JP6664472B2 - 印字装置および印字装置の制御方法 - Google Patents
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Description
<印字装置>
第1実施形態に係る印字装置Sの構成について図1を用いて説明する。図1は、第1実施形態に係る印字装置Sの構成模式図である。
次に、第1実施形態に係る印字装置Sに用いられるインクについて説明する。第1インク容器31Aの第1インクは、温度変化により可逆的に色変化(顕色/消色)するインクであり、昇温時に消色開始する温度(以下、「第1消色開始温度」と称する。)Ta1と、降温時に顕色開始する温度(以下、「第1顕色開始温度」と称する。)Td1と、が異なるヒステリシス変色現象を示すインクである。また、第2インク容器31Bの第2インクは、温度変化により可逆的に色変化(顕色/消色)するインクであり、昇温時に消色開始する温度(以下、「第2消色開始温度」と称する。)Ta2と、降温時に顕色開始する温度(以下、「第2顕色開始温度」と称する。)Td2と、が異なるヒステリシス変色現象を示すインクである。
第1実施形態に係る印字装置Sの制御について図3を用いて説明する。図3は、第1実施形態に係る印字装置Sにおけるインクの前処理を示すフローチャートである。
第2実施形態に係る印字装置SAについて図4を用いて説明する。図4は、第2実施形態に係る印字装置SAの構成模式図である。
第3実施形態に係る印字装置SBについて図5を用いて説明する。図5は、第3実施形態に係る印字装置SBの構成模式図である。
第4実施形態に係る印字装置SCについて図6を用いて説明する。図6は、第4実施形態に係る印字装置SCの構成模式図である。
第5実施形態に係る筆記装置SDについて図7を用いて説明する。図7は、第5実施形態に係る筆記装置SDの構成模式図である。
まず、筆記装置SD全体を第1顕色開始温度Td1以下に冷却する。例えば、筆記装置SDを冷凍庫に入れて冷却する。これにより、第1インク及び第2インクは顕色状態となる。
第1〜4実施形態に係る印字装置S〜SCおよび第5実施形態に係る筆記装置SDに用いられるインク(第1インク、第2インク)について更に説明する。
ロイコ染料は、電子供与性化合物からなるものであって、従来、感圧複写紙用の染料や、感熱記録紙用染料として公知のものを利用できる。例えば、トリフェニルメタンフタリド系、フルオラン系、フェノチアジン系、インドリルフタリド系、ロイコオーラミン系、スピロピラン系、ローダミンラクタム系、トリフェニルメタン系、トリアゼン系、スピロフタランキサンテン系、ナフトラクタム系、アゾメチン系等が挙げられる。この様なロイコ染料の具体例としては、9−(N−エチル−N−イソペンチルアミノ)スピロ[ベンゾ[a]キサンテン−12,3’−フタリド]、2−メチル−6−(Np−トリル−N−エチルアミノ)−フルオラン6−(ジエチルアミノ)−2−[(3−トリフルオロメチル)アニリノ]キサンテン−9−スピロ−3’−フタリド、3,3−ビス(p−ジエチルアミノフェニル)−6−ジメチルアミノフタリド、2’−アニリノ−6’−(ジブチルアミノ)−3’−メチルスピロ[フタリド−3,9’−キサンテン]、3−(4−ジエチルアミノ−2−メチルフェニル)−3−(1−エチル−2−メチルインドール−3−イル)−4−アザフタリド、1−エチル−8−[N−エチル−N−(4−メチルフェニル)アミノ]−2,2,4−トリメチル−1,2−ジヒドロスピロ[11H−クロメノ[2,3−g]キノリン−11,3’−フタリドが挙げられる。また、第1インクおよび第2インクが重なって印字された示温体には、視認性の観点から、特に黒以外に呈色する染料を用いた方が好ましく、さらに、第1インクおよび第2インクは異なる色を呈する方が好ましい。具体的には第1インクのロイコ染料として9−(N−エチル−N−イソペンチルアミノ)スピロ[ベンゾ[a]キサンテン−12,3’−フタリド]、第2インクのロイコ染料として3−(4−ジエチルアミノ−2−メチルフェニル)−3−(1−エチル−2−メチルインドール−3−イル)−4−アザフタリドが好ましい。第1インクと第2インクの組み合わせは、これらに限定されるものではなく、異なる色を呈するものであれば良い。
また、本実施形態においては、第1インク、第2インクに対して、1種または2種以上組み合わせて用いることができる。
本実施形態のインクに用いる電子受容体の顕色剤は、電子供与性のロイコ染料と接触することで、ロイコ染料の構造を変化させて呈色させることが可能である。顕色剤としては、感熱記録紙や感圧複写紙等に用いられる顕色剤として公知のものを利用できる。このような顕色剤の具体例としては、4−ヒドロキシ安息香酸ベンジル、2,2′−ビフェノール、1,1−ビス(3−シクロヘキシル−4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、2,2−ビス(3−シクロヘキシル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルフィド、パラオキシ安息香酸エステル、没食子酸エステル等のフェノール類等を挙げることができる。顕色剤は、これらに限定されるものではなく、電子受容体でありロイコ染料を変色させることができる化合物であればよい。また、カルボン酸誘導体の金属塩、サリチル酸及びサリチル酸金属塩、スルホン酸類、スルホン酸塩類、リン酸類、リン酸金属塩類、酸性リン酸エステル類、酸性リン酸エステル金属塩類、亜リン酸類、亜リン酸金属塩類等を用いてもよい。特に、ロイコ染料や後述する消色剤に対する相溶性が高いものが好ましく、2,2′−ビスフェノール、ビスフェノールA、没食子酸エステル類等の有機系顕色剤が好ましい。
本実施形態にかかるインクは、これらの顕色剤を1種、または、2種類以上組み合わせてもよく、さらに、組合せることによりロイコ染料の呈色時の色濃度を調整可能である。本顕色剤の使用量は所望される色濃度に応じて選択する。例えば、通常前記したロイコ色素1重量部に対して、0.1〜100重量部程度の範囲内で選択すればよい。
本実施形態における消色剤とは、ロイコ染料と顕色剤との結合を解離させることが可能な化合物であり、ロイコ染料と顕色剤との呈色温度を制御できる化合物である。一般的に、ロイコ染料が呈色した状態の温度範囲では、消色剤が相分離した状態で固化している。また、ロイコ染料が消色状態となる温度範囲では、消色剤は溶融しており、ロイコ染料と顕色剤との結合を解離させる機能が発揮された状態である。本実施形態のインクに用いるロイコ染料の呈色および消色温度は、消色剤の凝固点と融点に依存する。そのため、消色剤の凝固点と融点は温度差があることが望ましい。また、融点または凝固点の温度は、対象とする温度管理範囲に依存する。具体的には、ミリスチン酸イソプロピル、パルミチン酸イソプロピル、トリカプリリン、トリカプリン、トリラウリン、トリミリスチン等の脂肪酸エステル化合物があり、ロイコ染料および顕色剤との相溶性の観点から、これらの化合物を含むことが好ましい。また、これらの消色剤を1種、または2種類以上組み合わせてもよく、この場合、凝固点および融点の調整が可能である。勿論、これらの化合物に限定されるものではなく、例えば、他のエステル類、アルコール類、エーテル類、ケトン類、アマイド類、アゾメチン類、脂肪酸類、炭化水素類等を挙げることができる。
本実施形態のインクに用いる、ロイコ染料、顕色剤および消色剤の組合せは、通常の染料や顔料と同様に、インク、塗料、合成樹脂等に均一に分散させて用いることが可能であるが、好ましくは保存安定性の観点から樹脂被膜から成るマイクロカプセルにより独立して内包されていることが望ましい。特に、第1実施形態に第1インクと第2インクを混合した混合インクを用いて印字等に用いる場合には、第1インクおよび第2インクのロイコ染料、顕色材、消色剤が混合しないようにするため、マイクロカプセル化することが望ましい。マイクロカプセル化することにより、上記したように組成の湿度等に対する耐環境性が向上し、保存安定性、変色特性の安定化等が可能となる。また、マイクロカプセル化により、インク、塗料などに調製した際に、ロイコ染料、顕色剤、消色剤が他の樹脂剤、添加剤等の化合物から受ける影響を抑制することが可能である。
マイクロカプセル化には、公知の各種手法を適用することが可能である。例えば、乳化重合法、懸濁重合法、コアセルベーション法、界面重合法、スプレードライング法等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。また、2種以上異なる方法を組み合わせてもよい。
マイクロカプセルに用いる樹脂被膜としては、多価アミンとカルボニル化合物から成る尿素樹脂被膜、メラミン・ホルマリンプレポリマ、メチロールメラミンプレポリマ、メチル化メラミンプレポリマーから成るメラミン樹脂被膜、多価イソシアネートとポリオール化合物から成るウレタン樹脂被膜、多塩基酸クロライドと多価アミンから成るアミド樹脂被膜、酢酸ビニル、スチレン、(メタ)アクリル酸エステル、アクリロニトリル、塩化ビニル等の各種モノマー類から成るビニル系の樹脂被膜が挙げられるが、これらに限定されるものではない。さらに、形成した樹脂被膜の表面処理を行い、インクや塗料化する際の表面エネルギーを調整することで、マイクロカプセルの分散安定性を向上させる等、追加の処理をすることもできる。
また、示温体の作製方法にもよるが、インクや塗料として用いる場合、マイクロカプセルの直径は、装置適合性、保存安定性等が課題となるため、0.1〜100μm程度の範囲が好ましく、さらに好ましくは、0.1〜1μmの範囲が良い。
本実施形態の示温体を形成するために、帯電制御式インクジェットプリンタを使用する場合、第1インクおよび第2インクを溶媒中に分散させた第1インク溶液および第2インク溶液が必要となる。インク溶液は、樹脂、着色剤、ポリジメチルシロキサン鎖を有する添加剤、アルコキシシラン基を有する添加剤、溶剤等を含み、これら材料をオーバーヘッドスターラ等により攪拌しお互いを相溶または分散させることによりインクが形成される。インクの抵抗が高い場合は後述する導電剤も添加する。
本実施形態の示温体を形成するために、帯電制御式インクジェットプリンタを使用する場合、第1インクおよび第2インクを溶媒中に分散させた第1インク溶液および第2インク溶液が必要となる。該インク溶液は、抵抗が高い場合、帯電制御式インクジェットプリンタにおけるインクの吐出部において、インク粒子がまっすぐ飛ばず、曲がる傾向がある。そのため、抵抗は概ね2000Ωcm以下にする必要がある。インクの組成は主に2−ブタノン、エタノールを主成分とする有機溶媒、樹脂、顔料である。これらは導電性が低いので、これだけでインクが構成されると抵抗は5000〜数万Ωcm程度と大きく、帯電制御式インクジェットプリンタでは所望の印字が困難となる。そこで、導電剤を添加する必要がある。導電剤としては、錯体を用いることが好ましい。導電剤は用いる溶剤に溶解することが必要で、色調に影響を与えないことも重要である。また導電剤は一般には塩構造のものが用いられる。これは分子内に電荷の偏りを有するので、高い導電性が発揮できるものと推定される。塩構造でない物質はかなりの割合加えないと抵抗が2000Ωcm以下にならないので本実施形態のインクに加えるのは適当ではない。
以上のような観点で検討した結果、導電剤は塩構造で、陽イオンはテトラアルキルアンモニウムイオン構造が好適であることを見出した。アルキル鎖は直鎖、分岐どちらでもよく、炭素数が大きいほど溶媒に対する溶解性は向上する。しかし炭素数が小さいほど、僅かの添加率で抵抗を下げることが可能となる。インクに使う際の現実的な炭素数は2〜8程度である。
陰イオンはヘキサフルオロフォスフェートイオン、テトラフルオロボレートイオン等が溶剤に対する溶解性が高い点で好ましい。
なお、過塩素酸イオンも溶解性は高いが、爆発性があるので、インクに用いるのは現実的ではない。それ以外に、塩素、臭素、ヨウ素イオンも挙げられるが、これらは鉄やステンレス等の金属に接触するとそれらを腐食させる傾向があるので好ましくない。
以上より、好ましい導電剤は、テトラエチルアンモニウムヘキサフルオロフォスフェート、テトラプロピルアンモニウムヘキサフルオロフォスフェート、テトラブチルアンモニウムヘキサフルオロフォスフェート、テトラペンチルアンモニウムヘキサフルオロフォスフェート、テトラヘキシルアンモニウムヘキサフルオロフォスフェート、テトラオクチルアンモニウムヘキサフルオロフォスフェート、テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート、テトラプロピルアンモニウムテトラフルオロボレート、テトラブチルアンモニウムテトラフルオロボレート、テトラペンチルアンモニウムテトラフルオロボレート、テトラヘキシルアンモニウムテトラフルオロボレート、テトラオクチルアンモニウムテトラフルオロボレート等が挙げられる。
なお、本実施形態に係る印字装置S〜SCおよび筆記装置SDは、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
10,10B,10C インクジェットヘッド
11,11A,11B ノズル
12 帯電電極
13 偏向電極
14 ガター
20,20B,20C 印字装置本体
21 メイン容器(混合インク容器)
22,22A,22B インク供給路
23,23A,23B 供給ポンプ
26 インク回収路
27 回収ポンプ
29,29A,29B,30 断熱壁
31A 第1インク容器
32A 第1温度調整機構(第1温度調整部)
33A 第1断熱壁(第1断熱部)
31B 第2インク容器
32B 第2温度調整機構(第2温度調整部)
33B 第2断熱壁(第2断熱部)
34A 第1インク補給路
34B 第2インク補給路
36 溶剤容器
37 溶剤補給路
39 内部温度調整機構(内部温度調整部)
40 制御部
42 第3温度調整機構
43 断熱壁
15 インク滴
100 被印字物
110 示温体
R 温度調整空間
SD 筆記装置
60 筺体
61 断熱壁(断熱部)
62A,62B 観察窓
63 熱伝導部材
64 ペン先部(筆記部)
Claims (11)
- 第1インクを収容する第1インク容器と、
第2インクを収容する第2インク容器と、
前記第1インク容器に収容された前記第1インクの温度及び前記第2インク容器に収容された前記第2インクの温度の少なくともいずれかを調整する温度調整部と、
インクを噴射するノズルと、
前記温度調整部を制御する制御部と、を備え、
前記温度調整部は、冷却機構と加熱機構とを有し、
前記第1インクおよび前記第2インクは、温度変化により可逆的に色変化し、顕色開始温度と消色開始温度とが異なるインクである
ことを特徴とする印字装置。 - 前記温度調整部は、
前記第1インク容器に収容された前記第1インクの温度を調整する第1温度調整部と、
前記第2インク容器に収容された前記第2インクの温度を調整する第2温度調整部と、を備える
ことを特徴とする請求項1に記載の印字装置。 - インク容器と、
前記第1インク容器から前記インク容器に前記第1インクを供給する第1インク補給路と、
前記第2インク容器から前記インク容器に前記第2インクを供給する第2インク補給路と、
前記インク容器から前記ノズルに前記第1インクと前記第2インクを混合した混合インクを供給するインク供給路と、を更に備え、
前記ノズルは、前記第1インクと前記第2インクを混合した前記混合インクを噴射する
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の印字装置。 - 前記温度調整部は、前記第1インクと前記第2インクの混合前に、前記第1インクの温度及び前記第2インクの温度の少なくともいずれかを調整する
ことを特徴とする請求項3に記載の印字装置。 - 前記ノズルは、前記第1インクを噴射する第1ノズルと、前記第2インクを噴射する第2ノズルと、を有し、
前記第1インク容器から前記第1ノズルに前記第1インクを供給する第1インク供給路と、
前記第2インク容器から前記第2ノズルに前記第2インクを供給する第2インク供給路と、を更に備える
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の印字装置。 - 前記第1インク容器および第1温度調整部を内部に配置して、外部と断熱する第1断熱部と、
前記第2インク容器および第2温度調整部を内部に配置して、外部と断熱する第2断熱部と、を更に備える
ことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の印字装置。 - 前記インク容器の温度を調整する内部温度調整部を更に備える
ことを特徴とする請求項3または請求項4に記載の印字装置。 - 前記第1インクの消色開始温度Ta1、前記第1インクの顕色開始温度Td1、前記第2インクの消色開始温度Ta2、前記第2インクの顕色開始温度Td2として、
Td1<Td2<Ta1<Ta2
の関係を満たす
ことを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の印字装置。 - 前記制御部は、
第1温度調整部を制御して、前記第1インクの温度を温度Td1以下とした後、温度Td2より高く、かつ、温度Ta1よりも低い温度である温度T0 とし、
第2温度調整部を制御して、前記第2インクの温度を温度Ta2以上とした後、温度T0 とする
ことを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載の印字装置。 - 第1インクを収容する第1インク容器と、第2インクを収容する第2インク容器と、前記第1インク容器に収容された前記第1インクの温度を調整する第1温度調整部と、前記第2インク容器に収容された前記第2インクの温度を調整する第2温度調整部と、インクを噴射するノズルと、前記第1温度調整部および前記第2温度調整部を制御する制御部と、を備える印字装置の制御方法であって、
前記第1インクおよび前記第2インクは、温度変化により可逆的に色変化し、顕色開始温度と消色開始温度とが異なるインクであり、
前記第1温度調整部および前記第2温度調整部は、冷却機構および加熱機構の少なくとも一つを有する
ことを特徴とする印字装置の制御方法。 - 前記第1インクの消色開始温度T a1 、前記第1インクの顕色開始温度T d1 、前記第2インクの消色開始温度T a2 、前記第2インクの顕色開始温度T d2 として、
T d1 <T d2 <T a1 <T a2
の関係を満たし、
前記制御部は、
前記第1温度調整部を制御して、前記第1インクの温度を温度T d1 以下とした後、温度T d2 より高く、かつ、温度T a1 よりも低い温度である温度T 0 とし、
前記第2温度調整部を制御して、前記第2インクの温度を温度T a2 以上とした後、所定の温度T 0 とする
ことを特徴とする請求項10に記載の印字装置の制御方法。
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