対面するように配置された、請求項1から11のいずれか1項に記載の活性エネルギー線照射装置と、
を備えたことを特徴とする画像形成装置。 - 前記液体吐出ヘッドは、前記媒体に対してシングルパスで前記材料を付与するラインヘッドであることを特徴とする請求項17に記載の画像形成装置。
- 活性エネルギー線の照射によって硬化する性質を持つ材料である活性エネルギー線硬化型液を刷版に付着させ、該刷版の版面に付着した前記活性エネルギー線硬化型液をブランケット胴に移し、前記ブランケット胴から前記活性エネルギー線硬化型液を媒体に転写するオフセット印刷機構と、
前記オフセット印刷機構により前記活性エネルギー線硬化型液が付着した前記媒体を搬送する媒体搬送手段と、
前記媒体搬送手段によって搬送される前記媒体の前記活性エネルギー線硬化型液の付与面と対面するように配置された、請求項1から11のいずれか1項に記載の活性エネルギー線照射装置と、
を備えたことを特徴とする画像形成装置。 - 前記媒体搬送手段は、前記媒体を吸着保持する吸着手段を備えることを特徴とする請求項17から19のいずれか1項に記載の画像形成装置。
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