JP2016093917A - 画像形成装置および画像形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】記録媒体上に形成されたインクドット間に滲みが生じることを防止または抑制することができ、色の再現性が良好で、画質の高い画像を形成することができる画像形成装置および画像形成方法を提供する。【解決手段】光硬化性インクの液滴を記録媒体に向かって射出するインクヘッド１１を備えた画像形成装置であって、硬化性インクに光を照射することによって硬化性インクを十分に硬化させるために必要な基準エネルギーより小さいエネルギーを作用させることにより、硬化性インクを予備硬化する予備硬化用光照射機構３０を備えてなり、予備硬化用光照射機構３０は、予備硬化用光照射機構３０からの光が前記インクヘッドと記録媒体との間のインク液滴飛翔空間Ｓに照射されるよう配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、光硬化性インクの液滴を記録媒体に向かって射出するインクヘッドを用いた画像形成装置および画像形成方法に関する。

従来、例えばインクジェットプリンタなどの画像形成装置としては、光硬化性インクを用いたものが知られている。この画像形成装置は、光硬化性インクを射出する複数のインクヘッドよりなるインクヘッドユニットと、このインクヘッドユニットに隣接して配置された光照射機構とを有する。インクヘッドの各々は、それぞれ色相が異なる光硬化性インクを射出するものである。
このような画像形成装置においては、インクヘッドの各々から、それぞれ色相の異なる光硬化性インクが記録媒体に向かって射出される。これにより、記録媒体上には、着弾された光硬化性インクによるインクドットが形成される。その後、インクドットすなわち記録媒体に着弾された光硬化性インクに対して、光照射機構によって光が照射される。これにより、インクドットが硬化して記録媒体に定着する。

このような光硬化性インクを用いた画像形成装置においては、以下のような問題がある。すなわち、記録媒体上に複数色の光硬化性インクの液滴を着弾させた場合において、各インクドットが記録媒体上に互いに接した状態で形成されたときに、インクドット間に滲みが発生する。これにより、記録媒体上において互いに色相が異なる光硬化性インクの混色が生じ、その結果、得られる画像の色の再現性が低下したり、画質が低下したりする、という問題がある。

このような問題を解決する手段として、特許文献１には、記録媒体上に形成されるインクドット同士が接触しないよう、インクドットの径を制御する画像形成装置が開示されている。
また、特許文献２には、インクヘッドと仮硬化用光源とが交互に並ぶよう配置され、インクヘッドから射出されて記録媒体上に着弾した光硬化性インクが、当該インクヘッドに隣接する仮硬化用光源からの光によって仮硬化される画像形成装置が開示されている。

特開２００５−１１９２９１号公報 特開２０１２−４５９０８号公報

しかしながら、これらの画像形成装置においては、以下のような問題がある。
上記の画像形成装置においては、インクヘッドを記録媒体に対して相対的に移動させながら、当該インクヘッドから射出された光硬化性インクの液滴を記録媒体上に着弾させる。このため、インクヘッドにおける射出方向の指向性や外乱の影響により、光硬化性インクの液滴を記録媒体上における所期の位置に高い精度で着弾させることができず、得られるインクドットの位置ずれが生じる。
そして、特許文献１に記載の画像形成装置においては、インクドットの位置ずれが生じることにより、インクドット同士が接触してしまい、結局、インクドット間に滲みが発生する。
また、特許文献２に記載の画像形成装置においては、インクドット同士が接触しても、一方のインクドットを構成する光硬化性インクが仮硬化されているため、インクドット間に滲みが生じることを抑制することは可能である。然るに、他方のインクドットを構成する光硬化性インクが未硬化の状態すなわち液状であるため、当該光硬化性インクが記録媒体上に着弾してから仮硬化されるまでの間に、他方のインクドットを構成する光硬化性インクが一方のインクドットに引き寄せられる。その結果、得られる画像には微細な色の濃淡が生じるため、色の再現性が良好で、画質の高い画像を形成することが困難である。
このような現象は、解像度の高い画像を形成する場合、すなわちインクドットが微細でピッチが微小である画像を形成する場合に顕著となる。

そこで、本発明の目的は、記録媒体上に形成されたインクドット間に滲みが生じることを防止または抑制することができ、色の再現性が良好で、画質の高い画像を形成することができる画像形成装置および画像形成方法を提供することにある。

本発明の画像形成装置は、光硬化性インクの液滴を記録媒体に向かって射出するインクヘッドを備えた画像形成装置であって、
前記硬化性インクに光を照射することによって当該硬化性インクを十分に硬化させるために必要な基準エネルギーより小さいエネルギーを作用させることにより、当該硬化性インクを予備硬化する予備硬化用光照射機構を備えてなり、
前記予備硬化用光照射機構は、当該予備硬化用光照射機構からの光が前記インクヘッドと前記記録媒体との間のインク液滴飛翔空間に照射されるよう配置されていることを特徴とする。

本発明の画像形成装置においては、前記予備硬化用光照射機構は、レーザよりなる予備硬化用光源を有することが好ましい。
このような画像形成装置においては、前記予備硬化用光照射機構は、前記予備硬化用光源からの光を前記インク液滴飛翔空間において走査する手段を有することが好ましい。

また、本発明の画像形成装置においては、複数のインクヘッドが一方向に並ぶよう配置されており、当該インクヘッドの各々に対応して複数の予備硬化用光照射機構が設けられていることが好ましい。

本発明の画像形成方法は、インクヘッドから記録媒体に向かって光硬化性インクの液滴を射出するインク射出工程と、記録媒体に着弾した光硬化性インクに光を照射することによって当該硬化性インクを十分に硬化させるために必要な基準エネルギー以上のエネルギーを作用させることにより、当該光硬化性インクを硬化するインク硬化処理工程とを有する画像形成方法であって、
前記インク射出工程において、前記インクヘッドと前記記録媒体との間のインク液滴飛翔空間に光を照射することによって前記インク液滴飛翔空間を飛翔する前記硬化性インクの液滴に前記基準エネルギーより小さいエネルギーを作用させることにより、当該硬化性インクの液滴を予備硬化することを特徴とすることを特徴とする。

本発明の画像形成方法においては、前記インク射出工程において、前記インク液滴飛翔空間に照射される光がレーザ光であることが好ましい。
このような画像形成方法においては、前記インク射出工程において、前記インク液滴飛翔空間に照射される光を当該インク液滴飛翔空間において走査することが好ましい。

本発明によれば、インクヘッドから出射された光硬化性インクの液滴が、記録媒体上に着弾する前に予備硬化される。そのため、記録媒体上においてインクドット同士が接触しても、インクドット間に滲みが生じたり、一方のインクトッドに他方のインクドットが引き寄せられたりすることを防止または抑制することができる。従って、色の再現性が良好で、画質の高い画像を形成することができる。

本発明の画像形成装置の一例における要部の構成を示す斜視図である。 図１に示す画像形成装置の平面図である。 インクヘッドの各々における記録媒体に対向する面を示す説明図である。 本硬化用光照射機構の一例における内部の構成を示す説明図である。 予備硬化用光照射機構の一例における内部の構成を示す説明図である。 インクヘッドと予備硬化用光照射機構との位置関係を示す説明図である。 光硬化性インクの液滴における光が照射される位置を示す説明図である。 本発明の画像形成装置の他の例における要部の構成を示す説明図である。 本発明の画像形成装置の更に他の例における要部の構成を示す説明図である。 予備硬化用光照射機構の他の例における構成を示す説明図である。 予備硬化用光照射機構の更に他の例における構成を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の画像形成装置の一例における要部の構成を示す斜視図である。図２は、図１に示す画像形成装置の平面図である。これらの図において、それぞれ矢印で示すｘ方向、ｙ方向およびｚ方向は、互いに直交する３つの方向である。図１に示す画像形成装置は、例えばインクジェットプリンタとして構成されたものである。

この画像形成装置においては、光硬化性インクの液滴（以下、「インク液滴」ともいう。）Ｐをシート状の記録媒体Ｍに向かってｚ方向に射出する複数（図示の例では４つ）のインクヘッド１１よりなるインクヘッドユニット１０が設けられている。ここで、光硬化性インクとしては、紫外線によって硬化するものを好適に用いることができる。このインクヘッドユニット１０におけるｙ方向の両端の各々に隣接する位置には、記録媒体Ｍに着弾した光硬化性インクに対して光Ｌ１を照射することによって当該光硬化性インクを硬化する本硬化用光照射機構２０が配置されている。インクヘッドユニット１０および本硬化用光照射機構２０の各々は、これらをｙ方向に沿って移動させる移動機構（図示省略）に支持されている。
インクヘッドユニット１０におけるｙ方向の一方の側方位置には、インク液滴Ｐを予備硬化する複数（図示の例では４つ）の予備硬化用光照射機構３０が設けられている。この予備硬化用光照射機構３０の各々は、当該予備硬化用光照射機構３０からの光Ｌ２がインクヘッド１１と記録媒体Ｍとの間のインク液滴飛翔空間Ｓに照射されるよう配置されている。
また、この画像形成装置には、インクヘッドユニット１０に対向する領域において記録媒体Ｍをｘ方向に搬送する搬送機構（図示省略）が設けられている。

インクヘッドユニット１０においては、それぞれ異なる色相、具体的にはブルー、イエロー、マゼンタおよびブラックの色相のインク液滴Ｐを射出する、直方体状の４つインクヘッド１１が、ｙ方向に並んだ状態で配置されている。インクヘッド１１の各々における記録媒体Ｍに対向する面には、図３に示すように、それぞれインク液滴Ｐをｚ方向（図３において紙面に垂直な方向）に射出する複数のノズル１２が、ｘ方向に並んだ状態で設けられている。

図４は、本硬化用光照射機構２０の一例における内部の構成を示す説明図である。この本硬化用光照射機構２０においては、筐体２１の内部に、ｘ方向（図４において紙面に垂直な方向）に伸びる長尺な光源部２２が設けられている。この光源部２２においては、長尺な矩形の基板２３が、ｘ方向およびｙ方向に伸びる平面に沿って、当該ｘ方向に伸びる姿勢で配置されている。基板２３の表面（図４において下面）には、それぞれ矩形の板状の発光ダイオードよりなる複数の本硬化用光源２５が、当該基板２３の表面に沿ってｘ方向に並んだ状態で配置されている。本硬化用光源２５の各々には、当該本硬化用光源２５の発光面を覆う半球形状の封止レンズ２６が、基板２３の表面から突出するよう設けられている。
光源部２２における本硬化用光源２５の発光面に対向する位置には、光源部２２に沿って伸びる柱状レンズ２４が設けられている。筐体２１の開口には、柱状レンズ２４を挟持する保持部材２７が設けられている。また、光源部２２における基板２３の裏面（図４において上面）には、例えばアルミニウムよりなるヒートシンク２８が設けられている。このヒートシンク２８の上方には、当該ヒートシンク２８を冷却する冷却ファン２９が設けられている。

この本硬化用光照射機構２０は、記録媒体Ｍに着弾した光硬化性インクに対して、光Ｌ１を照射することによって、当該光硬化性インクを十分に硬化させるために必要な基準エネルギー以上のエネルギーを作用させるものである。ここで、基準エネルギーは、実際に使用される光硬化性インクを用いて実験的に求めることができる。

図５は、予備硬化用光照射機構３０の一例における構成を示す説明図である。この予備硬化用光照射機構３０は、レーザダイオードよりなる予備硬化用光源３１と、予備硬化用光源３１からの光Ｌ２を走査するためのポリゴンミラー３２と、予備硬化用光源３１からの光Ｌ２を出射する光透過窓部材３３と、予備硬化用光源３１からの光Ｌ２をポリゴンミラー３２に向けて反射する第１の光反射部材３４と、ポリゴンミラー３２からの光Ｌ２を光透過窓部材３３に向けて反射する第２の光反射部材３５とにより構成されている。

この例の画像形成装置においては、インクヘッドユニット１０におけるインクヘッド１１の各々に対応して複数の予備硬化用光照射機構３０が設けられている。予備硬化用光照射機構３０の各々は、図６に示すように、当該予備硬化用光照射機構３０からの光Ｌ２が、インク液滴飛翔空間Ｓを横切るｘ方向およびｙ方向に伸びる平面に沿ってｙ方向と交差する方向に光Ｌ２が照射されるよう配置されている。そして、ポリゴンミラー３２が回転駆動することによって予備硬化用光照射機構３０からの光Ｌ２がインク液滴飛翔空間Ｓにおいて走査される。これにより、インク液滴飛翔空間Ｓを横切るｘ方向およびｙ方向に伸びる平面に沿って、インク液滴飛翔空間Ｓ全域にわたって光Ｌ２が照射される。従って、インクヘッド１１の全てのノズル１２から射出されるインク液滴Ｐに対して光Ｌ２を照射することができる。

この予備硬化用光照射機構３０は、インクヘッドユニット１０と記録媒体Ｍとの間のインク液滴飛翔空間Ｓに光Ｌ２を照射することによって、インク液滴飛翔空間Ｓを飛翔するインク液滴Ｐに対して、当該光硬化性インクを十分に硬化させるために必要な基準エネルギーより小さいエネルギーを作用させるものである。
インク液滴Ｐに基準エネルギーより小さいエネルギーを作用させるための具体的な手段は、特に限定されないが、予備硬化用光源３１として、出射される光のピーク波長が光硬化性インクにおける光の吸収ピーク波長とは異なるものを用いる手段、予備硬化用照射機構３０から出射される光Ｌ２の出力を制御する手段などを利用することができる。

上記の画像形成装置においては、記録媒体Ｍが、搬送機構（図示省略）によってインクヘッドユニット１０に対向する領域においてｘ方向に間欠的に搬送される。そして、インクヘッドユニット１０をｙ方向に移動させながら、搬送された記録媒体Ｍに向かって、当該インクヘッドユニット１０のインクヘッド１１からインク液滴Ｐを射出する。このとき、インクヘッド１１と記録媒体Ｍとの間のインク液滴飛翔空間Ｓを飛翔するインク液滴Ｐに、予備硬化用光照射機構３０からの光Ｌ２が照射される。これにより、飛翔するインク液滴Ｐに基準エネルギーより小さいエネルギーが作用され、その結果、インク液滴Ｐが予備硬化される。そして、記録媒体Ｍ上に予備硬化されたインク液滴Ｐが着弾することにより、当該記録媒体Ｍ上にはインクドットが形成される。その後、記録媒体Ｍに形成されたインクドットに、本硬化用光照射機構２０によって光Ｌ１が照射されることにより、当該インクドットが硬化して記録媒体Ｍに定着する。

以上において、予備硬化用光照射機構３０は、図７に示すように、当該予備硬化用光照射機構３０から光Ｌ２が断続的に出射されることにより、当該光Ｌ２がインク液滴Ｐにおける記録媒体Ｍ側の表面に照射されるよう、光Ｌ２の出射のタイミングを制御することが好ましい。これにより、インク液滴Ｐに照射された光Ｌ２は、記録媒体Ｍに向かって反射されるので、インクヘッド１１に向かって反射することが回避される。その結果、インクヘッド１１のノズル１２に付着した光硬化性インクが硬化することを防止または抑制することができる。

このような画像形成装置によれば、インクヘッド１１から出射されたインク液滴Ｐが、記録媒体Ｍ上に着弾する前に予備硬化される。そのため、記録媒体Ｍ上においてインクドット同士が接触しても、インクドット間に滲みが生じたり、一方のインクトッドに他方のインクドットが引き寄せられたりすることを防止または抑制することができる。従って、色の再現性が良好で、画質の高い画像を形成することができる。
また、集光性が高い且つ高出力で出射することが可能なレーザ光を用いることにより、狭い領域であるインク液滴飛翔空間Ｓを高速で飛翔するインク液滴Ｐに対して、短時間で必要なエネルギーを確実に作用させることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されず、以下のような種々の変更を加えることが可能である。
（１）図８に示すように、インクヘッドユニット１０におけるｙ方向の一方の側方位置および他方の側方位置の両方に、インクヘッドユニット１０におけるインクヘッド１１の各々に対応して複数の予備硬化用光照射機構３０が設けられていてもよい。
（２）図９に示すように、単一の予備硬化用光照射機構３０が、一方の本硬化用光照射機構２０に隣接して配置された構成であってもよい。このような構成においては、インクヘッド１１からインク液滴Ｐが出射されるタイミングに合わせて、光Ｌ２を断続的に出射するよう予備硬化用光照射機構３０を制御することが好ましい。

（３）予備硬化用光源機構３０は、図５に示す構成以外のものを用いることができる。
図１０は、予備硬化用光源機構３０の他の例における構成を示す説明図である。この予備硬化用光源機構３０は、インクヘッド１１における記録媒体（図示省略）に対向する面（以下、「出射面」という。）に、ノズル１２に対してｙ方向（図において左右方向）に近接して配置された複数の予備硬化用光源３１と、インクヘッド１１の出射面の両側縁に沿って配置された、予備硬化用光源３１からの光Ｌ２を反射する光反射部材３６と、ノズル１２と予備硬化用光源３１との間に配置された、予備硬化用光源３１からノズル１２に向かう光を遮光する遮光部材３７とにより構成されている。このような構成の予備硬化用光源機構３０においては、予備硬化用光源３１として、レーザダイオード以外に発光ダイオードを用いることができる。

図１１は、予備硬化用光源機構３０の更に他の例における構成を示す説明図である。この予備硬化用光源機構３０は、インクヘッド１１の背後位置（図１１において上方位置）に配置された複数の予備硬化用光源３１と、各予備硬化用光源３１からの光を集光する複数の集光レンズ３８と、各集光レンズ３８によって集光された光を導光する複数の光ファイバー３９とにより構成されている。光ファイバー３９は、その光出射端面がインク液滴飛翔空間Ｓに臨むよう配置されている。このような構成の予備硬化用光源機構３０においては、予備硬化用光源３１として、レーザダイオード以外に発光ダイオードを用いることができる。

１０ インクヘッドユニット
１１ インクヘッド
１２ ノズル
２０ 本硬化用光照射機構
２１ 筐体
２２ 光源部
２３ 基板
２４ 柱状レンズ
２５ 本硬化用光源
２６ 封止レンズ
２７ 保持部材
２８ ヒートシンク
２９ 冷却ファン
３０ 予備硬化用光照射機構
３１ 予備硬化用光源
３２ ポリゴンミラー
３３ 光透過窓部材
３４ 第１の光反射部材
３５ 第２の光反射部材
３６ 光反射部材
３７ 遮光部材
３８ 集光レンズ
３９ 光ファイバー
Ｌ１，Ｌ２ 光
Ｍ 記録媒体
Ｐ インク液滴
Ｓ インク液滴飛翔空間

Claims (7)

1. 光硬化性インクの液滴を記録媒体に向かって射出するインクヘッドを備えた画像形成装置であって、
   前記硬化性インクに光を照射することによって当該硬化性インクを十分に硬化させるために必要な基準エネルギーより小さいエネルギーを作用させることにより、当該硬化性インクを予備硬化する予備硬化用光照射機構を備えてなり、
   前記予備硬化用光照射機構は、当該予備硬化用光照射機構からの光が前記インクヘッドと前記記録媒体との間のインク液滴飛翔空間に照射されるよう配置されていることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記予備硬化用光照射機構は、レーザよりなる予備硬化用光源を有することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記予備硬化用光照射機構は、前記予備硬化用光源からの光を前記インク液滴飛翔空間において走査する手段を有することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 複数のインクヘッドが一方向に並ぶよう配置されており、当該インクヘッドの各々に対応して複数の予備硬化用光照射機構が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. インクヘッドから記録媒体に向かって光硬化性インクの液滴を射出するインク射出工程と、記録媒体に着弾した光硬化性インクに光を照射することによって当該硬化性インクを十分に硬化させるために必要な基準エネルギー以上のエネルギーを作用させることにより、当該光硬化性インクを硬化するインク硬化処理工程とを有する画像形成方法であって、 前記インク射出工程において、前記インクヘッドと前記記録媒体との間のインク液滴飛翔空間に光を照射することによって前記インク液滴飛翔空間を飛翔する前記硬化性インクの液滴に前記基準エネルギーより小さいエネルギーを作用させることにより、当該硬化性インクの液滴を予備硬化することを特徴とする画像形成方法。
6. 前記インク射出工程において、前記インク液滴飛翔空間に照射される光がレーザ光であることを特徴とする請求項５に記載の画像形成方法。
7. 前記インク射出工程において、前記インク液滴飛翔空間に照射される光を当該インク液滴飛翔空間において走査することを特徴とする請求項６に記載の画像形成方法。

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