JPH04323045A - インクジェット式印刷方法と印刷装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はノンインパクト式の印刷
方法および印刷装置に関し、特にインクを噴射して被印
刷物上にインク液滴を形成して印刷を行なうインクジェ
ット式印刷方法と印刷装置に関する。

【０００２】なお、本明細書で「印刷」とは、印字、印
画を含む概念として用いる。

【０００３】

【従来の技術】情報化社会の発展に伴い、高速印刷技術
が急速に開発されている。多数の複製を要しない文書や
画像の高速印刷は、従来の機械的・力学的手段によって
インクを被印刷物の表面に転写する印刷技術とは異なる
ノンインパクト印刷が主流となりつつある。ノンインパ
クト印刷には、インクジェット方式、熱転写方式、電子
写真方式等がある。各方式はそれぞれに長所と短所とを
有する。インクジェット方式は、電子写真方式と共に高
品位印字と静粛さを特徴とし、急速に普及しつつある。

【０００４】図７に従来の技術によるインクジェット方
式の印刷を示す。図７（Ａ）は、インクをノズルから噴
出させる状態を示し、図７（Ｂ）は噴出されたインク液
滴が紙上に付着して印刷を形成する状態を示す。

【０００５】図７（Ａ）において、ノズル５２はたとえ
ば内径３０〜１００μｍの小口径を有し、液状のインク
５１を噴出してインク液滴５３を形成させる。このイン
ク液滴５３を、図７（Ｂ）に示すように対向に配置され
た対向する紙５４の表面に付着させ印刷を行なう。

【０００６】液滴を形成し、紙上に噴射する機構として
は、ノズル５２直前のインク溜めに圧電素子を設け、パ
ルス電圧印加により瞬間的にインク溜めの容積を変化さ
せてインクを噴射する方式、ノズル内部に発熱電極を設
け、瞬間的加熱を行ないインクを蒸発させて高圧気泡を
発生させてインクを噴射させる方式等が用いられている
。

【０００７】インク用着色剤としては、水溶性または油
溶性の染料および顔料が使用される。インクは、このよ
うな着色剤の他、溶剤（分散剤）、定着剤、安定化剤、
湿潤剤等を成分とする。

【０００８】ジェットインクは、被印刷物に転写された
後は、速やかにその表面で固定化されることが望ましい
。ところが、固定化速度が速いことはノズルの開放端に
おいても固定化し易く、目詰りの原因となることを意味
する。そこで、従来は不使用時にはノズルを密閉する印
刷ヘッド機構を採用すること等により、目詰り対策を講
じてきた。

【０００９】また、顔料系インクはノズルでの目詰りを
起こし易く、従来あまり用いられていなかった。そこで
、従来のジェットインクには主に水溶性染料が着色剤と
して使用されてきた。ところで、このようなインクは使
用する紙によっては印字がにじむ難点がある。専用紙を
用いればこの問題点は解決できるが、ランニングコスト
の上昇を迎いてしまう。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
インクは染料ないし顔料等の成分を有し、液相であるが
乾燥すると固相成分が残る。印刷を行なっていない間、
ノズル開口において、インク５１が空気中に露出してい
ると液相成分が蒸発し、固相成分が残ってノズルの目詰
りを生じ易い。また、顔料が使用しにくいため、染料を
用いたインクが多く用いられるが、染料系インクは使用
する紙の種類によってはインクが紙に滲む、耐光性や耐
水性が低い、純黒の染料が無い等の問題がある。

【００１１】本発明の目的は、インクの乾燥によって目
詰りを生じることの少ないインクジェット式印刷方法お
よびその方法を実施する印刷装置を提供することである
。

【００１２】本発明の他の目的は、インク用成分の制限
の少ないインクジェット式印刷方法およびその方法を実
施する印刷装置を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】図１に本発明の原理を示
す。インク成分を複数の成分１、２、・・に分け、印刷
する時にこれらの成分１、２、・・を混合し（３）被印
刷物１０上に噴射することによって印刷を行なう。

【００１４】複数の成分に分けられた各インク成分は、
固相、液相のように分けられてもよく、複数の液相成分
で、混合することによってインクとなるようなものであ
ってもよい。

【００１５】

【作用】インクの成分を複数の成分に分割することによ
り、インクの乾燥による目詰りを防止・低減することが
できる。

【００１６】また、インク成分として種々の材料を用い
ることも可能になる。

【００１７】

【実施例】以下本発明を実施例に沿って説明する。

【００１８】顔料としては種々のものが使用できるが、
たとえば黄色用としてハンザエロー１０Ｇ、ピグメント
イエロー１４、ピグメントイエロー１６、橙色としては
パーマネントオレンジ、バルカンオレンジ、赤色として
はパーマネントルビンＦ６Ｂ、ウォッチングレッドＳｒ
塩、ウォッチングレッドＢａ塩、藍色としてはシアニン
ブルー、緑色としてはシアニングリーン、紫色にはナイ
トールバイオレット、バイオレットレーキ、白色には酸
化チタン、黒色にはカーボンブラック、アニリンブラッ
ク、シアニンブラック、鉄黒等を用いることができる。 染料としてはアゾ系染料等を用いることができる。たと
えば、シアンとしてインディゴカーマイン、メチレンブ
ルー、ナイルブルーＡ、メチレングリーン、インディゴ
、マゼンタとしてアマランス、ニューコクシン、キシレ
ンレッド、ローダミン５Ｇエキストラ、コンゴレッド、
チオインディゴ、バットスカーレットＧＧ、イエローと
してフルオロセイン、フラバンスロン、アゾベンゼン、
ブラックとしてダイレクトディープブラックＥＸ、Ｃ１
アシッドブラック１、Ｃ１アシッドブラックＣ３等があ
る。

【００１９】顔料系インクは、顔料、分散媒、定着剤が
主成分である。分散媒としては水や有機溶剤が用いられ
、定着剤としては可溶性高分子等が用いられる。

【００２０】図２には、顔料、定着剤等は固相であり、
分散媒等は液体である場合の実施例を示す。

【００２１】図２に示すように、顔料４と定着剤６を混
合した固相成分７を準備し、一方分散媒等の液相成分８
を別途準備する。印刷を行なう時、これらの固相成分７
と液相成分８を混合する。定着剤６は液相成分８中に溶
解し、顔料５は液相成分８中に懸濁される。このように
して形成されたインク液滴９が被印刷物の上に付着され
、顔料５を固定化する。

【００２２】固相成分７は、非印刷時ほとんど変化を受
けない。液相成分８は蒸発によってその体積が減少する
が、溶媒のみで形成される場合等、蒸発による副作用は
ほとんど生じない。固相成分と液相成分が混合してイン
クとなった状態では、液滴は瞬間的にノズルを通過する
。このため、ノズルの目詰りを有効に防止することがで
きる。

【００２３】インクジェット用ノズルの目詰りは、特に
定着剤が固化した時に生じる。図３は、液相・液相系イ
ンク成分を用いた場合の印刷方法を示す。たとえば、イ
ンク成分として顔料および定着剤となる高分子の前駆体
であるモノマを含む分散液と重合反応開始用触媒を含む
溶液とを分離して用意する。これらの液相成分８ａ、８
ｂをそれぞれ液体噴出器１０ａ、１０ｂによって噴出さ
せ、サブノズル１１ａ、１１ｂを介してメインノズル１
３で混合させ、メインノズル１３先端から噴射させる。 ２つの液相成分が混合されると、重合開始触媒とモノマ
が接することによって重合反応が起り、定着剤となる高
分子が形成される。前述の実施例同様、インクが形成さ
れた液相は、ノイズ内を瞬間的に通過する。

【００２４】本実施例の場合、２つの液相成分は蒸発に
よって濃縮されるが、高分子定着剤は未だ形成されてい
ないため、目詰りは生じにくい。両液体成分を同期して
噴出させることにより、必要時のみ両成分を混合し、イ
ンク液滴を形成させることができる。各液体噴出器１０
は、圧電素子または発熱素子等を備え、入力信号によっ
て駆動された時にのみ所定量の液相成分を噴出させる。

【００２５】液滴は、大きさが小さいほど表面エネルギ
は大きい。従って、たとえば数十μｍ程度の径の液滴を
用いると、液滴間の衝突によって、より表面エネルギの
小さい大きな液滴に成長する。この際、小さな液滴が飛
散することは少ない。なお、ノズル洗浄機能を設けても
よい。

【００２６】なお、両液相成分を別個に噴射し、紙上で
混合するようにしてもよい。固体粒子と液滴を被印刷物
上で混合することもできる。

【００２７】図４は、本発明の他の実施例による印刷方
法を示す。本実施例においては、インク成分は固相成分
と液相成分に分離される。固相成分は、顔料、定着剤等
を含み、表面が帯電したマイクロカプセルとして準備さ
れる。マイクロカプセル溜めは、搬送管を介してサブノ
ズル１４に接続されている。液体成分は分散媒等を含み
、液体成分溜めに収容され、別のサブノズル１５に接続
されている。これらのサブノズル１４、１５は混合室２
０に接続され、混合室２０内に各成分を供給することが
できる。また、帯電した固相成分粒子７ａを供給するサ
ブノズル１４と対向する表面上には電極３０が設けられ
、電極３０はスイッチ手段１８を介して直流電圧源１７
に接続されている。固相成分粒子７ａが負に帯電してい
る場合、直流電圧源１７は電極３０に正極性の電圧を印
加できるものとする。

【００２８】未だ印刷が行なわれない準備段階において
は、スイッチ手段１８はオフ（開）状態とされている。 固相成分７ａ、液相成分８の供給はなされない。

【００２９】印刷を行なう時は、図４（Ｂ）に示すよう
に、スイッチ手段１８を閉じて電極３０に正極性の電圧
を印加し、帯電した固相成分粒子７ａをサブノズル１４
から吸引する。サブノズル１５からは液相成分８を液滴
１９として噴射する。液滴１９は噴射され、空中を飛行
する間に電極３０に向って進行している固相成分粒子７
ａを液滴内に取り込む。このようにして、固相成分と液
相成分の接触が開始される。

【００３０】固相成分と液相成分が混合され、インクと
なったインク液滴９は、図４（Ｃ）に示すように、メイ
ンノズル１６から前方に噴射される。この前方に紙等の
被印刷物を配置することにより印刷が行なわれる。なお
、所定量のインクを噴射した後は、図４（Ｃ）に示すよ
うにスイッチ手段１８は開かれ、固相成分粒子７ａの供
給を停止する。液相成分８の供給も停止する。サブノイ
ズ１５は前述のように圧電素子や発泡用ヒータを備えて
おり、スイッチ手段１８と同期して駆動される。

【００３１】なお、固相成分粒子の帯電極性は反転させ
ることもできる。その場合、電極３０に印加する電圧の
極性も反転する。

【００３２】固相成分と液相成分を印刷直前に混合させ
、被印刷物上に付着させる場合、所望の固相成分は混合
後速やかに液相成分に溶解・分散することが好ましい。

【００３３】固相物質を微粒子とし、その粒子の径を減
少させていくと、ある程度以下の径になった場合、その
材料の物理的、化学的性質はかなり変化する。精密な印
刷を行なうためには、粒径の著しく小さい（たとえば数
十ｎｍ以下）顔料超微粒子を利用することが有効である
。超微粒子は、印刷において、（１）水等の溶媒への分
散性が高い、（２）粒径の分布が狭い、（３）比表面積
が大きいため、表面活性が高い、等の特徴を有する。 このため、超微粒子は液体との混合性や濡れ性がバルク
材に比べて著しく向上する。インク成分を固相成分と液
相成分に分離し、印刷前に瞬間混合する場合、固相成分
が超微粒子で形成されていると、瞬時に液相成分と混合
させることが容易となる。

【００３４】なお、超微粒子の製造技術としては、粉砕
法、スプレードライ法、ガス中蒸発法等の方法があるが
、特にガス中蒸発法が好ましい。精製したガス中で蒸発
法によって超微粒子を形成すると、乾燥した清浄な雰囲
気下で超微粒子が作成されるため、作成される超微粒子
に不純物が混入し難い、特定温度で原材料を気化させる
ことで回収する超微粒子の純度を向上させることができ
る等の効果も得られる。市販の染料や顔料には不純物や
添加物が混入されているが、ガス中蒸発法で染料や顔料
の超微粒子を作成することにより、同時に純度を向上す
ることもできる。また、不活性ガス雰囲気中で超微粒子
を作成する場合、不活性ガス圧力を調整することで、そ
の粒径を制御することもできる。

【００３５】図５に本発明の他の実施例を示す。本実施
例においては、固相成分として顔料超微粒子を用いる。 超微粒子は表面活性が高いため、取り扱いによっては凝
集しやすい性質も有する。エアロゾル発生装置２１は超
微粒子をエアロゾル化して、空気中に懸濁させ、サブノ
ズル１４から混合室２０内に供給する。サブノズル１４
から噴出した顔料超微粒子のエアロゾルは気流によって
ノズルの直下に位置する回収管２２内に吸込まれる。回
収された顔料超微粒子は再びエアロゾル発生装置２１へ
循環する。このように顔料超微粒子は混合室２０を通っ
て定常的に循環している。

【００３６】印刷信号が供給された時は、圧電素子や発
熱素子等が励起され、液体成分８をサブノズル１５から
混合室２０内へ噴出する。噴出した液滴１９は、顔料超
微粒子を含むエアロゾルと交差し、顔料超微粒子を取り
込む。顔料超微粒子は液相成分中に直ちに混合し、イン
ク液滴を形成する。このようにして形成されたインク液
滴は、メインノズル１６から噴射され、紙等の被印刷物
に衝突して印刷を形成する。

【００３７】本実施例によれば、固相成分として超微粒
子を用いることにより、超微粒子の特徴に基づく種々の
利点を得ることができる。

【００３８】図６は本発明の他の実施例を示す。本実施
例においては、エアロゾル発生装置２１の下流側に加熱
用ヒータ２４が設けられている。顔料等の固相成分一次
粒子がエアロゾル発生装置２１に供給され、固相成分の
エアロゾルを発生させ、サブノズル１４から噴出され、
回収管２２を通って循環器により循環させられる。

【００３９】印刷信号がない時には、ヒータ２４は加熱
されておらず、固相成分一次粒子７が循環経路を純化す
る。

【００４０】印刷信号が供給されると、エアロゾル発生
装置２１とサブノズル１４の間に配置されたヒータ２４
が励起され、エアロゾル発生装置２１から供給される固
相成分粒子７を加熱して蒸発させる。蒸発した顔料等２
５は気流にのって搬送管を通過する間に次第に冷却され
、固化して超微粒子を形成する。これら超微粒子は、粒
子間で衝突を繰り返すこと等により次第にその径を増大
させ、顔料の二次粒子である所定超微粒子を形成する。 このように形成された超微粒子のエアロゾルは、サブノ
ズル１４から混合器２０内に噴出される。

【００４１】また、印刷信号が供給されると、液相成分
８を供給するサブノズル１５に接続された液体噴出器が
励起され、液相成分の液滴１９を噴射する。液滴１９は
エアロゾルの通過帯と交差することによって、顔料等の
超微粒子を液滴１９内に取り込み、インク液滴を形成す
る。このようにして形成されたインク液滴は、メインノ
ズル１６を通って被印刷物上に噴射される。

【００４２】本実施例によれば、固相成分は印刷時にの
み超微粒子とされるため、一次粒子は超微粒子でなくて
もよく、固相成分の取り扱いも容易となる。

【００４３】また、印刷時には固相成分を超微粒子化す
るため、超微粒子による利点、純度向上等の効果が得ら
れる。

【００４４】なお、図４、図５、図６に示す実施例等に
おいて、固体粒子の流速、流れの分布、粒径等と液滴の
飛行速度、飛跡等は液滴内に効率的に固体粒子が取り込
まれるように選択される。さらに、ノズルの内部形状等
に工夫を加えることもできる。

【００４５】また、まず混合液滴を形成し、直ちにメイ
ンノズルへ空気を送り込んで液滴を押し出す等、混合後
に噴射する機構としてもよい。

【００４６】以上、いくつかの実施例に沿って本発明を
説明したが、いずれにおいてもインク成分を複数に分割
することにより、インク保存時の固定化防止と印刷時の
急速固定という両立しにくい要求を満たすことが容易と
なる。複数の成分をそれぞれ固化し難い成分とすること
により、保存時には固化防止の効果が得られ、印刷時に
のみ混合することによって急速固定化を達成することが
できる。

【００４７】インクはノズル内に瞬間的に存在するだけ
であり、インクの目詰りが防止しやすいので、顔料系イ
ンクを使用することが容易となる。このため、多色刷り
やカラー化に対応することが容易な顔料系着色剤を使用
することができる。また、顔料系着色剤を用いることに
より、滲みが少ない高品位の印刷が可能になる。また、
純黒での印刷も可能となり、多色刷りでの色混合等への
対策も容易となる。さらに染料と比べて耐水性や耐光性
の高い印刷を行なうこともできる。また、インクの成分
を調整することにより、紙のみでなく、プラスチック、
金属、繊維、木材、ガラス等への印刷も可能である。

【００４８】もちろん、染料系着色剤を用いることもで
きる。この場合、目詰り防止はより容易となろう。

【００４９】以上、実施例に沿って本発明を説明したが
、本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば
、種々の変更、改良、組合せ等が可能なことは当業者に
自明であろう。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
インクジェット式印刷方法ないし印刷装置においてノズ
ル目詰りの問題が低減する。

【００５１】顔料を着色剤として使用することも容易と
なる。顔料等の固相成分を超微粒子化材料として使用す
ることにより、高品質、高速の印刷が容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を示す概念図である。

【図２】本発明の実施例による固相・液相成分分離混合
型実施例を示す概念図である。

【図３】本発明の実施例による液相・液相成分分離混合
型印刷装置を概略的に示す部分ブロック図である。

【図４】本発明の実施例による印刷方法の主要工程を示
す。図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は印刷装置の概略断面
図である。

【図５】本発明の他の実施例を示す印刷装置の概略部分
断面図である。

【図６】本発明の他の実施例を示す印刷装置の概略部分
断面図である。

【図７】従来の技術を示す。図７（Ａ）、（Ｂ）は従来
の印刷技術によるインク搬送工程を示す概略断面図であ
る。

【符号の説明】

１、２　　インク成分 ３　　混合器 ４　　ノズル ５　　顔料 ６　　定着剤 ７　　固相成分 ８　　液相成分 ９　　インク液滴 １０　　液体噴出器 １１　　サブノズル １３　　メインノズル １４、１５　　サブノズル １６　　メインノズル １７　　直流電圧源 １８　　スイッチ手段 １９　　液滴 ２０　　混合室 ２１　　エアロゾル発生装置 ２２　　回収管 ２４　　ヒータ ２５　　蒸発した固相成分 ２６　　凝固超微粒子

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　インクを噴射して被印刷物上にインク
   液滴を形成して印刷を行なうインクジェット式印刷方法
   であって、インクの成分を複数に分離してそれぞれ用意
   する工程と、印刷する時に前記複数のインク成分を混合
   して噴射する工程とを含むインクジェット式印刷方法。
2. 【請求項２】　　前記複数のインク成分が固相成分と液
   相成分の２成分を含む請求項１記載のインクジェット式
   印刷方法。
3. 【請求項３】　　前記複数のインク成分が高分子前駆体
   を含む液相成分と重合開始触媒を含む液相成分の２成分
   を含む請求項１記載のインクジェット式印刷方法。
4. 【請求項４】　　前記固相成分が顔料を含む請求項２記
   載のインクジェット式印刷方法。
5. 【請求項５】　　前記固相成分が混合前にガス中で蒸発
   され、輸送中に超微粒子に固化させられる工程をさらに
   含む請求項２ないし４記載のインクジェット式印刷方法
   。
6. 【請求項６】　　インクを噴射して被印刷物上にインク
   液滴を形成して印刷を行なうためのインクジェット式印
   刷装置であって、インクの成分を複数に分割して保持す
   る手段と、印刷を行なう時に前記複数のインク成分を混
   合して噴射する混合噴射手段とを有するインクジェット
   式印刷装置。
7. 【請求項７】　　前記混合噴射手段が固相成分を噴出す
   るサブノズルと液相成分を噴出するサブノズルを含む請
   求項６記載のインクジェット式印刷装置。
8. 【請求項８】　　さらに、固相成分をエアロゾル化して
   供給する手段を含む請求項７記載のインクジェット式印
   刷装置。
9. 【請求項９】　　さらに、固相成分を蒸発させ、気体中
   で固化させることにより超微粒子として供給する手段を
   含む請求項７ないし８記載のインクジェット式印刷装置
   。