JP2019177480A - 印字装置、印字装置の制御方法、および、筆記装置 - Google Patents

印字装置、印字装置の制御方法、および、筆記装置 Download PDF

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Abstract

【課題】温度上昇を検知可能なインクおよび温度下降を検知可能なインクを印字可能な印字装置、印字装置の制御方法、および、筆記装置を提供する。【解決手段】上記課題を解決するために、本発明に係る印字装置は、インクを収容するインク容器と、インクを噴射するノズルと、インク容器からノズルにインクを供給するインク供給路と、インクの色濃度を検知する色濃度検知部と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、印字装置、印字装置の制御方法および筆記装置に関する。
生鮮食品、冷凍食品やワクチン、バイオ医薬品等の低温保存医薬品は、生産、輸送、消費の流通過程の中で、途切れることなく低温に保つコールドチェーンが必要である。実際には、流通時の温度を絶えず測定・記録するため、通常、運送コンテナには時間と温度を連続的に記録可能なデータロガーを搭載した場合が多く、製品にダメージがあればその責任の所在を明らかにすることが可能である。さらに、製品個別の品質を保証する場合は、温度インジケータを利用する方法がある。温度インジケータはデータロガーほどの記録精度はないものの、製品個別に貼付け可能であり、あらかじめ設定された温度を上回るか、下回るかした場合に表面が染色されるため、温度環境の変化を知ることが可能である。
しかしながら、ワクチン、バイオ医薬品の管理温度域は、２〜８℃であり、温度上昇（８℃以上）および温度下降（２℃以下）の両方の検知が求められる。このようにある温度域で温度管理が求められる場合にはデータロガーが最も有用である。一方で、前述したように製品個別を管理するには、データロガーはその価格およびサイズから個別管理には不向きである。また、生鮮食品や冷凍食品などの製品の品質管理には、一般的に温度上昇（１０℃以上や−１８℃以上）のみの検知が求められる。そのため、温度インジケータが有用である。しかしながら、安価な食品の品質管理に利用するには、温度インジケータは価格から個別管理には不向きである。また、１日に大量に製造する製品が多いため、高速で温度検知手段を取り付けることが求められる。
特許文献１（特開２０１６−７７２９号公報）には、基材上に規定した温度以上になると発色するマーキングを形成する方法において、前記基材に顕色剤または発色剤を含む第１の部材を形成する第１の工程と、前記第１の部材を被覆するバリア層を形成する第２の工程と、前記バリア層に顕色剤または発色剤のうち前記第１の部材と異なる方を含む第２の部材を形成する第３の工程とを備え、前記第１の工程または第３の工程の少なくとも片方は、前記顕色剤または発色剤を含む液体を液滴化する工程と、前記液体の液滴を前記基材またはバリア層に被着させる工程と、を有することを特徴とするマーキング方法が開示されている（請求項１参照）。また、インクを格納するインク容器と、前記インクの液滴を吐出するインクジェットヘッドと、前記インク容器から前記インクジェットヘッドに前記インクを供給するインク供給路を有し、前記インクの液滴により被印字物上に任意のパターンを形成するインクジェットプリンタであって、前記インクの少なくとも一部を、摂氏１５℃未満の温度に保持するよう冷却可能な冷却装置を有することを特徴とする、インクジェットプリンタが開示されている（請求項６参照）。
特開２０１６−７７２９号公報
しかしながら、特許文献１に開示されているマーキング方法やインクジェットプリンタで形成されるマーキングでは、規定した温度以上になったことを検知することはできても、規定した温度以下になったことを検知することができなかった。さらに、マーキングを形成するには第１工程から第３工程までの工程が必要であるため、安価で大量に製造される食品の個別管理するためには作業工程が複雑であり、価格も高い。
そこで、本発明は、温度上昇を検知可能なインクおよび温度下降を検知可能なインクを印字可能な印字装置、印字装置の制御方法、および、筆記装置を提供することを課題とする。
このような課題を解決するために、本発明に係る印字装置は、インクを収容するインク容器と、前記インク容器に収容された前記インクの色濃度を検知する色濃度検知部と、インクを噴射するノズルと、インク容器からノズルにインクを供給するインク供給路と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、温度上昇を検知可能なインクおよび温度下降を検知可能なインクを印字可能な印字装置、印字装置の制御方法、および、筆記装置を提供することができる。
第１実施形態に係る印字装置の構成模式図である。 温度変化による示温体の色変化の遷移を示す遷移図である。 温度変化による示温体の色変化の遷移を示す遷移図である。 第１実施形態に係る印字装置におけるインクの前処理を示すフローチャートである。 第１実施形態に係る印字装置におけるインクの前処理を示すフローチャートである。 第２実施形態の変形例に係る印字装置の構成模式図である。 第３実施形態に係る印字装置の構成模式図である。 第４実施形態に係る印字装置の構成模式図である。 第５実施形態に係る筆記装置の構成模式図である。 第１変形例に係る印字装置の構成模式図である。
以下、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。
≪第１実施形態≫
＜印字装置＞
第１実施形態に係る印字装置Ｓの構成について図１を用いて説明する。図１は、第１実施形態に係る印字装置Ｓの構成模式図である。
第１実施形態に係る印字装置Ｓは、帯電制御式インクジェットプリンタであり、インクジェットヘッド１０と、印字装置本体２０と、を備えており、インクジェットヘッド１０（ノズル１１）からインク滴１５を噴射して、被印字物１００に印字パターン（示温体１１０）を印字することができるようになっている。なお、第１実施形態に係る印字装置Ｓによって被印字物１００に印字される印字パターンは、文字に限られるものではなく、マーク、図形等であってもよい。また、被印字物１００は温度管理されるものであり、印字装置Ｓおよび被印字物１００は、室内温度調整装置（図示せず）により温度・湿度等が調整された温度調整空間Ｒ内に配置されている。なお、以下の説明において、温度調整空間Ｒ内は温度Ｔ0 に調整されているものとする。
インクジェットヘッド１０は、ノズル１１と、帯電電極１２と、偏向電極１３と、ガター１４と、を備えている。
印字装置本体２０は、メイン容器２１と、インク供給路２２と、インク回収路２６と、インク容器３１と、温度調整機構３２と、断熱壁３３と、インク補給路３４と、溶剤容器３６と、溶剤補給路３７と、色濃度検知部４０と、制御部４１と、を備えている。
また、インク供給路２２には、供給ポンプ２３と、調整弁２４と、開閉弁２５と、が設けられている。インク回収路２６には、回収ポンプ２７と、開閉弁２８と、が設けられている。インク補給路３４には、開閉弁３５が設けられている。溶剤補給路３７には、開閉弁３８が設けられている。
なお、供給ポンプ２３および回収ポンプ２７は、液体（インク）を送液する送液部（図示せず）と、送液部を駆動する電動機部（図示せず）と、を備えている。供給ポンプ２３および回収ポンプ２７は、断熱壁２９，３０で覆われており、電動機部で発生した熱が印字装置本体２０内部（メイン容器２１等）や温度調整空間Ｒに伝達しないようになっている。また、電動機部の熱が送液部に伝熱しにくい構造となっていることが好ましい。換言すれば、送液部で送液されるインクが電動機部の発熱で温度変化しにくい構造となっていることが好ましい。断熱壁２９，３０内は、図示しない冷却手段により温度調整空間Ｒの外部に放熱することができるようになっていることが好ましい。なお、断熱壁２９，３０はポンプ全体を覆うものとして説明したが、これに限られるものではなく、電動機部（図示せず）を断熱壁２９，３０で覆い、送液部を断熱壁２９，３０の外に配置してもよい。
メイン容器２１に収容されたインクは、供給ポンプ２３によりインク供給路２２を介してノズル１１に供給され、ノズル１１からインク滴１５として吐出される。この際、インク供給路２２に設けられた供給ポンプ２３および調整弁２４により、ノズル１１から吐出されるインク滴１５の圧力が調整される。
ノズル１１から吐出されたインク滴１５は、帯電電極１２で電荷を付与され、その後、偏向電極１３で飛翔方向を制御され、被印字物１００に着弾して印字パターン（示温体１１０）を形成する。また、印字に使用されないインク滴１５は、ガター１４に補足される。ガター１４に補足されたインクは、回収ポンプ２７によりインク回収路２６を介してメイン容器２１に回収される。
インク容器３１には、後述するインクが収容されている。温度調整機構３２は、インク容器３１と共に断熱壁３３の内部に配置されており、断熱壁３３の内の温度を調整（昇温／降温）する、即ち、インク容器３１に収容されたインクの温度を調整することができるようになっている。なお、温度調整機構３２は、制御部４１により制御される。また、温度調整機構３２で温度を調整する際、断熱壁３３で断熱されており、印字装置本体２０内部（メイン容器２１等）や温度調整空間Ｒの温度に与える影響は十分に小さい。インク補給路３４は、インク容器３１に収容されたインクをメイン容器２１に供給することができるようになっている。
第１実施形態に係る印字装置Ｓは、メイン容器２１の温度と独立してインク容器３１に収容されたインクの温度調整をすることができる。なお、メイン容器２１に収容されるインクおよびインク供給路２２、ノズル１１、ガター１４、インク回収路２６を循環するインクは、室内温度調整装置（図示せず）により温度調整空間Ｒが温度調整されることにより、所定の温度に調整されている。
溶剤容器３６には、溶剤が収容されている。溶剤補給路３７は、溶剤容器３６に収容された溶剤をメイン容器２１に供給することができるようになっている。なお、メイン容器２１には、収容されたインクの粘度を検出する粘度検出装置（図示せず）が設けられており、溶剤が揮発することによりインクの粘度が規定値よりも高くなった場合、メイン容器２１に溶剤を補給する。また、メイン容器２１には、収容されたインクを撹拌する粘度検出装置（図示せず）が設けられており、インクと溶剤を撹拌して混合することができる。
印字装置本体２０には、インク容器３１内部のインクの色濃度を検知することが可能になる色濃度検知部４０が設けられている。後述するインクは、温度の調整（昇温／降温）により、色濃度が変化する。即ち、温度調整機構３２でインク容器３１に収容されたインクの温度を調整することで、色濃度検知部４０により、インクの色濃度変化を確認することが可能である。検知したインクの色濃度が一定値に達するまで、温度調整機構３２を制御部４１により制御する。その後、一定の色濃度および温度に制御した後に、インク容器３１に収容されたインクをメイン容器２１に供給することができるようになっている。この際、色濃度検知部４０は、断熱壁３３の内部のインクの色濃度を検知する機構であるが、インク容器３１に収容されたインクの温度に与える影響は十分に小さい構造が好ましい。
色濃度検知方法は手段、配置を限られるものではなく、印字パターン（示温体１１０）を印字する前に、インクの顕色・消色状態を確認できればよい。色濃度検知方法としては、たとえば、光の吸収率や反射率や屈折率から評価する手法や、カメラで観察し取得した画像のコントラストから評価する手法などが挙げられる。光源としては、自然光、LED、レーザー、ハロゲンランプなどが挙げられ、検知機としては、CCDカメラ以外にもフォトダイオードや光電子増倍管などが挙げられる。もっとも単純な構造として、目視観察用の観察窓を設け、目視で色濃度を判断する機構にしてもよい。
色濃度検知部としては、例えば、反射してくる光をレッド，グリーン，ブルーのフィルタを通して測定する色彩計、波長ごとの反射光の強度であるスペクトルを測定する分光測色計等を用いることができる。
制御部４１は、帯電電極１２と、偏向電極１３と、温度調整機構３２と、色濃度検知部４０と、供給ポンプ２３と、調整弁２４と、回収ポンプ２７と、開閉弁２５，２８，３５Ａ，３５Ｂ，３８と、を制御することにより、第１実施形態に係る印字装置Ｓ全体を制御することができるようになっている。
＜インク、示温体＞
次に、第１実施形態に係る印字装置Ｓに用いられるインクについて説明する。インク容器３１のインクは、温度変化により可逆的に色変化（顕色／消色）するインクであり、昇温時に消色開始する温度Ｔa1と、降温時に顕色開始する温度Ｔd1と、が異なるヒステリシス変色現象を示すインクである。
このインクからなる示温体１１０は、顕色開始温度Ｔd1以下への逸脱、もしくは、消色開始温度Ｔa1以上への逸脱を検知する。即ち、示温体１１０は、顕色開始温度Ｔd1、もしくは、消色開始温度Ｔa1までの温度域を逸脱したか否かを判定することができる。このため、温度管理対象（例えば、生鮮食品、冷凍食品が封入された容器）の管理温度域（例えば、１０℃以上、−１８℃以上）に合わせて、インクを選択することにより、示温体１１０の管理温度域を設定することができる。
示温体１１０により温度下降時の管理温度域の逸脱を検知する方法について図２を用いて説明する。図２は、温度変化による示温体１１０の色変化の遷移を示す遷移図である。ここで、Ｓ０からＳ２２は、示温体１１０の色の状態を示し、インクの顕色をドットの網掛けのハッチングで示す。また、昇温による遷移を実線矢印で示し、降温による遷移を破線矢印で示す。また、一点鎖線は、各温度（Ｔd1，Ｔa1）の境界を示し、図２の右側ほど高温となっている。
示温体１１０は、少なくとも２種のインクから構成される。示温体は、第１のインクが顕色し、第２のインクが消色した状態を初期状態とする。示温体１１０の初期温度Ｔ0 は、「Ｔd1＜Ｔ0 ＜Ｔa1」であり、第１インクが顕色し、第２インクが消色した状態となっている（初期状態Ｓ０，Ｓ２１）。
ここで、初期状態Ｓ０から、温度が顕色開始温度Ｔd1以下へ逸脱すると、インクが顕色する（Ｓ１１）。この状態から再びインクを消色するためには、消色開始温度Ｔa1以上まで昇温する必要がある。（Ｓ１２，Ｓ２２）。
このとき顕色開始温度Ｔd1と消色開始温度Ｔa1の差が大きく、消色開始温度Ｔa1が管理温度領域よりも十分に高い場合、示温体１１０は、顕色開始温度Ｔd1を逸脱すると、初期状態Ｓ０には戻ることができないようになっている。これにより、示温体１１０は、温度上昇時の管理温度域からの逸脱を検知することができる。
次に、示温体１１０により温度上昇時の管理温度域の逸脱を検知する方法について図３を用いて説明する。図３は、温度変化による示温体１１０の色変化の遷移を示す遷移図である。ここで、Ｓ１からＳ４２は、示温体１１０の色の状態を示し、インクの顕色を左下がりのハッチングで示す。また、昇温による遷移を実線矢印で示し、降温による遷移を破線矢印で示す。また、一点鎖線は、各温度（Ｔd2，Ｔa2）の境界を示し、図３の右側ほど高温となっている。
示温体１１０の初期温度Ｔ0 は、「Ｔd1＜Ｔ0 ＜Ｔa1」であり、インクが顕色した状態となっている（初期状態Ｓ１，Ｓ３２）。
ここで、初期状態Ｓ０から、温度が消色開始温度Ｔa2以上へ逸脱すると、インクが消色する（Ｓ４２）。この状態から再びインクを消色するためには、消色開始温度Ｔd2以下まで降温する必要がある。（Ｓ４１，Ｓ３１）。
このとき顕色開始温度Ｔd2と消色開始温度Ｔa2の差が大きく、顕色開始温度Ｔa2が管理温度領域よりも十分に低い場合、示温体１１０は、消色開始温度Ｔa2を逸脱すると、初期状態Ｓ１には戻ることができないようになっている。これにより、示温体１１０は、温度下降時の管理温度域からの逸脱を検知することができる。
第１インク、第２インクとしては、色変化の可逆性を有し、顕色開始温度と消色開始温度とが異なるヒステリシス変色現象を示すインクを用いることができる。このようなインクとしては、電子供与性化合物であるロイコ染料、電子受容性化合物である顕色剤、およびヒステリシスの温度範囲を制御するための消色剤からなる組成物が望ましい。
ロイコ染料は通常無色または淡色を呈しているが、顕色剤と接触することで呈色する。消色剤はロイコ染料および顕色剤との共存下で、加熱すると呈色したロイコ染料を消色させることが可能である。なお、ヒステリシスの温度範囲は該消色剤の融点および凝固点に大きく依存する。
また、管理温度によって、用いるインクのヒステリシス幅を調整する必要がある。例えば、冷凍食品のように、管理温度が−２０℃〜−３０℃であり、−１８℃以上を検知する場合、顕色温度Ｔa2が−３０℃以下、消色温度Ｔd2が１８℃のインクを用いるとよい。医薬品のように、管理温度が２℃〜８℃であり、８℃以上を検知する場合は、顕色温度Ｔa2が２℃以下、消色温度Ｔd2が８℃のインクを用いるとよい。２℃以下を検知する場合は、顕色温度Ｔa2が２℃、消色温度Ｔd2が８℃以上のインクを用いるとよい。
（ロイコ染料）
ロイコ染料は、電子供与性化合物からなるものであって、従来、感圧複写紙用の染料や、感熱記録紙用染料として公知のものを利用できる。例えば、トリフェニルメタンフタリド系、フルオラン系、フェノチアジン系、インドリルフタリド系、ロイコオーラミン系、スピロピラン系、ローダミンラクタム系、トリフェニルメタン系、トリアゼン系、スピロフタランキサンテン系、ナフトラクタム系、アゾメチン系等が挙げられる。この様なロイコ染料の具体例としては、９−（Ｎ−エチル−Ｎ−イソペンチルアミノ）スピロ［ベンゾ［ａ］キサンテン−１２，３’−フタリド］、２−メチル−６−（Ｎｐ−トリル−Ｎ−エチルアミノ）−フルオラン６−（ジエチルアミノ）−２−［（３−トリフルオロメチル）アニリノ］キサンテン−９−スピロ−３’−フタリド、３，３−ビス（ｐ−ジエチルアミノフェニル）−６−ジメチルアミノフタリド、２’−アニリノ−６’−（ジブチルアミノ）−３’−メチルスピロ［フタリド−３，９’−キサンテン］、３−（４−ジエチルアミノ−２−メチルフェニル）−３−（１−エチル−２−メチルインドール−３−イル）−４−アザフタリド、１−エチル−８−［Ｎ−エチル−Ｎ−（４−メチルフェニル）アミノ］−２，２，４−トリメチル−１，２−ジヒドロスピロ［１１Ｈ−クロメノ［２，３−ｇ］キノリン−１１，３’−フタリドが挙げられる。また、第１インクおよび第２インクが重なって印字された示温体には、視認性の観点から、特に黒以外に呈色する染料を用いた方が好ましく、さらに、第１インクおよび第２インクは異なる色を呈する方が好ましい。具体的には第１インクのロイコ染料として９−（Ｎ−エチル−Ｎ−イソペンチルアミノ）スピロ［ベンゾ［ａ］キサンテン−１２，３’−フタリド］、第２インクのロイコ染料として３−（４−ジエチルアミノ−２−メチルフェニル）−３−（１−エチル−２−メチルインドール−３−イル）−４−アザフタリドが好ましい。第１インクと第２インクの組み合わせは、これらに限定されるものではなく、異なる色を呈するものであれば良い。
また、本実施形態においては、インクに対して、１種または２種以上組み合わせて用いることができる。
（顕色剤）
本実施形態のインクに用いる電子受容体の顕色剤は、電子供与性のロイコ染料と接触することで、ロイコ染料の構造を変化させて呈色させることが可能である。顕色剤としては、感熱記録紙や感圧複写紙等に用いられる顕色剤として公知のものを利用できる。このような顕色剤の具体例としては、４−ヒドロキシ安息香酸ベンジル、２，２′−ビフェノール、１，１−ビス（３−シクロヘキシル−４−ヒドロキシフェニル）シクロヘキサン、２，２−ビス（３−シクロヘキシル−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビス（４−ヒドロキシフェニル）スルフィド、パラオキシ安息香酸エステル、没食子酸エステル等のフェノール類等を挙げることができる。顕色剤は、これらに限定されるものではなく、電子受容体でありロイコ染料を変色させることができる化合物であればよい。また、カルボン酸誘導体の金属塩、サリチル酸及びサリチル酸金属塩、スルホン酸類、スルホン酸塩類、リン酸類、リン酸金属塩類、酸性リン酸エステル類、酸性リン酸エステル金属塩類、亜リン酸類、亜リン酸金属塩類等を用いてもよい。特に、ロイコ染料や後述する消色剤に対する相溶性が高いものが好ましく、２，２′−ビスフェノール、ビスフェノールＡ、没食子酸エステル類等の有機系顕色剤が好ましい。
本実施形態にかかるインクは、これらの顕色剤を１種、または、２種類以上組み合わせてもよく、さらに、組合せることによりロイコ染料の呈色時の色濃度を調整可能である。本顕色剤の使用量は所望される色濃度に応じて選択する。例えば、通常前記したロイコ色素１重量部に対して、０．１〜１００重量部程度の範囲内で選択すればよい。
（消色剤）
本実施形態における消色剤とは、ロイコ染料と顕色剤との結合を解離させることが可能な化合物であり、ロイコ染料と顕色剤との呈色温度を制御できる化合物である。一般的に、ロイコ染料が呈色した状態の温度範囲では、消色剤が相分離した状態で固化している。また、ロイコ染料が消色状態となる温度範囲では、消色剤は溶融しており、ロイコ染料と顕色剤との結合を解離させる機能が発揮された状態である。本実施形態のインクに用いるロイコ染料の呈色および消色温度は、消色剤の凝固点と融点に依存する。そのため、消色剤の凝固点と融点は温度差があることが望ましい。また、融点または凝固点の温度は、対象とする温度管理範囲に依存する。具体的には、ミリスチン酸イソプロピル、パルミチン酸イソプロピル、トリカプリリン、トリカプリン、トリラウリン、トリミリスチン等の脂肪酸エステル化合物があり、ロイコ染料および顕色剤との相溶性の観点から、これらの化合物を含むことが好ましい。また、これらの消色剤を１種、または２種類以上組み合わせてもよく、この場合、凝固点および融点の調整が可能である。勿論、これらの化合物に限定されるものではなく、例えば、他のエステル類、アルコール類、エーテル類、ケトン類、アマイド類、アゾメチン類、脂肪酸類、炭化水素類等を挙げることができる。
（マイクロカプセル化）
本実施形態のインクに用いる、ロイコ染料、顕色剤および消色剤の組合せは、通常の染料や顔料と同様に、インク、塗料、合成樹脂等に均一に分散させて用いることが可能であるが、好ましくは保存安定性の観点から樹脂被膜から成るマイクロカプセルにより独立して内包されていることが望ましい。マイクロカプセル化することにより、組成の湿度等に対する耐環境性が向上し、保存安定性、変色特性の安定化等が可能となる。また、マイクロカプセル化により、インク、塗料などに調製した際に、ロイコ染料、顕色剤、消色剤が他の樹脂剤、添加剤等の化合物から受ける影響を抑制することが可能である。
マイクロカプセル化には、公知の各種手法を適用することが可能である。例えば、乳化重合法、懸濁重合法、コアセルベーション法、界面重合法、スプレードライング法等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。また、２種以上異なる方法を組み合わせてもよい。
マイクロカプセルに用いる樹脂被膜としては、多価アミンとカルボニル化合物から成る尿素樹脂被膜、メラミン・ホルマリンプレポリマ、メチロールメラミンプレポリマ、メチル化メラミンプレポリマーから成るメラミン樹脂被膜、多価イソシアネートとポリオール化合物から成るウレタン樹脂被膜、多塩基酸クロライドと多価アミンから成るアミド樹脂被膜、酢酸ビニル、スチレン、（メタ）アクリル酸エステル、アクリロニトリル、塩化ビニル等の各種モノマー類から成るビニル系の樹脂被膜が挙げられるが、これらに限定されるものではない。さらに、形成した樹脂被膜の表面処理を行い、インクや塗料化する際の表面エネルギーを調整することで、マイクロカプセルの分散安定性を向上させる等、追加の処理をすることもできる。
また、示温体の作製方法にもよるが、インクや塗料として用いる場合、マイクロカプセルの直径は、装置適合性、保存安定性等が課題となるため、０．１〜１００μｍ程度の範囲が好ましく、さらに好ましくは、０．１〜１μｍの範囲が良い。
（インク溶液）
本実施形態の示温体を形成するために、帯電制御式インクジェットプリンタを使用する場合、インクを溶媒中に分散させたインク溶液が必要となる。インク溶液は、樹脂、着色剤、ポリジメチルシロキサン鎖を有する添加剤、アルコキシシラン基を有する添加剤、溶剤等を含み、これら材料をオーバーヘッドスターラ等により攪拌しお互いを相溶または分散させることによりインクが形成される。インクの抵抗が高い場合は後述する導電剤も添加する。
（導電剤）
本実施形態の示温体を形成するために、帯電制御式インクジェットプリンタを使用する場合、インクを溶媒中に分散させたインク溶液が必要となる。該インク溶液は、抵抗が高い場合、帯電制御式インクジェットプリンタにおけるインクの吐出部において、インク粒子がまっすぐ飛ばず、曲がる傾向がある。そのため、抵抗は概ね２０００Ωｃｍ以下にする必要がある。インクの組成は主に２−ブタノン、エタノールを主成分とする有機溶媒、樹脂、顔料である。これらは導電性が低いので、これだけでインクが構成されると抵抗は５０００〜数万Ωｃｍ程度と大きく、帯電制御式インクジェットプリンタでは所望の印字が困難となる。そこで、導電剤を添加する必要がある。導電剤としては、錯体を用いることが好ましい。導電剤は用いる溶剤に溶解することが必要で、色調に影響を与えないことも重要である。また導電剤は一般には塩構造のものが用いられる。これは分子内に電荷の偏りを有するので、高い導電性が発揮できるものと推定される。塩構造でない物質はかなりの割合加えないと抵抗が２０００Ωｃｍ以下にならないので本実施形態のインクに加えるのは適当ではない。
以上のような観点で検討した結果、導電剤は塩構造で、陽イオンはテトラアルキルアンモニウムイオン構造が好適であることを見出した。アルキル鎖は直鎖、分岐どちらでもよく、炭素数が大きいほど溶媒に対する溶解性は向上する。しかし炭素数が小さいほど、僅かの添加率で抵抗を下げることが可能となる。インクに使う際の現実的な炭素数は２〜８程度である。
陰イオンはヘキサフルオロフォスフェートイオン、テトラフルオロボレートイオン等が溶剤に対する溶解性が高い点で好ましい。
なお、過塩素酸イオンも溶解性は高いが、爆発性があるので、インクに用いるのは現実的ではない。それ以外に、塩素、臭素、ヨウ素イオンも挙げられるが、これらは鉄やステンレス等の金属に接触するとそれらを腐食させる傾向があるので好ましくない。
以上より、好ましい導電剤は、テトラエチルアンモニウムヘキサフルオロフォスフェート、テトラプロピルアンモニウムヘキサフルオロフォスフェート、テトラブチルアンモニウムヘキサフルオロフォスフェート、テトラペンチルアンモニウムヘキサフルオロフォスフェート、テトラヘキシルアンモニウムヘキサフルオロフォスフェート、テトラオクチルアンモニウムヘキサフルオロフォスフェート、テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート、テトラプロピルアンモニウムテトラフルオロボレート、テトラブチルアンモニウムテトラフルオロボレート、テトラペンチルアンモニウムテトラフルオロボレート、テトラヘキシルアンモニウムテトラフルオロボレート、テトラオクチルアンモニウムテトラフルオロボレート等が挙げられる。
＜印字装置の制御＞
第１実施形態に係る印字装置Ｓの制御について図４を用いて説明する。図４は、第１実施形態に係る印字装置Ｓにおける、温度下降時の管理温度域の逸脱を検知するインクをメイン容器に供給する際のフローチャートである。
ステップＳ１０１において、色濃度検知部４０によってインクの色濃度を検知する。ステップＳ１０２において、制御部４１は、色濃度検知部４０の検知結果をもとづきインクの消色が終了したか否かを判定する。インクの消色が終了したと判定した場合（Ｓ１０２・Ｙｅｓ）、制御部４１の処理はステップＳ１０６に進む。
インクの消色が終了していないと判定した場合（Ｓ１０２・Ｎｏ）、制御部４１は、温度調整機構３２を制御して、断熱壁３３の内部を昇温（加熱）する（Ｓ１０３）。具体的には、インク容器３１に収容されたインクの温度を消色開始温度Ｔa1以上にする。これにより、インクは、消色を開始する。その後に、ステップＳ１０４に進む。
ステップＳ１０４において、色濃度検知部４０によって、インクの色濃度を検知する。検知結果により、ステップＳ１０５において、制御部４１は、インクの消色が終了したか否かを判定する。インクの消色が終了したと判定した場合（Ｓ１０５・Ｙｅｓ）、制御部４１の処理はステップＳ１０６に進む。インクの消色が終了していないと判定した場合（Ｓ１０５・Ｎｏ）、ステップＳ１０３に戻り、再度昇温処理を行う。
ステップＳ１０６において、制御部４１は、温度調整機構３２を制御して、断熱壁３３の内部を初期温度Ｔ0 とする。即ち、インク容器３１に収容されたインクの温度を初期温度Ｔ0 とする。ここで、インクを冷却して初期温度Ｔ0 とする際、顕色開始温度Ｔd1を超えないようにする。
ステップＳ１０７において、制御部４１は、インク容器３１に収容されたインクの温度が初期温度Ｔ0 であるか否かを判定する。インクの温度が初期温度Ｔ0 でないと判定した場合（Ｓ１０７・Ｎｏ）、ステップ制御部４１の処理はステップＳ１０７を繰り返す。インクの温度が初期温度Ｔ0 であると判定した場合（Ｓ１０７・Ｙｅｓ）、制御部４１の処理はステップＳ１０８に進む。
なお、ステップＳ１０１からステップＳ１０２の色検知処理は、インク状態によっては（インクが明らかに消色していない場合など）、省略しても構わない。
ステップＳ１０８において、制御部４１は、開閉弁３５を制御して、インク補給路３４を開き、インク容器３１のインクをメイン容器２１に供給する。なお、インク容器３１からメイン容器２１へのインクの供給は、図示しないポンプで行ってもよく、圧力差や高低差によって行ってもよい。
図５は、第１実施形態に係る印字装置Ｓにおける、温度上昇時の管理温度域の逸脱を検知するインクをメイン容器に供給する際のフローチャートである。
ステップＳ１１１において、色濃度検知部４０によってインクの色濃度を検知する。ステップＳ１１２において、制御部４１は、色濃度検知部の検知結果に基づきインクの顕色が終了したか否かを判定する。インクの顕色が終了したと判定した場合（Ｓ１１２・Ｙｅｓ）、制御部４１の処理はステップＳ１１６に進む。
インクの顕色が終了していないと判定した場合（Ｓ１１２・Ｎｏ）、制御部４１は、温度調整機構３２を制御して、断熱壁３３の内部を降温（冷却）する（Ｓ１１３）。具体的には、インク容器３１に収容されたインクの温度を顕色開始温度Ｔd2以上にする。これにより、インクは、顕色を開始する。その後に、ステップＳ１１４に進む。
ステップＳ１１４において、色濃度検知部４０によって、インクの色濃度を検知する。検知結果により、ステップＳ１１５において、制御部４１は、インクの顕色が終了したか否かを判定する。インクの顕色が終了したと判定した場合（Ｓ１１５・Ｙｅｓ）、制御部４１の処理はステップＳ１１６に進む。インクの顕色が終了していないと判定した場合（Ｓ１１５・Ｎｏ）、ステップＳ１１３に戻り、再度降温処理を行う。
ステップＳ１１６において、制御部４１は、温度調整機構３２を制御して、断熱壁３３の内部を初期温度Ｔ0 とする。即ち、インク容器３１に収容されたインクの温度を初期温度Ｔ0 とする。ここで、インクを加熱して初期温度Ｔ0 とする際、消色開始温度Ｔa2を超えないようにする。
ステップＳ１１７において、制御部４１は、インク容器３１に収容されたインクの温度が初期温度Ｔ0 であるか否かを判定する。インクの温度が初期温度Ｔ0 でないと判定した場合（Ｓ１１７・Ｎｏ）、ステップ制御部４１の処理はステップＳ１１７を繰り返す。インクの温度が初期温度Ｔ0 であると判定した場合（Ｓ１１７・Ｙｅｓ）、制御部４１の処理はステップＳ１１８に進む。
なお、ステップＳ１１１からステップＳ１１２の色検知処理は、インク状態によっては（インクが明らかに顕色していない場合など）、省略しても構わない。
ステップＳ１１８において、制御部４１は、開閉弁３５を制御して、インク補給路３４を開き、インク容器３１のインクをメイン容器２１に供給する。なお、インク容器３１からメイン容器２１へのインクの供給は、図示しないポンプで行ってもよく、圧力差や高低差によって行ってもよい。
以上のように、第１実施形態に係る印字装置Ｓは、初期温度Ｔ0 かつ初期状態Ｓ０、もしくは、初期温度Ｔ0 かつ初期状態Ｓ１のインクをメイン容器２１に供給することができる。そして、第１実施形態に係る印字装置Ｓは、この状態のインクをインクジェットヘッド１０（ノズル１１）からインク滴１５として噴射することにより、被印字物１００に印字パターン（示温体１１０）を印字することができる。また、第１実施形態に係る印字装置Ｓで印字された印字パターンは、初期状態がＳ０の場合は顕色開始温度Ｔd1からの温度逸脱を、初期状態がＳ１の場合は、消色開始温度Ｔd2からの温度逸脱を検知することができる。
≪第２実施形態≫
第２実施形態では、複数のインク容器を備える印字装置について図６を用いて説明する。なお、第２実施形態から第５実施形態では第１実施形態と異なる構成のみ説明する。図６は第２実施形態に係る印字装置の構成模式図である。第２実施形態に係る印字装置は、第１インク容器３１Ａと第２インク容器３１Ｂを備え、インク容器ごとに、温度調整機構３２、インク補給路３４、開閉弁３５、色濃度検知部４０を備える。
本実施形態によれば、第１インク容器に温度下降時の管理温度域の逸脱を検知するインクを、第２インク容器に温度上昇時の管理温度域の逸脱を検知するインクを収容することができる。
≪第３実施形態≫
第３実施形態に係る印字装置ＳＡについて図７を用いて説明する。図７は、第３実施形態に係る印字装置ＳＡの構成模式図である。
第１実施形態に係る印字装置Ｓは、室内温度調整装置（図示せず）が温度調整空間Ｒを温度調整することにより、メイン容器２１に収容されるインクおよび印字装置Ｓの内部（インク供給路２２、ノズル１１、ガター１４、インク回収路２６）を循環する混合インクの温度を所定の温度（初期温度Ｔ0 ）に調整するようになっている。これに対し、第３実施形態に係る印字装置ＳＡは、内部温度調整機構３９を備えている。内部温度調整機構３９が温度調整する範囲を破線３９ａで示す。即ち、内部温度調整機構３９は、メイン容器２１に収容されるインクおよび印字装置ＳＡの内部（インク供給路２２、ノズル１１、ガター１４、インク回収路２６）を循環するインクの温度を所定の温度（初期温度Ｔ0 ）に調整することができる。これにより、第３実施形態に係る印字装置ＳＡは、印字前のインクの温度を好適に管理することができる。
≪第４実施形態≫
第４実施形態に係る印字装置ＳＢについて図８を用いて説明する。図８は、第４実施形態に係る印字装置ＳＢの構成模式図である。
第１実施形態に係る印字装置ＳＢは循環式（帯電制御式）のインクジェットプリンタである。これに対し、第４実施形態に係る印字装置ＳＢは、印字する際にノズル１１からインク滴１５を噴射するＤＯＤ(Drop On Demand)式のインクジェットプリンタであり、インクジェットヘッド１０Ｂと、印字装置本体２０Ｂと、を備えている。
インクジェットヘッド１０Ｂは、ノズル１１を備えている。印字装置本体２０Ｂは、メイン容器２１と、インク供給路２２と、インク容器３１と、温度調整機構３２と、断熱壁３３と、インク補給路３４と、溶剤容器３６と、溶剤補給路３７と、色濃度検知部４０と、制御部４１と、を備えている。また、インク供給路２２には、供給ポンプ２３と、調整弁２４と、開閉弁２５と、が設けられている。インク補給路３４には、開閉弁３５が設けられている。溶剤補給路３７には、開閉弁３８が設けられている。
第４実施形態に係る印字装置ＳＢは、例えば、ノズル１１に設けられたピエゾ素子（圧電素子）が通電により体積変化することにより、または、ノズル１１に設けられたソレノイドバルブが通電により開閉することにより、インク滴１５の噴射・停止を制御する。
その他の構成は第１実施形態に係る印字装置Ｓと同様であり、重複する説明を省略する。
以上のように、ＤＯＤ式の第４実施形態に係る印字装置ＳＢは、循環式（帯電制御式）の第１実施形態に係る印字装置Ｓと同様に、初期温度Ｔ0 かつ初期状態Ｓ０、もしくは、初期温度Ｔ0 かつ初期状態Ｓ１のインクをメイン容器２１に供給することができる。そして、第４実施形態に係る印字装置ＳＢは、この状態のインクをインクジェットヘッド１０（ノズル１１）からインク滴１５として噴射することにより、被印字物１００に印字パターン（示温体１１０）を印字することができる。また、第４実施形態に係る印字装置ＳＢで印字された印字パターンは、初期状態がＳ０の場合は顕色開始温度Ｔd1からの温度逸脱を、初期状態がＳ１の場合は、消色開始温度Ｔd2からの温度逸脱を検知することができる。
なお、第３実施形態と同様に、第４実施形態に係る印字装置ＳＢが内部温度調整機構（図示せず）を備えていてもよい。内部温度調整機構は、メイン容器２１に収容されるインクおよびインク供給路２２からノズル１１へ供給される混合インクの温度を所定の温度（初期温度Ｔ0 ）に調整することができる。これにより、印字前の混合インクの温度を好適に管理することができる。
≪第５実施形態≫
第５実施形態に係る筆記装置ＳＣについて図９を用いて説明する。図９は、第４実施形態に係る筆記装置ＳＣの構成模式図である。
第５実施形態に係る筆記装置ＳＣは、インクを収容するインク容器３１と、筺体６０と、観察窓６１と、熱伝導部材６２と、ペン先部６３と、を備えている。
第４実施形態に係る筆記装置ＳＣは、インク容器３１に収容されたインクで筆記することができるようになっている。
観察窓６１は、筺体６０の側面に設けられ、インク容器３１に収容されたインクの顕色・消色状態を外部から観察することができるようになっている。
熱伝導部材６２は、筺体６０の側面に設けられ、インク容器３１と熱伝導可能に設けられている。
第５実施形態に係る筆記装置ＳＣに用いられるインクは、第１実施形態に係る印字装置Ｓに用いられているものと同様であり、重複する説明を省略する。
第５実施形態に係る筆記装置ＳＣの使用例について説明する。
まず、筆記装置ＳＣ全体を顕色開始温度Ｔd1以下に冷却する。例えば、筆記装置ＳＣを冷凍庫に入れて冷却する。これにより、インクは顕色状態となる。
インクは顕色状態については、観察窓６１より確認する。顕色が完了した後に、筆記装置ＳＣ全体を初期温度Ｔ0 と（「Ｔd1＜Ｔ0 ＜Ｔa1」）する。例えば、筆記装置ＳＣを冷凍庫から取り出して、筆記装置ＳＣで筆記作業を行う部屋内で放置する。この状態で筆記することにより、インクが顕色した状態の色で筆記することができる。
他の使用例として、熱伝導部材６３から熱を供給してインクを消色開始温度Ｔa2以上に加熱する。例えば、熱伝導部材６３を擦ることにより発生する摩擦熱によってインクを加熱する。これにより、インクは消色状態となる。
次に、筆記装置ＳＣ全体を初期温度Ｔ0 と（「Ｔd2＜Ｔ0 ＜Ｔa2」）する。この状態で筆記することにより、インクが消色した状態の色で筆記することができる。
以上のように、第５実施形態に係る筆記装置ＳＣによれば、異なる色で筆記する筆記具とすることができる。これにより、この筆記パターンは、第１実施形態の示温体１１０と同様に、管理温度域からの逸脱を検知することができる。
≪変形例≫
なお、本実施形態に係る印字装置Ｓ〜ＳＢおよび筆記装置ＳＣは、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
第１〜第５実施形態に係る印字装置Ｓ〜ＳＢは、メイン容器２１に供給するインクを複数種にしてもよい。即ち、インク容器３１と、温度調整機構３２と、断熱壁３３と、インク補給路３４と、開閉弁３５と、色濃度検知部４０と、を複数備えてもよい。
第１〜第４実施形態に係る印字装置Ｓ〜ＳＢは、帯電制御式(循環式)インクジェットプリンタまたはＤＯＤ式インクジェットプリンタであるものとして説明したがこれに限られるものではない。例えば、捺印式（スタンプ、コーダー）の印字装置に適用してもよい。
第１〜第４実施形態に係る印字装置は、インクの色濃度を検知する色濃度検知部４０がインク容器３１の側に配置されるものとして説明したが、これに限られるものではない。色濃度検知部４０がメイン容器２１の側に配置され、印字直前の色濃度を観察する機構であってもよい。図１０は、第１変形例に係る印字装置Ｓの構成模式図である。図９に示すように、色濃度検知部４０がインク補給路３４（好ましくは、開閉弁３５よりも上流側）に設けられていてもよい。
第１〜第４実施形態に係る印字装置は、インク容器３１のインクの温度を調整する温度調整機構３２を備えるものとして説明したが、これに限られるものではない。温度調整は、色濃度検知部４０により色検知する前に実施されればよく、たとえば、温度調整機構３２をメイン容器２１の側に備え、メイン容器２１内の温度を適正温度に調整した後に、メイン容器２１内の色濃度を検知する構成でもよい。
Ｓ，ＳＡ，ＳＢ 印字装置
１０，１０Ｂ インクジェットヘッド
１１ ノズル
１２ 帯電電極
１３ 偏向電極
１４ ガター
２０，２０Ｂ 印字装置本体
２１ メイン容器（混合インク容器）
２２ インク供給路
２３ 供給ポンプ
２６ インク回収路
２７ 回収ポンプ
２９ 断熱壁
３１ インク容器
３２ 温度調整機構（温度調整部）
３３ 断熱壁（断熱部）
３４ インク補給路
３６ 溶剤容器
３７ 溶剤補給路
３９ 内部温度調整機構（内部温度調整部）
４０ 色濃度検知部
４１ 制御部
１５ インク滴
１００ 被印字物
１１０ 示温体
Ｒ 温度調整空間
ＳＣ 筆記装置
６０ 筺体
６１ 観察窓
６２ 熱伝導部材
６３ ペン先部（筆記部）

Claims (10)

  1. インクを収容するインク容器と、
    インクを噴射するノズルと、
    前記インク容器から前記ノズルにインクを供給するインク供給路と、
    前記インクの色濃度を検知する色濃度検知部と、を備えることを特徴とする印字装置。
  2. 請求項１に記載の印字装置であって、
    前記色濃度検知部は、前記インク供給路又は前記インク容器に設けられていることを特徴とする印字装置。
  3. 請求項２に記載の印字装置であって、
    前記インク供給路に設けられた開閉弁と、
    前記色濃度検知部の検知結果に基づき前記開閉弁を制御する制御部と、
    をさらに備えることを特徴とする印字装置。
  4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の印字装置であって、
    前記インクの温度を調整する温度調整部を備えることを特徴とする印字装置。
  5. 請求項４に記載の印字装置であって、
    前記温度調整部は、前記インク供給路又は前記インク容器に設けられていることを特徴とする印字装置。
  6. 請求項１又は２に記載の印字装置であって、
    前記インクの温度を調整する温度調整部と、温度調整部と制御する制御部と、を備え、
    前記インクは、温度変化により可逆的に色変化し、顕色開始温度Ｔｄと消色開始温度Ｔａが異なるインクであって、
    前記制御部は、前記温度調整部を制御して、前記インクの温度を温度Ｔd以下とした後、色濃度検知部により色濃度を検知した後、温度Ｔaよりも低い温度である温度Ｔ0とすることを特徴とする印字装置。
  7. 請求項１又は２に記載の印字装置であって、
    前記インクの温度を調整する温度調整部と、温度調整部と制御する制御部と、を備え、
    前記インクは、温度変化により可逆的に色変化し、顕色開始温度Ｔｄと消色開始温度Ｔａが異なるインクであって、
    前記制御部は、前記温度調整部を制御して、前記インクの温度を温度Ｔa以上とした後、色濃度検知部により色濃度を検知した後、温度Ｔdよりも高い温度である温度Ｔ0とすることを特徴とする印字装置。
  8. 請求項１に記載の印字装置の制御方法であって、
    前記印字装置は、前記インクの温度を調整する温度調整部と、温度調整部と制御する制御部と、を備え、
    前記インクは、温度変化により可逆的に色変化し、顕色開始温度Ｔｄと消色開始温度Ｔａが異なるインクであって、
    前記制御部は、前記温度調整部を制御して、前記インクの温度を温度Ｔd以下とした後、色濃度検知部により色濃度を検知し、インクの消色を確認した後、温度Ｔaよりも低い温度である温度Ｔ0とすることを特徴とする印字装置の制御方法。
  9. 請求項１に記載の印字装置の制御方法であって、
    前記印字装置は、前記インクの温度を調整する温度調整部と、温度調整部と制御する制御部と、を備え、
    前記インクは、温度変化により可逆的に色変化し、顕色開始温度Ｔｄと消色開始温度Ｔａが異なるインクであって、
    前記制御部は、前記温度調整部を制御して、前記インクの温度を温度Ｔa以上とした後、色濃度検知部により色濃度を検知し、顕色を確認した後、温度Ｔdよりも高い温度である温度Ｔ0とすることを特徴とする印字装置の制御方法。
  10. インクを収容するインク容器と、
    インクを噴射する筆記部と、
    前記インク容器から前記筆記部にインクを供給するインク供給路と、
    前記インクの色濃度を検知する色濃度検知部と、
    を備えることを特徴とする筆記装置。
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