JP2016132157A - 画像形成装置、画像形成方法、及び、プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】記録媒体における硬化縞の発生を抑え、印刷品質を向上させる画像形成装置を提供する。【解決手段】紫外線硬化インクを記録媒体に対して吐出する吐出ヘッド１０と、吐出ヘッド１０により吐出された記録媒体上の紫外線硬化インクに紫外線を照射する紫外線照射装置２０ａと、紫外線硬化インクの硬化特性に応じて、紫外線照射装置２０ａによる紫外線の照射領域を制御する制御手段と、を備える。【選択図】図９

Description

本発明は、紫外線硬化型インクを記録媒体に吐出して画像形成を行う画像形成装置、画像形成方法、及び、プログラムに関する。

従来から、インクジェット記録装置として、紫外線硬化型インクを記録媒体に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の主走査方向における両側に併設される紫外線照射装置と、を備えたものが知られている。

インクジェット記録ヘッドを主走査方向に走査させると、記録媒体に対して、インクジェット記録ヘッドによる印字と紫外線照射装置による紫外線の照射が行われる。すなわち、紫外線照射装置により、印字直後に着弾したインクの紫外線硬化が行われる。

また、この動作を繰り返すことにより記録媒体の任意のところに画像を生成することができる。さらに、インクジェット記録ヘッドにより、既に生成された紫外線硬化インクの上に再度インクを着弾させ、紫外線照射装置により紫外線硬化をさせることにより多層に積層された画像を生成することができる。

例えば特許文献１には、紫外線硬化型インクを用いた印刷を行う印刷装置が記載されている。特許文献１に係る印刷装置は、紫外線硬化型インクを媒体に吐出するヘッドと、紫外線を発し、紫外線を媒体上の紫外線硬化型インクに照射して、該紫外線硬化型インクを仮硬化させる仮硬化用照射部と、仮硬化用照射部により発せられた紫外線を拡散させる拡散部材を有する。

ところで、この種のインクジェット記録装置では、単層印刷や多層印刷を行う場合、紫外線硬化型インクによっては紫外線が照射されて硬化されるときにインク自体の体積が収縮する硬化収縮を伴うものがある。

このように硬化収縮を伴う紫外線硬化型インクでは、記録媒体の表面状態や下層にあるインク表面の状態や色により変化する反射光と直接インク表面に照射させる直射光との照射エネルギーの差異から未硬化インク面の表裏において硬化収縮差が発生する。

未硬化状態のインクからの急激な照射の場合、収縮差が大きい硬化部分のインクと収縮差が小さい硬化部分のインクに歪が発生して、記録媒体の表面に硬化縞という凹凸が生じる。これが原因の１つとなり、印刷品質を低下させるという問題がある。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、記録媒体における硬化縞の発生を抑え、印刷品質を向上させることを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、紫外線硬化インクを記録媒体に対して吐出する吐出手段と、吐出手段により吐出された記録媒体上の紫外線硬化インクに紫外線を照射する照射手段と、紫外線硬化インクの硬化特性に応じて、照射手段による紫外線の照射領域を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、記録媒体における硬化縞の発生を抑え、印刷品質を向上させることが可能になる。

本発明の実施形態における画像形成装置に係るインク吐出機構の概略図である。 本発明の実施形態における紫外線照射を模式的に示した説明図である。 本発明の実施形態における紫外線照射を模式的に示した説明図である。 硬化縞発生のメカニズムを模式的に示した説明図である。 本発明の実施形態における硬化縞を軽減する方策を示した説明図である。 本発明の実施形態を適用することにより得られる効果を示した説明図である。 本発明の実施形態における画像形成装置に係る機能ブロック図である。 本発明の実施形態における紫外線照射装置の構成例を模式的に示した説明図である。 本発明の実施形態における紫外線照射装置の構成例を模式的に示した説明図である。 本発明の実施形態におけるシャッターを模式的に示した説明図である。 本発明の実施形態におけるシャッターを模式的に示した説明図である。 本発明の実施形態における紫外線照射装置を模式的に示した説明図である。

本発明の実施形態の画像形成装置に関し以下図面を用いて説明するが、本発明の趣旨を越えない限り、何ら本実施形態に限定されるものではない。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化乃至省略する。本実施形態における画像形成装置としてのインクジェット記録装置は、記録媒体に対して、インクジェットヘッドから紫外線硬化インクを吐出することで、所望の画像等を描画するものである。

また、インクジェット記録装置は、記録媒体の描画可能領域に対し、キャリッジを往復動作させながらインクジェットヘッドのノズル列から紫外線硬化インクの吐出を行う。また、キャリッジに搭載された紫外線照射装置が紫外線を照射することにより紫外線硬化インクが硬化される。

また、図示はしないが、インクジェット記録装置は、インクジェットヘッドに紫外線硬化インクを供給するインク供給装置と、インクジェットヘッドの機能の保守及び回復を図る保守装置と、インクジェット記録装置を統括制御する制御装置と、を備えていることが好ましい。なお、以下では、インクジェットヘッド及び紫外線照射装置を搭載したキャリッジの移動方向を主走査方向とし、記録媒体の搬送方向を副走査方向として説明する。

本実施形態における画像形成装置としてのインクジェット記録装置のインク吐出機構の概略について図１を参照して説明する。本実施形態におけるインク吐出機構は、吐出ヘッド１０、キャリッジシャフト１５、紫外線照射装置２０ａ、２０ｂ、及びキャリッジ３０を備える。

吐出ヘッド１０及び紫外線照射装置２０ａ、２０ｂはキャリッジ３０に搭載され、紫外線照射装置２０ａ、２０ｂは吐出ヘッド１０のキャリッジ移動方向両側に配置される。吐出ヘッド１０は、ノズル列から紫外線硬化インクを吐出して記録媒体に描画を行う。紫外線照射装置２０ａ、２０ｂは、描画後の記録媒体に紫外線を照射して記録媒体上の紫外線硬化インクを硬化させる。キャリッジシャフト１５はキャリッジ３０を主走査方向にガイドする。

紫外線照射装置２０ａ、２０ｂは同じ機能を有するものでも異なる機能を有するものあってもよい。本実施形態においては、紫外線照射装置２０ａ、２０ｂの２種類としているため、硬化特性の大きく異なる紫外線硬化インクは２種類が好ましい。この場合、例えば、ホワイト（Ｗ）とその他の色（クリアー（ＣＬ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ））とで、波長特性の異なる紫外線照射装置２０ａ、２０ｂを搭載することが好ましい。

紫外線照射装置２０ａ、２０ｂが同特性のものであれば、紫外線照射装置２０ｂは、紫外線照射装置２０ａと異なるピーク光量を設定することが可能な構成となる。これにより、インク硬化特性の異なるインクにも対応可能となるとともに、積算光量の調整にもより自由度があり細かい制御が可能となる。

紫外線照射装置２０ａに使用される代表的なランプとしては、例えばＬＥＤ、水銀ランプやメタルハライドランプ等が好ましく、紫外線照射装置２０ｂに使用されるランプとしては上記ランプ種に加え、例えば鉛ランプ、ガリウムランプ等が好ましい。

本実施形態では、紫外線照射装置２０ａ、２０ｂは、本硬化照射部２１ａ、２１ｂの両サイドに仮硬化照射部２２ａ、２２ｂを配置している。これにより、本硬化前の仮硬化を同一の紫外線照射装置で行うことが可能となるとともに、特性の異なるインク種に対応可能となっている。

次に、本実施形態における紫外線照射装置２０ａから紫外線を照射させる方法について図２を参照して説明する。本図は、図１の下方からキャリッジ３０を見た場合の断面図である。

紫外線照射装置２０ａは、吐出ヘッド１０のノズル列１１から主走査方向（往路方向）に移動しながら吐出された各色の紫外線硬化インクの特性に対応して照度を変化させて、紫外線を照射する。この時、紫外線照射装置２０ａに設けられた仮硬化照射部２２ａから照射された仮硬化光が先に紫外線硬化インクに照射されることにより仮硬化される。その後、キャリッジ３０の移動にともない本硬化光照射部２１ａから本硬化光が照射されることにより本硬化が完了する。

図３は、図２におけるキャリッジ３０の移動方向とは逆方向（復路方向）に移動しながら、インク吐出及び紫外線照射を行う場合について説明する図である。この場合は事前に照射された表面コートに用いられる紫外線硬化インクに代表されるように、レベリング（平滑化）を要求される紫外線硬化インクの場合に適応されることが好ましい。

ここで本発明の課題である硬化縞発生のメカニズムについて図４を参照して説明する。本図は、メディア表面に先に紫外線硬化インクが吐出され硬化したインク吐出面に、重ねて紫外線硬化インクが吐出された場合に、まだ硬化していない未硬化インク面を本硬化光が透過する様子について説明するものである。未硬化インク面を透過した本硬化光は、メディア表面やメディア表面に吐出され硬化したインク吐出面を反射した反射光となって、未硬化インク面の裏面に照射される。

この反射光は、メディア表面に吐出され硬化したインクが比較的高濃度の場合、本硬化光は吸収されるため、出力レベルが減衰した反射光が未硬化インクの裏面に照射される。他方、未硬化インクの表面には本硬化光が出力レベルを減衰させることなく照射される。その結果、未硬化インクの表裏面において、メディアの表面の状態より、照射される光の光量が表面と裏面で変化することにより未硬化インク面において収縮差が発生し、未硬化インク面に形成される画像に歪が発生し、硬化縞が発生する。

例えば、事前に硬化した比較的濃度の高いインクがある場合は光が吸収され、メディア表面における凹凸が大きい場合、光が拡散する。その結果、反射光は減衰し、インク表面の収縮差がより大きくなり、硬化縞の発生が顕著になる。他方、メディア表面が平滑な場合は反射光の減衰も強弱も抑えられるため、硬化縞の発生が抑えられる。

この硬化縞の発生を軽減する方策について図５を参照して説明する。本図は、紫外線照射装置２０ａから照射される光の照度（ｍＷ／ｃｍ²）を縦軸とし、照射光の中心部から端部への距離（ｍｍ）を横軸として、照射光の照度分布を模式的に示したものである。本図では照射光の中心を便宜的に「０」とし、例えば中心から２０ｍｍの領域を中心領域δ１とし、２０ｍｍを超えて１５０ｍｍまでの領域を拡散領域δ２とする。

図５に示すように、中心領域δ１は集積光による本硬化を行うため、かなり立ったピークとなる。また、拡散領域δ２は光源からの拡散光であり、本来使用されない領域のため、照度を抑えた設定となっている。本実施形態では、この拡散領域δ２の光量を利用して、未硬化インク面に発生する収縮差による急激な変化に対し、事前に弱い光量を照射させることにより緩やかなインク硬化を促し、硬化縞の発生を軽減する。

本実施形態においては、この弱い光量によって促される緩やかなインク硬化を仮硬化と定義する。そして、拡散領域δ２の領域の光量から徐々に強くなる方へ照射光の照度を上げることにより緩やかな硬化を得ることが可能となる。

図６に、本実施形態を適用することにより得られる効果として、硬化縞の軽減結果を示す。本図に示すように、照射光を照度を変えながら緩やかに照射した部分と、照射光を急激に照射した部分とで、硬化縞の発生に違いが生じることは明らかである。

次に、本実施形態における画像形成装置の機能ブロックについて図７を参照して説明する。本実施形態の画像形成装置は、吐出ヘッド１０と、紫外線照射部２０と、キャリッジ３０と、シャッター４０と、用紙搬送部５０と、ＣＰＵ７０と、ＲＡＭ８０と、ＲＯＭ９０と、制御部１００を備える。

吐出ヘッド１０は、紫外線硬化インクを記録媒体に吐出する吐出手段である。吐出ヘッド１０は、上述したノズル列１１を構成する複数のノズルを有する。

紫外線照射部２０は、吐出ヘッド１０により吐出された記録媒体上の紫外線硬化インクに紫外線を照射する照射手段である。図１等に示した紫外線照射装置２０ａ、２０ｂに相当する。制御部１００は、紫外線照射装置２０ａ、２０ｂを個別に制御することが可能である。また、紫外線照射部２０は、吐出ヘッド１０から吐出されるインク種別に応じて紫外線の照射光を変化させることができる。

キャリッジ３０は、上述したように、吐出ヘッド１０を主走査方向に稼動させる機構である。

シャッター４０は、紫外線照射部２０から照射される照射光を減衰させるために、照射口である照射開口部の開口面積を変化させる機構である。なお、照射開口部は、紫外線照射部２０から照射される紫外線から仮硬化光と本硬化光を同時又は別々に発生させる機構である。

用紙搬送部５０は、記録媒体を吐出ヘッド１０による画像形成箇所へ搬送等する機構である。

ＣＰＵ７０は、画像形成装置全体の制御を司る演算装置である。ＲＡＭ８０は、画像形成装置において実行される各種処理プログラムのワークメモリとして機能する。ＲＯＭ９０は、各種プログラム等を記憶する記憶手段である。

その他、本実施形態の画像形成装置は、原稿を読み取るスキャナ等や、ユーザからの操作を受け付ける操作パネルや、ＦＡＸ機能や、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置とネットワーク接続するための有線あるいは無線ネットワークインタフェース等を備えるものであってもよい。

制御部１００は、仮硬化光が本硬化光より先に記録媒体上の紫外線硬化インクに与えられるように照射開口部を制御する制御手段である。また、制御部１００は、仮硬化光が本硬化光と連動又は独立して変化するように照射開口部を制御することとしてもよい。

その他、制御部１００は、上述した吐出ヘッド１０、紫外線照射部２０、キャリッジ３０、用紙搬送部５０等の各ユニットの動作を制御する。

次に、紫外線照射装置の一般的な構造について図８を参照して説明する。図８は本実施形態における紫外線照射装置２０ａの断面図である。紫外線照射装置２０ａは、紫外線を発光する光源となる発光部３１と、光が外部へ漏れるのを防ぐ遮光板３２と、遮光部３３と、紫外線をメディア表面に照射する開口部３４と、発光された紫外線を集光する反射板３７を有する。

発光部３１から照射され、反射板３７により集積された集積光３５が開口部３４からメディア表面へと照射される。インク硬化を行わない待機時等は遮光板３２と遮光部３３によって光が外に漏れることがない。なお、発光部３１からそのまま開口部３４を通ってメディア表面に照射される光を拡散光３６とする。

次に、本実施形態における紫外線照射装置２０ａにおいて、仮硬化光を発生させる構造について図９を参照して説明する。図８に示した一般的な構造と異なり、本実施形態においては、遮光部３３に代えてシャッターユニット４１ａ、４１ｂを備える。このシャッターユニット４１ａ、４１ｂが図７において説明したシャッターに相当する。

シャッターユニット４１ａ、４１ｂの構造について図１０を参照して説明する。本図に示すように、シャッターユニット４１ａ、４１ｂは、それぞれ可動シャッター４２及び固定シャッター４３で構成されている。可動シャッター４２を動作させることにより開口部αが可変するようになっており、仮硬化に用いる拡散光の光量と照射箇所を制御することができる。本例は、仮硬化光と本硬化光を同時に発生させるように制御され、仮硬化光が本硬化光と連動して変化するように制御される例である。

シャッターユニットとして図１０に示した例とは別の構成例について図１１を参照して説明する。本例では、図１０に示した構成よりさらに細かい制御により仮硬化照射を行う。そのため、本例のシャッターユニット５１は、スリットを備えた可動スリットシャッター５２及び固定スリットシャッター５３を有する。

可動スリットシャッター５２及び固定スリットシャッター５３は、共に照射光を通すスリット部と照射光を遮断するシャッター部が一体化された構造となっている。一番上に描かれた図のように、固定スリットシャッター５３のスリット部を照射光が通った場合でも、可動スリットシャッター５２のシャッター部によって、メディア表面への照射光の照射が遮断される。

一番上に描かれた図において、可動スリットシャッター５２がシャッターユニット５１の左側で保持される位置を基準位置とする。次に、中間に描かれた図のように、基準位置から右方へ可動スリットシャッター５２をやや可動させることにより、可動スリットシャッター５２のスリット部の一部と固定スリットシャッター５３のスリット部の一部とが連通し、β１の開口が発生する。

また、中間位置からさらに可動スリットシャッター５２を右方へ可動させることにより、可動スリットシャッター５２のスリット部と固定スリットシャッター５３のスリット部とが一致するように連通し、β１より広いβ２の開口が発生する。本例は、仮硬化光と本硬化光を別々に発生させるように制御され、仮硬化光が本硬化光と独立して変化するように制御される例である。

本実施形態においては、上述した各シャッターの可動量とインクの硬化特性を対応させたテーブルをＲＯＭ９０等のメモリに格納しておき、これを制御部１００が参照することによって、インクの硬化特性に応じてシャッターの可動量を適切に調整することが可能となる。

これにより、インク硬化特性に応じて仮硬化光の照射領域を調整する自由度が増すことになる。さらに、シャッターユニットを上下動させたり、回転等させる機構を有することにより、積算光量のより細かい制御が可能となり、適切な硬化状態を得ること可能となる。

次に、仮硬化光の光量の調整制御による効果を簡易に得るための構成について図１２を参照して説明する。本例では、紫外線照射装置２０ａの内部に反射板６０を設けている。反射板６０は、紫外線照射部２０から照射される紫外線から発生させる仮硬化光６１の照射角を制御する反射板である。反射板６０は固定構造であっても可動構造であってもよい。

例えば、反射板６０が可動構造の場合は、例えばインクの硬化特性に応じて反射板６０の可動範囲が可変するようにＲＯＭ９０等にインクの硬化特性と可動量を対応させたテーブルデータを格納しておく。制御部１００は、このテーブルデータを参照して反射板６０を可変するように制御すればよい。

なお、上述する各実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更実施が可能である。例えば、上述した本実施形態の画像形成装置における各処理を、ハードウェア、又は、ソフトウェア、あるいは、両者の複合構成を用いて実行することも可能である。

なお、ソフトウェアを用いて処理を実行する場合には、処理シーケンスを記録したプログラムを、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータ内のメモリにインストールして実行させることが可能である。あるいは、各種処理が実行可能な汎用コンピュータにプログラムをインストールして実行させることが可能である。

１０ 吐出ヘッド
１５ キャリッジシャフト
２０ 紫外線照射部
２０ａ、２０ｂ 紫外線照射装置
３０ キャリッジ
３１ 発光部
３２ 遮光板
３３ 遮光部
３４ 開口部
３７ 反射板
４０ シャッター
４１ａ、４１ｂ、５１ シャッターユニット
４２ 可動シャッター
４３ 固定シャッター
５０ 用紙搬送部
５２ 可動スリットシャッター
５３ 固定スリットシャッター
６０ 反射板
７０ ＣＰＵ
８０ ＲＡＭ
９０ ＲＯＭ
１００ 制御部

特開２０１１−０７３３２８号公報

Claims (10)

1. 紫外線硬化インクを記録媒体に対して吐出する吐出手段と、
   前記吐出手段により吐出された前記記録媒体上の前記紫外線硬化インクに紫外線を照射する照射手段と、
   前記紫外線硬化インクの硬化特性に応じて、前記照射手段による紫外線の照射領域を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記照射手段から照射される紫外線から仮硬化光と本硬化光を同時又は別々に発生させる照射開口部を備えることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記制御手段は、前記仮硬化光が前記本硬化光より先に前記記録媒体上の紫外線硬化インクに与えられるように前記照射開口部を制御することを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
4. 前記制御手段は、前記仮硬化光が前記本硬化光と連動または独立して変化するように前記照射開口部を制御することを特徴とする請求項２又は３記載の画像形成装置。
5. 前記照射開口部は、該照射開口部の開口面積を変化させるシャッターを有することを特徴とする請求項２から４の何れか１項に記載の画像形成装置。
6. 前記照射手段から照射される紫外線から発生させる前記仮硬化光の照射角を制御する反射板を備えることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の画像形成装置。
7. 前記照射手段は前記吐出手段の両側に配置され、
   前記制御手段は、前記吐出手段の両側に配置された前記照射手段を個別に制御することを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の画像形成装置。
8. 前記照射手段は、前記吐出手段から吐出されるインク種別に応じて前記紫外線の照射光を変化させることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の画像形成装置。
9. 紫外線硬化インクを記録媒体に対して吐出するステップと、
   吐出された前記記録媒体上の前記紫外線硬化インクに紫外線を照射するステップと、
   前記紫外線硬化インクの硬化特性に応じて、前記照射部による紫外線の照射領域を制御するステップと、
   を備えることを特徴とする画像形成方法。
10. 紫外線硬化インクを記録媒体に対して吐出させるよう吐出手段を制御する処理と、
    吐出された前記記録媒体上の前記紫外線硬化インクに紫外線を照射させるよう照射手段を制御する処理と、
    前記紫外線硬化インクの硬化特性に応じて、前記照射部による紫外線の照射領域を制御する処理と、
    をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。