JP2018099871A - 印刷装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】プラズマ生成に電磁波のみを用いることでプラズマ装置の構成を簡素化し、電磁波制御のみによって前処置と後処理のプラズマを使い分けるようにした印刷装置を提供する。【解決手段】インクを液滴状に噴出するノズル部を備えたインクカートリッジ２と、被印刷物Ｔをインクカートリッジ２に向けて搬送する搬送手段３と、インクカートリッジ２より被印刷物Ｔの搬送方向に対して上流側と下流側の近傍で、かつ、インクカートリッジ２と共に移動するように配設したプラズマ生成器５Ａ、５Ｂ（以下、総称するときはプラズマ生成器５という。）と、プラズマ生成器５及びインクカートリッジ２を制御する制御手段４とを備え、制御装置４は、各プラズマ生成器５への電磁波の発振を、インクカートリッジ２からのインク噴出タイミングに同期させる【選択図】図１
Description
本発明は、印刷装置に関し、特に印字前後に被印刷物に対してプラズマ処理を施す印刷装置やプラズマ装置を具備したインクカートリッジを備えた印刷装置に関する。
従来、被印刷物にプラズマ処理を施し、インクの定着を向上、印字後のインクの掠れ防止や早期定着を目的として被印刷物にプラズマ処理を施す技術は多数提案されている（例えば、特許文献１〜３）。
これらの技術では前処理として接着性の向上、後処理として硬化性・定着性の向上を目的として、被印刷部の表面改質を行うようプラズマ処理を施すようにしている。
しかし、何れの装置においても装置が大がかりとなり、印刷装置全体の価格が高騰するという問題があった。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、プラズマ生成に電磁波のみを用いることでプラズマ装置の構成を簡素化し、電磁波制御のみによって前処置と後処理のプラズマを使い分けるようにした印刷装置を提供することである。
上記課題を解決するためになされた本発明の印刷装置は、
インクを液滴状に噴出するノズル部を備えたインクカートリッジと、
被印刷物をインクカートリッジに向けて搬送する搬送手段と、
インクカートリッジより被印刷物の搬送方向に対して上流側と下流側の近傍で、かつ、インクカートリッジと共に移動するように配設したプラズマ生成器と、
該プラズマ生成器を制御する制御手段とを備え、
前記プラズマ生成器は、電磁波発振器から発振される電磁波を昇圧する共振回路からなる昇圧手段と放電ギャップを形成する放電電極及び接地電極とから構成され、前記昇圧手段により放電ギャップの電位差を高め放電を生じさせ、
前記制御装置が、各プラズマ生成器への電磁波の発振を、インクカートリッジからのインク噴出タイミングに同期するように制御することで、上流側プラズマ生成器によって被印刷物の表面を改質し、下流側プラズマ生成器によって被処理物の印字箇所にラジカル重合反応を生じさせるようにしている。
インクを液滴状に噴出するノズル部を備えたインクカートリッジと、
被印刷物をインクカートリッジに向けて搬送する搬送手段と、
インクカートリッジより被印刷物の搬送方向に対して上流側と下流側の近傍で、かつ、インクカートリッジと共に移動するように配設したプラズマ生成器と、
該プラズマ生成器を制御する制御手段とを備え、
前記プラズマ生成器は、電磁波発振器から発振される電磁波を昇圧する共振回路からなる昇圧手段と放電ギャップを形成する放電電極及び接地電極とから構成され、前記昇圧手段により放電ギャップの電位差を高め放電を生じさせ、
前記制御装置が、各プラズマ生成器への電磁波の発振を、インクカートリッジからのインク噴出タイミングに同期するように制御することで、上流側プラズマ生成器によって被印刷物の表面を改質し、下流側プラズマ生成器によって被処理物の印字箇所にラジカル重合反応を生じさせるようにしている。
本発明の印刷装置は、印刷前後のプラズマ処理を、インクカートリッジと共に移動するプラズマ生成器で行うようにしたから広範囲のプラズマ処理を不要とする。
上記課題を解決するためになされた本第２発明の印刷装置は、
インクを液滴状に噴出するノズル部を備えたインクカートリッジと、
被印刷物をインクカートリッジに向けて搬送する搬送手段と、
インクカートリッジより被印刷物の搬送方向に対して上流側の近傍、かつ、インクカートリッジと共に移動するように配設したプラズマ生成器と、
インクカートリッジより被印刷物の搬送方向に対して下流側の近傍、かつ、インクカートリッジと共に移動するように配設した電磁波照射器と、
前記プラズマ生成器及び電磁波照射器を制御する制御手段とを備え、
前記プラズマ生成器は、電磁波発振器から発振される電磁波を昇圧する共振回路からなる昇圧手段と放電ギャップを形成する放電電極及び接地電極とから構成され、前記昇圧手段により放電ギャップの電位差を高め放電を生じさせ、
前記制御装置が、プラズマ生成器及び電磁波照射器への電磁波の発振を、インクカートリッジからのインク噴出タイミングに同期するように制御することで、上流側プラズマ生成器によって被印刷物の表面を改質し、下流側マイクロ波照射器によって被処理物の印字箇所を乾燥させるようにしている。
インクを液滴状に噴出するノズル部を備えたインクカートリッジと、
被印刷物をインクカートリッジに向けて搬送する搬送手段と、
インクカートリッジより被印刷物の搬送方向に対して上流側の近傍、かつ、インクカートリッジと共に移動するように配設したプラズマ生成器と、
インクカートリッジより被印刷物の搬送方向に対して下流側の近傍、かつ、インクカートリッジと共に移動するように配設した電磁波照射器と、
前記プラズマ生成器及び電磁波照射器を制御する制御手段とを備え、
前記プラズマ生成器は、電磁波発振器から発振される電磁波を昇圧する共振回路からなる昇圧手段と放電ギャップを形成する放電電極及び接地電極とから構成され、前記昇圧手段により放電ギャップの電位差を高め放電を生じさせ、
前記制御装置が、プラズマ生成器及び電磁波照射器への電磁波の発振を、インクカートリッジからのインク噴出タイミングに同期するように制御することで、上流側プラズマ生成器によって被印刷物の表面を改質し、下流側マイクロ波照射器によって被処理物の印字箇所を乾燥させるようにしている。
本発明の印刷装置は、印刷後のインクの乾燥を電磁波照射器で行い、前処理のプラズマ処理と相まってインクを早期に乾燥させる。
本発明の印刷装置によれば、印刷前後のプラズマ処理に必要なプラズマ生成を、電磁波の発振だけで行うことができるから装置の低廉化を図ることができる。また、電磁波の発振をパルス発振とし、１０乃至１００ナノ以下とすることでＯＨラジカルを多量に生成することが可能となる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
＜実施形態１＞印刷装置
本実施形態１は、本発明に係る印刷装置である。本発明の印刷装置１は、図１に示すように、インクを液滴状に噴出するノズル部を備えたインクカートリッジ２と、被印刷物Ｔをインクカートリッジ２に向けて搬送する搬送手段３と、インクカートリッジ２より被印刷物Ｔの搬送方向に対して上流側と下流側の近傍で、かつ、インクカートリッジ２と共に移動するように配設したプラズマ生成器５Ａ、５Ｂ（以下、総称するときはプラズマ生成器５という。）と、プラズマ生成器５及びインクカートリッジ２を制御する制御手段４とを備えている。
本実施形態１は、本発明に係る印刷装置である。本発明の印刷装置１は、図１に示すように、インクを液滴状に噴出するノズル部を備えたインクカートリッジ２と、被印刷物Ｔをインクカートリッジ２に向けて搬送する搬送手段３と、インクカートリッジ２より被印刷物Ｔの搬送方向に対して上流側と下流側の近傍で、かつ、インクカートリッジ２と共に移動するように配設したプラズマ生成器５Ａ、５Ｂ（以下、総称するときはプラズマ生成器５という。）と、プラズマ生成器５及びインクカートリッジ２を制御する制御手段４とを備えている。
そして、プラズマ生成器５は、電磁波発振器ＭＷから発振される電磁波を昇圧する共振回路からなる昇圧手段５０と放電ギャップ６を形成する放電電極５５ａ及び接地電極５１ａとから構成され、昇圧手段５０により放電ギャップ６の電位差を高め放電を生じさせる。電磁波発振器ＭＷは、電磁波用電源Ｐからの電圧の印可を受け電磁波を発振する。
制御装置４は、各プラズマ生成器５への電磁波の発振を、インクカートリッジ２からのインク噴出タイミングに同期させるとともに、１０乃至５００ナノ秒の発振時間かつデューティ比１０乃至８０％のパルス発振パターンとなるように制御することで、上流側プラズマ生成器５Ａによって被印刷物の表面を改質し、下流側プラズマ生成器５Ｂによって被処理物の印字箇所にラジカル重合反応を生じさせるようにしている。
プラズマ生成器５について、具体的に説明する。プラズマ生成器５は、電磁波発振器ＭＷから発振される電磁波の供給を受ける入力部５２と、入力された電磁波を昇圧する昇圧手段５０と、放電ギャップ６を形成する放電電極５５ａ及び接地電極５１ａとを備え、昇圧手段５０により放電ギャップ６の電位差を高め放電を生じさせるように構成されている。
放電電極５５ａは、入力部５２から伸びる入力軸部５３が挿通される有底の筒状部５４から反入力部側に伸びる電極軸部５５ｂの先端に形成されている。入力部５２から伸びる入力軸部５３は、筒状部５４とは絶縁されている。具体的には、筒状部５４内周面との間に筒状の絶縁体５９が介在している。絶縁体５９を介在させるか筒状部５４の内周面と接触しないように構成することで筒状部５４と入力軸部５３は容量結合となり、後述する等価回路のＣ１を形成する。また、筒状部５４及び電極軸部５５ｂとケーシング５１の先端側ケーシング５１Ａの内周面との間も電気的に絶縁されている。本実施形態においては、筒状部５４及び電極軸部５５ｂは筒状の絶縁体５９に内包されている。筒状部５４の外周面と筒状部５４を覆うケーシング５１Ａの内周面との間によって、後述する等価回路のＣ２を形成し、電極軸部５５ｂとケーシング５１Ａの内周面との間で等価回路のコンデンサＣ３を形成している。絶縁体５９の種類によって異なる誘電率によって、共振周波数が調整される。なお、上述したＣ１は、入力軸部５３を筒状部材５４と電気的に接続することで省略することもできる。
ケーシング５１の後端側ケーシング５１Ｂは貫通孔を備え、この貫通孔に、一端に電磁波発振器ＭＷからの電磁波の供給を受ける入力部５２を形成し他端に入力部５２から伸びる入力軸部５３が突出する筒状の絶縁体５９を配設するとともに、放電電極５５ａ、筒状部５４及び電極軸部５５ｂとこれらを覆う絶縁体５９を内包したケーシング５１Ａが組み込まれている。入力部５２、入力軸部５３及びこれらを覆う絶縁体５９のケーシング５１Ａが組み込み方法は特に限定するものではないが、本実施形態においては、絶縁体５９の外周面及びケーシング５１Ｂの貫通孔に対応する段差を設け、図例左側から挿通し、絶縁体を段差に係合させ、右側への抜け落ちを防止するとともに、左側からケーシング５１Ａを挿通して入力部５２、入力軸部５３及びこれらを覆う絶縁体５９の左側への抜け落ちも防止する。ケーシング５１Ｂに対するケーシング５１Ａの固定方法も特に限定するものではないが、本実施形態においては、貫通孔に刻設した雌ねじ部にケーシング５１Ａの外周面に刻設した雄ねじ部を螺合することによって固定する。螺合による固定後に溶接等の固定手段を用いてケーシング５１Ａをケーシング５１Ｂに対して確実に固定することもでき、また、ねじ部を形成することなく溶接等の固定手段を用いて固定することもできる。
接地電極５１ａは、放電電極５５ａを覆う筒状のケーシング５１Ａの先端で形成され、この接地電極５１ａの内面と放電電極５５ａの外面との間で放電ギャップ６を形成する。この放電ギャップ６を形成する接地電極５１ａ（ケーシング５１Ａの先端）は図３に示すようにスリットｓを形成するようにしている。このスリットｓによって、放電ギャップ６内に混合気を導き燃焼効率を向上させる。なお、放電ギャップ６の距離は０．２〜１．２ｍｍの範囲で設定することが好ましい。
昇圧手段５０は、図５に示す等価回路で構成されている。昇圧手段５０は、電極軸部５５ｂをコイルＬとして、上述したコンデンサＣ１、Ｃ２及びＣ３との間の３箇所で共振構造形成し、供給される電磁波を昇圧するようにしている。特に、筒状部５４の外周面と筒状部５４を覆うケーシング５１の内周面との間に形成されるコンデンサＣ２による第１共振領域及び電極軸部５５ｂと電極軸部５５ｂを覆うケーシング５１との間に形成されるコンデンサＣ３による第２共振領域によって、供給される電磁波を昇圧して、放電電極５５ａと接地電極５１ａとの間の電位差を数十ｋＶまで高め放電を生じさせるようにしている。なお、入力軸部５３と筒状部５４を電気的に接続して容量結合としないことで等価回路のＣ１を形成しない構成とすることもできる。
一般に、共振領域、特に第２共振領域での共振周波数から外れた周波数の電磁波を供給しても、電磁波を昇圧して放電電極５５ａと接地電極５１ａとの間の電位差高めることができない。共振領域で定まる共振周波数からどの程度外れた周波数を供給しても昇圧することができるかは、所謂Ｑ値によって決定される。Ｑ値とは、
Ｑ=ω０／（ω１−ω２）で表される。
ここで、ω０：共振周波数、ω１及びω２（ω１＞ω２）：それぞれ周波数ω０のときのエネルギが１／２となる周波数である。従って、ω１及びω２の値がω０に近いほど、共振のピークが鋭く、Ｑ値が大きくなり、大きなエネルギを得ることができ一般的にはＱ値が大きくなる設計をすることが望ましい。しかし、Ｑ値が大きい場合、共振させるためには共振領域で定まる共振周波数からのズレを大きくとることはできない。本発明者等の実験によるときは、Ｑ値が５０程度のときに±３０ヘルツ、より好ましくは±２０Ｈｚの範囲の周波数の電磁波であれば共振させて放電させることが可能である。
Ｑ=ω０／（ω１−ω２）で表される。
ここで、ω０：共振周波数、ω１及びω２（ω１＞ω２）：それぞれ周波数ω０のときのエネルギが１／２となる周波数である。従って、ω１及びω２の値がω０に近いほど、共振のピークが鋭く、Ｑ値が大きくなり、大きなエネルギを得ることができ一般的にはＱ値が大きくなる設計をすることが望ましい。しかし、Ｑ値が大きい場合、共振させるためには共振領域で定まる共振周波数からのズレを大きくとることはできない。本発明者等の実験によるときは、Ｑ値が５０程度のときに±３０ヘルツ、より好ましくは±２０Ｈｚの範囲の周波数の電磁波であれば共振させて放電させることが可能である。
電磁波発振器ＭＷは、常時所定電圧、例えば１２Ｖを電磁波用電源Ｐから供給される。そして、制御装置４から電磁波発振信号を所定のデューティ比、パルス時間等を設定した発振パターンのパルス波として電磁波（例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波）を出力する。
プラズマ波生成器５の放電ギャップ６で生成されるプラズマを直接被印刷物Ｔに接触するよう、図１に示すように構成しても構わないが、図４に示すように、ケーシング５１を覆うようにノズルキャップ７を配設することもできる。このノズルキャップ７の内周面とケーシング５１との間には所定の隙間となる空間を設けるとともに、外部の圧縮空気発生器Ａとノズルキャップに７に開口した圧縮空気導入口７ｂとを圧縮空気導入管７０によって接続し、ノズルキャップ７の内周面とケーシング５１との間の空間に圧縮空気を供給する。そして、ノズルキャップ７の先端に設けたプラズマ噴出口７ａをプラズマ生成器５の放電ギャップ６近傍に位置させることで、放電ギャップ６で生成されたプラズマがプラズマジェットとしてプラズマ噴出口７ａから被印刷物Ｔに噴出される。圧縮空気発生器Ａは制御装置４によって気圧流量が調整され、必要に応じて圧縮空気の流路に設けた加湿器Ｂによって湿度を調整する。この際、圧縮空気の噴射量は５リットル／分〜２０リットル／分程度が好ましい。
電磁波発振器ＭＷの発振パターンは連続波、パルス波のいずれでも制御可能であり、また、上流側プラズマ生成器５Ａと下流側プラズマ生成器５Ｂとは、上流側プラズマ生成器５Ａでは被印刷物Ｔの表面改質を行えるプラズマ生成パターンを、下流側プラズマ生成器５Ｂでは被印刷物に印字されたインク表面にラジカル重合反応を生じさせるプラズマ生成パターンの発振であれば特に限定するものではなく、同じ設定であっても構わない。本発明者等の実験によれば、印字前処理である上流側プラズマ生成器５Ａによって未処理の被印刷物表面に滴下した水滴の接触角３０°以下（未処理の場合は６０°以上）になるようにするためには発振時間が１００乃至１０００ナノ秒、発振周期が３乃至１０マイクロ秒で、デューティ比が１０％程度となるように発振することで良好な結果を得ることができた。
また、印字後処理である下流側プラズマ生成装置５Ｂによってラジカル重合反応に必要となるＯラジカルＯＨラジカルは電離開始後１０乃至１００ナノ秒、１００ナノ秒経過時に大量に生成されることが知られている。そのため、発振時間が５０乃至２００ナノ秒、発振周期が１乃至１０マイクロ秒で、デューティ比が１０乃至５０％程度とすることが好ましい。このラジカル重合反応では、印字したインクの表面の近傍にプラズマ生成器５Ｂの放電ギャップ６が位置するようにして、モノマー含有系インクの場合、プラズマ生成器５Ｂにより生じるプラズマを照射することでプラズマから生成されるＯＨラジカルによりインク表面で高分子重合を起こしインクの早期定着を促すとともに、表面を高分子薄膜でコーティングし、掠れを防止する。また炭化物前駆体物質を含むインクの場合、ラジカル酸化によってインクの表面上に炭化膜が形成され、モノマー含有系インクの場合と同様に早期定着を促し、掠れを防止する。
＜印刷装置の動作＞
本実施形態の印刷装置１の印字動作について説明する。制御装置４は印字命令を受信すると、カートリッジ２に印字指令を送信するとともに、印字タイミングに合わせプラズマ生成器５に電磁波を発振するように電磁波用電源Ｐ及び電磁波発振器ＭＷに電磁波の発振信号を送信する。
本実施形態の印刷装置１の印字動作について説明する。制御装置４は印字命令を受信すると、カートリッジ２に印字指令を送信するとともに、印字タイミングに合わせプラズマ生成器５に電磁波を発振するように電磁波用電源Ｐ及び電磁波発振器ＭＷに電磁波の発振信号を送信する。
プラズマ生成器５Ａは印字対象箇所となる被印刷物Ｔの表面にカートリッジ２からの印字前にプラズマを照射し、表面の濡れ性を向上させる。また、プラズマ生成器５Ｂは濡れ性が向上され、インクカートリッジ２によって印字されたインク表面にプラズマを照射し、ＯＨラジカルによりインク表面で高分子重合を起こしインクの早期定着を促すとともに、表面を高分子薄膜でコーティングすることで、掠れを防止する。つまり、インク表面にラジカル重合反応を生じさせる。
また、本実施形態におけるインクカートリッジ２とプラズマ生成器５とが共に移動する「移動」の意味は、送られてくる被印刷物Ｔの移動方向に対して略直交する方向に移動しながら印字する場合だけではなく、印刷時には被印刷物Ｔに対して移動することなく複数の噴射ノズルからインクを噴射して被印刷物Ｔに文字などを印刷する印刷装置の場合、インクカートリッジ２の被印刷物Ｔに対する位置決めの移動に伴って移動させる場合も含むものである。換言すると、被印刷物Ｔの移動方向に対して直交する位置がインクカートリッジ２とプラズマ生成器５とで同じ位置にあるという意味である。
−実施形態１の効果−
本実施形態１の印刷装置１は、印刷前に行う被印刷物表面の改質と印刷後に行うインクの定着性の向上と掠れ防止処理をインクカートリッジと共に移動するプラズマ生成器によって行うようにしたから、プラズマ処理範囲を従来の装置のような広範囲で行うことなくスポット的に行うことができ、プラズマ生成器の小型化を実現するので装置の低廉化を図ることができる。また、下流側プラズマ生成装置５Ｂによって、被印刷物Ｔ表面のインクに非平衡プラズマであっても高い電子温度（約１万℃）のプラズマが接触することで熱伝導による加熱ではなく、与えた温度の４乗程度の加熱効果のある輻射熱で加熱することとなり水分の蒸発（乾燥）を促進する。
本実施形態１の印刷装置１は、印刷前に行う被印刷物表面の改質と印刷後に行うインクの定着性の向上と掠れ防止処理をインクカートリッジと共に移動するプラズマ生成器によって行うようにしたから、プラズマ処理範囲を従来の装置のような広範囲で行うことなくスポット的に行うことができ、プラズマ生成器の小型化を実現するので装置の低廉化を図ることができる。また、下流側プラズマ生成装置５Ｂによって、被印刷物Ｔ表面のインクに非平衡プラズマであっても高い電子温度（約１万℃）のプラズマが接触することで熱伝導による加熱ではなく、与えた温度の４乗程度の加熱効果のある輻射熱で加熱することとなり水分の蒸発（乾燥）を促進する。
＜実施形態２＞印刷装置
本実施形態２は、本発明に係る印刷装置である。本発明の印刷装置１は、図６に示すように、インクを液滴状に噴出するノズル部を備えたインクカートリッジ２と、被印刷物Ｔをインクカートリッジ２に向けて搬送する搬送手段３と、インクカートリッジ２より被印刷物Ｔの搬送方向に対して上流側の近傍で、かつ、インクカートリッジ２と共に移動するように配設したプラズマ生成器５と、インクカートリッジ２より被印刷物Ｔの搬送方向に対して下流側の近傍で、かつ、インクカートリッジ２と共に移動するように配設した電磁波照射器８と、プラズマ生成器５Ａ、電磁波照射器８及びインクカートリッジ２を制御する制御手段４とを備えている。第１実施形態と比較して、インクカートリッジ２より被印刷物Ｔの搬送方向に対して下流側の近傍に配設される部材が、プラズマ生成装置ではなく電磁波照射器８である点が相違する。そして、制御装置４が、プラズマ生成器５Ａ及び電磁波照射器８への電磁波の発振を、インクカートリッジ２からのインク噴出タイミングに同期するように制御することで、プラズマ生成器５Ａによって被印刷物Ｔの表面を改質し、電磁波照射器８によって被処理物Ｔの印字箇所を乾燥させるようにしいる。
本実施形態２は、本発明に係る印刷装置である。本発明の印刷装置１は、図６に示すように、インクを液滴状に噴出するノズル部を備えたインクカートリッジ２と、被印刷物Ｔをインクカートリッジ２に向けて搬送する搬送手段３と、インクカートリッジ２より被印刷物Ｔの搬送方向に対して上流側の近傍で、かつ、インクカートリッジ２と共に移動するように配設したプラズマ生成器５と、インクカートリッジ２より被印刷物Ｔの搬送方向に対して下流側の近傍で、かつ、インクカートリッジ２と共に移動するように配設した電磁波照射器８と、プラズマ生成器５Ａ、電磁波照射器８及びインクカートリッジ２を制御する制御手段４とを備えている。第１実施形態と比較して、インクカートリッジ２より被印刷物Ｔの搬送方向に対して下流側の近傍に配設される部材が、プラズマ生成装置ではなく電磁波照射器８である点が相違する。そして、制御装置４が、プラズマ生成器５Ａ及び電磁波照射器８への電磁波の発振を、インクカートリッジ２からのインク噴出タイミングに同期するように制御することで、プラズマ生成器５Ａによって被印刷物Ｔの表面を改質し、電磁波照射器８によって被処理物Ｔの印字箇所を乾燥させるようにしいる。
プラズマ生成器５Ａは、実施形態１の構成と同様、電磁波発振器ＭＷから発振される電磁波を昇圧する共振回路からなる昇圧手段５０と放電ギャップ６を形成する放電電極５５ａ及び接地電極５１ａとから構成され、昇圧手段５０により放電ギャップ６の電位差を高め放電を生じさせ、被印刷物Ｔ表面を改質する。そして、電磁波照射器８は、電磁波発振器ＭＷから発振される電磁波（例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波）を、共振空間を形成するキャビティ８０内に放射し、キャビティ８０の開放端に位置する被印刷物Ｔ表面のインクを瞬時に加熱し乾燥させる。
上述したようにキャビティ８０を構成した場合、電磁波照射器８は、放射アンテナ８１の放射部８１ａから被印刷物Ｔ表面までの距離Ｌが発振する電磁波の波長をλとした場合に、λ／４となるように構成することが好ましい。
本実施形態における搬送手段３は、ロール状に巻回された被印刷物Ｔに印刷する場合の例を示し、ロール状の被印刷物Ｔをセットする貯留ローラ３１と、被印刷物Ｔが略水平に移動し、インクカートリッジ２から噴射されるインクによって印刷される送り台３０と、貯留ローラ３１から引き出された被印刷物Ｔを送り台３０に送り出す送り出しローラ３３と、印刷された被印刷物Ｔを巻き取る巻き取りローラ３５と、この巻き取りローラ３５に被印刷物Ｔを受け渡す受けローラ３４と、貯留ローラ３１と送り出しローラ３３及び巻き取りローラ３５と受けローラ３４との間で被印刷物Ｔに張力を付与するテンションローラ３２とから構成されている。
本実施形態においては、インクカートリッジ２は、印刷時には固定され、印刷前に被印刷物Ｔの移動方向に対して、プラズマ生成装置５Ｂ及び電磁波照射器８と共に直交方向に移動させ印字位置を決定する。
また、電磁波照射器８は、図７に示すように、搬送手段３の被印刷物Ｔが載置される搬送面及び搬送手段３の搬送部表面に位置する被印刷物Ｔを境として、放射アンテナ８１と対向する位置にシールド用金属８２を配設することができる。シールド用金属８２は、インクカートリッジ２が印刷時に移動する場合には移動範囲（図例の奥行き方向）をカバーするように配設する。この場合、放射アンテナ８１の放射部８１ａの位置は、被印刷物Ｔに接しない範囲で、可及的に被印刷物Ｔに近い位置が好ましく、シールド用金属８２も搬送手段３の下面側に可及的に近接させることが好ましい。この状態で電磁波発振器ＭＷから電磁波を供給されると、放射部８１ａとシールド用金属８２との間で誘電加熱が生じ、インクを瞬時に乾燥させることができる。また、送り台３０の電磁波照射アンテナから電磁波が照射さることとなる対応する箇所又は送り台３０全体を、シールド用金属８２と同様の材質とすることで別途シールド用金属８２の配設を省略することもできる。なお、この場合はキャビティを設置する必要はない。
このように、インクカートリッジ２の下流側で電磁波（マイクロ波）を照射することで水溶性インクの場合、誘電加熱で水を蒸発させ短時間でインクを乾燥させる。また、インク内のカーボンブラックは電磁波の照射により瞬時に加熱され、その熱によって水が蒸発するとともに、他のインク成分が溶融し被印刷物Ｔに強固に付着する。この際、蒸発潜熱を吸収するために吸熱部材（例えばヒートシンク）を被印刷物Ｔの下面側に配設することが好ましい。この吸熱部材は、搬送手段３の放射アンテナ８１が位置する箇所全体に亘って配設したり、搬送手段３の全体を吸熱構造体としたりすることができる。
また、印字速度を高めるために、プラズマ生成装置５Ａからのプラズマの効果が出るまでの時間（タイムラグ）、インクカートリッジ２から噴射されるインクが付着するまでの時間（タイムラグ）及び電磁波照射器８からの電磁波によってインクを蒸発乾燥させる時間（タイムラグ）を考慮して、カートリッジ２からのプラズマ生成器５Ａ、電磁波照射器８の位置を決定する。これは実施形態１の場合も同様である。
また、実施形態１及び実施形態２では、前処理と後処理について説明したが、印字するインクにプラズマ処理を施すことができる。インクへのプラズマ処理はインクカートリッジ２へのインクの充填前に行うこともできるほか、ノズルから噴射する直前や噴射口に向けてプラズマを噴射してプラズマ処理を施すように構成することもできる。インクにプラズマ処理を施すことで、インクが静電気を帯びた状態、つまりプラスマイナスの電荷を有する状態となり、被印刷物Ｔへの定着が促進される。また、後処理としてプラズマやマイクロ波を用いて行うことなく、前処理だけを施すように構成しても、被印刷物Ｔ表面の濡れ性が向上させることができるので印字品質は向上する。本実施形態１及び実施形態２の前処理としてのプラズマ処理では、放電電極５５ａ及び接地電極５１ａの位置（放電部）から被印刷物Ｔ表面までの距離を２ｍｍ〜５ｍｍ程度とすることで効果的に被印刷物Ｔの表面処理を行うことができる。また、従来の印刷装置でのプラズマ処理とは異なり、印刷直前の被印刷物Ｔ表面に処理を施すようにしているからプラズマ処理装置の小型化することができ装置全体の低廉化を図ることができる。
＜実施形態３＞印刷装置
本実施形態３は、本発明に係る印刷装置である。本発明の印刷装置１は、図７に示すように、インクを液滴状に噴出するノズル部を備えたインクカートリッジ２と、被印刷物Ｔをインクカートリッジ２に向けて搬送する搬送手段３と、インクカートリッジ２より被印刷物Ｔの搬送方向に対して上流側の近傍で、かつ、インクカートリッジ２と一体構造となるように配設したプラズマ生成器５と、プラズマ生成器９及びインクカートリッジ２を制御する制御手段４とを備えている。第１実施形態、第２実施形態と比較して、インクカートリッジ２より被印刷物Ｔの搬送方向に対して下流側の近傍に配設される部材を省略している点が相違する。そして、制御装置４が、プラズマ生成器９への電磁波の発振を、インクカートリッジ２からのインク噴出タイミングに同期するように制御することで、プラズマ生成器５Ａによって被印刷物Ｔの表面の印字箇所を予め改質するようにしいる。
本実施形態３は、本発明に係る印刷装置である。本発明の印刷装置１は、図７に示すように、インクを液滴状に噴出するノズル部を備えたインクカートリッジ２と、被印刷物Ｔをインクカートリッジ２に向けて搬送する搬送手段３と、インクカートリッジ２より被印刷物Ｔの搬送方向に対して上流側の近傍で、かつ、インクカートリッジ２と一体構造となるように配設したプラズマ生成器５と、プラズマ生成器９及びインクカートリッジ２を制御する制御手段４とを備えている。第１実施形態、第２実施形態と比較して、インクカートリッジ２より被印刷物Ｔの搬送方向に対して下流側の近傍に配設される部材を省略している点が相違する。そして、制御装置４が、プラズマ生成器９への電磁波の発振を、インクカートリッジ２からのインク噴出タイミングに同期するように制御することで、プラズマ生成器５Ａによって被印刷物Ｔの表面の印字箇所を予め改質するようにしいる。
そして、本実施形態３のプラズマ生成装置は、実施形態１、実施形態２と同様のプラズマ生成装置を利用することもできるが、図８に示す平板型タイプの電磁波によるプラズマ生成装置９を使用するようにしている。このプラズマ生成装置９は、複数の絶縁基板に所定のパターンを形成し、積層して構成する。絶縁基板は長方形形状で、一端に入力端子部、多端にプラズマ生成部（放電部）を形成する。このプラズマ生成装置９をインクカートリッジ２と一体構造となるように配設するとともに、インクカートリッジ２が印字する印字面からの高さを微調整可能に取り付けるようにしている。
絶縁基板は、セラミックス（例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム、コーディライト、ムライト等）の粉末（以下、セラミックス原料という）を焼成して形成する。本実施形態では単層のセラミックス製の絶縁基板を用いることができる。具体的には、セラミックス原料にバインダ・溶媒を加え混合粉砕して均一なスラリーを製造する。その後、スプレードライ（噴霧乾燥）により造粒して顆粒とする。この顆粒を、ＣＩＰ成形（冷間等方圧成形）、プレス成形、射出成形等により所望形状のセラミックス成形体を成形した後、焼成炉において焼成する。ＣＩＰ成形は、顆粒をゴム型に入れて水圧を利用して成型する方法、プレス成形は金型に顆粒を入れて成形する方法で小型の板状体を成形する場合に適しており、本実施形態の絶縁基板を成形する方法として最適である。また、絶縁基板は、上述した材料の他、樹脂製のプレート、例えばフッ素樹脂やガラスエポキシ材を使用したものであっても構わない。
絶縁基板上に形成する中心電極９２及び放電電極９３ａを構成する共振電極９３は、金属粉末（例えば、電気抵抗の低い銀、銅、タングステン、モリブデン等）を主成分とする導体ペーストを図８（ａ）及び（ｄ）に示すような構成となるようにスクリーン印刷等の手法によって絶縁基板上に印刷するようにしているが、これに限られるものではない。
このプラズマ生成装置９は、４枚の基板を積層し、中空角柱状のケース９０に収納するように構成しているが、中間基板である基板９１Ｂ及び９１Ｃは厚みを考慮して１枚の基板で構成することもできる。
第１基板９１Ａは、主面に中心電極９２を形成し、短辺の一端に外部の電磁波発振器ＭＷと接続される入力部９５（例えばＳＭＡコネクタ）を配設し、多端に所定の厚みと長さを有するアンテナ部９２ａを備えるようにしている。
第２基板９１Ｄは、共振電極９３を備える。この共振電極９３は放電部９３ａ、共振部９３ｂ及び放電部９３ａと共振部９３ｂを電気的に接続する連結部９３ｃとから構成される。放電部９３ａは、積層した際に、アンテナ部９２ａと対向する位置となるように構成されている。そして、放電部９３ａの両脇は、ケース９０に積層した基板を収納したとき、ケース９０の端部に形成する接地電極部９０ａが入り込むように切り欠き部を設けるようにしている。これによって放電部９３ａが形成される短辺側は凸状となる。
上記構成において、外部の電磁波発振器ＭＷから供給される電磁波（本実施形態においては２．４５ＧＨｚのマイクロ波）は中心電極９２のアンテナ部９２ａから放電部９３ａを介して共振電極９３の共振部９３ｂに到達して昇圧され、共振電極９３の放電部９３ａと接地電極９０ａとの間の電位差が高められる。その結果、放電部９３ａと接地電極９０ａとの間で１次プラズマＳＰ１が生成される。アンテナ部９２ａと放電部９３ａは、容量結合されるコンデンサを形成している。
１次プラズマＳＰ１が生成されることで、インピーダンスの不整合が生じるが、共振部を介さない中心電極９２を通る電磁波は、アンテナ部９２ａから１次プラズマＳＰ１に供給され、１次プラズマＳＰ１が維持拡大される。このようにして生成されたプラズマは実施形態１と同様、印刷装置のインクカートリッジ２の上流側で被印刷物Ｔの表面を改質し、インクの付着性を向上させる。図１０は、本実施形態の昇圧手段の等価回路である。プラズマが発生していない状態では、抵抗Ｒｐ１、Ｒｐ２の両端は解放状態と等価であると考える。外部の電磁波発振器ＭＷから電磁波（マイクロ波）が入力されると、まずコンデンサＣ１に電流が流れる。この供給される電磁波波の周波数に共振して、コンデンサＣ２、Ｃ３及びリアクタンスＬで形成されるループ回路に強い共振電流が流れると、特にコンデンサＣ３の両端に高い電圧が発生する。コンデンサＣ３の両端で絶縁破壊となり、放電してプラズマが発生する（これは上述の１次プラズマＳＰ１に相当する）。コンデンサＣ３の両端には、解放状態から抵抗Ｒｐ１が並列に接続された状態に変化する。この状態では、図５の実施形態１の昇圧手段と同様、インピーダンスの不整合状態が起きているので、反射波が大くなる。次に、コンデンサＣ３の両端で発生したプラズマＳＰ１を種火として伝送線との間で放電が発生する。これにより、伝送線とグランド（ＧＮＤ）の間に強い電流が流れる（電気回路的には、解放状態から抵抗Ｒｐ２が接続された状態となる）。しかし、伝送線と直結した経路による放電では共振部分（共振電極９３の共振部９３ｂ）を介さないから、インピーダンス不整合による反射の発生量が大幅に減少する。これにより入力電力を高効率にプラズマに与えることができる。
電磁波発振器ＭＷは、上述したように電磁波（マイクロ波）をナノ秒〜ミリ秒まで任意変更することのできるパルス発振装置であるため、様々なパルス発振パターンを簡単に変更することができる。これによって電離時のエネルギ状態を変更させ発生するラジカルの種類を容易にコントロールすることができる。さらに、印字面が平面ではなく曲面状態であっても、プラズマ生成装置９は、インクカートリッジ２の印字面からの高さを微調整可能に取り付けているから任意の曲率に沿って、かつ、一定のギャップでプラズマを生成し被印刷物Ｔ表面を良好に改質することができる。
以上説明したように、本発明の印刷装置は、新規設計の印刷装置として好適に用いることができる他、既存の印刷装置の改良としても好適に用いることができる。
１ 印刷装置
２ インクカートリッジ
３ 搬送装置
４ 制御装置
５ プラズマ生成装置
６ 放電ギャップ
７ ノズルキャップ
８ 電磁波照射器
２ インクカートリッジ
３ 搬送装置
４ 制御装置
５ プラズマ生成装置
６ 放電ギャップ
７ ノズルキャップ
８ 電磁波照射器
Claims (3)
- インクを液滴状に噴出するノズル部を備えたインクカートリッジと、
被印刷物をインクカートリッジに向けて搬送する搬送手段と、
インクカートリッジより被印刷物の搬送方向に対して上流側と下流側の近傍で、かつ、インクカートリッジと共に移動するように配設したプラズマ生成器と、
該プラズマ生成器を制御する制御手段とを備え、
前記プラズマ生成器は、電磁波発振器から発振される電磁波を昇圧する共振回路からなる昇圧手段と放電ギャップを形成する放電電極及び接地電極とから構成され、前記昇圧手段により放電ギャップの電位差を高め放電を生じさせ、
前記制御装置が、各プラズマ生成器への電磁波の発振を、インクカートリッジからのインク噴出タイミングに同期するように制御する印刷装置。 - インクを液滴状に噴出するノズル部を備えたインクカートリッジと、
被印刷物をインクカートリッジに向けて搬送する搬送手段と、
インクカートリッジより被印刷物の搬送方向に対して上流側の近傍、かつ、インクカートリッジと共に移動するように配設したプラズマ生成器と、
インクカートリッジより被印刷物の搬送方向に対して下流側の近傍、かつ、インクカートリッジと共に移動するように配設した電磁波照射器と、
前記プラズマ生成器及び電磁波照射器を制御する制御手段とを備え、
前記プラズマ生成器は、電磁波発振器から発振される電磁波を昇圧する共振回路からなる昇圧手段と放電ギャップを形成する放電電極及び接地電極とから構成され、前記昇圧手段により放電ギャップの電位差を高め放電を生じさせ、
前記制御装置が、プラズマ生成器及び電磁波照射器への電磁波の発振を、インクカートリッジからのインク噴出タイミングに同期するように制御する印刷装置。 - インクを液滴状に噴出するノズル部を備えたインクカートリッジと、
被印刷物をインクカートリッジに向けて搬送する搬送手段と、
インクカートリッジより被印刷物の搬送方向に対して上流側で、インクカートリッジと一体構造となるように配設したプラズマ生成器と、
前記プラズマ生成器を制御する制御手段とを備え、
前記プラズマ生成器は、電磁波発振器から発振される電磁波を昇圧する共振回路からなる昇圧手段と放電ギャップを形成する放電電極及び接地電極とから構成され、前記昇圧手段により放電ギャップの電位差を高め放電を生じさせることでプラズマを発生させ、
前記制御装置が、プラズマ生成器への電磁波の発振を、インクカートリッジからのインク噴出タイミングに同期するように制御する印刷装置。
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