JP5119167B2 - 光硬化性インキを用いてインクジェット式に印刷する方法 - Google Patents

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載の、被印刷物に記録する方法に関する。
【０００２】
インクジェットプリンタで印刷する際に光硬化性インキを用いることが広く知られている。光硬化性インキは、光の特定の短い波長に調和された複数のフォトイニシエータを有している。光硬化性インキで運転可能なインク式プリンタは、光透過性インキに放射を照射して露光するために露光ヘッドを備えている。露光ヘッドは、露光時に、印刷ヘッドと共に、インク式プリンタの２つのハウジング側間を往復運動し、印刷ヘッドのノズルを介して被印刷物に吐出されたインキに照射する。出射される光は、その波長において、フォトイニシエータが励起されインキが少なくとも部分的に重合させられるように選択されている。重合によって、インキの粘性が高まり、インキが硬化する。硬化の程度は、照射時間ならびに露光ヘッドの放射出力に影響される。
【０００３】
インクジェットプリンタでは、被印刷物に吐出されたインキを硬化するために、短時間で極めて高い放射エネルギが必要であり、これは困難である。ＵＶ硬化性インキを硬化するために必要なエネルギは、ジュールの範囲にある。比較的高い印刷速度でも必要なエネルギを及ぼすために、印刷ヘッドと共にガイドされる露光ヘッドのキロワット範囲の放射出力が要求される。インキを硬化して、インキの滲みを効果的に防止するために、迅速に運動する印刷ヘッドにおいて、極めて大きな放射出力を有する露光ヘッドが選択される。十分に大きな放射出力を得るために、露光ヘッドは、その寸法で大きく選択する必要があり、このような露光ヘッドは、卓上機器として形成されたインク式プリンタに使用するにはもはや適当でない。卓上機器として形成されたインク式プリンタに比較的小さな露光ヘッドを使用すると、特に毛管構造を有する、印刷しようとする非吸収性の被印刷物では、表面上で、被印刷物の表面に付着したインキの滲む恐れが生じ、この場合吐出されたインキによって形成される印刷像は、時間と共にぼける。
【０００４】
滲みプロセスは、インキと被印刷物との間の表面張力の関係に影響され、ひいては被印刷物の表面粗さにも影響される。印刷しようとする表面が粗いほど、インキは、より速く毛管構造に滲んでいく。被印刷物の表面が毛管構造なく平滑な場合、インキは、ほとんど滲まない。しかしながらこの場合も不都合であり、インキと被印刷物との間の付着が僅かであり、したがって耐払拭性の結合を得ることはできない。
【０００５】
米国特許第６０９２８９０号明細書において、光硬化性インキを用いてインクジェット式に印刷する方法が公知であり、この方法は、冒頭で述べた方法に相当する。したがって、印刷機は、印刷ヘッドと露光ヘッドとを備えたキャリッジを用いる。複数の行区分を印刷したあとで、インキが硬化したかどうか検査される。硬化していない場合、露光ヘッドだけが作動させられ、印刷ヘッドは非作動状態である。
【０００６】
さらに米国特許第２００３／００３５０３７号明細書において、光硬化性インキを用いてインクジェット式に印刷する方法が公知である。ここでは使用される印刷機は、印刷ヘッドを有するキャリッジを備えており、印刷ヘッドの両側にそれぞれ露光ヘッドが配置されている。該当する印刷行に沿って印刷ヘッドに追従する露光ヘッドだけが、常に作動状態となっている。両方の露光ヘッドの放射強度は、印刷像を行ごとに硬化するには十分でない。したがって後照射ユニットが設けられており、後照射ユニットの下方で、印刷像を有する被印刷物が通過搬送される。
【０００７】
したがって本発明の課題は、卓上機器として形成されたインク式プリンタで実施でき、完全硬化された縁のシャープな印刷像を形成する、被印刷物に記録する方法を提供することである。
【０００８】
この課題は、請求項１の特徴部に記載した構成を有する方法によって解決される。
【０００９】
本発明による、インキ式プリンタで印刷する方法では、印刷運転中に、印刷ヘッドと、印刷ヘッドに結合された露光ヘッドとが、第１のハウジング面と第２のハウジング面との間を往復運動する。第１のハウジング面に向かう運動経路上で、光硬化性インキが目標を定めて被印刷物に吐出され、これに対して露光ヘッドは、被印刷物に吐出された光硬化性インキに照射する。露光ヘッドは、第２のハウジング面に向かう運動経路上で、被印刷物に吐出された光硬化性インキに、新たに、要するに２度目の照射を行う。２度目の照射のあとで、被印刷物は、印刷ヘッドの運動方向に対して横向きに搬送される。露光ヘッドと共に印刷ヘッドが第１のハウジング面に向かって運動する間に、被印刷物に吐出されたインキに最初の照射を行うことによって、吐出されたインキの粘性は高まり、インキはゲル化する。これによって吐出されたインキの滲みが回避され、縁のシャープな印刷像が保証される。第２のハウジング面に向かって露光ヘッドが運動する間に、被印刷物に吐出されたインキに新たな照射を行うことによって、インキは硬化される。これによって、吐出されたインキの印刷像が耐払拭性および耐擦過性を有する、という利点が得られる。
【００１０】
本発明による、前述の利点とは別の利点によれば、露光ヘッドの僅かな放射出力で、光硬化性インキが硬化される。本発明による方法では僅かな放射出力で十分である。なぜならば光硬化性インキに、第１のハウジング面に向かって露光ヘッドが運動する間に、１回目の照射が行われ、次いで新たに第２のハウジング面に向かう経路上で新たに照射が行われ、この場合印刷ヘッドは、第２のハウジング面に向かう運動経路上で全てのインキを蓄えて、保持する。この運動経路上で光硬化性インキは印刷ヘッドから吐出されない。第２のハウジング面の領域で露光ヘッドが終端位置に達すると、被印刷物は、印刷ヘッドの運動方向に対して横向きに搬送される。
【００１１】
露光ヘッドの、印刷に必要な放射エネルギは、主に２つの機能に基づいて形成されることが確認された。一方では、被印刷物の表面に吐出されたインキを定着させ、これによってインキの滲みが防止される。他方では、放射エネルギは、吐出されたインキを硬化し、かつ完全硬化するのに役立ち、これによってインキは、被印刷物に固着する。
【００１２】
本発明の有利な態様では、１印刷過程で、両方の機能が概ね時間的に前後して満たされ、それも露光ヘッドがスイッチオンされた状態で第１のハウジング面に向かう運動経路上と第２のハウジング面に向かう運動経路上との間で異なる速度で運動されることによって満たされる。この場合吐出されたインキは、第１のハウジング半部に向かう運動経路上でゲル化されて、被印刷物上に定着し、これに対してインキは、第２のハウジング面に向かう運動経路上で硬化され、かつ完全硬化される。露光ヘッドの異なる速度と、これに応じた異なる照射時間とによって、放射エネルギは、機能に応じて適切に分配されて、抑制される。インキを定着させるため、もしくはインキの滲みを回避するための所要放射エネルギがインキを硬化するのに必要な放射エネルギよりも僅かであるので、露光ヘッドの所要放射エネルギは、露光ヘッドがスイッチオンされた状態で第１のハウジング面に向かう運動経路上で、第２のハウジング面に向かう運動経路上よりも迅速に運動することによって、抑制される。この場合露光ヘッドを備えたプリンタは、露光ヘッドが第１のハウジング面に向かって、第２のハウジング面に向かう運動経路よりも幾倍か迅速に運動することによって、特に省エネルギで運転することができる。なぜならばインキを定着させるために、僅かな放射エネルギしか必要としないからである。
【００１３】
次に図面につき本発明の実施例を詳しく説明する。
［図面の簡単な説明］
【００１４】
【図１】印刷平面に対して直角のプリンタの縦断面図である。
【図２】被印刷物としての、部分的に記録された記録担体と共に、印刷平面に対して平行にプリンタの一部を示す平面図である。
【００１５】
図１および図２には、印刷ヘッドと、印刷ヘッドと接続された露光ヘッドとを備えた本発明によるプリンタを、縦断面図もしくは平面図で示した。
【００１６】
本発明によるプリンタは、有利には卓上プリンタとして形成されていて、主にハウジング底１とハウジング上部２とから成っており、ハウジング上部２に、側壁３，４を備えたプリンタ枠体が設けられている。側壁３，４は、アングル桁（横材）５によって間隔を有して配置されている。プリンタ枠体に、キャリッジガイド６が取り付けられており、キャリッジガイド６にキャリッジ７，７．１が支承されている。キャリッジ７，７．１は、エンドレスな引張手段９によって、モータ１０を介して駆動され、この場合引張手段９は、ローラ１１を介して変向される。キャリッジ７，７．１に、印刷ヘッド１２，１２．１が取り付けられており、その横に露光ヘッド１３，１３．１が取り付けられている。印刷ヘッドと露光ヘッドとの間に熱保護シールド１４，１４．１が設けられており、熱保護シールド１４，１４．１は、印刷ヘッド１２，１２．１を露光ヘッド１３，１３．１の熱放射から保護する。
【００１７】
印刷ヘッド１２のノズル装置１５の下方に、キャリッジ７の基本位置で、印刷ヘッド１２のためのクリーニング装置１６が設けられている。
【００１８】
露光ヘッド１３の下方に光変換装置１７が設けられており、光変換装置１７において、キャリッジ７の基本位置で、露光ヘッド１３の光エネルギが熱に変換され、外部に導出される。
【００１９】
記載の構成をした構造群の配置によって、露光ヘッド１３は、キャリッジが運動する際に、クリーニングステーション１６を通過しない。これによって、露光ヘッド１３がクリーニングステーション１６に、特にそのシール面３８に付着する残留インキを硬化する、ということが防止される。
【００２０】
印刷ヘッド１２，１２．１と接続されたノズル装置１５，１５．１の下方で、プリンタの中央に、被印刷物として記録担体１８が横断面図で示されており、記録担体１８は、搬送装置１９，１９．１によってキャリッジ搬送方向に対して横向きに搬送され、押圧エレメント２０，２０．１によって搬送エレメント１９，１９．１に押圧される。
【００２１】
搬送装置１９，１９．１の左横に、ハウジング１内で、制御装置２１および給電装置２２が設けられている。
【００２２】
印刷ヘッド１２，１２．１の上位領域に、インキ供給装置２３，２３．１が設けられており、インキ供給装置２３，２３．１によって、印刷ヘッド１２，１２．１に、図示していないチューブを介して、キャリッジ７，７．１上に取り付けられたタンクからインキが供給される。
【００２３】
図２に示したように、横方向往復運動するキャリッジ７，７．１の両方の終端位置の間に、搬送装置１９，１９．１，２０，２０．１が配置されており、搬送装置１９，１９．１，２０，２０．１は、印刷像担体１８を、符号２６で示した矢印の方向に行ごとに運動させる。記録担体１８は、ガイドウェブ２７，２８から成っており、ガイドウェブ２７，２８の間で、記録エレメント２９が目標破断箇所３０で取り付けられている。図２には、記録エレメント２９の第１の列３１は、記録された（書き込まれた）状態で示しており、これに対して第２の列３２は、記録位置にある。
【００２４】
第２の記録エレメント列３２に書き込みを行うまえでは、キャリッジ７，７．１は、位置７．１にある。制御装置２１の命令によって、印刷ヘッド１２．１と露光ヘッド１３．１とを備えたキャリッジ７．１は、高い印刷速度で右向きに側壁３に向かって運動する。この場合印刷ヘッド１２は、プログラム制御されて、選択された箇所で、インキ滴を記録エレメント列３２の記録担体エレメント３３に吐出する。印刷ヘッド１２に、僅かな間隔３４を有して露光ヘッド１３が続いており、露光ヘッド１３は、幅３５と長さ３６とを有する矩形の露光窓３９を備えている。高い印刷速度と、印刷ヘッド１２と露光窓３９との間の小さく選択された間隔３４とによって、被印刷物に吐出されたインキは、被印刷物に着弾した直後に、露光ヘッド１３によって、露光窓３９を介して放射される。被印刷物に吐出されたインキは、レンズ状の滴を形成し、レンズ状の滴は、発生直後に、露光ヘッド１３から出射された光によって照射される。被印刷物表面へのインキ着弾と光によるインキの照射との間の僅かな時間差によって、レンズ状のインキ滴は、少なくとも縁領域で重合される。これによって滴縁領域における粘性が高まり、これによってインキが定着される。したがって比較的小さな放射出力で第１のステップにおいて縁のシャープな印刷像が得られるが、印刷像は全体でみて未だ耐払拭性を有していない。
【００２５】
第２のステップにおいてキャリッジ７上で露光ヘッド１３および印刷ヘッド１２は、左向きに側壁４に向かって移動し、この場合露光ヘッド１３は、発射されたインキに照射して、印刷ヘッド１２はインキを解放しない。露光ヘッド１３は、異なる速度で左右に運動する。有利には、右向き速度は、左向き速度よりも高い。速度比は、使用インキおよび印刷しようとする被印刷物に応じてファクタ１０までの値をとることができる。左向き速度および／または右向き速度もインキおよび被印刷物に調和させることができる。速度および速度比に関する重要なパラメータは、たとえば被印刷物の材料および表面粗さならびにインキ組成である。
【００２６】
キャリッジ７が終端位置７．１に到達すると、印刷像担体１８は、搬送装置１９，１９．１，２０，２０．１によって、１記録エレメント列だけ継続運動し、記録サイクルが進行する。
【００２７】
露光ヘッド１３および印刷ヘッド１２をインキおよび被印刷物に応じて速度制御するために、たとえば速度制御に関する特性値を制御装置２１に手動で入力することができ、制御装置２１は、情報を処理して、記憶されたデータと比較して、分類化する。これとは無関係に、制御装置２１は印刷ヘッド１２および露光ヘッド１３の速度を制御する。
【００２８】
さらに制御装置は、速度の他に、被印刷物および／またはインキに応じて露光ヘッド１３の放射出力を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】印刷平面に対して直角のプリンタの縦断面図である。
【図２】被印刷物としての、部分的に記録された記録担体と共に、印刷平面に対して平行にプリンタの一部を示す平面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１ ハウジング底、 ２ ハウジング、 ３ 側壁、 ４ 側壁、 ５ アングル桁、 ６ キャリッジガイド、 ７，７．１ キャリッジ、 ９ 引張手段、 １０ モータ、 １１ 変向ローラ、 １２，１２．１ 印刷ヘッド、 １３，１３．１ 露光ヘッド、 １４，１４．１ 熱保護シールド、 １５，１５．１ ノズル装置、 １６ クリーニング装置、 １７ 光変換装置、 １８ 記録担体、 １９，１９．１ 搬送装置、 ２０，２０．１ 押圧エレメント、 ２１ 制御装置、 ２２ 給電装置、 ２３，２３．１ インキ供給装置、 ２４ 第１の記録エレメント列の記録エレメント、 ２５ 記録担体の表面、 ２６ 記録担体の搬送方向矢印、 ２７ 記録担体の右側のガイドウェブ、 ２８ 記録担体の左側のガイドウェブ、 ２９ 記録エレメント、 ３０ 目標破断箇所、 ３１ 第１の記録エレメント列、 ３２ 第２の記録エレメント列、 ３３ 第２の記録エレメント列の記録エレメント、 ３４ ノズル装置と露光領域との間の間隔、 ３５ 露光領域、 ３６ 印刷方向の露光領域長さ、 ３７ 行方向の露光ヘッドのノズル装置の長さ、 ３８ クリーニングステーションのシール面、 ３９ 露光窓

Claims (2)

1. 光硬化性インキを用いて作動するインキ式プリンタによって被印刷物に記録する方法であって、
   前記インキ式プリンタが、２つの終端位置の間で往復運動するキャリッジを備えており、該キャリッジに、印刷ヘッドと露光ヘッドとが配置されており、被印刷物を行ごとに移動させる搬送装置を備えており、第１の終端位置に向かう前記キャリッジの運動経路上で、前記印刷ヘッドが、記録エレメント列に沿って被印刷物にインキを吐出し、前記露光ヘッドが、吐出されたインキに、硬化するために放射を照射する、被印刷物に記録する方法において、
   第２の終端位置に向かう運動経路上で、前記印刷ヘッドと前記露光ヘッドとを備えた前記キャリッジは、同じ記録エレメント列に沿って、第１の終端位置に向かう運動経路よりも低い速度で移動し、この場合前記印刷ヘッドは、非作動状態であり、前記露光ヘッドは、吐出されたインキに新たに放射を照射し、照射したあとで被印刷物を搬送装置によって引き続き移動させることを特徴とする、被印刷物に記録する方法。
2. 前記第１の終端位置に向かう運動経路上で前記キャリッジの移動速度を調節して、被印刷物に吐出されたインキが単にゲル化されるようにし、前記第２の終端位置に向かう運動経路上で前記キャリッジの移動速度を調節して、インキが完全に硬化されるようにする、請求項１記載の方法。

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