JP4321831B2 - High viscosity substance recording method and apparatus - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は高粘度物質を電気信号に応じてドット状に記録媒体に付着させて記録する方法、及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
インクジェット記録方式は微細なノズルからインクの小滴を突出、飛翔させ、直接紙等の記録部材に付着させることで画像形成する記録方式である。この記録方式によるプリンタは、低コスト、高品質、装置の小型化、カラー化が容易等の理由から、現在オフィスや一般家庭向けのプリンタとして広く普及している。
【0003】
かかるプリンタの方式は大きくはインク液滴を連続的に突出し、画信号に応じて有用なもののみを選択的に記録媒体上に到達せしめるコンティニュアス方式と、画信号に応じて不連続的に有用な液滴のみを突出させるドロップオンデマンド方式の2種類に分類される。さらに後者においては、圧電素子の振動によりインク流路を変形させてインクを突出させるピエゾ方式、インク流路内の発熱体からの熱によりインク内に気泡を生成せしめ、その圧力によりインクを突出させるサーマル方式、インクに静電吸引力を作用させて突出させる静電方式などの記録方式が提案されている。特に、静電方式は記録ヘッドの構造が単純でマルチノズル化が容易となることやパルス幅変調により階調表現が可能である点が他方式と異なり注目されている。
【0004】
これらインクジェット方式の一般的な欠点として、記録媒体に印刷した場合のにじみの問題がある。記録媒体上でのインクの乾燥は、記録媒体中への浸透及び揮発成分の蒸発により行われる。従って、未塗工の紙や布に印刷した場合、着弾したインクは毛細管現象で繊維に沿って広がり、輪郭のぼやけた画像を与える。また、全くインクを吸収しないフィルムや金属等に印刷した場合は、インクが浸透できないため、乾燥・定着に非常な長時間を要する。さらに記録媒体にかかわらずカラー記録を行う場合には、先に付着したインクが完全に定着される前に順次他のインクが重ねられるため、色境界でのにじみが生じてしまう。
【0005】
このような問題は高粘度のインクを用いることで解決されるが、従来のインクジェット技術では、数CPS程度の粘度のインクを用いるのが一般的であり、高いものでも20CPS程度までしか記録することができなかった。
【0006】
高粘度インクを用いずににじみの問題を解決するための一般的な手法として、記録媒体表面にインクの吸着層を設けることが行われている。しかし、この手法では、記録媒体が高価になるほか、紙やフィルムなどの独特の風合いが損なわれることが問題となり、それらが許容されうる分野においてのみしか用いられないのが現状であった。従って、従来印刷法によって行ってきた紙、フィルム等への画像形成の多くはインクジェット方式では置き換えることができないと考えられていた。
【0007】
上記の欠点を解決する試みの一つとして、常温で固体のインクを必要時に溶解・低粘度化して吐出する、所謂ソリッドインクジェット方式が提案されている。ここに用いられているインクはワックスを主成分としたものであり、100℃前後の加熱で溶融された状態でノズル部に供給され、吐出されると急速に固化するため、記録媒体上でにじむことがない。しかし、この場合インクを溶融させるための時間を必要とするため、電源を入れてから記録可能となるまで、ウォーミングアップに長時間を要し、ウォーミングアップ後も溶融状態を保つために常時加熱しておく必要があった。また、インクが記録媒体上で盛り上がってしまいゴテゴテした質感となってしまう上、画像が光沢を持つことが多く意匠上も問題があった。
【0008】
本発明者は、従来のインクジェット技術では不可能だった粘度300CPS以上の高粘度物質の記録に関して鋭意研究を重ねた結果、出口近傍に記録電極を配置したノズルに高粘度物質を充填し、さらにノズル先端に高粘度物質が突出した部分を形成せしめた後、記録電極の画信号に応じた電気パルスを印加することにより前記高粘度物質の突出部が振動、または前記高粘度物質の突出部から小滴が飛翔し、微小なドットが媒体上に記録されることを見いだした。この方法によれば、ソリッドインクジェッ方式のように記録時の粘度を大きく低下させなくても記録が可能であり、さらに普通紙、布、フィルム、金属等の媒体にそのまま記録した場合でもにじみのないシャープな画像が得られる。
【0009】
しかしこの方式においても、高濃度のドットを記録する場合には媒体上に付着する高粘度物質の量が大きくなるため、ドットが盛り上がってしまい、好ましくない凹凸を形成してしまうことがあった。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、その第1の目的は、従来のインクジェット技術では不可能だった粘度300CPS以上の高粘度物質を吐出させて薄膜状のドットをパターニングすることができる記録方法および装置を提供することである。
第2の目的は普通紙、フィルム,金属その他の記録媒体にオフセット印刷類似の質感の画像を形成することが可能である記録方法および装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記各目的を達成するために、本発明は、出口近傍に記録電極を配置したノズルに粘度300CPS以上の高粘度物質を充填し、さらにノズル先端に前記高粘度物質が突出した部分(以下メニスカス部と呼ぶ)を形成せしめた後、前記電極の画信号に応じた電気パルスを印加することにより、前記高粘度物質の突出部を振動させ、または前記高粘度物質の突出部から小滴を飛翔させ、ノズルに対向して配置された転写媒体に付着せしめた後、記録媒体に転写し、記録媒体上に高粘度物質の像を得ることを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施形態を通じて詳細に説明する。
本発明の記録方式において用いられるノズルの一例を図1に、また、複数のノズル配列により構成される記録ヘッドの概略図を図2に示す。なお、10はノズル、11は高粘度物質、12は記録電極、13はメニスカス、14は圧電素子、15は記録媒体、17は転写媒体、18は圧胴、20は記録ヘッドである。
図1において、先端出口付近に記録電極12が設けられたノズル10内には図示しない加圧手段により高粘度物質11が充填され、ノズル10に充填された高粘度物質の記録は、記録電極12に適当な信号電圧を印加し、転写媒体17に高粘度物質を付着させた後、転写ドラムと圧胴18との間に給送される記録媒体15に転写することにより行われる。
【0013】
ノズル10は絶縁性材料、あるいは金属から構成され、直方体あるいは円柱状に形成される。ノズルの後部は高粘度物質11を貯蔵、補給するためのインキ室(図示せず)が接続されており、背面の加圧手段(図示せず)によってノズル部に高粘度物質11が加圧供給される。加圧はメニスカス13の形状を一定に保つのに適切な圧力で連続的にあるいは間欠的に行われる。より安定な記録を行いたい場合は、図1に示すようなノズルに別の加圧手段として圧電素子14を設け、記録電極12への電圧印加と同期して高粘度物質を加圧するのが良い。電圧印加に同期可能な加圧手段として、ピエゾ素子のような圧電素子を用いるのが好ましい。
【0014】
ノズル前部は径200μm以内の開口部になっており、さらにその前方に突出した高粘度物質が半球状あるいはコーン状のメニスカス13を形成している。ノズル前面の物質は高粘度物質が濡れ広がってしまわないようにテフロン等の表面自由エネルギーの高いものを用いることが好ましい。高粘度物質が濡れ広がってしまうと、メニスカス形状が不安定になる他、電源OFF時に汚れとして残存し、後の記録に悪影響を与える。
【0015】
ノズルの材質が絶縁性である場合、記録電極はノズル先端近傍に配置されるが、ノズル壁の内側にあっても外側にあってもよい。好ましくは、高粘度物質による腐食等の影響を排除するため,ノズル壁の外側に設けられる。記録電極12のノズル先端からの距離は特に制限はなく、このことから、本発明の記録原理が従来の静電インクジェット方式と全く異なるものであることが分かる。本発明者は、印加電圧を変化させずに、記録電極の位置をノズル先端から離していった場合に、ノズル先端から10cm以上離した場合でさえ、高粘度物質の記録が可能であることを見いだした。このような電極配置の自由度はノズルの設計、さらにはマルチノズルヘッドの設計において大きな利点となるものである。
【0016】
一方、高粘度物質の種類によっては、記録電極と接触することによる腐食や目詰まりなどの不具合が無視できることもある。この場合にはノズルを金属とし、特に記録電極を設けることなく、ノズルに直接信号電圧を印加することも可能である。
【0017】
ノズルを転写媒体に対向して配置した際、記録電極への電圧印加によりノズル先端のメニスカス部に生じる変化には以下の2通りがある。
▲1▼メニスカスが転写媒体の方向に振動(伸縮)し、伸びた状態で転写媒体に付着しドットを形成する。
▲2▼メニスカス先端が分裂し、分離した液滴が転写媒体方向に飛翔、付着しドットを形成する。
上記どちらの現象が起こるかは高粘度物質の種類だけでなく、電圧のかけかたやノズルの材質等に大きく依存する。いずれの現象によってもシャープなドットを形成させることが可能であるが、これらの現象の原理はまだよく理解されていない。
【0018】
ノズルと転写媒体との距離は0.1mm〜10mm、より好ましくは0.1〜3mmの範囲に設定される。距離が0.1mmより狭いと安定なメニスカスが形成できず、さらに転写媒体の微妙な凹凸に追従できなくなるため、ドットが繋がったり、抜けが生じたりして好ましくない。一方、10mmより広くなると、ドットが広がってしまい、シャープな画像が記録できない。
【0019】
転写媒体は金属のシリンダーにゴム層を積層したものが用いられる。転写媒体に必要な性質は、
▲1▼高粘度物質の受理性と転移性
▲2▼化学的耐性
▲3▼厚さ精度
▲4▼伸び
▲5▼復元性
▲6▼耐衝撃性
▲7▼弾性(硬度、圧縮性)
▲8▼表面性状
▲9▼洗浄性
等があるが、記録する高粘度物質に応じて個別に設計をする必要がある。ゴム層の硬度はゴム硬度計によって評価するが、一般用紙に使用する場合は78°〜80°の範囲のものを用いる。低硬度が用いられるものは、表面がラフな厚紙やエンボス紙であり、高硬度のものは金属印刷やオフセット印刷紙などに用いられる。高粘度物質としてオフセットインキを用いる場合には、オフセット印刷機と同様のブランケットを転写媒体として用いることができ、ニップ圧などの諸条件も印刷機のものをそのまま流用できる。いずれの場合も、転写残りの問題を低減するためには、ゴム層自身にシリコンゴムを用いたり、ゴム層の表面に、さらにシリコン或いはフッ素樹脂のような表面自由エネルギーの低い層を設けることが好ましい。
【0020】
本記録方式は、粘度300CPS以上の高粘度物質を非接触で転写媒体上に付着せしめた後に記録媒体に転写しパターン形成させる方式である。用いられる高粘度物質は流動性を持つものであれば、液体、コロイド、ペーストなどの形態状の制限はない。
【0021】
本発明において記録可能な高粘度物質の例として、UV硬化樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などの各樹脂材料及びそれらの溶液、加熱により液状化したパラフィンワックス、カルナバワックス等の固形材料、銅フタロシアニン等の有機顔料や酸化チタンなどの無機顔料の高濃度分散液、グリセリンなどの多価アルコール材料、UV硬化型接着剤、ホットメルト系接着剤、感圧接着剤、1液型および2液型エポキシ系接着剤、ゴム系接着剤、シアノ系接着剤、嫌気性接着剤などの各種接着剤、導電性ペースト、クリーム半田、レジストなどの半導体関連材料、シリコンオイル、工業用オイル、エンジンオイル、グリースなどの各種潤滑油、ソース、ケチャップなどの食品材料、エナメル、ラッカー、ペイント、各種印刷用インキ、濃縮液体トナー、筆記具用インク、水性・油性絵の具などの各種着色材料、等が挙げられる。
【0022】
本発明に用いるのに好ましい高粘度物質としてのチキソトロピー性を有するものが挙げられる。チキソトロピーは変形、特にせん断のために見かけ粘度が一時的に低下し、静置すると再び元の高粘度の状態に回復する現象である。この現象はある種のコロイド系、特に懸濁液で見られる他、一部の高分子溶液でも確認されている。チキソトロピーにおける粘度の低下は、懸濁液中の分散粒子がその牽引力によって形成している連続的な構造が系を静置する間に再び形成されるためであると解釈されている。
【0023】
本発明においてこのような物質を用いた時には、せん断のかかり具合によってノズル中の高粘度物質に粘度勾配が生じ、記録に好ましい影響を与える。即ち、メニスカス先端部は信号電圧による振動あるいは分裂によってせん断が与えられて低粘度化し、その部分がより小さなエネルギーで記録媒体側へ移行できるようになる。一方メニスカス先端以外では、大きなせん断が加わらないため、粘度が十分高く、相対的に転写媒体側へ移行しにくい。また、重力によるメニスカス形状の安定化や非記録時の高粘度物質のタレ等も起こりずらい。さらにこれらの特性から、同一の内径のノズルを用いた場合でもより小さなドットが形成できる他、連続記録時の安全性も向上する。
【0024】
上述のチキソトロピー性の程度としては、せん断速度0.1(1/sec)における見かけ粘度η1 ,せん断速度100(1/sec)における見かけ粘度をη2 とした場合に
η1 ≧300CPS、かつ
η1 ≧η2
の関係を有していることが好ましい。
【0025】
本発明に用いられる高粘度物質がチキソトロピー性を有しないものである場合、いわゆる揺変剤を添加することでチキソトロピー性を持たせ、記録性能を向上させることができる。揺変剤とは、少量添加することにより、系の中に何らかの構造を形成し、系に適当なチキソトロピー性を付与したり、増粘効果を与えるものを言い、具体的には、超微粉シリカ、モンモリロナイトやカオリナイトなどの粘土鉱物及びそれらの誘導体、ポリアマイドワックス、水素添加ヒマシ油、酸化ポリエチレン、界面活性剤などが挙げられる。
【0026】
高粘度物質によっては、記録時のドットが分散されずに糸を引き、結果として線状に繋がってしまう場合がある。このような時はメニスカス部を加温することで記録特性が向上する。加熱による影響は粘度の低下だけでなく、電気導電率や表面張力についても起こっており、実際にこれらの複合によって記録特性が向上していると思われる。加熱の作用は複雑で予想し難いが、高粘度物質の種類によって最適な温度範囲が存在することが確認されている。
【0027】
加熱手段はノズルにヒーターを設けても良いが、メニスカス部を暖めるには、適さないことが多い。メニスカス部に温風を送るか、赤外線ランプを照射する等の手法が好ましく用いられる。
【0028】
図3は温風によって加熱する場合のノズルの構成を示したものである。温風による場合は、風向きによって記録の安全性が損なわれる恐れがあるので、風向きの影響を最小限に抑えるために、図3に示すように、ノズル先端部を先端が開口し、送風口を有する円筒体或いは直方体16で囲み、送風口から温風を送り込んでノズル上部から転写媒体方向に送ることが好ましい。
【0029】
図4は本発明が適用された高粘度物質の記録装置の概略構成図である。
この装置ではフィルム状の記録媒体がロールから供給されるようになっているが、記録媒体の材質、形状は特に限定されるものではない。
記録ヘッド1の電極部には、図示されない電源およびパルス発生装置が接続されており、パターンに応じた電圧信号が印加できるようになっている。ヒーター7は室温〜100℃までの一定温度の温風を供給できるものであり、風量の調節も可能となっている。記録ヘッド1の後部には、加圧装置6が接続されており、メニスカス形状を一定に保つための高粘度物質の加圧が行われる。複数の高粘度物質を記録する場合には、同様のヘッドを複数配置することで対処できる。
【0030】
記録ヘッド1によって回転ドラム上の転写媒体2上にパターン状に記録された高粘度物質は転写媒体ドラムの回転によって転写部まで移動し、圧銅8表面に巻き付けられた記録媒体3上に圧力転写される。その後、乾燥ユニットで高粘度物質に応じた乾燥が行われ、定着される。
【0031】
乾燥は高粘度溶媒の蒸発、あるいはUV照射、EB照射等によって行われる。以下に述べる実施例では高粘度物質がUV硬化性であるため、乾燥工程ではUV照射装置4を用いる。乾燥が終了した記録媒体はカッター5で所望のサイズに切断され、一連の工程が終了する。
【0032】
【実施例】
図4の装置を用いて高粘度物質の記録試験を行った。記録ノズル1は図3と同様のものを用いた。
本実施例では、高粘度物質として、水無しオフセット印刷用のUV硬化型インキを用いた。このインキの50℃におけるレオロジー特性を図5に示す。図5において、横軸はせん断速度(1/s)、縦軸は粘度である。
また、剪断速度1.0(1/sec)における見かけ粘度η1 と剪断速度100(1/sec)における見かけ粘度η2 を表1に示す。 このインキは50℃において十分なチキソトロピー性を有することが分かる。
【0033】

Figure 0004321831
高粘度物質の記 は以下に示す条件で行った。
【0034】
ノズル
材料:PP
ノズル内径(先端部):260μm
ノズル壁厚み:125μm
記録電極位置:ノズル先端から3000μm
記録媒体:ポリカーボネートフィルム
記録媒体搬送速度:8m/min
転写媒体
材質:シリコンゴム
ゴム層厚:1.8mm
硬度:78°
ニップ圧:0.1mm
信号電圧周波数:1000Hz
印加電圧:4kV
ノズル部ヒーター温度:50℃
ノズル背面加圧:0.5bar
ノズル─記録媒体間距離:10mm
乾燥:紫外線ランプ
信号電圧の印加に応じてノズル先端のメニスカスが振動し、転写媒体上にドットが次々と形成される様子が高速ビデオによって確認された。記録媒体へ転写された高粘度物質像を顕微鏡で観察したところ、径60μmの円形ドットが記録抜けもなく一定間隔で並んでいた。また、各ドットが厚さ1μm以内の薄膜状になっていることから得られた画像はオフセット印刷類似の質感を呈していた。
さらに記録後の転写媒体を観察したところ、転写残りや汚れは認められず、ほぼ100%の効率で転写が行われたことが確認された。
【0035】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、従来のインクジェットでは不可能であった粘度300CPS以上の高粘度物質を薄膜状の微小なドットとパターン状に記録することができる。また、普通紙、布、フィルム、金属等の媒体にそのまま記録した場合でもオフセット印刷類似の質感の画像を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明において用いられるノズルの1例を示す図である。
【図2】 本発明の複数のノズル配列により構成される記録ヘッドの概略図である。
【図3】 温風によって加熱する場合のノズルの構成を示した図である。
【図4】 本発明の適用された記録装置の概略構成図である。
【図5】 シルクスクリーン印刷用のUV硬化型インキの50℃におけるレオロジー特性を示す図である。
【符号の説明】
1…記録ヘッド、2…転写媒体、3…記録媒体、4…UV照射装置、5…カッター、6…加圧装置、7…ヒーター、8…圧胴、10…ノズル、11…高粘度物質、12…記録電極、13…メニスカス、14…圧電素子、15…記録媒体、16…円筒体或いは直方体、17…転写媒体、18…圧胴、20…記録ヘッド。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and apparatus for recording a high-viscosity substance by depositing it on a recording medium in the form of dots in accordance with an electrical signal.
[0002]
[Prior art]
The ink jet recording method is a recording method in which an image is formed by causing a small droplet of ink to protrude and fly from a fine nozzle and directly adhere to a recording member such as paper. Printers based on this recording method are now widely used as printers for offices and general homes because of their low cost, high quality, miniaturization of devices, and easy colorization.
[0003]
Such a printer method is generally a continuous method in which ink droplets are continuously projected and only useful ones selectively reach the recording medium according to the image signal, and discontinuously according to the image signal. There are two types of drop-on-demand systems in which only useful droplets protrude. Furthermore, in the latter case, a piezo method in which the ink flow path is deformed by the vibration of the piezoelectric element and the ink is protruded, bubbles are generated in the ink by the heat from the heating element in the ink flow path, and the ink is protruded by the pressure. Recording methods such as a thermal method and an electrostatic method in which an electrostatic attraction force is applied to the ink to make it protrude have been proposed. In particular, the electrostatic method has attracted attention unlike the other methods in that the structure of the recording head is simple and multi-nozzle formation is easy, and that gradation expression is possible by pulse width modulation.
[0004]
As a general disadvantage of these ink jet methods, there is a problem of bleeding when printing on a recording medium. The ink is dried on the recording medium by penetrating into the recording medium and evaporating volatile components. Therefore, when printing on uncoated paper or cloth, the landed ink spreads along the fiber by capillary action, giving an image with a blurred outline. In addition, when printing is performed on a film or metal that does not absorb ink at all, the ink cannot permeate, so that a very long time is required for drying and fixing. Further, when color recording is performed regardless of the recording medium, other inks are sequentially stacked before the ink that has been attached first is completely fixed, and thus blurring occurs at the color boundary.
[0005]
Such problems can be solved by using high-viscosity inks. However, in the conventional ink jet technology, it is common to use inks having a viscosity of about several CPS, and even a high one can only record up to about 20 CPS. I could not.
[0006]
As a general technique for solving the problem of bleeding without using high-viscosity ink, an ink adsorption layer is provided on the surface of a recording medium. However, this method has a problem in that the recording medium becomes expensive and the unique texture of paper, film, etc. is impaired, and it is currently used only in fields where these are acceptable. Therefore, it has been considered that most of image formation on paper, film and the like that has been performed by the conventional printing method cannot be replaced by the ink jet method.
[0007]
As one of attempts to solve the above-described drawbacks, a so-called solid ink jet method has been proposed in which a solid ink at room temperature is dissolved and reduced in viscosity when necessary. The ink used here is mainly composed of wax, and is supplied to the nozzle portion in a melted state by heating at around 100 ° C., and rapidly solidifies when ejected. There is nothing. However, in this case, it takes time to melt the ink, so it takes a long time to warm up until recording is possible after the power is turned on, and it is always heated to maintain the melted state even after warming up. There was a need. In addition, the ink swells on the recording medium, resulting in a gritty texture, and the image often has a glossy design.
[0008]
As a result of extensive research on recording a high-viscosity material having a viscosity of 300 CPS or higher, which has been impossible with the conventional ink jet technology, the present inventor has filled a high-viscosity material into a nozzle having a recording electrode disposed in the vicinity of the outlet. After forming the protruding portion of the high-viscosity material at the tip, applying an electric pulse according to the image signal of the recording electrode causes the protruding portion of the high-viscosity material to vibrate or less than the protruding portion of the high-viscosity material. It was found that the droplets flew and minute dots were recorded on the medium. According to this method, recording can be performed without greatly reducing the viscosity during recording as in the case of the solid ink jet method, and there is no blur even when recording on a medium such as plain paper, cloth, film, metal, or the like. Sharp images can be obtained.
[0009]
However, even in this method, when recording high-density dots, the amount of the high-viscosity substance adhering to the medium becomes large, so that the dots rise and undesirably unevenness may be formed.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and a first object thereof is to pattern a thin film dot by discharging a high-viscosity material having a viscosity of 300 CPS or more, which is impossible with the conventional ink jet technology. It is to provide a recording method and apparatus that can be used.
The second object is to provide a recording method and apparatus capable of forming an image having a texture similar to offset printing on plain paper, film, metal or other recording media.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve each of the above objects, the present invention provides a nozzle in which a recording electrode is disposed in the vicinity of an outlet filled with a high-viscosity substance having a viscosity of 300 CPS or more, and a portion where the high-viscosity substance protrudes at the nozzle tip (hereinafter referred to as a meniscus part) After that, by applying an electric pulse according to the image signal of the electrode, the protruding part of the high-viscosity substance is vibrated or a droplet is ejected from the protruding part of the high-viscosity substance. Then, after adhering to a transfer medium disposed opposite to the nozzle, the image is transferred to a recording medium, and an image of a high viscosity substance is obtained on the recording medium.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail through embodiments.
An example of nozzles used in the recording system of the present invention is shown in FIG. 1, and a schematic diagram of a recording head constituted by a plurality of nozzle arrays is shown in FIG. Note that 10 is a nozzle, 11 is a high-viscosity substance, 12 is a recording electrode, 13 is a meniscus, 14 is a piezoelectric element, 15 is a recording medium, 17 is a transfer medium, 18 is an impression cylinder, and 20 is a recording head.
In FIG. 1, a high viscosity substance 11 is filled in a nozzle 10 provided with a recording electrode 12 in the vicinity of the tip outlet by a pressurizing means (not shown), and the recording of the high viscosity substance filled in the nozzle 10 is performed. Then, an appropriate signal voltage is applied to the transfer medium 17 so that a high-viscosity substance is adhered to the transfer medium 17 and then transferred to the recording medium 15 fed between the transfer drum and the impression cylinder 18.
[0013]
The nozzle 10 is made of an insulating material or metal and is formed in a rectangular parallelepiped shape or a cylindrical shape. An ink chamber (not shown) for storing and replenishing the high-viscosity substance 11 is connected to the rear part of the nozzle, and the high-viscosity substance 11 is pressurized and supplied to the nozzle part by pressurization means (not shown) on the back side. Is done. The pressurization is performed continuously or intermittently at an appropriate pressure to keep the shape of the meniscus 13 constant. In order to perform more stable recording, it is preferable to provide a piezoelectric element 14 as another pressurizing means in the nozzle as shown in FIG. 1 and pressurize the high viscosity substance in synchronization with the voltage application to the recording electrode 12. . A piezoelectric element such as a piezo element is preferably used as the pressurizing means that can synchronize with voltage application.
[0014]
The front portion of the nozzle is an opening having a diameter of 200 μm or less, and a high-viscosity substance protruding further forward forms a hemispherical or cone-shaped meniscus 13. It is preferable to use a material having a high surface free energy such as Teflon so that the high-viscosity material does not spread out as the material in front of the nozzle. If the high-viscosity material spreads wet, the meniscus shape becomes unstable and remains as dirt when the power is turned off, which adversely affects subsequent recording.
[0015]
When the nozzle material is insulative, the recording electrode is disposed in the vicinity of the nozzle tip, but may be inside or outside the nozzle wall. Preferably, it is provided outside the nozzle wall in order to eliminate the influence of corrosion or the like due to the high viscosity substance. The distance from the nozzle tip of the recording electrode 12 is not particularly limited. From this, it can be seen that the recording principle of the present invention is completely different from the conventional electrostatic ink jet method. The present inventor has found that, when the position of the recording electrode is separated from the nozzle tip without changing the applied voltage, recording of a high-viscosity substance is possible even when the recording electrode is separated from the nozzle tip by 10 cm or more. I found it. Such a degree of freedom of electrode arrangement is a great advantage in the design of nozzles and further in the design of multi-nozzle heads.
[0016]
On the other hand, depending on the type of high-viscosity substance, defects such as corrosion and clogging due to contact with the recording electrode may be ignored. In this case, the nozzle is made of metal, and it is also possible to apply a signal voltage directly to the nozzle without providing a recording electrode.
[0017]
When the nozzle is disposed facing the transfer medium, there are the following two changes that occur in the meniscus portion at the tip of the nozzle due to voltage application to the recording electrode.
(1) The meniscus vibrates (stretches) in the direction of the transfer medium, and adheres to the transfer medium in a stretched state to form dots.
{Circle around (2)} The meniscus tip splits, and the separated droplets fly and adhere to the transfer medium to form dots.
Which of the above phenomena occurs depends not only on the type of high-viscosity substance, but also on how the voltage is applied and the nozzle material. Although it is possible to form sharp dots by any phenomenon, the principle of these phenomena is not well understood.
[0018]
The distance between the nozzle and the transfer medium is set in the range of 0.1 mm to 10 mm, more preferably 0.1 to 3 mm. If the distance is narrower than 0.1 mm, a stable meniscus cannot be formed, and it becomes impossible to follow the fine irregularities of the transfer medium. This is not preferable because dots are connected or missing. On the other hand, when the width is larger than 10 mm, the dots spread and a sharp image cannot be recorded.
[0019]
As the transfer medium, a metal cylinder laminated with a rubber layer is used. The properties required for transfer media are:
(1) Acceptability and transferability of high viscosity materials (2) Chemical resistance (3) Thickness accuracy (4) Elongation (5) Restorability (6) Impact resistance (7) Elasticity (hardness, compressibility)
(8) Surface properties (9) Detergency, etc., but it is necessary to design individually according to the high viscosity substance to be recorded. The hardness of the rubber layer is evaluated by a rubber hardness tester, but when used for general paper, one having a range of 78 ° to 80 ° is used. Those having a low hardness are thick paper and embossed paper having a rough surface, and those having a high hardness are used for metal printing, offset printing paper, and the like. When offset ink is used as the high-viscosity material, a blanket similar to that used in an offset printing machine can be used as a transfer medium, and various conditions such as nip pressure can be used as they are. In any case, in order to reduce the problem of untransferred, it is necessary to use silicon rubber for the rubber layer itself or to provide a layer having a low surface free energy such as silicon or fluororesin on the surface of the rubber layer. preferable.
[0020]
This recording method is a method in which a high-viscosity substance having a viscosity of 300 CPS or more is adhered to a transfer medium in a non-contact manner and then transferred to the recording medium to form a pattern. The high-viscosity material used is not limited in the form of liquid, colloid, paste, etc., as long as it has fluidity.
[0021]
Examples of high-viscosity substances that can be recorded in the present invention include resin materials such as UV curable resins, epoxy resins, and acrylic resins and solutions thereof, solid materials such as paraffin wax and carnauba wax liquefied by heating, copper phthalocyanine, and the like High-concentration dispersion of inorganic pigments such as organic pigments and titanium oxide, polyhydric alcohol materials such as glycerin, UV curable adhesives, hot melt adhesives, pressure sensitive adhesives, 1-component and 2-component epoxy systems Various adhesives such as adhesives, rubber adhesives, cyano adhesives, anaerobic adhesives, semiconductor-related materials such as conductive paste, cream solder, resist, silicon oil, industrial oil, engine oil, grease, etc. Various lubricants, sauces, food materials such as ketchup, enamel, lacquer, paint, various printing inks, concentrated liquids Toner, writing instrument inks, various coloring materials such as water-oil-based paints, and the like.
[0022]
The thing which has thixotropic property as a high viscosity substance preferable for using in this invention is mentioned. Thixotropy is a phenomenon in which the apparent viscosity temporarily decreases due to deformation, particularly shearing, and when it is allowed to stand, it returns to its original high viscosity state. This phenomenon is observed in certain colloidal systems, particularly suspensions, and has been confirmed in some polymer solutions. The decrease in viscosity in thixotropy is interpreted to be due to the continuous structure formed by the traction of the dispersed particles in the suspension being re-formed while the system is standing.
[0023]
When such a substance is used in the present invention, a viscosity gradient is generated in the high-viscosity substance in the nozzle due to the degree of shearing, which has a favorable effect on recording. That is, the tip of the meniscus is sheared by vibration or splitting due to a signal voltage to lower the viscosity, and the portion can move to the recording medium side with smaller energy. On the other hand, since a large shear is not applied except at the tip of the meniscus, the viscosity is sufficiently high and the transfer to the transfer medium side is relatively difficult. In addition, stabilization of the meniscus shape due to gravity and sagging of a highly viscous material during non-recording are unlikely to occur. Furthermore, from these characteristics, even when nozzles having the same inner diameter are used, smaller dots can be formed, and safety during continuous recording is improved.
[0024]
The degree of thixotropy described above includes η 1 ≧ 300 CPS and η 1 when the apparent viscosity η 1 at a shear rate of 0.1 (1 / sec) and the apparent viscosity at a shear rate of 100 (1 / sec) as η 2. 1 ≧ η 2
It is preferable to have the following relationship.
[0025]
When the high-viscosity substance used in the present invention does not have thixotropic properties, the so-called thixotropic agent can be added to impart thixotropic properties and improve the recording performance. A thixotropic agent is a substance that forms a certain structure in the system by adding a small amount, imparts an appropriate thixotropic property to the system, or gives a thickening effect, specifically, ultrafine silica. , Clay minerals such as montmorillonite and kaolinite and derivatives thereof, polyamide wax, hydrogenated castor oil, polyethylene oxide, surfactant and the like.
[0026]
Depending on the high-viscosity substance, the dots at the time of recording may not be dispersed and the thread may be pulled, resulting in a linear connection. In such a case, the recording characteristics are improved by heating the meniscus portion. The effect of heating is not only on the decrease in viscosity but also on the electrical conductivity and surface tension, and it seems that the recording characteristics are actually improved by these composites. The action of heating is complex and difficult to predict, but it has been confirmed that there is an optimal temperature range depending on the type of high viscosity material.
[0027]
The heating means may be provided with a heater in the nozzle, but is often not suitable for warming the meniscus portion. A method such as sending warm air to the meniscus portion or irradiating an infrared lamp is preferably used.
[0028]
FIG. 3 shows the configuration of the nozzle when heated by warm air. In the case of warm air, the safety of recording may be impaired depending on the wind direction. Therefore, in order to minimize the influence of the wind direction, as shown in FIG. It is preferable to enclose the cylindrical body or the rectangular parallelepiped 16 and to send warm air from the air blowing port and send it from the upper part of the nozzle toward the transfer medium.
[0029]
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a high viscosity substance recording apparatus to which the present invention is applied.
In this apparatus, a film-like recording medium is supplied from a roll, but the material and shape of the recording medium are not particularly limited.
A power source and a pulse generator (not shown) are connected to the electrode portion of the recording head 1 so that a voltage signal corresponding to the pattern can be applied. The heater 7 can supply hot air at a constant temperature from room temperature to 100 ° C., and the air volume can be adjusted. A pressurizing device 6 is connected to the rear portion of the recording head 1, and pressurization of a high-viscosity substance is performed to keep the meniscus shape constant. When recording a plurality of high-viscosity substances, this can be dealt with by arranging a plurality of similar heads.
[0030]
The high-viscosity substance recorded in a pattern on the transfer medium 2 on the rotating drum by the recording head 1 moves to the transfer portion by the rotation of the transfer medium drum, and is pressure-transferred onto the recording medium 3 wound around the surface of the copper 8. Is done. Thereafter, drying is performed according to the high-viscosity substance in the drying unit and fixed.
[0031]
Drying is performed by evaporation of a high-viscosity solvent, UV irradiation, EB irradiation, or the like. In the examples described below, since the high-viscosity substance is UV curable, the UV irradiation device 4 is used in the drying process. The recording medium which has been dried is cut into a desired size by the cutter 5, and a series of steps is completed.
[0032]
【Example】
A recording test of a high-viscosity substance was performed using the apparatus shown in FIG. The recording nozzle 1 was the same as that shown in FIG.
In this example, a UV curable ink for offset printing without water was used as the high viscosity substance. The rheological properties of this ink at 50 ° C. are shown in FIG. In FIG. 5, the horizontal axis is the shear rate (1 / s), and the vertical axis is the viscosity.
Further, Table 1 shows the apparent viscosity eta 2 at an apparent viscosity eta 1 and a shear rate of 100 (1 / sec) at a shear rate of 1.0 (1 / sec). It can be seen that this ink has sufficient thixotropy at 50 ° C.
[0033]
Figure 0004321831
The high viscosity material was recorded under the following conditions.
[0034]
Nozzle material: PP
Nozzle inner diameter (tip): 260 μm
Nozzle wall thickness: 125 μm
Recording electrode position: 3000 μm from the nozzle tip
Recording medium: Polycarbonate film Recording medium transport speed: 8 m / min
Transfer medium material: Silicon rubber Rubber layer thickness: 1.8mm
Hardness: 78 °
Nip pressure: 0.1mm
Signal voltage frequency: 1000Hz
Applied voltage: 4 kV
Nozzle heater temperature: 50 ° C
Nozzle back pressure: 0.5 bar
Nozzle-recording medium distance: 10 mm
Drying: It was confirmed by high-speed video that the meniscus at the tip of the nozzle vibrates in response to the application of the ultraviolet lamp signal voltage, and dots are successively formed on the transfer medium. When the high-viscosity substance image transferred to the recording medium was observed with a microscope, circular dots having a diameter of 60 μm were arranged at regular intervals without any omission of recording. Further, the image obtained from each dot having a thin film shape with a thickness of 1 μm or less exhibited a texture similar to that of offset printing.
Further, when the transfer medium after recording was observed, no transfer residue or dirt was observed, and it was confirmed that the transfer was performed with an efficiency of almost 100%.
[0035]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a high-viscosity substance having a viscosity of 300 CPS or more, which is impossible with conventional ink jet printing, can be recorded in thin thin dots and patterns. Further, even when recording on a medium such as plain paper, cloth, film, metal or the like as it is, an image having a texture similar to offset printing can be formed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an example of a nozzle used in the present invention.
FIG. 2 is a schematic view of a recording head constituted by a plurality of nozzle arrays of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a nozzle when heated by warm air.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a recording apparatus to which the present invention is applied.
FIG. 5 is a diagram showing rheological properties at 50 ° C. of UV curable ink for silk screen printing.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Recording head, 2 ... Transfer medium, 3 ... Recording medium, 4 ... UV irradiation apparatus, 5 ... Cutter, 6 ... Pressurization apparatus, 7 ... Heater, 8 ... Impression cylinder, 10 ... Nozzle, 11 ... High viscosity substance, DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 ... Recording electrode, 13 ... Meniscus, 14 ... Piezoelectric element, 15 ... Recording medium, 16 ... Cylindrical body or rectangular parallelepiped, 17 ... Transfer medium, 18 ... Impression cylinder, 20 ... Recording head.

Claims (16)

出口近傍のノズル壁外側に記録電極を配置したノズルに粘度300CPS以上の高粘度物質を充填し、ノズル背面から連続的或いは間欠的に加圧してノズル先端に高粘度物質が突出した部分を形成せしめた後、記録電極に画信号に応じた電気パルスを印加することにより、前記高粘度物質の突出部を振動させ、または前記高粘度物質の突出部から小滴を飛翔させ、ノズルに対向して配置された転写媒体に付着せしめた後、記録媒体に転写し、記録媒体上に高粘度物質の像を得ることを特徴とする高粘度物質の記録方法。 A nozzle having a recording electrode disposed outside the nozzle wall near the outlet is filled with a high-viscosity substance having a viscosity of 300 CPS or more, and a portion where the high-viscosity substance protrudes from the nozzle tip is formed by continuously or intermittently applying pressure from the back of the nozzle. After that, by applying an electric pulse corresponding to the image signal to the recording electrode, the protruding part of the high-viscosity substance is vibrated, or a small droplet is caused to fly from the protruding part of the high-viscosity substance, so as to face the nozzle. A method for recording a high-viscosity substance, comprising: adhering to a transfer medium arranged and then transferring the image to a recording medium to obtain an image of the high-viscosity substance on the recording medium. ノズルが絶縁性の物質からなる請求項1記載の高粘度物質の記録方法。The high viscosity substance recording method according to claim 1, wherein the nozzle is made of an insulating substance. ノズルが金属からなり、該金属部分が記録電極を兼ねる請求項1記載の高粘度物質の記録方法。2. A high viscosity substance recording method according to claim 1, wherein the nozzle is made of metal, and the metal portion also serves as a recording electrode. 記録電極への電圧印加と同期してノズル内の高粘度物質が加圧される請求項1記載の高粘度物質の記録方法。2. The high viscosity substance recording method according to claim 1, wherein the high viscosity substance in the nozzle is pressurized in synchronism with voltage application to the recording electrode. ノズル先端から記録媒体までの距離が0.1〜10mmである請求項1記載の高粘度物質の記録方法。2. A high viscosity substance recording method according to claim 1, wherein the distance from the nozzle tip to the recording medium is 0.1 to 10 mm. ノズル先端部の高粘度物質を加熱する請求項1記載の高粘度物質の記録方法。2. The high viscosity substance recording method according to claim 1, wherein the high viscosity substance at the nozzle tip is heated. 高粘度物質がチキソトロピー性を有する請求項1記載の高粘度物質の記録方法。The method for recording a high viscosity substance according to claim 1, wherein the high viscosity substance has thixotropic properties. 前記高粘度物質の剪断速度0.1(1/sec)における見かけ粘度をη1 、剪断速度100(1/sec)に於ける見かけ粘度をη2 としたとき、
η1 ≧300CPS、かつ
η1 ≧2η2
の関係を有する請求項1記載の高粘度物質の記録方法。
When the apparent viscosity at a shear rate of 0.1 (1 / sec) of the high-viscosity substance is η 1 and the apparent viscosity at a shear rate of 100 (1 / sec) is η 2 ,
η 1 ≧ 300 CPS and η 1 ≧ 2η 2
The high viscosity substance recording method according to claim 1, wherein:
前記高粘度物質が紫外線照射により硬化する請求項1記載の高粘度物質の記録方法。The method for recording a high viscosity substance according to claim 1, wherein the high viscosity substance is cured by ultraviolet irradiation. 粘度300CPS以上の高粘度物質が充填され、出口近傍のノズル壁外側に記録電極が配置されたノズルと、ノズル背面からノズル内の高粘度物質を加圧する加圧手段と、前記記録電極に画信号に応じた電気パルスを印加する印加手段と、ノズルに対向して配置された転写媒体と、転写媒体と対向して配置された記録媒体とを備え、前記加圧手段による加圧によりノズル先端に高粘度物質が突出した部分を形成せしめた後、記録電極に画信号に応じた電気パルスを印加することにより前記高粘度物質の突出部を振動させ、または前記高粘度物質の突出部から小滴を飛翔させ、ノズルに対向して配置された転写媒体に付着せしめた後、記録媒体上に転写し、記録媒体上に高粘度物質の像を得ることを特徴とする高粘度物質の記録装置。 A nozzle in which a high viscosity substance having a viscosity of 300 CPS or more is filled and a recording electrode is disposed outside the nozzle wall near the outlet, a pressurizing unit that pressurizes the high viscosity substance in the nozzle from the back of the nozzle, and an image signal to the recording electrode An application means for applying an electric pulse according to the above, a transfer medium disposed opposite to the nozzle, and a recording medium disposed opposite to the transfer medium. After forming the protruding portion of the high-viscosity material, an electric pulse corresponding to the image signal is applied to the recording electrode to vibrate the protruding portion of the high-viscosity material, or a small droplet from the protruding portion of the high-viscosity material. A high-viscosity material recording apparatus characterized in that the image of the high-viscosity material is obtained on the recording medium by flying and adhering to a transfer medium disposed opposite to the nozzle and then transferring the image onto the recording medium. ノズルが絶縁性の物質からなる請求項10記載の高粘度物質の記録装置。11. The high viscosity substance recording apparatus according to claim 10, wherein the nozzle is made of an insulating substance. ノズルが金属からなり、該金属部分が記録電極を兼ねる請求項10記載の高粘度物質の記録装置。11. The high viscosity substance recording apparatus according to claim 10 , wherein the nozzle is made of metal, and the metal portion also serves as a recording electrode. 前記加圧手段は記録電極への電圧印加に同期してノズル内部の高粘度物質を加圧する請求項10記載の高粘度物質の記録装置。11. The high-viscosity substance recording apparatus according to claim 10, wherein the pressurizing means pressurizes the high-viscosity substance inside the nozzle in synchronization with voltage application to the recording electrode. ノズル先端から記録媒体までの距離が0.1〜10mmである請求項10記載の高粘度物質の記録装置。11. The high viscosity substance recording apparatus according to claim 10 , wherein the distance from the nozzle tip to the recording medium is 0.1 to 10 mm. ノズル先端部の高粘度物質を加熱する加熱機構を設けた請求項10記載の高粘度物質の記録装置。11. The high viscosity substance recording apparatus according to claim 10, further comprising a heating mechanism for heating the high viscosity substance at a nozzle tip. 記録媒体上に高粘度物質を付着せしめ、続いて紫外線照射を行う請求項10記載の高粘度物質の記録装置。The high viscosity substance recording apparatus according to claim 10 , wherein the high viscosity substance is deposited on the recording medium, followed by ultraviolet irradiation.
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