JP3143013U - 紫外線硬化インキの紫外線照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】紫外線硬化インキの膜厚が厚い被印刷物を効率的に硬化させることを目的としている紫外線照射装置を提供する。
【解決手段】紫外線硬化インキの紫外線照射装置１０は、印刷機の搬送ライン１２上の複数の印刷ユニット１４間に取り付けた低圧放電管１６と、前記複数の印刷ユニット１４の最下流側に取り付けた紫外線照度３０Ｗ／ｃｍ^２以下の中圧紫外線ランプ１８と、を備えたことを特徴としている。この場合において前記中圧紫外線ランプ１８は、電圧２００Ｖ以下であって電流７アンペア以下に設定して放電させるとよい。
【選択図】図１

Description

本考案は、特に紫外線硬化インキを塗布した被印刷物に紫外線を照射して硬化させる紫外線照射装置に関する。

一般に印刷に用いるインキは紫外線硬化インキと油性インキがある。このうち紫外線硬化インキは、インキ（顔料）、モノマー、プレポリマー、重合開始剤、増感剤等からなり、２００ｎｍから４００ｎｍの波長域の紫外線を照射して重合開始剤を励起させてインキを硬化させている。紫外線硬化インキは、油性インキと比べて、速乾性があり、有機溶剤を含まないことから多用されている。

また紫外線硬化インキは、硬化速度が速く瞬時に硬化するため、フィルムやプラスチックなどに印刷可能であり、また乾燥時間が不要なため、次工程を素早く行え、印刷時間を短縮できるなどの種々のメリットがある。

このような紫外線硬化インキに紫外線を照射してインキを硬化させる紫外線照射装置がある。本願考案者は、特許文献１において紫外線硬化インキを硬化するＵＶＢ波長域(２８０ｎｍ〜３１５ｎｍ)の紫外線を発生させることができる低圧放電管を開示している。これにより低消費電力で紫外線硬化インキを効果的に硬化させることができる知見を得ている。

また床面に塗布した紫外線硬化型コーティング剤に紫外線を照射して硬化させる紫外線照射装置が特許文献２に開示されている。この紫外線照射装置は低圧放電管と波長が２８０ｎｍ以上３２０ｎｍ以下であるエネルギー線を放射する第２の光源を用いて紫外線を照射し、コーティング剤を硬化させることが開示されている。
特願２００７−１５２３０号 特開２００４−８１９３４号公報

特許文献２に示す照射装置は、第２の光源として中波長の紫外線を重畳させている。この光源としてＵＶ−Ｂランプ、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ等を用いている。一般に、高圧水銀ランプ等は高電力を必要とするため、地球温暖化を引き起こすＣＯ_２等の排出量が増加する問題がある。

一方、特許文献１に示すような低圧放電管は、高圧水銀ランプに比べ低出力であり、低消費電力化を図ることができる。
ところで一般に被印刷物に塗布する紫外線硬化インキの膜厚は、１μｍ以下である。しかし被印刷物にコーティングを施した場合にはインキの膜厚が約３μｍ以上と厚くなる。またフィルムを被印刷物とした場合、フィルムに塗布する紫外線硬化インキの密着性を高めるため、アンカーと呼ばれる被膜が用いられる。そうするとアンカー及びインキの膜厚は約３μｍ以上となる。

このようなインキの膜厚が厚い被印刷物に対して、前述の低圧放電管による紫外線を照射しても、厚みのあるインキの内部まで紫外線が届き難くなり、一部のインキが硬化しない硬化不良が生じることがある。

そこで上記従来技術の問題点を解決するため、本考案は紫外線硬化インキの膜厚が厚い被印刷物を効率的に硬化させることを目的としている。

本考案の紫外線硬化インキの紫外線照射装置は、印刷機の搬送ライン上の複数の印刷ユニット間に取り付けた低圧放電管と、前記複数の印刷ユニットの最下流側に取り付けた紫外線照度が３０Ｗ／ｃｍ^２以下の中圧紫外線ランプと、を備えたことを特徴としている。

この場合において、前記中圧紫外線ランプは、電圧２００Ｖ以下であって電流７アンペア以下に設定して放電させるとよい。
また前記低圧放電管は、ＵＶＡ波長域またはＵＶＢ波長域の紫外線を照射させるとよい。

前記低圧放電管は、前記搬送ラインの上面および下面に取り付けているとよい。
前記中圧紫外線ランプは、複数のランプの長手方向を搬送ラインと交差する方向に千鳥配置しているとよい。

上記構成による本考案の紫外線硬化インキの紫外線照射装置によれば、低圧放電管および紫外線照度３０Ｗ／ｃｍ^２の中圧紫外線ランプを用いているため、高圧放電管に比べ紫外線照射のための消費電力を大幅に低減化することができる。例えばこれまで高圧放電管を用いていた場合には、１ｋＷ〜３０ｋＷの消費電力であったのに対し、本考案の低圧放電管および中圧放電管を用いた場合には数百Ｗであり、大幅に消費電力を低減できる。

また高圧放電管に比べて発光強度が小さい低圧放電管により紫外線を照射したのち、低圧放電管に比べて発光強度の大きい中圧紫外線ランプによる紫外線を照射させている。いずれの紫外線照射もインキを硬化させる波長がヒットしているため、効率的に硬化させることができる。

また被印刷物に塗布した紫外線硬化インキの膜厚が数μｍと厚い場合であっても、消費電力の少ない低圧放電管および中圧紫外線ランプで効率的にインキを硬化させることができる。これにより装置全体の消費電力を大幅に低減することができる。

本考案の紫外線硬化インキの紫外線照射装置の実施形態を添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
図１は本考案の紫外線硬化インキの紫外線照射装置の説明図である。図示のように紫外線照射装置１０は、印刷機の搬送ライン１２上に設置している。搬送ライン１２上には、上流側に被印刷物の印刷色に応じて複数の印刷ユニット１４と、下流側に加工部１５が配置されている。本実施例では搬送ラインの上流側から３台の印刷ユニット１４ａ、１４ｂ、１４ｃが直列に配置されている。紫外線照射装置１０は低圧放電管１６と中圧紫外線ランプ１８を主な構成要件としている。

低圧放電管１６は、長円筒状のランプ（蛍光灯）であって管内に蛍光物質を含んでいる。蛍光物質として本考案ではセリウムを用いている。低圧放電管１６の製法の一例を以下に示す。粉末状のセリウムは酢酸ブチルまたはニトロエステートなどのバインダー（結合剤）と混合した混合溶液とする。ついでこの混合溶液をスプレー噴霧によってランプの内壁に塗布している。塗布したセリウム被膜を乾燥した後、ランプ内に電極を挿入してランプを封止している。

本考案の低圧放電管１６は、３０９ｎｍ、３１３ｎｍの波長を発生している。この波長域はＵＶＢの波長域（２８０ｎｍ〜３１５ｎｍ）に相当し、従来の低圧放電管の波長よりも高くなっている。これは本考案の低圧放電管１６は、蛍光物質としてセリウムを管内に塗布しており、原子を構成する電子が励起してランプの内壁を通過するときに、セリウム膜によって通過する電子の波長を変換している。このため低圧放電管１６は３０９ｎｍ、３１３ｎｍの波長が発生する。

本考案の低圧放電管１６は波長３０９ｎｍを中心波長とし、放物線状に拡大しており、２８０ｎｍ〜３１５ｎｍの波長が全照射率の約９０％を占めている。一方、高圧水銀灯の波長域は２００ｎｍ〜１５００ｎｍであり、赤外線の波長域まで発生している。しかし紫外線硬化インキを硬化させる波長は３６５ｎｍであり、この波長の高圧放電管の照射率は全照射率のわずか１４％〜２７％程度である。したがって低圧放電管１６は高圧放電管に比べ照射率が高く、例えば４０Ｗの低圧放電管であれば、９０％の照射となる３６Ｗが紫外線硬化のために用いる紫外線を発生させていることになる。

また低圧放電管１６は、蛍光物質としてさらにユーロピズムと酸化ホウ素ストロンチウムを用いることもできる。低圧放電管１６の製法の一例を以下に示す。粉末状のユーロピズムと酸化ホウ素ストロンチウムは酢酸ブチルまたはニトロエステートなどのバインダー（結合剤）と混合した混合溶液とする。ついでこの混合溶液をスプレー噴霧によってランプの内壁に塗布している。塗布したユーロピズムと酸化ホウ素ストロンチウムの被膜を乾燥した後、ランプ内に電極を挿入してランプを封止している。

この低圧放電管１６は、ＵＶＡ波長域（３１５ｎｍ〜４００ｎｍ）とほぼ同じ、３６５ｎｍ〜４３６ｎｍの波長域を示し、特に３６５ｎｍの波長のピークが強く照射効率が良い。また低圧放電管１６は数十Ｗ、一例として６０Ｗと低電力で、かつ、高圧放電管に比べて発熱量も大幅に少ない。このため、紫外線照射のための消費電力が少なく、熱による被印刷物、例えばフィルムなどの変形がない。

上記ＵＶＡ波長域またはＵＶＢ波長域の低圧放電管１６は、図１に示すように複数の印刷ユニット１４の間に配置している。本実施例では第２印刷ユニット１４ｂと第３印刷ユニット１４ｃの間に取り付けている。

中圧紫外線ランプ１８は、搬送ライン１２上の複数の印刷機ユニット１４の最下流側であって加工部１５の前段に取り付けている。
ここで一般の紫外線照射装置に用いる中圧紫外線ランプは、搬送ラインの幅に合わせて全長１０００ｍｍ以上の長尺のランプ（蛍光灯）を用いている。このような従来の中圧紫外線ランプは一例として、波長域が３００ｎｍ〜５８０ｎｍであり、また紫外線照度が１６０Ｗ／ｃｍ^２、２４０Ｗ／ｃｍ^２であり消費電力が大きい。

消費電力Ｗと電圧Ｖおよび電流Ｉの関係は、Ｗ＝Ｉ×Ｖの関係で表すことができ、電圧Ｖの増加に伴い消費電力Ｗも増加する。そこで本考案では、電圧を下げてランプの消費電力の低減化を図っている。

図２は中圧紫外線ランプ(全長３００ｍｍ)にかかる電圧の説明図である。本考案の中圧紫外線ランプ１８は、全長を３００ｍｍのランプを用いている。このランプの電圧と電流の関係を図２に示す。図示のようにランプ電圧を１８１Ｖ、電流を７．１アンペアとした場合、電力が１０６０Ｗで放電する。またランプ電圧１７０Ｖ、電流を６．５アンペアとした場合にも電力が９５０Ｗで放電する。しかしランプ電圧をこれよりも下げた電圧１６０Ｖ以下では放電が起こらない。この結果、全長３００ｍｍのランプの場合、電圧１７０Ｖ、電流６．５アンペアの設定で、紫外線照度が３０Ｗ／ｃｍ^２とすることができる。本考案では、電圧を２００Ｖ以下、電流を７アンペア以下に設定している。これにより中圧紫外線ランプの消費電力の低減化を図りつつ、従来の紫外線の波長域を維持した紫外線を発生させることができる。

図３は中圧紫外線ランプの説明図である。本考案の中圧紫外線ランプは、全長が３００ｍｍであり、搬送ライン１２の幅方向よりも短い。このため、紫外線を搬送面に均一に照射するため図示のようにランプの長手方向を搬送ラインの交差する方向（幅方向）に沿って千鳥配置させている。本実施例では、３本の中圧紫外線ランプ１８ａ、１８ｂ、１８ｃをケーシング１９に千鳥配置させている。

上記構成による本考案の紫外線硬化インキの紫外線照射装置の作用について以下説明する。
紫外線照射装置１０は、搬送ライン１２上の複数の印刷ユニット１４の間に低圧放電管１６を取り付け、印刷ユニット１４の最下流側に中圧紫外線ランプ１８を取り付けている。このときＵＶＡまたはＵＶＢ波長域の紫外線を照射する低圧放電管１６と、中圧紫外線ランプ１８とは消費電力が小さく、発熱も僅かでありほとんど常温であるため、搬送ライン１２上の紫外線硬化インキを塗布した被印刷物２０の表面に近接して配置させている。

まず搬送ライン１２の上流側に配置した印刷ユニット１４ａ、１４ｂで被印刷物２０に印刷された紫外線硬化インキに低圧放電管１６よりＵＢＡまたはＵＶＢ波長域の紫外線を発生させて照射させる。紫外線硬化インキは、増感剤および重合開始剤の光重合反応により液体から固体に変化して硬化する。このとき低圧放電管１６は被印刷物２０の反対側、すなわち搬送ライン１２の下面にも低圧放電管１６を設置しているので照射対象物に効率良く紫外線を照射させることができる。

つぎに印刷ユニット１４ｃにより被印刷物２０にインキが印刷されて、中圧紫外線ランプ１８により紫外線が照射される。中圧紫外線ランプ１８は低圧放電管１６に比べ照射強度が高いため、低圧放電管１６の紫外線照射により硬化させることができなかったインキを硬化させることができる。このときインキはただちに硬化するため、通常の枚葉印刷機の印刷速度で搬送される印刷物であっても十分に硬化させることができる。

通常の被印刷物はインキの膜圧が１μｍ以下であるため、低圧放電管１６による紫外線照射で十分にインキが硬化する。インキの膜厚が数μｍと厚い場合でも、中圧紫外線ランプによる紫外線照射により膜厚の厚いインキであっても、インキ内部に紫外線が届くため硬化させることができる。

また被印刷物２０は紙のほかにもフィルムに印刷する場合もある。本考案の低圧放電管１６および中圧紫外線ランプ１８は、発熱が少なくフィルムが変形しないため、印刷物から１．５ｍｍの距離をおいて取り付けることができ紫外線の照射効率が良くなる。

紫外線硬化インキをフィルムに印刷する場合にフィルム表面にインキを保持するアンカーをコーティングすることがある。これはアンカーの上にインキを印刷することによりフィルムに対するインキの密着性を高めるためである。本考案の紫外線照射装置によれば、このようなアンカーであっても硬化させることができる。

なお紫外線硬化インキの膜厚が数μｍと厚い場合には、低圧放電管と中圧紫外線ランプを組み合わせて紫外線を照射することが望ましく、いずれか一方のみではインキの硬化が不十分となる。また低圧放電管と中圧紫外線ランプの配置関係は、低圧放電管を上流側に配置し、中圧紫外線ランプを下流側に配置することが望ましい。中圧紫外線ランプは低圧放電管に比べて発生する紫外線の照射強度が高いため、紫外線硬化インキを硬化させやすいからである。低圧放電管の紫外線照射により紫外線硬化インキの表面から硬化させたのち、中圧紫外線ランプの紫外線照射により紫外線硬化インキの内部まで硬化させることにより、段階的にインキを低消費電力で硬化させることができる。

本考案の紫外線硬化インキの紫外線照射装置の説明図である。 中圧紫外線ランプ（全長３００ｍｍ）にかかる電圧の関係の説明図である。 中圧紫外線ランプの説明図である。

符号の説明

１０………紫外線照射装置、１２………搬送ライン、１４………印刷ユニット、１５………加工部、１６………低圧放電管、１８………中圧紫外線ランプ、１９………ケーシング、２０………被印刷物。

Claims (5)

1. 印刷機の搬送ライン上の複数の印刷ユニット間に取り付けた低圧放電管と、
   前記複数の印刷ユニットの最下流側に取り付けた紫外線照度が３０Ｗ／ｃｍ^２以下の中圧紫外線ランプと、
   を備えたことを特徴とする紫外線硬化インキの紫外線照射装置。
2. 前記中圧紫外線ランプは、電圧２００Ｖ以下であって電流７アンペア以下に設定して放電させることを特徴とする請求項１に記載の紫外線硬化インキの紫外線照射装置。
3. 前記低圧放電管は、ＵＶＡ波長域またはＵＶＢ波長域の紫外線を照射させることを特徴とする請求項１または２に記載の紫外線硬化インキの紫外線照射装置。
4. 前記低圧放電管は、前記搬送ラインの上面および下面に取り付けたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１に記載の紫外線硬化インキの紫外線照射装置。
5. 前記中圧紫外線ランプは、複数のランプの長手方向を搬送ラインと交差する方向に千鳥配置したことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１に記載の紫外線硬化インキの紫外線照射装置。

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