JP6199126B2 - プリンタにおける紫外線照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェット印刷ヘッドから紫外線硬化型インクを吐出し、印刷媒体に印刷を行うプリンタにおける紫外線照射装置に関する。

紫外線硬化型インクを用いて用紙などのメディアに印字を行い、印字後のインクに紫外線を照射してインクを硬化させるようにしたインクジェットプリンタが従来知られている（例えば特許文献１，２参照）。
また、特許文献１には、プリントヘッドのインク吐出ノズルに対応する部分だけ紫外線発光ダイオード（ＵＶＬＥＤ）を点灯し印字しない部分はＵＶＬＥＤを消灯するインクジェット記録装置が開示されている。
また、特許文献２には、プリントヘッドより広い範囲の光照明装置をプリントヘッドの上方に設け、印字モードにより、光の照射範囲を変更する構成のインクジェットプリンタが開示されている。

特開２００４−２３７５８８号公報 特開２００４−２９９２６７号公報

紫外線硬化用の光源を、印刷媒体の印字面の幅方向の全域にわたって、プリンタの機体側にヘッド等の上方から取り付けた場合、光源の懸架構造が必要となり、装置の大型化とコスト高を招くととともに、光源のための冷却装置が別途必要となり、これもコスト高を招くという問題点が生じる。
またヘッドキャリッジの上方から照射をする場合、印刷媒体への距離が大きいため十分な光量を得るには光源の性能を高くする必要もある。
また、紫外線硬化用の光源を印刷ヘッドを搭載したキャリッジ側に設けた場合、光源を双方向作画のために２灯用意する必要があり、キャリッジの重量が増加するという問題点が生じる。また、印字面に対する照射時間が短いための光源を高照度とする必要があり、コスト高となるという問題点が生じる。
本発明は、上記問題点を解決することを目的とするものである。

上記目的を達成するため、本発明は、機体側に支持されたヘッド案内レールと、該ヘッド案内レールに移動可能に取り付けられたヘッドキャリッジに設けられた印刷ヘッドと、印刷媒体を支持する支持手段とを備え、コントローラの制御により前記ヘッドキャリッジと前記印刷媒体との位置関係を主走査方向と副走査方向に相対移動させ、前記印刷ヘッドから紫外線硬化型インクを吐出して前記印刷媒体の印刷ヘッドの主走査方向の走査面に印刷を行うプリンタにおいて、前記ヘッド案内レールに、該ヘッド案内レールの長手方向に沿って延びる紫外線照射光源を取り付け、該光源の紫外線を前記印刷媒体に照射するようにしたことを特徴とする。
また本発明は、前記紫外線照射光源は、紫外線照射発光部と、該発光部を保持するカバーとから成り、該カバーに発光部の出す紫外線を印刷媒体の印刷ヘッドの移動経路に向けて導くための光透過部が設けられていることを特徴とする。
また本発明は、前記紫外線照射発光部を複数の紫外線ＬＥＤチップにより構成したことを特徴とする。
また本発明は、前記ヘッドキャリッジに、前記紫外線照射光源から照射される紫外線の、前記印刷媒体の前記印刷ヘッドのインク吐出面に対面する走査面に向かう光路を遮断する遮蔽手段を設けたことを特徴とする。
また本発明は、前記ヘッド案内レールの内部を中空とし、該ヘッド案内レールにファンを取り付け、該ヘッド案内レールに排気口を設けて、ヘッド案内レールの内部に冷却用の空気の流れを生じさせたことを特徴とする。
また本発明は、前記紫外線照射光源を、該光源と前記印刷媒体の印刷ヘッドの主走査方向の走査面との距離が短くなるように、前記ヘッド案内レールの下方に配置したことを特徴とする。
また本発明は、前記紫外線照射光源を複数本上下に並べて前記ヘッド案内レールに取り付け、各紫外線光源の印刷媒体に対する照射範囲が異なるようにしたことを特徴とするものである。

本発明は、ヘッドキャリッジ側に光源を取り付けないことで印刷ヘッドの重量を軽くすることができるため、ヘッドからのインクの吐出位置の制御がヘッドが重い場合に比べて容易になり、高速での制御が可能となるという効果が得られる。
また印刷媒体の近くに光源を設けるため、上方に設ける場合に比べて光源の性能を小さくする事ができ、またヘッドキャリッジに設けていないため、ヘッドキャリッジ近傍での温度上昇が起きないためインクジェットヘッドの吐出に与える影響を抑えることができ安定した吐出やノズル詰まりを抑える事ができる。
また熱容量の大きいヘッド案内レールに光源を取り付けたので、ヘッド案内レールから大きな放熱効果が得られ、光源を安定的に駆動することができる。

本発明に係るプリンタの外観説明図である。 プリンタの平面説明図である。 プリンタの側面説明図である。 本発明の他の実施形態を示すプリンタの側面説明図である。 本発明の他の実施形態を示すプリンタの側面説明図である。 本発明の他の実施形態を示すプリンタの側面説明図である。 本発明の他の実施形態を示すプリンタの側面説明図である。 本発明の他の実施形態を示すプリンタの側面説明図である。 本発明のブロック回路説明図である。 本発明の他の実施形態を示す説明図である。

以下に本発明の構成を添付した図面を参照して詳細に説明する。
図１及び図２において、符号２は、インクジェットプリンタのヘッド案内レールであり、機体（図示省略）に支持具を介して固設されている。４は、ヘッドキャリッジであり、これにインクジェット型印刷ヘッド６（図３参照）が取り付けられている。ヘッドキャリッジ４は、ヘッド案内レール２に、これに沿って主走査方向Ｙ（Ｙ軸方向）に往復可能に連結している。

印刷ヘッド６のインク吐出面には、複数のインク吐出ノズル列が設けられている。ノズル列は互いの主走査方向の印字領域が重なるように印刷ヘッド６の底部のインク吐出面に並列状に配置されている。印刷媒体８上の前記印刷ヘッド６の底部のインク吐出面の移動経路と対向する領域は印刷ヘッドの主走査方向の走査面Ｄを形成する。ヘッドキャリッジ４には複数個の紫外線硬化型インク用のサブタンクが取り付けられ、該サブタンクに機体側に配設されたインクカートリッジからチューブによりインクが供給される。サブタンクと、これらに対応する印刷ヘッド６のノズル列とはチューブを介して連結している。

ヘッド案内レール２の下方にはプラテン１０が設けられ、該プラテン１０上に印刷媒体８が図３中、右から左に搬送されるように構成されている。プラテン１０の水平部には、ヘッド案内レール２に沿ってスリットが形成され、該スリットに駆動ローラ１２が配置されている。プラテン１０上の印刷媒体８は、この駆動ローラ１２と、ヘッド案内レール２側に設けられた押えローラ１４とで挟持され、駆動ローラ１２の回転により、プラテン１０上を副走査方向に所定のピッチで搬送されるように構成されている。

前記ヘッド案内レール２の側面には、Ｙ軸方向に延びる棒状の紫外線照射光源１６が、ヘッドキャリッジ４のヘッド案内レール２に沿った移動範囲の略全域にわたって位置するように配置され、該光源１６は、支持体（図示省略）を介して、又は直接、ヘッド案内レール２に連結している。図１は１本の光源１６をヘッド案内レール２に取り付けた実施形態を示し、図３は２本の光源１６を上下に配置した実施形態を示している。図３において、左側がプリンタの機体の前方、右側が機体の後方であり、印刷ヘッド６は、ヘッド案内レール２に対して、機体の前方側に配置されている。

紫外線照射光源１６は、ボックス状のカバー（図示省略）を有し、該カバーの内部に紫外線（ＵＶ）発光部１６ａが格納され、該カバーの底部には、紫外線の照射方向を規定する紫外線照射窓（光透過部）が該カバーの略全長にわたって形成されている。光源１６を構成するＵＶ発光部１６ａは、複数のＬＥＤ（発光ダイオード）チップ１６ｂが主走査方向に直線状に並べられた構成となっている。なお、チップの配列は直線状以外に直線の左右に交互にチップを並べた構成その他を採用することができ、特に直線状に限定されるものではなく、主走査方向に長く伸びる構成であればよい。ＵＶ発光部１６ａは、各ＬＥＤチップ１６ｂの光量及びオンオフの制御が可能となるように、光源用コントローラ１８とドライバ回路とからなるＵＶ発光部駆動制御部を介してプリンタのメインコントローラ２２に接続している。

ＵＶ発光部１６ａの各ＬＥＤチップ１６ｂのオンオフ制御及び光量指定には予め付与されたアドレス番号を用い、オンオフ信号や各ＬＥＤチップに対する照度をメインコントローラ２２から光源用コントローラ１８に送信する。光源用コントローラ１８は与えられたデータに基づきドライバ回路２０を介してＵＶ発光部１６ａの各ＬＥＤチップ１６ｂをＰＷＭ方式などにより駆動する。

光源１６から出るＵＶ光は、プラテン１０上の印刷媒体８の、印刷ヘッド６インク吐出面の移動領域である走査面Ｄに照射されるように構成されている。ここで走査面Ｄとは印刷ヘッド６の印字幅に相当する幅を有し、印刷ヘッド６のインク吐出面の移動経路に沿って印刷媒体８の幅方向の全域に延びる領域であり、印刷ヘッド６のインク吐出面は、ヘッド案内レール２に沿ってこの走査面Ｄ上を主走査方向Ｙに移動し、この走査面Ｄに１バンド分の印刷を行う。
尚、本実施形態では、紫外線照射光源１６としてＬＥＤチップ１６ｂを用いているが、光源は、ＬＥＤチップを用いたもの以外に棒状の公知のＵＶ発光部を用いることができ、特にＬＥＤ発光部に限定されるものではない。

次に本実施形態の動作について説明する。
印刷ヘッド６は、印刷媒体８の側方（例えば左側）に設定されたホームポジションから、水平方向に、印刷媒体８の側部に接近した待機位置まで移動し、該待機位置から、例えば右方向（主走査方向）にＣＭＹＫ（シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック）のＵＶ硬化型インクを吐出しながら移動し、印刷媒体８にまず１バンド分の印字を行う。１バンド分の印字が完了すると、印刷ヘッド６は、印刷媒体８の左側の待機位置まで復帰移動するとともに、印刷媒体８が、１バンド分副走査方向に移動する。

次に、印刷ヘッド６は、待機位置から右方向に移動し、印刷媒体８にノズル列の２つの分割領域を使って、先に印字した１バンド分の印字領域と新たに１バンド分の領域にカラーの印字を行う。このとき、最初の１バンド分の印字領域には、２パス目の印字が重ねて印字される。上記の要領で４パスのカラーの印字が行われると、最初の１バンド分の印字が完了し、この要領で、印刷媒体８に順次印字が行われる。上記印字方式は４パス方式であるが、１パス方式その他種々の印字方式が存し、本発明の実施に際しては、４パス方式の印字に特に限定されるものではない。また片方での印字や双方向での印字など多々の印字方法も用途により用いられる。

上記印刷ヘッド６による印字動作中、光源１６は、印刷ヘッド６の印字幅に相当する、印刷媒体８の走査面Ｄに、印刷ヘッド６の移動経路を基準として、機体の後方側から、ＵＶ光を照射する。
図４は、光源１６を取付具２４を介して印刷ヘッド６の真上に配置した実施形態を示している。光源１６から出るＵＶ光は、プリンタの印字動作中、印刷媒体８の印字面を照射する。他の構成は、図３に示す実施形態と同一である。

図５は、光源１６を、取付具２６を介して、ヘッドキャリッジ４の移動経路を基準として、機体の前方側に配置した実施形態を示している。
尚、本実施形態の図３，図５のように、図４のような上方からの照射ではなく下方部分からの照射である場合、印刷媒体８への距離が短いため光量が少なくても印刷媒体に届く時点での光量を得る事ができるため上方などから照射する場合に比べて能力の低い光源を使用する事ができる。
他の構成は、図３に示す実施形態と同一である。
図６は、ヘッド案内レール移動型のプリンタに本発明を適用した実施形態を示している。
ヘッド案内レール２は、プリンタの機体に図中、左右方向（副走査方向）に移動可能に支持されている。印字動作は、支持台２８上の印刷媒体８に対して、ヘッド案内レール２が副走査方向に相対移動し、ヘッドキャリッジ４がヘッド案内レール２に対して主走査方向に移動し、印刷ヘッド６から印刷媒体８の印字面に対してインクが吐出され、印字が行われる。

ヘッド案内レール２の下面には、棒状光源１６が配置され、光源１６は、プリンタの印字動作中、印刷媒体８の印字面を照射する。プリンタにおいて、ヘッド案内レール２には、通常印刷媒体８を駆動ローラとの間で挟持する押えローラが取り付けられる。しかるに、本実施形態のようなヘッド案内レール駆動型のプリンタには、ヘッド案内レール２に押えローラを設けないので、ヘッド案内レール２の下面に直接、印字媒体の印字面に対向させて棒状光源１６を取り付けることが可能となる。
尚、図６においては左側にヘッド案内レール２が移動する事により印字面が光源１６の照射範囲に移動する。なお、図５のようにヘッドを挟んだ反対側に光源１６を設ける場合には、ヘッド案内レール２の移動方向は右側にるため、相対的な搬送方向は本実施形態ではどちらでもよい。
他の構成は、図３に示す実施形態と同一である。

図７は、ヘッドキャリッジ４の、光源１６との対向側に光源１６からの、印刷ヘッド６のインク吐出面に対面する印字面に向けたＵＶ光を遮蔽する遮蔽板３０から成る遮蔽手段を配設した実施形態を示している。本実施形態において、プリンタの印字動作中、光源１６は全長にわたって発光し、この光源１６からの印刷媒体８上の走査面Ｄに向けたＵＶ光の中、印刷ヘッド６のインク吐出面に対面する走査面Ｄに向かうＵＶ光は、遮蔽板３０によって遮蔽される。印刷ヘッド６の吐出面から吐出した直後のまだ、印刷媒体８の表面に着弾していない状態のインクにＵＶ光が照射されないようにしている。光源１６は、本実施形態では、ヘッド案内レール２の側面に配置されているが、特にその配置はヘッド案内レール２の側面に限定されない。遮蔽板３０は、光源１６の位置に対応して、ヘッドキャリッジ４に取り付けられる。

図８は、光源１６の冷却方式の一形態を示している。
光源１６は、通常高温になりやすい。光源１６の発熱を抑えるには、プリンタのヘッド案内レール２のような熱容量が大きく、発熱しにくい部材に光源１６を取り付け、ヘッド案内レール２を通じて放熱することが望ましい。プリンタのヘッド案内レール２は通常、中空のため、本実施形態では、プリンタのヘッド案内レール２にファン３２を取り付け、ヘッド案内レール２の両端側に排気口３４，３４を設けることで、ヘッド案内レール２内に空気の流れを発生させヘッド案内レール２の冷却を行っている。本実施形態の他の構成は、図３に示す実施形態の構成と同一である。

図１０は、上下２段の光源１６の各々の照射範囲を変えた実施形態を示している。
下段の光源１６は、図１０（Ａ）に示すように、その照射範囲Ａが、印刷媒体８上の印字範囲Ａと一致するように設定され、上段の光源１６は、図１０（Ｂ）に示すように、その照射範囲Ｂが印字範囲Ａを含み、更にこれより前方に延びる範囲に設定されている。即ち、図１０の実施形態では、上段の光源１６が印字範囲Ａより広いエリアを照射し、下段の光源１６が印字範囲Ａを照射する。各段の光源１６の照射範囲はカバーの光透過部のレンズと照射する角度などで調整が行われる。下段の光源１６による照射は、印字面との距離が近いことと、照射範囲が狭いことで光量が増大し、印字直後の照射に適している。また、上段の光源１６による全体的な広い範囲での照射は、印刷媒体印字面への積算光量を増やすものである。上下段の光源１６の照射範囲は特に図示する範囲に限定されるものではなく、適宜設定することができる。また、光源１６は上下２段に限定されるものではなく、複数段の配置が可能である。

上記実施形態において、印刷媒体８の副走査方向の搬送速度に注目すると、ヘッドキャリッジ４の主走査方向の移動速度に比べてかなり低速である。また、一般に紫外線硬化型インクはピーク照度と積算照度が硬化条件として挙げられている。このため、ヘッドキャリッジに発光部が搭載され移動する方式に比べて上記実施形態の場合、長時間紫外線を照射することが可能となる。

このため、ヘッドキャリッジと共に移動する方式と比べて低照度の光源の使用が可能であり、低照度の光源であっても長時間照射がされるため、積算の光量としては同じ効果を得る事ができるため、高価な光源を使用しないで済むというコスト面での有利性がある。また光源の光量が少なくて済むという事は光源から発生する熱量も低くなるため、温度の上昇などが抑えられるとい利点もある。さらに、双方向作画のため、通常はヘッドキャリッジの左右に発光部を搭載する必要がある。しかるに、本実施形態では、ヘッド案内レール側に光源を取り付けるため、ヘッドキャリッジ側に重量の増加が発生しないので、ヘッドキャリッジの高速化や吐出位置の制御に関し、有利性がある。
なお、上記説明中、印字という表現は印刷と同義で使用している。また、印刷媒体は用紙だけでなく、樹脂やプラスチック、金属など種々の材料のものが用いられるが、特に板状のものなどにも印刷することができる。

２ ヘッド案内レール
４ ヘッドキャリッジ
６ 印刷ヘッド
８ 印刷媒体
１０ プラテン
１２ 駆動ローラ
１４ 押えローラ
１６ 光源
１６ａ 発光部
１６ｂ ＬＥＤチップ
１８ 光源用コントローラ
２０ ドライバ回路
２２ メインコントローラ
２４ 取付具
２６ 取付具
２８ 台
３０ 遮蔽板
３２ ファン
３４ 排気口

Claims (7)

1. 機体側に支持されたヘッド案内レールと、該ヘッド案内レールに移動可能に取り付けられたヘッドキャリッジに設けられた印刷ヘッドと、印刷媒体を支持する支持手段とを備え、コントローラの制御により前記ヘッドキャリッジと前記印刷媒体との位置関係を主走査方向と副走査方向に相対移動させ、前記印刷ヘッドから紫外線硬化型インクを吐出して前記印刷媒体の印刷ヘッドの主走査方向の走査面に印刷を行うプリンタにおいて、前記ヘッド案内レールに、該ヘッド案内レールに沿った前記ヘッドキャリッジの移動を阻止しないように、該ヘッド案内レールの長手方向に沿って延びる紫外線照射光源を取り付け、該光源の紫外線を前記印刷媒体に照射するようにしたことを特徴とするプリンタにおける紫外線照射装置。
2. 前記紫外線照射光源は、紫外線照射発光部と、該発光部を保持するカバーとから成り、該カバーに発光部の出す紫外線を印刷媒体の印刷ヘッドの移動経路に向けて導くための光透過部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のプリンタにおける紫外線照射装置。
3. 前記紫外線照射発光部を複数の紫外線ＬＥＤチップにより構成したことを特徴とする請求項２に記載のプリンタにおける紫外線照射装置。
4. 前記紫外線照射光源を、紫外線が前記印刷ヘッドの移動経路の側方から前記走査面に照射されるように、前記ヘッド案内レールに取り付け、前記ヘッドキャリッジに、前記紫外線照射光源から照射される紫外線の、前記印刷媒体の前記印刷ヘッドのインク吐出面に対面する走査面に向かう光路を遮断する遮蔽手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載のプリンタにおける紫外線照射装置。
5. 前記ヘッド案内レールの内部を中空とし、該ヘッド案内レールにファンを取り付け、該ヘッド案内レールに排気口を設けて、ヘッド案内レールの内部に冷却用の空気の流れを生じさせたことを特徴とする請求項１に記載のプリンタにおける紫外線照射装置。
6. 前記紫外線照射光源を、該光源と前記印刷媒体の印刷ヘッドの主走査方向の走査面との距離が短くなるように、前記ヘッド案内レールの下方に配置したことを特徴とする請求項１に記載のプリンタにおける紫外線照射装置。
7. 前記紫外線照射光源を複数本上下に並べて前記ヘッド案内レールに取り付け、各紫外線光源の印刷媒体に対する照射範囲が異なるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のプリンタにおける紫外線照射装置。

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