JP4332234B2

JP4332234B2 - 印刷方法および印刷装置

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Publication number: JP4332234B2
Application number: JP03687298A
Authority: JP
Inventors: ディー．ロスジョセフ
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1997-02-21
Filing date: 1998-02-19
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2018-02-19
Also published as: GB2322597A; GB2322597B; US6354700B1; FR2759942A1; FR2759942B1; JPH1110930A; GB9802357D0

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射エネルギーにより硬化することができるインクを使用する印刷方法および装置に関する。上記方法および装置は、インク・ジェット・プリント・ヘッドおよび熱転写印刷プリント・ヘッドと一緒に使用することができる。
【０００２】
【従来の技術、及び、発明が解決しようとする課題】
放射エネルギーにより硬化することができるインクを使用する、従来の印刷プロセスおよび装置、特にインク・ジェット・プリント・ヘッド、および熱転写プリント・ヘッドを使用する従来の印刷プロセスおよび装置の場合には、光または他の放射エネルギーを、カラー・インク層に浸透させるのが困難である。顔料および染料は、放射エネルギーを阻止または吸収して、重合化を開始させるのに使用できるエネルギーを減少させ、多くの場合表面で硬化を起こさせてしまう。硬化の程度は、インク層内での深さが深くなれば深くなるほど少なくなる。上記顔料および染料と一緒に使用した場合に、放射硬化インクをもっと完全に硬化する方法および装置を提供することが望ましい。
【０００３】
印刷速度が速く、コストが安いので、技術が進歩するにつれて、インク・ジェット・プリンタはますます広く使用されるようになってきている。通常のインク・ジェット・プリンタは、関連する複数のノズルを通して、インクの粒子を押し出すための、複数のアクチュエータ素子を使用することによって動作する。米国特許第４，５１６，１４０号は、通常のインク・ヘッド・アクチュエータを開示している。各アクチュエータ素子は、通常、タンクから供給されるインクで満たされている室内に位置している。各アクチュエータ素子は、上記室の一部を形成しているノズルと関連する。特定のアクチュエータ素子にエネルギーを供給すると、インクの粒子が圧力または気化により、ノズルから印刷媒体の方向に押し出される。静電界によりノズルを通してインクを引き出す、アクチュエータ素子も周知である。ほとんどの構成の場合、ノズルを含むプリント・ヘッドは、ガイド・レール上の印刷媒体上を横方向に反復して移動する。各移動が終了した後、印刷媒体は、次の行を印刷するために、印刷幅だけ前進する。大型プリンタのような、ある種の構成の場合、プリント・ヘッドは、印刷媒体の幅全体を端から端までカバーする。指定の数の増分のところで、各ノズルは、インクを噴出したり、インクの噴出を抑えたりする。印刷媒体上を移動することによって、コラム状に配置されたノズルの数の幅にほぼ匹敵する幅を印刷することができる。
【０００４】
上記の従来のインク・ジェット印刷方法および装置は、種々の欠点を持つ。このような印刷方法は、多くの場合解像力および品質に問題があり、ある場合には、使用するインクの粘度が低くなければならないために、印刷速度が低いという欠点がある。インクの粘度が低くなければならないのは、プリント・ヘッドからインクを、噴出させる必要があるからである。そのため、多くの場合、溶媒の量を多くする必要がある。溶媒の量が多い場合、急速に乾燥することができるようにするためには、印刷媒体にインクを染み込ませる必要がある。このようなインクが印刷媒体に染み込むと、縁部の印刷が不鮮明になりがちである。吸収性の印刷媒体に染み込んだ場合には、いくつかの色のインクが相互に混合する場合がでてくる。透明フィルムのように、印刷媒体のインクの吸収速度が遅い場合には、インクは、表面張力により凝集しがちである。さらに、印刷速度が遅くなる。何故なら、非吸収性の基板上においては、インクが乾燥するのに長い時間が掛かるからである。インク・ジェット印刷の場合のもう一つの問題は、紙のシワである。紙にシワがあると、インクが染み込むと、印刷媒体が膨張し、紙が反る（すなわち、シワがよる）。印刷の品質および印刷速度が、インクが含む大量の溶媒によって影響を受けない、インク・ジェット印刷方法および装置を供給する必要がある。
【０００５】
熱転写印刷の場合には、薄いフィルム抵抗体を持つ印刷リボンの、非常に正確な領域を加熱することによって、印刷対象の基板上に画像が形成される。この局部的な加熱により、インクまたは他の感熱剤が、リボンから、印刷対象の基板へと転写される。上記感熱剤は、通常、顔料または染料である。これらの技術は、印刷対象の基板内に浸透する必要がない高粘度のインクを使用するインク・ジェット法より、優れた解像度と品質を持つ画像を提供する。印刷速度は、インクの浸透により遅くなることはない。しかし、紫外線硬化性インクおよび可視光線硬化性インクは、表面で硬化を起こす。何故なら、放射エネルギーの浸透に限界があるからである。
【０００６】
本発明の一つの目的は、放射エネルギー硬化性インクを使用する印刷方法および装置を提供することである。
【０００７】
第一の観点から見た場合、本発明は、
ａ）インクが、放射エネルギー硬化性インクであり、画像が、上面と下面とを持つ場合に、インク源から、中間基板の表面上にある画像を形成するために、インクを塗布するステップと、
ｂ）インク画像を少なくとも部分的に硬化させるために、上記中間基板上のインク画像の少なくとも上面を放射エネルギーに露出するステップと、
ｃ）印刷対象の基板上に転写インク画像を形成する際に、インク画像の上面および下面が反転するように、上記中間基板上の露出インク画像を、印刷対象の基板に転写するステップとを特徴とする印刷方法である。その後、さらにインクを硬化させるために、印刷対象の基板上の転写されたインク画像に対して、放射エネルギーが照射される。
【０００８】
一つの好適な実施形態の場合には、インク・ジェット・プリント・ヘッドにより、中間基板上にインクが塗布されるが、しかし、熱転写印刷のような他の印刷技術も同様に使用することができる。放射エネルギーは、好適には、紫外線であることが好ましいが、可視光線または赤外線も同様に使用することができる。転写の前または後でインクを硬化させる場合には、インクの両面を硬化させ、よりよく放射エネルギーを浸透させ、一方の面だけで硬化させないようにすることができる。
【０００９】
本発明の他の実施形態の場合には、中間基板の表面上に形成されたインク画像は、周囲温度より高い温度に加熱し、転写画像を周囲温度まで冷却させる。その後での印刷対象の基板上の転写インク画像への放射エネルギーの照射は、してもしなくてもよい。
【００１０】
他の観点から見ると、本発明は、印刷対象の基板上に画像を印刷するための装置であって、
ａ）放射エネルギー硬化性インクを使用して、基板上に画像を形成することができるプリント・ヘッドを備え、
ｂ）その表面上に、プリント・ヘッドにより形成されたインク画像を、印刷できるように配置されている中間基板と、
ｃ）プリント・ヘッドに対して、インク画像が印刷される中間基板の面を、移動させるためのに前進手段と、
ｄ）上記中間基板の表面上のインク画像に、放射エネルギーを照射するように配置されている放射エネルギー硬源と、
ｅ）インク画像が印刷対象の基板上に転写されるような方法で、印刷対象の基板が、中間印刷対象の基板上のインク画像に接触し、重なるように、印刷対象の基板を移動させることができる送り手段とを特徴とする装置である。
【００１１】
さらにインクを硬化させるために、転写したインク画像に放射エネルギーを照射するために、第二の放射エネルギー源を設置することもできる。
【００１２】
プリント・ヘッドは、インク・ジェット・プリント・ヘッドでも、熱転写プリント・ヘッドでもよい。本発明の一つの実施形態の場合には、中間基板上のインク画像を、周囲温度以上に加熱するための加熱手段が設置されている。さらにインクを硬化させるために、第二の放射エネルギー源を使用してもよいし、しなくてもよい。
【００１３】
本発明のいくつかの例示としての実施形態を、添付の図面を参照しながら説明する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明は、通常は、プリント・ヘッドである、画像を形成するための手段から独立している、印刷方法およびプリンタに関する。放射エネルギー硬化性インクで、画像を形成することができるものなら、プリント・ヘッドに関しては特に制限はない。適当なプリント・ヘッドは、インク・ジェット・プリント・ヘッドおよび熱転写プリント・ヘッドを含む。適当なインク・ジェット・プリント・ヘッドとしては、圧電クリスタルまたは静電界により、熱的に作動するプリント・ヘッドがある。本明細書に記載するいくつかの実施形態においては、、上記プリント・ヘッドを、インク・ジェット・プリント・ヘッドと呼ぶが、本発明はそれに限定されない。
【００１５】
本発明の印刷プロセスおよびプリンタは、放射エネルギー硬化性インク、および放射エネルギー硬化性インクにより、インク画像がその上に形成される中間基板を使用する。中間基板を使用することにより多くの利点が得られる。すなわち、１）放射エネルギー硬化性インクに対する二段階硬化により、より完全により迅速に硬化させるために、インク画像の両面に、放射エネルギーを照射することができる。また、２）溶媒の浸透が、最終印刷媒体上で起こらない硬化を行うことができる等の利点が得られる。
【００１６】
図１は、本発明のプリンタ２００であり、主として本発明の印刷方法の一例を示す。プリンタ２００は、画像形成部材５５として、二つのインク・ジェット・プリント・ヘッド５０を使用する。しかし、本発明のプリンタおよびプロセスは、ａ）単一のインク・ジェット・プリント・ヘッドと、
ｂ）二つまたはそれ以上のインク・ジェット・プリント・ヘッドと、
ｃ）熱転写プリント・ヘッド、および画像形成部材として、インクを塗布するための他の手段を含む。プリンタ２００内で使用する中間基板は、転写ローラ１０である。インク・ジェット・プリント・ヘッド５０は、インクＢを表面１１上の塗布することにより、転写ローラ１０上にインク画像を形成する。転写ローラ１０の表面１１は、画像形成部材５５に対して移動するので、その上にインクＢをさらに塗布することができる。前進機構が、上記移動を行う。圧力ローラ５２は、プリンタ２００に対して、前進機構の働きをする。圧力ローラ５２は、印刷対象の基板Ａを、ローラ５２と転写ローラ１０との間で移動させながら、その軸５３を中心にして、転写ローラ１０を回転させる。前進機構の構造は種々様々に変えることができるが、転写ローラ１０を、軸５３を中心に回転するための簡単な駆動手段を含む。
【００１７】
放射エネルギー５１が、転写ローラ１０の表面１１のインク画像Ｘを照射する。インク画像は、この放射エネルギー照射により、少なくとも部分的に硬化する。上記の照射されたインク画像は、その後、印刷対象の基板Ａに転写される。この転写は、印刷対象の基板が、中間基板上のインク画像と接触し、重なるように、印刷対象の基板を移動することができる送り機構により行われる。プリンタ２００においては、圧力ローラ５２は、印刷対象の基板が、転写ローラ１０の表面上インク画像Ｘに接触し、重なるように、印刷対象の基板Ａを移動する送り機構の働きをする。ローラ５２の圧力により、インク画像Ｚを形成するために、印刷対象の基板Ａにインク画像Ｘが転写される。上記送り機構の構造および動作は種々様々である。中間基板上の露出インク画像Ｘの印刷対象の基板への転写は、転写された画像Ｚを形成する際に、インク画像Ｘの上面Ｔおよび下面Ｌを反転することにより行われる。プリンタ２００においては、第二の放射エネルギー源５６が、転写インク画像Ｚを放射エネルギーで照射する。上記第二の放射エネルギー源は、本発明のいくつかの実施形態の場合には、オプションとしての機構であり、その場合、放射エネルギー源５１は、インク画像を不完全にしか硬化しない。
【００１８】
図２は、放射エネルギー源を、一つしか使用しないプリンタの一実施形態である。プリンタ２０１は、転写ローラ１０の表面１１上に、インクＢを塗布する画像形成部材６５として、インク・ジェット・プリント・ヘッド６０を備える。図１のプリンタ２００で使用されている前進機構が、プリンタ２０１で使用されている。圧力ローラ５２は、インク・ジェット・プリンタ・ヘッド６０に対して、表面１１を移動させるために、回転転写ローラ１０で前進機構としての働きをする。電球１５０、すなわち、放射エネルギー源１５１は、転写ローラ１０の表面１１上のインク画像Ｘを、放射エネルギーで照射し、インク画像Ｘを完全に硬化することができる。プリンタ２０１は、さらに、インク画像Ｘを、周囲温度以上に加熱するための手段を含む。電球１５０は、また、インク画像Ｘを、周囲温度以上の温度に、加熱するための手段として働く。他の実施形態の場合には、転写ローラ１０を予熱するが、この予熱は、熱抵抗ヒータ３１により行うことができる。これら部材は、乾燥状態のトナーを溶解する従来のレーザ・プリンタ、および写真複写機で使用される転写ローラと、同様の方法で構成することができる。その後、露出され、加熱されたインク画像Ｘは、図１のプリンタ２００のところで説明した方法で、圧力ローラ５２により、印刷対象の基板Ａ転写される。インクが完全に硬化している場合には、転写したインク画像Ｚを第二の放射エネルギー源により照射する必要はない。しかし、硬化させ、粘り気を少なくするために、転写したインク画像を、周囲温度まで冷却することができる。
【００１９】
粘り気を増すために、中間基板上にインクを、図２のプリンタ２０１の放射エネルギー源、圧力ローラ５２からの熱の移動、抵抗ヒータまたは熱風（図示せず）等のような多くの方法で加熱することができる。
【００２０】
いくつかの装置を組み合わせたものを、インク画像を加熱するために使用することができる。このような加熱手段を、図１のプリンタ２００のように、二つの放射エネルギー源を持つプリンタと一緒に、オプションとして使用することができる。
【００２１】
プリンタ２００および２０１は、それぞれバリヤ２５を含む。このバリヤは、画像形成部材５０および６０を、放射エネルギーから隔離する働きをする。上記バリヤはオプションであり、放射エネルギー源および画像形成部材の位置により、なくてもすむ。プリンタ２００および２０１は、また、それぞれ、オプションとしての清掃バー３０を含む。上記清掃バーは、中間基板から印刷対象の基板へ転写しなかった、すべての残りのインクを除去する。
【００２２】
放射エネルギー源が放射する放射エネルギーは、好適には、紫外線、可視光線、赤外線またはこれら光線を組み合わせたものが好ましい。選択した放射エネルギー源は、使用するインクに対する硬化機構によって違ってくる。紫外線によって硬化したインクは、普通のインクであり、上記の放射エネルギー源を使用することが好ましい。
【００２３】
本発明のプロセスおよび装置は、放射エネルギーによる完全に硬化するのが難しい場合に、中間基板から、印刷対象の基板へインク画像を転写する場合に、反転することにより、上面および下面の両方に、放射エネルギーを照射することができるという利点を持つ。インクは、印刷対象の基板に転写した場合に、完全に硬化するように調製することができる。単一の放射エネルギー源により完全硬化するように調製されたインクは、また、中間基板を使用することにより、さらに有利になる。すなわち、上記プリント・ヘッドからのインク画像の塗布と形成を助けるために必要な溶媒内にインク・ジェット・プリント・ヘッドにより塗布されたものが、インク画像を加熱することにより除去され、それにより、上記溶媒の紙のような印刷対象の基板上への衝撃が、少なくなる。中間基板上のインク画像を加熱することにより、反応速度が速くなる。インク画像を柔らかくし、印刷対象の基板に転写し、その上でインク画像が室温で粘り気のない固体にするためには、完全に硬化したインク画像を、周囲温度以上に加熱する必要がある。
【００２４】
すでに説明したように、本発明のプリンタで使用される画像形成部材の構造は、インク・ジェット・プリント・ヘッドから、熱転写プリント・ヘッドまで種々様々に変化させることができる。上記プリント・ヘッドは、従来のプリント・ヘッドをそのまま使用することができる。熱式のものであれ、静電式のものであれ、圧電クリスタルにより作動すタイプのものであれ、上記プリント・ヘッドは、好適には、種々の色を内蔵するために複数のノズルを持つことが好ましい。熱転写プリント・ヘッドは、塗布したインクが周囲温度では固体であり、最終的にインク画像を、中間基板から印刷対象の基板に、転写することができるようにするためには、インクを加熱する必要があるので、人気の点で劣る。
【００２５】
画像形成部材は、プリント・ヘッドが、上記前進機構の移動方向に垂直な方向に、中間基板面を横切ることができるように、ガイド・レールまたは他の機構を含むことができる。図３は、四つのノズル３０２を持つ、インク・ジェット・プリント・ヘッド３０１を備える画像形成部材３００の上記実施形態である。プリント・ヘッド３０１は、ガイド・レール３０５上に装着され、駆動ネジ３０６は、プリント・ヘッド３０１を通してネジ込まれ、その結果、駆動ネジ３０６をネジ回し３０９により、時計方向および反時計方向に回転すると、プリント・ヘッド３０１は、ガイド・レール３０５に沿ってスライドする。画像形成部材は、転写媒体の幅全体または図６に示すその実質的な部分をカバーする、プリント・ヘッドを備えることができ、この場合、画像形成部材４００は、ガイド・レール４０５上に装着された複数のノズル４０２を持つプリント・ヘッド４０１を備える。
【００２６】
中間基板は、好適には、図１および図２に示すように、ドラムまたはローラであることが好ましい。しかし、必要に応じて、中間基板の寸法および形状をかなり変化することができる。例えば、中間基板は、個々のプレートまたは連続したベルトまたはリボンを備えることができる。
【００２７】
図４は、中間基板が連続したベルトまたはリボンである、本発明の一実施形態である。図４は、中間基板として連続ベルト７を使用する本発明のプリンタ５００を示す。熱転写印刷リボン６と熱転写プリント・ヘッド４とを組み合わると、画像形成部材２を作ることができる。リボン６のインク９は、インク画像Ｘの形で、連続ベルト７に転写される。連続ベルト７は、一連の駆動ローラ１５およびガイド・ローラ２２により、画像形成部材２に対して移動する。放射エネルギー源３は、連続ベルト７上の画像Ｘを照射する。送り機構３が、印刷対象の基板Ａを移動させ、その結果、印刷対象の基板は、連続ベルト７上のインク画像Ｘと接触し、重なり、インク画像Ｘを印刷対象の基板Ａに転写する。送り機構３は、印刷対象の基板Ａを圧力ローラ１２へ送り、この圧力ローラは、インク画像Ｘを転写するために、印刷対象の基板Ａを連続ベルト７に押しつけるドライブ・ローラ１０を備える。必要な場合には、印刷対象の基板上の転写インク画像Ｚに対して、第二の放射エネルギー源３８から照射が行われる。粘り気を高め、印刷対象の基板への転写を改善するために、インク画像Ｘが加熱される。プリンタ５００においては、放射エネルギー源３７により、圧力ローラ１２を通して、インク画像Ｘに熱が加えられる。
【００２８】
図５は、他の実施形態であるプリンタ５０１である。このプリンタは、画像形成部材６５として、インク・ジェット・プリント・ヘッド６０を使用し、画像Ｘを加熱するために、図４のプリント・ヘッド４類似の熱転写プリント・ヘッド１を使用する。プリント・ヘッド１は、放射エネルギーで照射した後で、連続リボン７から印刷対象の基板Ａに、インク画像を転写する。中間基板は、ベルトそれ自身でなくてもよく、またベルト上に位置する平らな基板または三次元基板であってもよい。上記実施形態の場合には、インクを、瓶、ジャーおよび箱のような三次元の基板上に塗布することができる。
【００２９】
最も普通の印刷対象の基板は、ストリップ紙、アート紙、カラー紙および連続ロールを含む紙のシートである。しかし、本発明の方法および装置は、印刷対象の基板としての、プラスチック・シート、プラスチック・フィルム、およびプラスチック瓶またはボール紙の箱のような、三次元の対象物と一緒に使用するのにも適している。
【００３０】
前進機構および送り機構の構成および構造を、種々様々に変化させることができることは明らかである。中間基板を前進させるために、モータ、プーリ、チェーン、空気圧装置のような駆動手段を使用することができる。インク画像を転写させるため、平らな印刷対象の基板を前進させる目的で、種々の圧力ローラおよび送り構成を使用することができる。瓶または箱のような三次元の基板用には、もっと複雑な組立を必要とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】中間基板として転写ローラを使用する、本発明のプリンタの一実施形態の略図である。
【図２】中間基板として転写ローラを使用する、本発明のプリンタの他の実施形態の略図である。
【図３】本発明内で使用するのに適する、インク・ジェット・プリント・ヘッド用のカートリッジの略図である。
【図４】中間基板として連続ベルトまたはリボンを使用する、本発明のプリンタの一実施形態の略図である。
【図５】中間基板として連続ベルトまたはリボンを使用する、本発明のプリンタの他の実施形態の略図である。
【図６】全幅インク・ジェット・プリント・ヘッドの略図である。

Claims

印刷対象の基板（Ａ）上に画像を印刷するための装置であって、
ａ）放射エネルギー硬化性インクを使用して、基板上に画像を形成することができるプリント・ヘッド（５０、６０、３０１、４０１、９）を備え、
ｂ）その表面（１１）上に、プリント・ヘッド（５０、６０、３０１、４０１、９）により形成されたインク画像（Ｘ）を、印刷できるように配置されている中間基板（１０、７）と、
ｃ）プリント・ヘッド（５０、６０、３０１、４０１、９）に対して、インク画像が印刷される中間基板（１０、７）の面（１１）を移動させるための前進手段（５２）と、
ｄ）上記中間基板上（１０、７）の表面（１１）上のインク画像（Ｘ）に、放射エネルギーを照射するように配置されている、放射エネルギー源（５１、１５１、３７）と、
ｅ）インク画像（Ｘ）を、印刷対象の基板（Ａ）上に転写し、その上に転写インク画像（Ｚ）を形成するような方法で、印刷対象の基板（Ａ）が、中間印刷対象の基板（１０、７）上のインク画像に接触し、重なるように、印刷対象の基板（Ａ）を移動させることができる送り手段（５２、３）と、
ｆ）上記転写インク画像（Ｚ）に放射エネルギーを照射する第二の放射エネルギー源（５６、３８）と
を備える印刷装置であって、上記プリント・ヘッド（５０、６０、３０１、４０１、９）が、バリヤ（２５）、又は上記放射エネルギー源および上記プリント・ヘッド（５０、６０、３０１、４０１、９）の位置により、放射エネルギーから隔離されている印刷装置。
印刷対象の基板（Ａ）上に画像を印刷するための装置であって、
ａ）放射エネルギー硬化性インクを使用して、基板上に画像を形成することができるプリント・ヘッド（５０、６０、３０１、４０１、９）を備え、
ｂ）その表面（１１）上に、プリント・ヘッド（５０、６０、３０１、４０１、９）により形成されたインク画像（Ｘ）を、印刷できるように配置されている中間基板（１０、７）と、
ｃ）プリント・ヘッド（５０、６０、３０１、４０１、９）に対して、インク画像が印刷される中間基板（１０、７）の面（１１）を移動させるための前進手段（５２）と、
ｄ）上記中間基板上（１０、７）の表面（１１）上のインク画像（Ｘ）に、放射エネルギーを照射するように配置されている、放射エネルギー源（５１、１５１、３７）と、
ｅ）インク画像（Ｘ）を、印刷対象の基板（Ａ）上に転写し、その上に転写インク画像（Ｚ）を形成するような方法で、印刷対象の基板（Ａ）が、中間印刷対象の基板（１０、７）上のインク画像に接触し、重なるように、印刷対象の基板（Ａ）を移動させることができる送り手段（５２、３）と
を備える印刷装置であって、上記中間印刷対象の基板（１０、７）上のインク画像（Ｘ）が、周囲温度より高い温度に加熱され、上記印刷対象の基板（Ａ）上の転写インク画像（Ｚ）が周囲温度まで冷却される印刷装置。
上記転写インク画像（Ｚ）に放射エネルギーを照射する第二の放射エネルギー源（５６）をさらに備える、請求項２に記載の印刷装置。
上記中間印刷対象の基板（１０、７）上の上記インク画像（Ｘ）が、上記中間印刷対象の基板（１０、７）を予熱することにより、周囲温度を超える温度に加熱される、請求項２に記載の印刷装置。