JP5119859B2

JP5119859B2 - 紫外線照射装置および記録装置

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Publication number: JP5119859B2
Application number: JP2007281010A
Authority: JP
Inventors: 恒延遠藤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2007-10-29
Filing date: 2007-10-29
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2027-10-29
Also published as: JP2009107191A

Description

本発明は、紫外線照射装置および記録装置に関する。より詳細には、紫外線硬化型インクを用いる記録装置をはじめとする紫外線硬化性樹脂を硬化させる装置または設備において、紫外線硬化性樹脂に照射する紫外線を発生する紫外線照射装置と、それを備えた記録装置とに関する。

紫外線硬化性樹脂は光重合開始剤を含み、照射された紫外線により生じたラジカルが連鎖的に重合性二重結合を形成して硬化する。紫外線硬化性樹脂は、光造形材、接着材等の他、塗料、インク等の基材としての使用も多い。紫外線硬化型インクを被記録媒体に付着させる方法としては、塗布、印刷等もあるが、刷版なしに任意の画像またはパターンを精度よく形成できるインクジェット方式の利用が期待されている。

紫外線硬化型インクは、紫外線を照射するまでは硬化が非常に遅く、紫外線を照射すると急速に硬化するという、印刷インクとして好ましい特性を有する。また、硬化の過程で溶剤を揮発、放散させることがないので環境負荷が小さいという利点もある。

ところで、紫外線照射装置における紫外線光源として、発光ダイオードの使用が提案されている。下記の特許文献１には、複数の紫外線発光ダイオードをインクジェットヘッドに隣接して設けた記録装置が記載される。また、下記の特許文献２には、複数の紫外線発光ダイオードをマトリックス状に配置してなる紫外線照射装置が記載されている。更に、下記の特許文献３には、紫外線を発光する発光ダイオードをインクジェット記録ヘッドの近傍に配置して、記録媒体に着弾した直後に紫外線を照射することが記載される。
特開２００５−１０４１０８号公報特開２００６−０４０９４４号公報特開２００７−１３６９８８号公報

しかしながら、紫外線光源として発光ダイオードを用いる場合、紫外線硬化に求められる照射量を得るには多数の素子を実装しなければならない。また、発光ダイオードは、素子の構造に対して一定の方向に紫外線を射出するので、複数の発光ダイオードを単一の平面に配置することになる。このため、発光ダイオードを用いた紫外線照射装置は、出力の上昇に従って占有面積が大きくなる。

そこで、上記課題を解決すべく、本発明の第１の形態として、一部が開いた開口を含む二次曲線をなす断面を有する反射鏡と、反射鏡の内側において、開口から遠い側に位置する二次曲線の焦点に配された紫外線光源とを備え、紫外線光源は、断面を含む面における断面形状のうち反射鏡に対向する領域において、反射鏡の焦点を中心とする多角形または円の一部をなす断面を有する支持部材と支持部材に対して多角形または円の周面に配置され、反射鏡に向かって紫外線を放射する紫外線発光素子とを有する紫外線照射装置が提供される。これにより、発光素子として発光ダイオードを用いつつ、放射状に紫外線を発生する擬似的な点光源または線光源が得られる。従って、紫外線光源の占有面積を縮小できると共に、反射鏡等の光学部品を用いて、適切な照射パターンを形成して、紫外線を効率よく照射させることができる。

また、上記紫外線照射装置において、紫外線発光素子は、支持部材の表面に倣って配されたフィルム基板の表面に実装されてもよい。これにより、任意の形状を有する支持部材に対して複数の紫外線発光素子を容易に装着できる。また、紫外線発光素子に対する配線も同時に形成できるので、紫外線照射装置の製造工程を簡素化できる。

更に、上記紫外線照射装置において、支持部材は、紫外線発光素子の裏面から外部へと熱を伝播させる熱伝導部を含んでもよい。これにより、紫外線発光素子において生じた熱を効率よく外部に伝播させ、紫外線照射装置を安定に動作させることができる。

また更に、紫外線発光素子は、支持部材の周面のうち、紫外線発光素子からの出射光の光軸が、反射鏡により反射されて紫外線照射装置の外部へ出射される領域に配置されてもよい。これにより、出射光が反射鏡により収束されることなく、被記録媒体に対して紫外線を低効率に照射する紫外線発光素子が省略されるので、発光素子の数を減じることができる。また、紫外線発光素子に投入される電力を効率よく利用できる。

また更に、上記紫外線照射装置において、支持部材は、当該支持部材の断面形状に含まれる多角形が、反射鏡の軸上に頂点のひとつが位置するように配置されてよい。これらにより、紫外線発光素子から照射された紫外線を効率よく照射対象に導くことができ、投入された電力を有効に活かすことができる。

また、本発明の第２の形態として、被記録媒体の表面に沿って往復移動しつつ紫外線硬化型インクを吐出する記録ヘッドと、記録ヘッドが吐出して被記録媒体に付着した紫外線硬化型インクに紫外線を照射する紫外線照射部とを備えた記録装置であって、紫外線照射部は、一部が開いた開口を含む二次曲線をなす断面を有する反射鏡と、反射鏡の内側において、開口から遠い側に位置する二次曲線の焦点に配された紫外線光源とを備え、紫外線光源は、断面を含む面における断面形状のうち反射鏡に対向する領域において、反射鏡の焦点を中心とする多角形または円の一部をなす断面を有する支持部材と支持部材に対して多角形または円の周面に配置され、反射鏡に向かって紫外線を放射する紫外線発光素子とを有する記録装置が提供される。これにより、記録装置においても上記の効果を享受できる。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションも発明となり得る。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、一実施形態に係るインクジェット式記録装置１００の外観を示す斜視図である。なお、このインクジェット式記録装置１００は、例えばＪＩＳ規格のＡ０判、ＪＩＳ規格のＢ０判といった大判の単票、同単票と同じ用紙幅を有するロール紙にインクを吐出することより記録をする。被記録媒体としては、紙の他に、樹脂フィルム等を用いることもできる。

同図に示すように、インクジェット式記録装置１００は、互いに積層された上部筐体１１２および下部筐体１１４と、下部筐体１１４の下に吊り下げられた小型筐体１１６とを含む筐体１１０を有する。筐体１１０は、下方から脚部１２０により持ち上げられて支持される。これにより、筐体１１０の下方に、記録済みの記録用紙１５０を排出するスペースが形成される。

また、上部筐体１１２には、このインクジェット式記録装置１００をスタンドアロンで操作する場合に使用する操作パネル１３０が設けられる。操作パネル１３０には、インクジェット式記録装置１００の動作状態を示す表示パネル、表示ランプ等が設けられる場合もある。一方、下部筐体１１４には、インクを収容したインクカートリッジ２４０を装填するカートリッジホルダ１４０が設けられる。

このインクジェット式記録装置１００において、画像を記録された記録用紙１５０は、上部筐体１１２および下部筐体１１４の間から前方に送り出される。送り出された記録用紙１５０は、自重により下方に垂れ下がる。このため、上部筐体１１２および下部筐体１１４の間隙に見える吸引プラテン２５０の前端には、記録用紙１５０を円滑に案内する滑らかな案内面２５２が形成される。

図２は、インクジェット式記録装置１００を背面から見た様子を示す斜視図である。同図に示すように、インクジェット式記録装置１００の背面において、下部筐体１１４の後部には、水平に掛け渡されたスピンドル１６０と、スピンドル１６０を挿通されて水平に支持されたロール１５２とが装着される。ロール１５２は、長尺の記録用紙１５０を巻き重ねて形成される。図１に示した記録用紙１５０は、ロール１５２から引き出されて、筐体１１０の内部を通過した後に前面に引き出された記録用紙１５０の前端に相当する。

図３は、インクジェット式記録装置１００の内部機構２００を模式的に示す斜視図である。同図に示すように、内部機構２００は、ガイド軸２７０、記録ヘッド組立体２３０および吸引プラテン２５０を含む。

ガイド軸２７０は、インクジェット式記録装置１００において筐体１１０の長手方向に水平に延在する。一方、記録ヘッド組立体２３０は、記録ヘッド３１０と、記録ヘッド３１０を上面から側面にかけて覆った紫外線照射ヘッド３２０とを含む。記録ヘッド組立体２３０は、ガイド軸２７０を挿通されて、ガイド軸２７０に沿って往復移動方向Ｍに往復移動する。記録ヘッド組立体２３０は、紫外線硬化型インクを吐出する記録ヘッド３１０と、記録ヘッド３１０を往復移動方向に挟む一対の紫外線照射ヘッド３２０とを有するが、その詳細な構造については図４を参照して後述する。

ガイド軸２７０の後方には、一対のプーリ２６０に掛けわたされたタイミングベルト２２０が配置される。プーリ２６０の一方は、キャリッジモータ２２２により回転駆動される。これにより、プーリ２６０の間で、タイミングベルト２２０はガイド軸２７０に対して平行に走行する。

タイミングベルト２２０の一部は、記録ヘッド組立体２３０に結合される。これにより、キャリッジモータ２２２に供給する駆動信号を介して記録ヘッド組立体２３０の移動を制御できる。

更に、往復移動方向Ｍに対して平行に、リニアスケール２１４が配される。リニアスケール２１４は、透明な担体と、往復移動方向Ｍについて一定の周期で担体に形成された遮光帯とを有する。一方、記録ヘッド組立体２３０には、遮光帯を検出して計数する検知部が設けられる。これにより、記録ヘッド組立体２３０の移動量が正確に検知される。なお、これらガイド軸２７０、記録ヘッド組立体２３０、タイミングベルト２２０およびリニアスケール２１４は上部筐体１１２の内部に収容される。

記録ヘッド組立体２３０の移動範囲の下方には、記録用紙１５０の搬送方向Ｓに沿って、搬送駆動ローラ２１２を含む搬送部と吸引プラテン２５０とがこの順で配置される。これら搬送駆動ローラ２１２および吸引プラテン２５０は、下部筐体１１４に収容されている。

搬送駆動ローラ２１２は搬送モータにより回転駆動され、図示を省略した搬送従動ローラにより記録用紙１５０を押し付けられつつ回転する。これにより、記録用紙１５０をロール１５２から引き出して、吸引プラテン２５０上に送り出す。

吸引プラテン２５０は、搬送部から送り込まれた記録用紙１５０を下方から支持する。また、吸引プラテン２５０は、吸引ファン等の減圧源に連通した多数の吸引孔を表面に有して、支持した記録用紙１５０を吸着する。これにより、巻き癖等のついた記録用紙１５０であっても、記録ヘッド３１０の下方において吸引プラテン２５０に平坦に保持される。

更に、記録ヘッド組立体２３０の移動方向について吸引プラテン２５０の外側には、フラッシング部２９０およびキャップ２８０が順次配置される。フラッシング部２９０は、記録ヘッド３１０から大量のインクを吐出させるフラッシングが実行された場合に、吐出されたインクを吸収する。このようなフラッシングにより、増粘したインクを記録ヘッド３１０から除去することができる。

また、キャップ２８０は、インクジェット式記録装置１００が休止している期間に、記録ヘッド３１０の下面を気密に封止する。これにより、記録ヘッド３１０においてインクが増粘または固化することを防止する。

以上のような構造を有するインクジェット式記録装置１００は、以下のように記録動作を実行する。まず、搬送駆動ローラ２１２が吸引プラテン２５０上に記録用紙１５０を送り込み、吸引プラテン２５０は搬送された記録用紙１５０を平坦に保持する。

記録ヘッド３１０は、吸引プラテン２５０上に支持された記録用紙１５０上を往復移動方向Ｍに移動しながら、記録用紙１５０の表面に向けてインクを吐出する。以下、搬送部２１０が記録用紙１５０を搬送方向Ｓに搬送する動作と、記録ヘッド３１０が記録用紙１５０上を往復移動方向Ｍに往復移動する動作とを交互に繰り返して、記録用紙１５０表面の任意の領域にインクを付着させて画像を形成する。

記録用紙１５０に付着した紫外線硬化型インクに対しては、そのときどきの記録ヘッド組立体２３０の移動方向について、記録ヘッド３１０に追従する側の紫外線照射ヘッド３２０から照射された紫外線が、記録用紙１５０に付着した直後に照射される。これにより、紫外線硬化型インクが順次硬化されて、記録用紙１５０の表面に画像が固定される。

図４は、上記インクジェット式記録装置１００の記録ヘッド組立体２３０を抜き出して示す部分拡大図である。同図に示すように、記録ヘッド組立体２３０は、記録ヘッド３１０と、往復移動方向Ｍに記録ヘッド３１０を挟んで配置された一対の紫外線照射ヘッド３２０とを含む。記録ヘッド３１０の下面には、紫外線硬化型インクを吐出するノズルが設けられる。

紫外線照射ヘッド３２０の各々は、紫外線光源としての紫外線光源部３２２と、紫外線光源部３２２の出射光を下方に向かって導く反射鏡３２４とを備える。これにより、紫外線光源部３２２から放射された紫外線を効率よく利用できる。

なお、反射鏡３２４は、アルミ板等を成形加工して二次曲線状の断面形状を形成される。また、反射面は鏡面仕上げとれる。これにより、紫外線光源部３２２から放射された紫外線を効率よく反射して、紫外線硬化型インクの付着した記録用紙１５０にむかって無駄なく照射できる。

図５は、紫外線照射ヘッド３２０の内部構造を更に拡大して示す図である。同図に示すように、反射鏡３２４の内側に配置された紫外線光源部３２２は、支持部材３２１、フレキシブル基板３２３および発光素子３２５を含む。なお、紫外線発光素子３２５としては、インジウム窒化ガリウム（ＩｎＧａＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、アルミニウム窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）等を材料とする発光ダイオードを用いることができる。

なお、紫外線光源部３２２から放射された紫外線は、記録ヘッド３１０から吐出された全ての種類の紫外線硬化型インクを硬化させることができる帯域を含む紫外線を発生する。このような特性に鑑みて、紫外線光源部３２２に配する発光素子３２５として、複数種類の発光ダイオードを混在させることもできる。これにより、個々の発光ダイオードの特性に制限されずに、広い帯域で均等に発光する紫外線光源部３２２を形成できる。

支持部材３２１は、円柱状で水平に配置される。フレキシブル基板３２３は、柔軟なフィルム状の部材であり、支持部材３２１の周面に沿って装着される。更に、フレキシブル基板３２３の表面には、多数の発光素子３２５が実装される。発光素子３２５の各々は、支持部材の径方向に紫外線を放射するので、紫外線光源部３２２全体としては、支持部材３２１の中心軸に仮想的に形成された線光源と看做すことができる。

また、支持部材３２１の一端は、冷媒管３２７を介して熱交換器３２６に結合される。冷媒管３２７の内部では、冷却液が支持部材３２１および熱交換器３２６の間を循環する。これにより、発光素子３２５が発生した熱が熱交換器３２６において放散され、紫外線光源部３２２の昇温が抑制される。

図６は、図４および図５に示した紫外線照射ヘッド３２０の光学的構造を示す模式的な断面図である。同図に示すように、仮想的な線光源を形成する紫外線光源部３２２の中心は、楕円弧をなす反射鏡３２４の一方の焦点ｆ_１上に配置される。これにより、紫外線光源部３２２から放射された紫外線は、反射鏡３２４のもうひとつの焦点ｆ_２に向かって収束される。従って、照射対象となる記録用紙１５０を焦点ｆ_２を含む位置平面上に配置することにより、発光素子３２５が発生した紫外線を効率よく記録用紙１５０の表面に照射できる。

なお、図示のように、支持部材３２１の周面において、記録用紙１５０に正対する領域には、発光素子３２５が実装されていない。これにより、記録用紙１５０に照射される紫外線は全て反射鏡３２４により反射されたものとなり、記録用紙１５０上の紫外線硬化型インクが均等に硬化される。

また、この実施形態では、反射面が楕円弧状の断面形状を有する反射鏡３２４を用いたが、双曲線を除く他の二次曲線状の断面形状を有する反射鏡を用いてもよい。これにより、仮想点（線）光源から放射された紫外線を、記録用紙１５０の表面に導いて効率よく照射させることができる。

図７、図８および図９は、他の実施形態に係る紫外線照射ヘッド３２０の構造を、図６に対照して示す模式的な断面図である。なお、それぞれの形態について以下に説明する部分を除いては、他の実施形態と同じ構造を有する。そこで、共通の構成要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

図７に示す紫外線照射ヘッド３２０は、反射鏡３２４の一方の焦点ｆ_１と中心が一致するように配置された、正八角形の断面形状を有する支持部材３２１を備える。支持部材３２１の表面には、複数の発光素子３２５が実装されたフレキシブル基板３２３が、支持部材３２１の表面に沿って装着される。これにより、反射鏡３２４の一方の焦点に、紫外線の仮想的な点（線）光源が形成される。

また、図８に示す紫外線照射ヘッド３２０は、反射鏡３２４の一方の焦点ｆ_１と中心が一致するように配置された、正六角形の断面形状を有する支持部材３２１を備える。支持部材３２１の表面には、複数の発光素子３２５が実装されたフレキシブル基板３２３が、支持部材３２１の表面に沿って装着される。これにより、反射鏡３２４の一方の焦点に、紫外線の仮想的な点（線）光源が形成される。

更に、図９に示す紫外線照射ヘッド３２０は、反射鏡３２４の一方の焦点ｆ_１と中心が一致するように配置された、正五角形の断面形状を有する支持部材３２１を備える。支持部材３２１の表面には、複数の発光素子３２５が実装されたフレキシブル基板３２３が、支持部材３２１の表面に沿って装着される。これにより、反射鏡３２４の一方の焦点に、紫外線の仮想的な点（線）光源が形成される。

このような多角形の断面形状を有する支持部材３２１を備えた紫外線照射ヘッド３２０は、反射鏡３２４の他方の焦点ｆ_２が、記録用紙１５０の表面に位置するように配置される。これにより、発光素子３２５が発生した紫外線は、効率よく記録用紙１５０に照射される。

ただし、図中で下側に位置する１面または２面の一部には発光素子３２５は実装されない。これにより、発光素子３２５から出射された紫外線は、すべて反射鏡３２４に反射された後に記録用紙１５０に照射される。従って、全体に均一な紫外線が照射される。

これらのような正多角形の支持部材３２１は、正円の断面形状を有する支持部材３２１よりも製造が容易な場合がある。また、支持部材３２１の面毎に実装する発光素子３２５の数を均等にすることにより、軸の回りに関する発光量を均等に配分しやすい。

なお、多角形の支持部材３２１は、多角形の頂点のひとつが、反射鏡３２４の長軸Ｃの上に位置するように配置される。これにより、発光素子３２５から出射された紫外線は、反射鏡３２４に対して直角以外の入射角で入射する。従って、戻り光により発光素子３２５の動作の安定性が損なわれることがない。また、略全ての出射光が他方の焦点ｆ_２に収束されるので、発生した紫外線を効率よく照射できる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加え得ることは当業者に明らかである。また、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

インクジェット式記録装置１００を前面から見た外観を示す斜視図である。インクジェット式記録装置１００を背面から見た外観を示す斜視図である。インクジェット式記録装置１００の内部機構２００を示す斜視図である。記録ヘッド組立体２３０を取り出した部分拡大図である。紫外線照射ヘッド３２０の詳細な構造を示す斜視図である。紫外線照射ヘッド３２０の光学的構造を模式的に示す断面図である。紫外線照射ヘッド３２０の他の構造を模式的に示す断面図である。紫外線照射ヘッド３２０のまた他の構造を模式的に示す断面図である。紫外線照射ヘッド３２０の更に他の構造を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１００インクジェット式記録装置、１１０、３２８筐体、１１２上部筐体、１１４下部筐体、１１６小型筐体、１２０脚部、１３０操作パネル、１４０カートリッジホルダ、１５０記録用紙、１５２ロール、１６０スピンドル、２００内部機構、２１０搬送部、２１２搬送駆動ローラ、２２０タイミングベルト、２２２キャリッジモータ、２３０記録ヘッド組立体、２４０インクカートリッジ、２５０吸引プラテン、２５２案内面、２６０プーリ、２７０ガイド軸、２８０キャップ、２９０フラッシング部、３１０記録ヘッド、３２０紫外線照射ヘッド、３２１支持部材、３２２紫外線光源部、３２３フレキシブル基板、３２４反射鏡、３２５発光素子、３２６熱交換器、３２７冷媒管

Claims

一部が開いた開口を含む二次曲線をなす断面を有する反射鏡と、
前記反射鏡の内側において、前記開口から遠い側に位置する前記二次曲線の焦点に配された紫外線光源と
を備え、
前記紫外線光源は、
前記断面を含む面における断面形状のうち前記反射鏡に対向する領域において、前記反射鏡の焦点を中心とする多角形の一部をなす断面を有する支持部材と
前記支持部材に対して前記多角形の周面に配置され、前記反射鏡に向かって紫外線を放射する紫外線発光素子と
を有し、
前記支持部材は、当該支持部材の断面形状に含まれる多角形が、前記反射鏡の軸上に頂点のひとつが位置するように配置される紫外線照射装置。
被記録媒体の表面に沿って往復移動しつつ紫外線硬化型インクを吐出する記録ヘッドと、
前記記録ヘッドが吐出して前記被記録媒体に付着した紫外線硬化型インクに紫外線を照射する紫外線照射部と
を備えた記録装置であって、
前記紫外線照射部は、
一部が開いた開口を含む二次曲線をなす断面を有する反射鏡と、
前記反射鏡の内側において、前記開口から遠い側に位置する前記二次曲線の焦点に配された紫外線光源と
を備え、
前記紫外線光源は、
前記断面を含む面における断面形状のうち前記反射鏡に対向する領域において、前記反射鏡の焦点を中心とする多角形の一部をなす断面を有する支持部材と
前記支持部材に対して前記多角形の周面に配置され、前記反射鏡に向かって紫外線を放射する紫外線発光素子と
を有し、
前記支持部材は、当該支持部材の断面形状に含まれる多角形が、前記反射鏡の軸上に頂点のひとつが位置するように配置される記録装置。
前記発光素子は、前記支持部材の周面における前記被記録媒体に正対する領域には配置されていない請求項２に記載の記録装置。