JP4526863B2

JP4526863B2 - 使用紙再生装置および使用紙再生方法

Info

Publication number: JP4526863B2
Application number: JP2004132234A
Authority: JP
Inventors: 春生井堀; 雅治藤井; 英樹二宮
Original assignee: Shikoku Research Institute Inc
Current assignee: Shikoku Research Institute Inc
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2024-03-31
Also published as: JP2005292747A

Description

本発明は、コピーあるいは印刷済みの用紙の着色性材料および接着剤を除去して、再度使用可能とするリサイクル方法及び装置に係るものである。

近年、ペーパーレスが叫ばれる中、コピーなどの印刷物は未だ多量に使用されており、使用済みの紙は回収され再生紙とするが、多大の回収労力や再生費用が必要である。

この作業を軽減化するためにトナーやインクを除去する装置によって手軽に再利用可能な方法が模索されており、これまでに化学的に処理する装置や物理的に処理する方法が開発されている。

しかしながら、これらの方法での再利用は、その装置で印刷したものに限られる。すなわち、特殊なインクを用いるとか、あるいは、予め再生しやすいように印刷しておくなどの処理が必要である。（たとえば特許文献１）

また、特開平１１−１３３８２２号公報では、印刷紙から着色性材料を除去するために照射するレーザ光のパルス幅、照射強度、照射時間を印刷紙が熱損傷しない範囲に設定することを特徴としているが、それらの値を式（特開平１１−１３３８２２号公報の数１）を用いて説明しているのみにとどまり、具体的に装置を提供するために必要な値については明記されていない。さらに、この式では照射強度が小さくても、照射時間を長く、あるいはパルス幅を長くすれば、着色性材料の除去が可能としているが、実際はある閾値以上の照射強度がないと長時間照射しても着色性材料を除去できない。また、熱作用を持ったレーザ光では、接着剤が再融解し、かえって着色性材料を除去することが困難になるため、印刷紙の熱損傷を考慮するだけではこれらの値を決定することはできないという問題点を抱えている。
印字消去機能付き印刷装置：特許公開平０６−３２０８４１レーザによる着色性材料除去装置：特許公開平１１−１３３８２２

本発明は、前記従来の技術の欠点を克服しようとするものであり、汎用のプリンタやコピー機によって印刷された用紙から印刷部分を除去し、用紙および着色性材料と接着剤を再利用可能な状態に戻す装置を作成できる再生方法を具体的な数値をあげて提供することを目的とする。

第１発明の使用紙再生装置は、印刷された紙に、300ｎｍから800ｎｍの波長のレーザ光を照射して、紙からトナーを除去する使用紙再生装置であって、パルス幅が１μｓ以下、かつ、１回あたりのエネルギーが４ｍＪ／ｍｍ ^２から２０ｍＪ／ｍｍ ^２のパルス光となるように、前記レーザ光が制御されており、該レーザ光を、印刷された紙における同一箇所に複数回照射するものであることを特徴とする。
第２発明の使用紙再生装置は、第１発明において、前記レーザ光を、紙における印刷された部分のみに照射することを特徴とする。
第３発明の使用紙再生方法は、印刷された紙に対し、300ｎｍから800ｎｍの波長のレーザ光を照射して、紙からトナーを除去する使用紙再生方法であって、パルス幅が１μｓ以下、かつ、１回あたりのエネルギーが４ｍＪ／ｍｍ ^２から２０ｍＪ／ｍｍ ^２のパルス状のレーザ光を、印刷された紙における同一箇所に複数回照射することを特徴とする。
ことを特徴とする。

本発明の使用紙再生装置または使用紙再生方法によれば、トナー除去のためのレーザ照射条件が明確に提供されると共に、トナーを除去して、再び使用可能な用紙とトナーを提供することができる。さらに汎用のコピー機およびプリンタの機種を問わず、再生が可能である。

以下、本発明の実施の形態にかかる使用紙再生装置を図面に基づいて説明する。

図１は本発明を実現するためのレーザ照射条件を導くためのひとつの実施形態としての装置構成を示す。図１において、パルスレーザ発振装置１１１、集光レンズ１１２、印刷紙移動用ｙｚステージ１１４が用いられている。１１５は再生される印刷紙である。パルスレーザ発振装置１１１から出射されたレーザ光１１３は、集光レンズ１１２により集光され、印刷紙１１５に照射される。印刷紙移動用ｙｚステージ１１４により、印刷紙１１５をｙおよびｚ方向に移動させることで印刷紙全体にレーザ光を照射することが可能である。

１０６４ｎｍの波長の赤外線レーザを用いて、トナー除去と紙への熱損傷を実験的に調査したところ、紙に熱損傷を与えないレーザ強度で照射時間あるいはパルス幅を長くすると、トナー中の接着剤が再融解して、かえって着色性材料を除去することが困難になることが明らかとなった。さらに、紙への熱損傷を与えないで着色性材料を除去できるレーザ強度で、赤外線レーザ光を照射し、着色性材料が除去された部分を赤外線吸光分析装置（ＦＴＩＲ）によって解析したところ、トナー中の接着剤として使用されている成分が残留していることが明らかとなった。これらのことから、パルスレーザ発振装置１１１に使用されるレーザは、熱作用が小さく、印刷紙と未使用紙（白色紙）の反射率の差が大きい３００ｎｍから８００ｎｍの波長領域を用いる必要がある。さらに、トナー中の接着成分を再融解しない１μｓ以下のパルス幅でなければならない。本実施例では、５３２ｎｍの波長で８ｎｓのパルス幅を有するレーザ光を使用した。

レンズと印刷紙との間の距離を変えて、印刷紙に１回当たり１ｍＪ／ｍｍ^２から５０ｍＪ／ｍｍ^２までのエネルギーのレーザ光を照射した。図２に異なる機種によって印刷された用紙において、同一箇所に３回レーザを照射した時の１回当たりに照射されるエネルギー密度と白色度の関係を示す。ここで白色度とは、白色紙に黒色トナーを付着させこれをレーザ照射によって除去した後の用紙の白さを示すものであり、トナーの除去程度を示す。市販の未使用コピー用紙の白色度は９９．６％、未使用再生紙は９８％である。図２における実験結果のグラフにおいて、機種に関係なく、１回当たり４ｍＪ／ｍｍ^２以上のエネルギーでトナーの除去が確認できた。さらに６ｍＪ／ｍｍ^２以上のエネルギーのレーザ光を照射することによって再生紙以上の白色度が得られることが明らかとなった。また、１回当たり２０ｍＪ／ｍｍ^２以上のエネルギーで照射すると用紙が破損することがわかった。

図２において、１２ｍＪ／ｍｍ^２×３回のレーザ光照射で、もっとも白色度が高くなるが、トータルエネルギーに相当する３６ｍＪ／ｍｍ^２のエネルギーを１回で照射すると紙が破損するため、紙が破損しないエネルギーで複数回に分けて照射するのが良いことがわかった。

単位面積あたり等しいエネルギーを照射すれば、印刷部分の除去には繰り返し周波数は依存しないことが図３に示される周波数と白色度の関係を調べた実験結果より明らがとなった。したがって、パルスレーザ発振装置１１１に使用されるレーザの発振の繰り返し周波数はが高ければ高いほど再生に必要な時間を短くすることができる。

図４は本発明を実現するためのひとつの実施形態としての装置構成を示す。図４において、パルスレーザ発振装置１１１、回転ミラー１１６、ｆθレンズ１１７、印刷紙移動ローラ１１８、制御装置１１９、トナー回収ノズル１２０、トナー回収ボックス１２１が用いられている。

パルスレーザ発振装置１１１は本発明の請求項１ないし請求項４を満たすレーザ光を発振する装置であり、出射したレーザ光１１３は、回転ミラー１１６によって、帯状に走査され、ｆθレンズ１１７を通った後、印刷紙１１５に照射される。ｆθレンズ１１７を使用することによって、印刷紙１１５に照射されるレーザ光のエネルギー密度を一定とすることができる。

制御装置１１９では、従来技術を用いることでパルスレーザ発振装置１１１のレーザ光発振および回転ミラー１１６の回転速度および用紙移動ローラ１１８の紙送りを同期または遅延制御する。具体的にはパルスレーザ装置１１１のレーザ発振の繰り返し周波数に応じて、回転ミラー１１６の回転数を制御し、照射部分が重ならないように、なおかつ、隙間なくレーザが照射されるようにする。回転ミラー１１６の回転によってｘ方向に印刷紙１１５の端から端までトナー除去に必要な回数だけ複数回走査した後に、レーザ発振を停止し、印刷紙１１５を用紙移動ローラ１１８によって、レーザ光の幅だけｙ方向に移動させて、再び発振を開始して、レーザを照射する。この作用を用紙全体に施すことによって、印刷部分が除去され、再利用可能な用紙となる。

さらに、請求項４に記載の印刷部分のみにレーザ光を照射することによって、レーザのランニングコストを下げると共に、紙の不必要な損傷を抑えることができ、再生利用回数が向上する。この実施形態のひとつとして、図示しないが、従来技術のスキャナ機能を設けることによって予め印刷部分の位置を判断し、印刷箇所がある場合にパルスレーザ装置１１１を発振し、印刷箇所がない場合にはパルスレーザ装置１１１の発振を停止するといった発振制御をおこなうことによる実施の形態がある。

請求項５に対応する実施の形態として、レーザ照射部１２２に平行してトナー回収ノズル１２０および回収したトナーを収集する回収ボックス１２１を設けることで、回収ボックスに収集されたトナーは再利用が可能である。なお、トナーの回収方法は、従来技術である電気集塵法あるいは吸引法を用いればよい。

また、図示しないが、従来技術の印刷機能を付加し、トナーが除去された印刷紙１１５を印刷装置に送り出すようにすることで、印刷紙再生機能が付加された印刷装置とすることが可能である。

本発明を実現するためのレーザ照射条件を導くための実施の形態の構成を示す説明図である。異なる機種によって印刷された用紙において、同一箇所に３回レーザを照射した時の１回当たりに照射されるエネルギー密度と白色度の関係を示すグラフである。単位面積あたり等しいエネルギーを照射したときの繰り返し周波数と白色度の関係を示すグラフである。本発明の用紙再生法を実現するためのひとつの実施形態としての装置構成の模式図である。

１１１パルスレーザ発振装置
１１２集光レンズ
１１３レーザ光
１１４印刷紙移動用ｙｚステージ
１１５印刷紙
１１６回転ミラー
１１７ｆθレンズ
１１８印刷紙移動ローラ
１１９制御回路
１２０トナー回収ノズル
１２１トナー回収ボックス
１２２レーザ照射部

Claims

印刷された紙に対して、300ｎｍから800ｎｍの波長のレーザ光を照射して、紙からトナーを除去する使用紙再生装置であって、
パルス幅が１μｓ以下、かつ、１回あたりのエネルギーが４ｍＪ／ｍｍ ^２から２０ｍＪ／ｍｍ ^２のパルス光となるように、前記レーザ光が制御されており、
該レーザ光を、印刷された紙における同一箇所に複数回照射するものである
ことを特徴とする使用紙再生装置。
前記レーザ光を、紙における印刷された部分のみに照射する
ことを特徴とする請求項１記載の使用紙再生装置。
印刷された紙に対し、300ｎｍから800ｎｍの波長のレーザ光を照射して、紙からトナーを除去する使用紙再生方法であって、
パルス幅が１μｓ以下、かつ、１回あたりのエネルギーが４ｍＪ／ｍｍ ^２から２０ｍＪ／ｍｍ ^２のパルス状のレーザ光を、印刷された紙における同一箇所に複数回照射する
ことを特徴とする使用紙再生方法。