JP2017030359A - プリンタインク乾燥ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】プリンタインク層を均一に乾燥させる乾燥ユニットを提供する。【解決手段】プリンタインク層から溶媒を蒸発させることによってプリンタインク層を乾燥するための少なくとも１つの紫外光源を備えるプリンタインク乾燥ユニットであり、少なくとも１つの着色剤を含むプリンタインクから溶媒を蒸発させ、少なくとも１つの光源から放射される紫外光が、溶剤吸収効率より高い着色剤吸収効率をもたらし、光源は紫外線発光ダイオードのアレイを備え、溶媒の加熱が、実質的に着色剤からの熱伝導によってなされる。【選択図】図６

Description

印刷動作において、インク、定着剤、プライマ、およびコーティングなどの液体印刷物質が基材に塗布され得る。そのような印刷物質を担持する基材は、たとえば、熱風対流、赤外線乾燥器、近赤外線乾燥器、音波乾燥器、ガスバーナ、高周波乾燥器、マイクロ波乾燥器などを使用して乾燥され得る。

ここで、いくつかの例が、非限定的例として、添付図面を参照して説明される。

プリンタインク乾燥ユニットの一例の単純化された概略図である。 各波長の光を照射された各インクの吸収効率の例を示す図である。 紫外および赤外光を照射されたインク層の蒸発率の例を示す図である。 紫外光を照射された各着色剤の吸収効率の例を示す図である。 印刷装置の一例の単純化された概略図である。 基材に塗布された印刷物質を乾燥する方法の一例のフローチャートである。

図１は、プリンタインクから溶媒（たとえば水、グリコールなど）を蒸発させる少なくとも１つの紫外光源を備えるプリンタインク乾燥ユニット１００を示している。光源１０２は、紫外線発光ダイオード（ＬＥＤ）、たとえば３００ｎｍＬＥＤ、３７５ｎｍＬＥＤ、３９５ｎｍＬＥＤ、または４１０ｎｍＬＥＤを備え得る。他の例では、光源１０２は、たとえば、レーザダイオードまたは他のレーザデバイスを備え得る。一例では、光源１０２から放射された紫外光が、溶剤吸収効率より高い着色剤吸収効率をもたらす。乾燥ユニット１００は、少なくとも１つの着色剤（たとえば顔料または染料）を含むプリンタインクから溶媒を蒸発させ、溶媒（たとえば水）の加熱は実質的に着色剤からの熱伝導による。いくつかの例では、光源は、たとえば２００〜４００ｎｍの中心波長帯を有する、ＵＶ領域内の比較的狭い帯域（たとえば、約２０〜３０ｎｍの波長帯を有する）の光を放射する。

図２は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）のそれぞれの水性インクの吸収効率を入射光線波長に対する入射光線エネルギーのパーセンテージで示している。ブラックインク以外のすべてについて、実質的に２つの吸収領域があり、第１は、約１０００ｎｍまでで、そこでは着色剤が光線を比較的高効率で吸収し、第２は、約２２００ｎｍより上で、そこではインクの水成分が光線を吸収する（この領域では着色剤が吸収にそれほど寄与しないので、イエロー、マゼンタ、およびシアンインクの吸収効率が一致している）。プリンタインク乾燥ユニットの赤外線熱源は、たとえば６００〜３４００ｎｍの範囲でピークが約１２００ｎｍの光線をたとえば放射することができる。そのような熱源は、非ブラック着色剤または水分のどちらにも効率的な加熱を生じず、エネルギー効率が低く、それに対応して、乾燥プロセスで消費される電力が比較的大きいことを意味する。たとえば、そのような状況では、シアンインクは、入射エネルギーの約３０％を吸収することができ、一方、マゼンタおよびイエローインクはさらに少ししか吸収しない。

その上、ブラックインクは、この範囲を通して他の色より際立って高い吸収効率を有し、入射光線の約７５％〜９５％を吸収する。この不均衡は、ブラックインクの下にある基材が、たとえば同じ基材上のイエローインクの領域が（イエローインクがＩＲ領域で低い吸収効率を有することを考慮すると）乾燥する前に過熱することがあることを意味し得る。これにより基材に損傷を生じることがある。

図３は、インク層厚さに対して赤外線（ＩＲ）乾燥とＵＶ乾燥とについての水性インクの蒸発率間の関係を示す。見て分かる通り、ＩＲを使用する乾燥率は、層厚さが減少するにつれて低下していく。これは、光線を吸収する水分が少なくなるからであり、それは水分が蒸発するにつれて顕著になる。乾燥プロセスに際し、インク層は、約５μ（ミクロン）の厚さを最初に有し得るが、これが、乾燥インク層として１μ以下に減少する。溶剤（この例では水分）吸収は層厚さの関数なので、層厚さの最終ミクロンを乾燥するために、最初に比べてより多くの時間およびエネルギーが必要になる。

ただし、本明細書で提案されるように、ＵＶ光が使用されれば、エネルギーが効率的に着色剤によって吸収され、その着色剤は蒸発させられることなく、それゆえ、エネルギー吸収およびそれに対応して蒸発率が、実質的に一定レベルに留まる。ＵＶ光は、たとえばインクの重合を生じさせるために、一部の印刷プロセスでは使用されてきているが、そのようなプロセスで供給されるエネルギー量は小さく、溶剤を蒸発させてインク層を乾燥させるようなレベルではない。重合を生じるために使用されるときには、広帯域光源（たとえば２００ｎｍ〜１５００ｎｍの範囲に亘って複数の強度ピークを有する光源）が用いられ得る。

図４は、スペクトルの紫外線領域に包含される入射光線の波長に対して、イエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣの各インクの層の吸収スペクトルを示す。ブラック着色剤は、この範囲を通じて実質的に１００％の吸収効率を有する。例示的ＬＥＤ、この例では３９５ｎｍ ＬＥＤのその波長帯全体での出力強度が、ＵＶ ＬＥＤと標示されてやはり示されている（自由垂直尺度で）。３９５ｎｍ ＬＥＤは、容易に入手可能なＬＥＤの例である。そのような別の例は４１０ｎｍ ＬＥＤである。

３９５ｎｍ ＬＥＤに関し、９０％を超えるエネルギー吸収効率がシアン、イエロー、およびブラックで達成され、一方、マゼンタは、約７５％の効率でエネルギーを吸収する。したがって、この例では、吸収効率は、比較的良好にバランスがとれており、異なる着色剤の吸収効率の乖離は２５％未満である。これは、異なるインク同士の加熱における差が比較的小さく、インク同士が同様な時間で乾燥し、インク同士が大きく異なる時間で乾燥する場合に生じることのある過熱を緩和することを意味する。他の例では、吸収効率同士は、３０％、２０％、１５％、１０％、または５％の範囲内であり得る。一部の例では、吸収効率同士は、最低吸収効率のインクが乾燥する前に最高の吸収効率を有するインクの下にある基材の過熱による熱し過ぎおよび／または損傷が起こる可能性をなくしまたは防止するような、ある範囲内（すなわち十分に類似する）にあり得る。

比較すれば、入射エネルギーの３０％を吸収するインク（たとえば上記のような）は、７５％の吸収効率を有するインクについて同じ蒸発を生じることになるエネルギーの２．５倍を使用し、その結果、追加のエネルギー消費およびそれに伴うコストを生じ、一般に、より費用が掛かりかつ／またはより装置が大きくなる。

使用されるＵＶ光線は、実際に基材（この例では、それは紙のような不透明な白い基材である）上に実際に入射するいずれの光に関しても可視領域に比較的近い（一部の例では、波長帯は約２９５〜４０５ｎｍであり、それは可視光線に境を接する）ので、吸収されなかったＵＶ光の高いパーセンテージ、たとえば約９５％が、基材の表面から反射され得、インク層の中を戻り、インクによってさらに吸収されることが可能になる。これはＩＲ光線とは対照的であり得、ＩＲ光線は、基材によって反射されずにそれを貫通する傾向にあり、ボール紙や紙などの多孔性の基材内の湿気に吸収され得る。したがって、ＵＶを使用することにより基材への加熱が減少し、延いては基材の反りを減少することができる。この効果は、反射されることに加えて水分内へのＵＶ光線の吸収が少ないので補強され、それによって吸収効率が向上し、それゆえ基材の加熱が低減する。

図５は、印刷物質吐出ユニット５０２および乾燥ユニット５０４を備える印刷装置５００の一例を示す。この例では、基材が、印刷物質吐出ユニット５０２の下の位置からインクを乾燥する乾燥ユニット５０４へ、たとえば移動ベルトによって搬送される。諸例では、印刷装置５００は、インクジェットプリンタ、ゼログラフィプリンタ、オフセットプリンタ、フレキソプリンタ、グラビアプリンタ、または他のあらゆるデジタルもしくはアナログプリンタであり得る。

印刷物質吐出ユニット５０２は、着色剤（たとえば顔料または染料）を含む少なくとも１つの液体印刷物質を計量吐出するようになっている。この例では、印刷物質吐出ユニット５０２は、水に溶解または懸濁されたシアンＣ、マゼンタＭ、イエローＹ、およびブラックＫ着色剤を計量吐出するようになっている。

この例での乾燥ユニット５０４は、紫外線発光ダイオードのアレイ５０６を備える。アレイ５０６の発光ダイオードは、電磁スペクトルの、印刷物質ＣＭＹＫの着色剤（複数可）によって吸収される部分で発光するように選択または制御されており、それによって、水ベースの印刷物質からの水分の蒸発が、着色剤（複数可）からの熱伝導によって生起される。たとえば、発光ダイオードのアレイ５０６は、波長域３００〜４５０ｎｍ内から選択された波長帯で光線を放射するダイオードを備え得る。波長帯は約２０ｎｍ〜３０ｎｍであり得る。

一般に、１つまたは複数の光源は、印刷されているまたは印刷されることになる１つまたは複数の色を乾燥するのに有効な波長帯を放射するように選択しまたは制御することができる。たとえば、シアン、イエロー、マゼンタ、グリーン、ブルー、ヴァイオレットなどのような色を乾燥するのに最も効果的な波長帯を同定し使用して、光源の選択を制御しまたは指示することができる。いくつかの例では、放射される光の波長帯（複数可）は、特定の印刷動作に用いられまたは予想される諸インクの乾燥効率に応じて、かつ／またはそれらインク同士の相対的にバランスのとれた乾燥時間を実現するように制御されまたは選択され得る。

この例では、アレイ５０６が、異なる波長帯を放射するように作動するＬＥＤを備え得、かつ／またはアレイ５０６の１つまたは複数のＬＥＤによって放射される光の波長が制御可能であり得る。アレイ内のＬＥＤは、印刷されるまたは印刷されることになる色または色の組合せに応じて選択または制御され得る。

図６は、ブロック６０２において、着色剤を含む溶媒型印刷物質から溶媒を蒸発させるために、その印刷物質を担持する基材を光線によって照射するステップを含む、基材上の印刷物質を乾燥する方法のフローチャートである。光線の波長帯は、ブロック６０４において、着色剤（たとえば、顔料が、溶剤内に懸濁した粒子として供給され得る）が加熱されるような波長帯である。ブロック６０６で、熱が着色剤から溶媒へ伝わる。光線は、所与の着色剤に対して少なくとも最低限の吸収効率をもたらすように選択され得る（たとえば、そこでのいずれのまたはすべての着色剤に対して少なくとも７０％の光線吸収効率）。一部の着色剤に関し、これは、２００ｎｍ〜４１０ｎｍの中心波長を有する光線の波長帯によって基材を照射することを意味し得る。

本開示は、本開示の例による方法のフローチャートおよび／またはブロック線図、装置、ならびにシステムを参照して説明されている。上記で示されたフロー線図は特定の実行の順序を示しているが、実行の順序は、示されている順序と異なってもよい。

方法、装置、および関連する態様がいくつかの例を参照して説明されてきたが、様々な修整、変更、削除、および置換を、本開示の主旨から逸脱することなく行うことができる。したがって、方法、装置、および関連する態様は、添付の特許請求の範囲およびその同等物によってのみ限定されるものとする。上記の諸例は、限定するものではなく、本明細書に記載の事項を例示するものであり、当業者は、添付特許請求の範囲から逸脱することなく多くの代替実行形態を設計することが可能であることに留意されたい。

用語「備える、含む」は特許請求の範囲に列挙された要素以外の要素の存在を排除するものではなく、数を特定しない単数表記は複数の場合を排除するものではなく、シングルプロセッサまたは他のユニットが特許請求の範囲に記載の複数のユニットの機能を果たすことができる。

いずれの従属請求項の特徴も、いずれの独立請求項または他の従属請求項の特徴と組み合わせることができる。１つの例に関して説明された特徴は、別の例の特徴と組み合わせることができる。

１００ プリンタインク乾燥ユニット
１０２ 光源
５００ 印刷装置
５０２ 印刷物質吐出ユニット
５０４ 乾燥ユニット
５０６ アレイ

Claims (15)

1. プリンタインク層から溶媒を蒸発させることによって前記プリンタインク層を乾燥するための少なくとも１つの紫外光源を備えるプリンタインク乾燥ユニット。
2. 少なくとも１つの着色剤を含むプリンタインクから溶媒を蒸発させるためのプリンタインク乾燥ユニットであって、前記光源から放射される紫外光が、溶剤吸収効率より高い着色剤吸収効率をもたらす、請求項１に記載のプリンタインク乾燥ユニット。
3. 前記光源が紫外線発光ダイオードのアレイを備える、請求項１に記載のプリンタインク乾燥ユニット。
4. 少なくとも１つの着色剤を含むプリンタインクから溶剤を蒸発させるためのプリンタインク乾燥ユニットであって、前記溶媒の加熱が、実質的に前記着色剤からの熱伝導によってなされる、請求項１に記載のプリンタインク乾燥ユニット。
5. 前記光源が、３０ｎｍ未満の波長帯を有する、請求項１に記載のプリンタインク乾燥ユニット。
6. 着色剤を含む溶媒型印刷物質から溶媒を蒸発させるために、前記印刷物質を担持している基材に光線を照射するステップを含み、前記光線の波長が、前記溶媒の加熱が実質的に前記着色剤からの熱伝導によってなされるような波長である、方法。
7. 前記印刷物質の着色剤に関して少なくとも７０％の光線吸収効率を有する光線を前記基材に照射するステップを含む、請求項６に記載の方法。
8. 少なくとも１つの着色剤の色に応じて前記光線の波長帯を選択または制御するステップを含む、請求項６に記載の方法。
9. ２００ｎｍ〜４１０ｎｍの波長帯の光線を前記印刷物質に照射するステップを含む、請求項６に記載の方法。
10. 印刷物質吐出ユニットおよび乾燥ユニットを備える印刷装置であって、
    前記印刷物質吐出ユニットは、着色剤を含む溶媒型印刷物質を計量吐出するように構成され、
    前記乾燥ユニットは、少なくとも１つの紫外光源を備え、前記光源は、前記着色剤によって吸収される電磁スペクトル帯域内の光を放射するように構成され、それにより、前記溶媒型印刷物質からの溶媒の蒸発が、前記着色剤からの熱伝導によってなされる、
    印刷装置。
11. インクジェット印刷装置を備える、請求項１０に記載の印刷装置。
12. 前記印刷物質吐出ユニットが、複数の印刷物質を計量吐出するように構成され、前記印刷物質が複数の異なる色を備える、請求項１０に記載の印刷装置。
13. 前記光源が、前記着色剤のそれぞれによって吸収される電磁スペクトル帯域内の複数の光を放射するようになっており、それにより、前記放射された光に関する前記着色剤同士のエネルギー吸収効率が３０％の範囲内にある、請求項１２に記載の印刷装置。
14. 前記光源が、少なくとも１つの発光ダイオードを備え、前記少なくとも１つの発光ダイオードが、２００〜４５０ｎｍの波長帯範囲内の光線を放射する、請求項１０に記載の印刷装置。
15. 前記光源が、少なくとも７０％の光線吸収効率で前記着色剤のそれぞれによって吸収される電磁スペクトル帯域内の複数の光を放射するようになっている、請求項１０に記載の印刷装置。