JP5520567B2 - 放射硬化性インクを記録媒体上に定着させるための装置 - Google Patents

放射硬化性インクを記録媒体上に定着させるための装置 Download PDF

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Description

本件は、放射硬化性インクを用いた印刷に関する。
従来の印刷装置は、インクを印刷用紙へ塗布するのに画像レセプター(受容体）を用いる。しかし、上述のようなインクが印刷用紙その他の記録媒体(substrate)上に直接塗布できるようなシステムがあるとすれば、それが望ましい。そのようなシステムへの、実用上での一つの挑戦では、そのようなインクが、室温では「マヨネーズ」粘稠度を持つ傾向を持つが、噴出に伴って加熱されると低粘度の液体に変化する。典型的なインクジェット印刷プロセスでは、インクが液体になるまで加熱し、その後インクの液滴を圧電プリントヘッドから記録媒体上へと直接に発射する。射出されたインクが記録媒体に当たると、インクは液体からより粘性のある濃度の状態へと相変化し、これにより多孔質の媒体の中へのインクの浸透を低減している。このインクがＵＶ（紫外線）放射に曝されると、インク内の光開始剤（photoinitiator）がＵＶ放射により照射され、入射フラックスがインク内に存在するモノマーを橋架けポリマーマトリクス(cross linked polymer matrix)へと変換し、用紙上に非常に固く耐久性の高いマークを形成する。
米国特許出願公開第２００７／０１２０９３０号明細書 米国特許出願公開第２００８／０１２２９１４号明細書
しかし、ＵＶ硬化させる前にインクを均したいという要望がある。このようにする理由は、光沢がより均一になり、本来の位置から外れたジェットを隠すことができ、梱包などのある種の応用分野では厚みが比較的均一な薄い層であることが必要であるからである。これらのインクはマヨネーズの粘稠性を持つので、硬化する前は粘着強度がきわめて低い。更に、インクは、一般に、多くの素材に対して良好な親和性を持つように設計されている。このことはインクの層を平坦化するための従来の方法は失敗しがちであることを意味する。なぜなら、インクは***し、電子写真方式においてよく知られた従来の定着ロールのようなインクを平坦化しようとする装置の後方に、画像の大部分を取り残してしまうからである。この明細書はこの問題を解決するための方法を提案する。
一つの側面では、記録媒体上にインクを定着するための装置を提供する。平坦化部材は、ニップの位置で、記録媒体のインクを担持する側の面に接するように配置される。第１位の放射源は、ニップの位置にて記録媒体のインクを担持する側の面に放射(輻射。電磁波又は放射線又は両方）を向けて照射するように配置される。この放射は、インクを記録媒体上で硬化させるのに適したものである。
第１の実施形態に対応する、例えば大型の印刷装置で見られるような定着装置の単純化した正面図である。 第２の実施形態に対応する定着装置の単純化した正面図である。 第３の実施形態に対応する定着装置の単純化した正面図である。
図１は、第１の実施形態に対応する、例えば大型の印刷装置で見られるような定着装置の単純化した正面図である。未定着のインク画像Ｉを担持する用紙又は記録媒体(適切な材料ならどのような材料でできたものであってもよい）Ｓが、処理方向Ｐに沿って、この例ではインク面平坦化ローラー１０の形をとる回転部材と、この例ではバッキングローラー２０の形をとるバッキング部材とを含んだ定着装置へと近づいていく。ある実用的な例では、インク画像Ｉは、この時点ではまだ記録媒体内に顕著には浸透していない未硬化の粘性の高い液体を含んでいる。ローラー１０と２０との間に形成されたニップのところで、未定着のインクＩは、ニップ圧により機械的に「平坦化」され、これにより、各色のインクの多くの層の記録媒体Ｓの表面Ｉに対する合計高さが実質的に均一となるようにしている。
ニップにて機械的な圧力が加えられるのと同時に、放射エネルギーがインクＩに加えられる。この放射エネルギーは、記録媒体Ｓのどんな小さな領域がニップを通過する場合でも、その通過につれて記録媒体Ｓ上のインクＩを化学的に硬化させるために適切な波長、典型的にＵＶ(紫外線）を含んでいる。この目的のために、平坦化ローラー１０の中に放射源３０が配置されている。この放射源３０は、この例では、記録媒体Ｓがニップを通過するにつれてニップ内のインクＩに放射を投げかける１つ又は複数のＵＶランプ、又はＵＶ発光ＬＥＤアレイを含んでいてもよい。放射源３０又は複数の放射源のパワーは、あらかじめ定められた処理速度でインクＩがニップを通り過ぎる時間の間にインクＩが完全に硬化するようなパワーとなっている。
このような例では、平坦化ローラー１０の面は硬化用放射を実質的に透過させるものであり、これにより放射はニップ内のインクＩに効率的に到達することができる。考え得る１つの例では、平坦化ローラー１０は、焼き嵌め離型層表面を備えた石英コア(芯）から構成される。平坦化ローラー１０の外側層は，透明なＰＴＦＥなどのＵＶ放射も透過させる低表面エネルギー材料であるが、フルオロカーボンなどの他のものを用いてもよい。バッキングローラー２０は、典型的には、金属の上を覆うシリコーンにより形成される。
図１に示すように、ＩＲ(赤外線)ランプ４０またはそれに等価なものが、特定の材料の組合せ(インクと記録媒体）に必要なだけ記録媒体Ｓを事前加熱するために設けられる。公知のタイプの温度センサ５０が、平坦化ローラー１０のニップの少し上流側の表面温度を測定する。記録される温度は制御システムにとって有益である。
インクの硬化は、ニップの位置にて形成される機械的な圧力と同時であり、これにより、画像Ｉがローラー１０と２０との間に形成されたニップを通り過ぎる時点までに重合化が実質的に完了するような平坦化条件のもとでさえ、インク内のモノマー連鎖の十分な橋架けが起こる。重合化のプロセスにより、幾分収縮した固形の耐久性の高い物質が形成される。この収縮と硬さとがローラー１０の低表面エネルギー層と相まって、画像が自ずとローラー１０から剥がれるような状態をもたらす。
図２は、第２の実施形態に対応する、例えば大型の印刷装置で見られるような定着装置の単純化した正面図である。図２において、図１に示した要素と類似の要素には同様の参照符号を付した。図２の実施形態は、バッキングローラーの代わりに、回転可能なバッキングベルト２２を設けた点で図１と異なる。このバッキングベルト２２は、平坦化ローラ１０の周りに相当程度の巻き角(wrapping angle)にわたってニップを形成する。ベルト２２は、平坦化ローラー１０に対する必要なニップ圧をもたらすために、いくつの内部ローラー２４により駆動されてもよい。バッキングベルト２２により、インクが放射源３０により硬化されるために機械的圧力の下にある滞在時間をかなり長くすることができる。バッキングベルト２２の基本的な組成の一例は、シリコーンで被覆されたポリイミドである。
図３は、第３の実施形態に対応する、例えば大型の印刷装置で見られるような定着装置の単純化した正面図である。図３において、図１又は図２に示した要素と類似の要素には同様の参照符号を付した。この実施形態では、平坦化ローラーの代わりに、平坦化ベルト１２を設けた。平坦化ベルト１２は、いくつの内部ローラー１４により駆動されてもよく、バッキングベルト２２と向かい合ってニップを形成する。平坦化ベルト１２の中に配置された調整可能な押圧ローラー１６が、ベルトの一部分を、ニップ内の一点に沿って、バッキングベルト２２へと押しつけるようにしてもよい。バッキングベルト２２は、図示のように、押圧パッド２６により支持されていてもよい。
平坦化ベルト１２は複数の層を含む。内側の層は、支持及び駆動のための面となる耐久性のある表面を持つ。適切な材料の一例は、（ＵＶに関して）透明なポリイミドである。平坦化ベルトの外側の層は、ＵＶ放射を通す低表面エネルギー材料を含んでおり、その適切な材料の一例は透明ＰＴＦＥであるが、フルオロカーボンなどの他のものを用いてもよい。それら層同士の間の接着剤も実質的にＵＶを透過させるものである必要がある。
ニップ圧は、バッキングベルト２２の内側の少し湾曲した押圧パッド２６により、ニップの全長にわたって均一に保たれる。湾曲した押圧パッド２６は、バッキングベルト２２に垂直な力を加えることにより、バッキングベルト２２を平坦化ベルト１２に押しつけ、そこを通過する記録媒体Ｓを、その媒体Ｓ上の未硬化のインクに関して外向きに曲げる。この外向きの曲げにより、インクが自動的に剥がれやすくしている。
更に図３に示されるように、上述したＩＲランプ４０が、平坦化ベルト１２内の、処理方向Ｐに沿ってニップの前側(入口側）の部分に配置される。これらのランプ、又はこれらと等価のものは、必要に応じて、インクＩと記録媒体Ｓとを、インクの硬化の前に、あらかじめ定められた温度へと加熱する。調整可能な押圧ローラー１６の後ろ(ニップの出口側）で、ＵＶ源３０がインクＩを記録媒体Ｓ上で硬化させる。
図示の例では、２つの放射源がまず加熱のためのＩＲを照射し、その後で硬化のためのＵＶを照射したが、応用が異なれば放射源の配置を変える必要もあり得る。例えば、記録媒体Ｓ上に、異なる原色のインク、あるいは磁気的性質等といった他の性質が異なるインク、などのような複数のインクがある場合には、(ある特定の硬化波長を有する）あるインクを、(別の特定の硬化波長を有する）別のインクの前に硬化させることが望ましい場合も考えられる。例えば、このような順番での硬化を実現できるよう複数の放射源を配置すればよい。またこの代わりに、特定の材料の組合せに応じて、光沢などの望ましい印刷特性が得られるよう、複数の放射源の他の側面(例えば振幅）を異ならせてもよい。
１０ 平坦化ローラー、２０ バッキングローラー、３０ ＵＶ源、４０ ＩＲランプ、５０ 温度センサ、Ｉ 画像(インク）、Ｐ 処理方向、Ｓ 記録媒体。

Claims (3)

  1. 記録媒体上にインクを定着させるための装置であって、
    ニップのところで前記記録媒体のインクを担持した面に接触するように配置された平坦化部材と、
    前記ニップのところで、前記記録媒体のインクを担持した面に向かって、前記インクを前記記録媒体上で硬化させるのに適した放射を照射するように配置された第１の放射源と、
    前記記録媒体のインクを担持した面と反対側で、前記ニップのところで前記記録媒体と接触するバッキング部材と、
    前記バッキング部材に対して配設された押圧部材であって、前記ニップを通過する前記記録媒体を、前記記録媒体上のインクに関して外向きに曲げるよう押圧する押圧部材と、
    を備えるインク定着装置。
  2. 請求項１に記載の装置であって、前記平坦化部材は回転可能であり、前記第１の放射源は実質的に前記回転可能な平坦化部材の内部に配置され、前記回転可能な平坦化部材は前記放射を実質的に透過する、ことを特徴とするインク定着装置。
  3. 請求項１に記載の装置であって、第２の放射源を更に備え、前記第２の放射源は前記第１の放射源より前に前記記録媒体に対して放射を照射する、ことを特徴とするインク定着装置。
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