JP2013001092A - インクジェット印刷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ワンパスでアンダーコート層、画像層、トップコート層を形成するインクジェット印刷装置で、画像層のインキ組成及びトップコート層の組成を自由に選択可能とし、もって高耐久印刷物を印刷可能にすること。
【解決手段】 被印刷体の表面にアンダーコート層、画像層、トップコート層を重ねてワンパスで印刷するヘッド組立体１が、画像ヘッドＩＭとトップコートヘッドＴ１の間に画像層を硬化させる第１の硬化手段Ｄ１を設けるとともに、トップコートヘッドＴ１の後に、トップコート層を硬化させる第２の硬化手段Ｄ２を備えている。このため、トップコートを形成する前に、画像層をあらかじめ硬化させておくことができ、画像層のインキの組成及びトップコート層の組成を自由に選択可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、インクジェット印刷装置に関するもので、特に印刷面が摩耗や湿度などに対して高い耐久性を要求される用途に適したインクジェット印刷装置に関する。

インクジェット印刷装置は、インクジェットのヘッドの技術的な進歩及びそれに使用されるインキの開発と相まって、商業印刷産業の一部を賄っている。さらに、インクジェット印刷装置は、従来のオフセット印刷やフレキソ印刷とは異なる特徴をもつため、従来の印刷装置では実現が難しい多様な用途にも適用されている。

インクジェット印刷装置は、印字機構をコンパクトにまとめることができ、またインクジェットのノズルと印刷対象が非接触である。そのため、小さな面積のラベルへの印刷、手帳のインデックスタグや書籍の天や地など凹凸がある部分への印刷、ボールペンの軸など曲面へのネーム印刷などが可能である。

これらの印刷物の中には、印刷した部分に、摩耗や耐候性などで高い耐久性が要求されるものがある。そこで、インクジェット印刷装置での印刷は、下地となるアンダーコート層や画像を保護するトップコート層などを付加して前述の要求を満たしている。たとえば、摩耗や耐候性などで高い耐久性が要求される場合は、まず被印刷体の上にアンダーコート層を塗布する。次にアンダーコート層の上に、複数の色のインキで画像を画像層として形成する。そして、さらに画像層の上にトップコート層を塗布する。アンダーコート層は、画像層の画像の発色を改善したり、被印刷体に画像層を安定して定着させる。アンダーコート層は、透明なインキのこともあり、着色した不透明なインキであることもある。トップコート層は、画像層を被覆する透明な層であり、画像層を摩耗、光、熱、湿気などから保護し、かつ光沢を与えて画像の美観を増す役割がある。

特許文献１には、耐久性を高めた印刷物を得る方法が記載されている。特許文献１に記載された印刷方法は、被印刷体の上にプライマー層を被覆し、その上にアンダーコート層を形成し、その上に画像層として画像印刷を行い、最後にトップコートで被覆したものが示されている。プライマー層は、被印刷体にアンダーコート層を定着させる。トップコートは、画像印刷を摩耗などから保護する。

特許文献１の方法は、通常は、いくつかの処理段階を経て実現することが多く、例えば、プライマー層を形成してから乾燥し、乾燥が終わったならば次のアンダーコート層を被覆し、以下順次重ねていくようにする。特許文献１の方法は、大量生産には向いているものの、段階ごとに段取りを組む必要がある。

特許文献２には、一組のヘッドでアンダーコート層、画像層、トップコート層の印刷を行うインクジェット印刷装置が示されている。ここに示された装置は、各層のインクジェットのヘッドとインキの硬化手段を組立体として一体に組み込んだもので、アンダーコート層の塗布、硬化、画像層の印刷、トップコート層の塗布及び硬化を一組のヘッド組立体で行うことができる。なお、特許文献２に記載のインクジェット印刷装置においては、往復動作をさせる場合は、先に塗布したトップコート層の領域に画像層が重ねて塗布されないように、塗布領域の精密な管理を行う。

特開２００２−１８７３４０号公報 特開２００１−２３９６６０号公報

従来のインクジェット印刷装置は、高耐久性印刷物を実現するために、画像が印刷される層である画像層を保護するトップコート層の組成を限定する必要があった。
この原因は、画像層の硬化が行われる前にトップコート層が形成される点にある。そのため、画像層のインキ組成とトップコート層の組成は、硬化する前に重ねても相互に影響を受けないものとする必要がある。画像層とトップコート層が相互に影響を受けると、画像層の画像ににじみが生じたり、画像層の画像の希釈化が発生したりする。
本発明は、画像層のインキ組成及びトップコート層の組成を自由に選択可能とし、もって高耐久印刷物を印刷可能としたインクジェット印刷装置を実現する。

本発明は、被印刷体の表面に形成したアンダーコート層、前記アンダーコート層の上に印刷画像を形成する画像層、前記画像層に上に形成したトップコート層からなる少なくとも３つの層をワンパスで印刷するようにそれぞれの層を形成するアンダーコートヘッド、画像ヘッド及びトップコートヘッドを一列に並べて一体にしたヘッド組立体を備えたインクジェット印刷装置において、
前記ヘッド組立体は、前記画像ヘッド及び前記トップコートヘッドの間に前記画像層を硬化させる第１の硬化手段と、前記トップコートヘッドの後に、前記トップコート層を硬化させる第２の硬化手段を備えたことを特徴とするインクジェット印刷装置とした。

また、本発明は、次の概念を含む。
（１）前記画像層のインキは、紫外線硬化のインキであり、かつ前記第１の硬化手段は紫外線光源であること。
（２）前記トップコート層の溶液は紫外線硬化の溶液であり、前記第２の硬化手段は紫外線光源であること。
（３）前記アンダーコートヘッド及び前記画像ヘッドの間に前記アンダーコート層を硬化させるアンダーコート硬化手段を備えたこと。
（４）前記アンダーコート硬化手段は、熱源であること。
（５）前記トップコートヘッドは、先行トップコートヘッドと前記トップコートヘッドに続く後行トップコートヘッドからなり、前記第２の硬化手段は、前記後行トップコートヘッドの後に設けたこと。
（６）前記トップコートヘッドは、前記画像ヘッドによって形成される画像層の幅よりも広い幅のトップコート層を形成すること。

本発明によるインクジェット印刷装置は、トップコートを形成する前に、画像層をあらかじめ硬化させておくことができ、画像層のインキの組成及びトップコート層の組成を自由に選択可能となる。

図１は、本発明の第１の実施の態様のヘッド組立体の説明図である。 図２は、本発明の第２の実施の態様の説明図である。 図３は、被印刷体である印刷媒体の断面図である。 図４は、印刷媒体の平面図である。

本発明は、アンダーコート層、画像層、トップコート層からなる少なくとも３つの層をワンパスで印刷するインクジェット印刷装置において、前記それぞれの層を形成するヘッドを一列に並べて一体にしたヘッド組立体が、トップコート層を形成する前に画像層を硬化させ、その後にトップコート層を形成し、硬化させるそれぞれの硬化手段を備えることで実現した。
以下に、本発明の実施の態様を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の第１の実施の態様のヘッド組立体の説明図である。１は、ヘッド組立体である。インクジェット印刷装置は、ヘッド組立体１と、被印刷体である印刷媒体を相対運動させることによって印刷を行う。インクジェット印刷装置におけるヘッド組立体１と記録媒体を相対運動の形式は、印刷媒体を固定したうえでヘッド組立体１を移動させる場合と、ヘッド組立体１を固定したうえで印刷媒体を移動させる場合と、双方を移動させる場合とがある。インクジェット印刷装置は、ヘッドのノズルと印刷媒体の絶対位置を管理しており、ヘッドのノズルを介して、印刷媒体の上に正確にインキなどの塗布溶液を吐出する。

図１の例は、印刷媒体を固定し、ヘッド組立体１が矢印２の方向に移動して印刷を行うインクジェット印刷装置である。ヘッド組立体１は、アンダーコートヘッドＵ１、画像ヘッドＩＭ及びトップコートヘッドＴ１からなる複数のヘッドを備えている。アンダーコートヘッドＵ１は、印刷媒体の上にアンダーコート層を形成する。画像ヘッドＩＭは、画像層を形成するヘッドであって、カラー印刷を行う場合は複数のヘッドの集合体である。画像ヘッドＩＭは、４色の画像を印刷する場合は、Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｋの４つの画像ヘッドからなる。印刷媒体に印刷する画像が単色であれば、１つの画像ヘッドがあればよい。

ヘッド組立体１が、矢印２に示す方向に移動すると、印刷媒体の特定の一点を通過する順序は、Ｕ１、Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｋ、Ｔ１の順である。すなわち、印刷媒体の上には、最初にアンダーコートヘッドＵ１によってアンダーコート層が形成され、次に画像ヘッドＩＭによって画像層が形成され、最後にトップコートヘッドＴ１によってトップコート層が形成される。ＤＵは、アンダーコート硬化手段である。アンダーコート硬化手段ＤＵは、アンダーコートヘッドＵ１と画像ヘッドＩＭの間に設けられている。アンダーコート硬化手段ＤＵは、アンダーコート層が形成された直後で、画像が形成される前に、アンダーコート層を硬化させる。アンダーコート硬化手段ＤＵの形式は、アンダーコート層が、熱乾燥形式の溶液である場合は、熱源である。アンダーコート層が紫外線硬化形式の溶液である場合は紫外線光源となる。アンダーコート硬化手段ＤＵは、アンダーコート層の上に重なる画像層の画像がにじみや希釈などの影響を受けないようにするためのものである。したがって、アンダーコート硬化手段ＤＵは、アンダーコート層を完全に硬化させる必要はなく、画像層が影響を受けない程度の硬化でも良い。なお、アンダーコート層は、特許文献１にも示されているように、アンダーコート層を形成する前に、さらにプライマーコート層を設けるようにしてもよい。

Ｄ１は、第１の硬化手段である。第１の硬化手段Ｄ１は、画像ヘッドＩＭとトップコートヘッドＴ１の間に設けられている。第１の硬化手段Ｄ１は、印刷媒体の上にトップコート層が形成される前に、画像層を硬化させるものである。第１の硬化手段Ｄ１は、画像層を完全に硬化させる必要はなく、画像層の上にトップコート層が形成された場合に、トップコート層の影響を受けない程度に画像層を硬化させれば足りる。

第１の硬化手段Ｄ１が存在しない場合は、画像層が硬化する前に、画像層の上にトップコート層が形成される。そうすると、画像層のインキの状態とトップコート層の溶液の状態によっては、それらが相互に影響することがあり、画像層のインキのにじみ、インキの希釈、変質などが起こる。そのため、画像層のインキとトップコート層の溶液の種類の組み合わせは限定される。一方、第１の硬化手段Ｄ１を設けると、画像層はトップコート層が形成される前にあらかじめ硬化する。従って、画像層のインキの組成やトップコート層の溶液の組成は、独立して自由組み合わせることが可能となる。画像層のインキの組成とトップコート層の溶液の組成の選択の自由度が増すことにより、より耐摩耗性、耐候性のある組み合わせを選択することができ、必要に応じてトップコート層の厚みを自由に増加させることもできる。

第１の硬化手段Ｄ１の形式は、画像層のインキの組成に依存する。画像層のインキの組成は、画像層の下地にアンダーコート層を設ける場合は、画像層のインキがアンダーコート層に浸透しないので、画像形成後に短時間で硬化状態が得られる紫外線硬化のインキが適している。従って、画像層のインキの組成は、紫外線硬化のインキとし、第１の硬化手段Ｄ１の形式は紫外線光源がよい。

Ｄ２は、第２の硬化手段である。第２の硬化手段Ｄ２は、トップコートヘッドＴ１の後に設けられる。第２の硬化手段Ｄ２は、トップコート層の硬化を行う。第２の硬化手段Ｄ２の形式は、トップコート層の溶液の組成に依存する。トップコート層の組成は、第１の硬化手段Ｄ１によって画像層がすでに硬化しているので、自由に選択できるが、短時間で硬化する紫外線硬化の溶液が望ましい。トップコート層の溶液の組成が紫外線硬化の溶液であれば、第２の硬化手段Ｄ２の形式は紫外線光源である。第２の硬化手段Ｄ２が紫外線光源である場合は、光源の光量を第１の硬化手段Ｄ１よりも強くするのが、より望ましい。第２の硬化手段Ｄ２の光量と第１の硬化手段Ｄ１の光量の差は、相対的なものであるが、第２の硬化手段Ｄ２によって、画像層とトップコート層の完全な硬化が得られるのであれば、第１の硬化手段Ｄ１の光量を少なくすることが可能となる。

このように、ヘッド組立体１は、多層の印刷を行うのに必要な要素が一列に並んでいるため、印刷媒体を１回（ワンパス）通過するだけで、アンダーコート層、画像層、トップコート層を連続的に形成することができる。

図２は、本発明の第２の実施の態様のヘッド組立体の説明図である。図２において、トップコートヘッドは、先行トップコートヘッドＴ３と後行トップコートヘッドＴ４の２つから構成される。先行トップコートヘッドＴ２及び後行トップコートヘッドＴ３は、合わせてトップコートヘッドを構成する。Ｄ１は、図１に示した第１の硬化手段Ｄ１と同一であって、画像層を硬化させる。Ｄ３は、先行トップコートヘッドＴ１と後行トップコートヘッドＴ２の間に配置した硬化手段である。Ｄ４は、後行トップコートヘッドＴ２の後に設けた硬化手段である。硬化手段Ｄ３及びＤ４は合わせて第２の硬化手段を構成する。トップコートヘッドを複数設ける利点は、先行トップコートヘッドＴ２と後行トップコートヘッドＴ３の間で、トップコート層の形成エリアを異なるように形成したり、溶液の組成を変えたり、あるいはトップコート層の厚みを増加させることが可能となる。硬化手段Ｄ３は、先行トップコートヘッドＴ２と後行トップコートヘッドＴ３で、溶液の組成が同一の場合は省略することが可能である。

図３は、印刷媒体の断面図である。３は印刷媒体の表面である。印刷媒体３を基準にして、ヘッド組立体１の移動方向が、矢印２の方向であれば、印刷はＡの側から始まり、Ｂの側で終わる。４はアンダーコート層であり、５は画像層であり、６はトップコート層を模式的に示している。図３において、アンダーコートヘッドＵ１、画像ヘッドＩＭ及びトップコートヘッドＴ１の吐出シーケンスを制御すれば、アンダーコート層４、画像層５及びトップコート層６の重なりを制御することができる。図３に示した例では、画像層５は、アンダーコート層４とトップコート層６のよって包み込まれている。なお、アンダーコート層４は、トップコート層６から露出しているが、アンダーコート層と画像層は同じ長さとして、トップコート層６で覆うようにしてもよい。

図４は、印刷媒体の平面図である。図１において、画像ヘッドＩＭの印字幅はＷ１であり、トップコートヘッドＴ１の印字幅はＷ２である。トップコートヘッドＴ１の印字幅Ｗ２は、画像ヘッドＩＭの印字幅Ｗ１よりも広い。Ｗ２の幅がＷ１よりも広くなっていると、図４に示すように、トップコート層６は画像層５を完全に覆うことができる。そのため、画像層５は、より耐摩耗性や耐候性が高くなる。なお、図１において画像ヘッドＩＭの印字幅Ｗ１とトップコートヘッドＴ１の印字幅Ｗ２は、模式的に示したものであり、インクジェットのヘッドのノズルは自由に制御可能であるから、ノズルの制御によって、Ｗ１、Ｗ２の幅の違いを実現することが可能である。

１ ヘッド組立体
２ ヘッド組立体の移動方向
３ 印刷媒体（被印刷体）
４ アンダーコート層
５ 画像層
６ トップコート層
ＤＵ アンダーコート硬化手段
Ｄ１ 画像層の硬化手段
Ｄ２〜Ｄ４ トップコート層の硬化手段
ＩＭ 画像ヘッド
Ｔ１〜Ｔ３ トップコートヘッド
Ｕ１ アンダーコートヘッド

Claims (7)

1. 被印刷体の表面に形成したアンダーコート層、前記アンダーコート層の上に印刷画像を形成する画像層、前記画像層に上に形成したトップコート層からなる少なくとも３つの層をワンパスで印刷するようにそれぞれの層を形成するアンダーコートヘッド、画像ヘッド及びトップコートヘッドを一列に並べて一体にしたヘッド組み立て体を備えたインクジェット印刷装置において、
   前記画像ヘッド及び前記トップコートヘッドの間に前記画像層を硬化させる第１の硬化手段と、
   前記トップコートヘッドの後に、前記トップコート層を硬化させる第２の硬化手段を備えたことを特徴とするインクジェット印刷装置。
2. 前記画像層のインキは、紫外線硬化のインキであり、かつ前記第１の硬化手段は紫外線光源であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット印刷装置。
3. 前記トップコート層の溶液は、紫外線硬化の溶液であり、前記第２の硬化手段は紫外線光源であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット印刷装置。
4. 前記アンダーコートヘッド及び前記画像ヘッドの間に前記アンダーコート層を硬化させるアンダーコート硬化手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のインクジェット印刷装置。
5. 前記アンダーコート硬化手段は、熱源であることを特徴とする請求項４に記載のインクジェット印刷装置。
6. 前記トップコートヘッドは、先行トップコートヘッドと前記トップコートヘッドに続く後行トップコートヘッドからなり、前記第２の硬化手段は、前記後行トップコートヘッドの後に設けたことを特徴とする請求項１に記載のインクジェット印刷装置。
7. 前記トップコートヘッドは、前記画像ヘッドによって形成される画像層の幅よりも広い幅のトップコート層を形成することを特徴とする請求項１に記載のインクジェット印刷装置。

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