(57)【要約】【課題】  飛翔中のインクにエネルギーを与えることで、インク吐出時のインク物性とインクが媒体上に着弾した後のインク物性を変化させ、それぞれの状況に応じた最適な物性に制御できるインクジェット装置を提供する。【解決手段】  インクと、吐出口と、インクが流れる流路と、前記インク流路に配置されて当該流路に充填されたインクにエネルギーを与えるエネルギー発生素子を有し、前記エネルギー発生素子によりインクに運動エネルギーを与えることで、インクを吐出口より吐出飛翔させて媒体に着弾させるインク吐出手段を有するインクジェットヘッドを備えたインクジェット装置において、前記インクに対して前記インクの飛翔中にエネルギーを印加することで前記インクの物性を制御するエネルギー印加手段を備えたことを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクと、吐出口と、インクが流れる流路と、前記インク流路に配置されて当該流路に充填されたインクにエネルギーを与えるエネルギー発生素子を有し、前記エネルギー発生素子によりインクに運動エネルギーを与えることで、インクを吐出口より吐出飛翔させて媒体に着弾させるインク吐出手段を有するインクジェットヘッドを備えたインクジェット装置において、前記インクに対して前記インクの飛翔中にエネルギーを印加することで前記インクの物性を制御するエネルギー印加手段を備えたことを特徴とするインクジェット装置。
【請求項２】
請求項１記載のインクジェット装置において、前記インクが前記エネルギー印加手段からのエネルギー印加によってその分子構造に変化を生じ、当該分子構造変化によって前記インク物性を変化させる化学種を含有することを特徴とするインクジェット装置。
【請求項３】
請求項２記載のインクジェット装置において、前記化学種が光重合開始剤であり、前記エネルギー印加手段が光照射装置であることを特徴とするインクジェット装置。
【請求項４】
請求項３記載のインクジェット装置において、前記化学種が紫外線硬化樹脂であり、前記エネルギー印加手段が紫外線照射装置であることを特徴とするインクジェット装置。
【請求項５】
請求項２記載のインクジェット装置において、前記化学種が電子線の受容により架橋反応する物質であり、前記エネルギー印加手段が電子線照射装置であることを特徴とするインクジェット装置。
【請求項６】
請求項３ないし５のいずれか１項記載のインクジェット装置において、前記化学種が可視光領域でエネルギー吸収能を有する光増感剤であり、前記エネルギー印加手段により印加されるエネルギーに少なくとも可視光波長領域の光エネルギーを含むことを特徴とするインクジェット装置。
【請求項７】
請求項１記載のインクジェット装置において、前記エネルギー印加手段からのエネルギー印加によってその分子に振動を生じ、当該分子振動に伴い発生する温度上昇により前記インク物性を変化させる化学種を，少なくとも一種類以上含有することを特徴とするインクジェット装置。
【請求項８】
請求項７記載のインクジェット装置において、前記化学種が磁性粒子であり、前記エネルギー印加手段が交流磁界発生装置であることを特徴とするインクジェット装置。
【請求項９】
請求項７記載のインクジェット装置において、前記化学種が電気双極子を含むものであり、前記エネルギー印加手段がマイクロ電磁波発生装置であることを特徴とするインクジェット装置。
【請求項１０】
請求項７記載のインクジェット装置において、前記エネルギー印加手段が光照射装置であることを特徴とするインクジェット装置。
【請求項１１】
請求項１０記載のインクジェット装置において、前記光照射装置により発生する光がレーザー光であることを特徴とするインクジェット装置。
【請求項１２】
請求項１０記載のインクジェット装置において、前記光照射装置が集光手段を備えることを特徴とするインクジェット装置。
【請求項１３】
請求項１記載のインクジェット装置において、飛翔中のインクに前記エネルギー印加手段にてエネルギーを与え、インクの表面張力を制御することを特徴とするインクジェット装置。
【請求項１４】
請求項１記載のインクジェット装置において、飛翔中のインクに前記エネルギー印加手段にてエネルギーを与え、インクの粘度を制御することを特徴とするインクジェット装置。
【請求項１５】
請求項１記載のインクジェット装置において、飛翔中のインクに前記エネルギー印加手段にてエネルギーを与え、インクの接触角を制御することを特徴とするインクジェット装置。
【請求項１６】
請求項１記載のインクジェット装置において、飛翔中のインクに前記エネルギー印加手段にてエネルギーを与え、インクが着弾する媒体へのインクの浸透性を制御することを特徴とするインクジェット装置。
【請求項１７】
請求項２記載のインクジェット装置において、飛翔中のインクに前記エネルギー印加手段にてエネルギーを与え、インクの分子量を制御することを特徴とするインクジェット装置。
【請求項１８】
請求項１記載のインクジェット装置において、前記飛翔中のインクにエネルギーを与えるエネルギー印加手段のエネルギー強度を制御する手段を具備し、前記飛翔中のインクにエネルギーを与えるエネルギー印加手段のエネルギー強度を制御し、飛翔中のインクに前記エネルギー印加手段にて適正なエネルギーを与え、インクの物性を制御することを特徴とするインクジェット装置。
【請求項１９】
請求項１記載のインクジェット装置において、インクが着弾する媒体の種類を判別する手段を有し、前記飛翔中のインクにエネルギーを与えるエネルギー印加手段のエネルギー強度を制御する手段を具備し、前記インクが着弾する媒体の種類に応じて、飛翔中のインクにエネルギーを与えるエネルギー印加手段のエネルギー強度を制御し、飛翔中のインクに前記エネルギー印加手段にて適正なエネルギーを与え、インクの物性を制御することを特徴とするインクジェット装置。
【請求項２０】
請求項１記載のインクジェット装置において、インクが着弾する媒体の含水率を測定する手段を有し、前記飛翔中のインクにエネルギーを与えるエネルギー印加手段のエネルギー強度を制御する手段を具備し、前記インクが着弾する媒体の含水率に応じて、飛翔中のインクにエネルギーを与えるエネルギー印加手段のエネルギー強度を制御し、飛翔中のインクに前記エネルギー印加手段にて適正なエネルギーを与え、インクの物性を制御することを特徴とするインクジェット装置。
【請求項２１】
請求項１記載のインクジェット装置において、前記媒体がインクジェットヘッドに対して相対的に移動するものであって、インクが着弾する媒体の搬送速度を測定する手段を具備し、前記飛翔中のインクにエネルギーを与えるエネルギー印加手段のエネルギー強度を制御する手段を具備し、前記インクが着弾する媒体の搬送速度に応じて、飛翔中のインクにエネルギーを与えるエネルギー印加手段のエネルギー強度を制御し、飛翔中のインクに前記エネルギー印加手段にて適正なエネルギーを与え、インクの物性を制御することを特徴とするインクジェット装置。
【請求項２２】
請求項１記載のインクジェット装置において、インク吐出口近傍の環境温湿度を測定する手段を有し、前記飛翔中のインクにエネルギーを与えるエネルギー印加手段のエネルギー強度を制御する手段を具備し、前記インク吐出近辺の環境温湿度に応じて、飛翔中のインクにエネルギーを与えるエネルギー印加手段のエネルギー強度を制御し、飛翔中のインクに前記エネルギー印加手段にて適正なエネルギーを与え、インクの物性を制御することを特徴とするインクジェット装置。
【請求項２３】
請求項１記載のインクジェット装置において、インクジェットヘッド内のインク温度を測定する手段を有し、前記飛翔中のインクにエネルギーを与えるエネルギー印加手段のエネルギー強度を制御する手段を具備し、前記インクジェットヘッド内のインク温度に応じて、飛翔中のインクにエネルギーを与えるエネルギー印加手段のエネルギー強度を制御し、飛翔中のインクに前記エネルギー印加手段にて適正なエネルギーを与え、インクの物性を制御することを特徴とするインクジェット装置。
【請求項２４】
請求項２３記載のインクジェット装置において、ヘッド内のインクの温度を制御する手段を有し、インクジェットヘッド内のインク温度を測定する手段を具備し、前記飛翔中のインクにエネルギーを与えるエネルギー印加手段のエネルギー強度を制御する手段を具備し、前記インクジェットヘッド内のインク温度に応じて、飛翔中のインクにエネルギーを与えるエネルギー印加手段のエネルギー強度を制御し、飛翔中のインクに前記エネルギー印加手段にて適正なエネルギーを与え、インクの物性を制御することを特徴とするインクジェット装置。
【請求項２５】
請求項１記載のインクジェット装置において、インクの種類を判別する手段を有し、前記飛翔中のインクにエネルギーを与えるエネルギー印加手段のエネルギー強度を制御する手段を具備し、前記インクの種類に応じて、飛翔中のインクにエネルギーを与えるエネルギー印加手段のエネルギー強度を制御し、飛翔中のインクに前記エネルギー印加手段にて適正なエネルギーを与え、インクの物性を制御することを特徴とするインクジェット装置。
【請求項２６】
インクと、吐出口と、インクが流れる流路と、前記インク流路に配置されて当該流路に充填されたインクにエネルギーを与えるエネルギー発生素子を有し、前記エネルギー発生素子によりインクに運動エネルギーを与えることで、インクを吐出口より吐出飛翔させて媒体に着弾させるインク吐出手段を複数有するインクジェットヘッドを備えたインクジェット装置において，前記複数のインク吐出手段からは、入力データに応じて選択的にインク吐出が行われるものであって、前記インクに対し，前記インクの飛翔中にエネルギーを印加することで、前記インクの物性を制御する一つ以上のエネルギー印加手段を備えて、飛翔中のインクのみに選択的にエネルギー印加を行うことを特徴とするインクジェット装置。
【請求項２７】
請求項２６記載の複数の吐出手段を有するインクジェット装置において、光エネルギーを与えるエネルギー印加手段を有し、光エネルギーの照射方向を可変させることができる光走査手段を具備し、前記光走査手段にて光エネルギーの照射方向を可変し、入力データに応じて飛翔中のインクのみに光エネルギーを与えるエネルギー印加手段を備え、各飛翔中のインクのみに前記エネルギー印加手段にて選択的にエネルギーを与え、インクの物性を制御することを特徴とするインクジェット装置。
【請求項２８】
請求項２６記載の複数の吐出手段があるインクジェット装置において、アレイ状に並べられた複数のレーザー照射手段からレーザー光エネルギーを与えるエネルギー印加手段を有し、入力データに応じて各飛翔中のインクのみにレーザー光エネルギーを与えるエネルギー印加手段を備え、飛翔中のインクのみに前記エネルギー印加手段にてエネルギーを与え、インクの物性を制御することを特徴とするインクジェット装置。
【請求項２９】
請求項２６記載の複数の吐出手段があるインクジェット装置において、光照射手段がアレイ状に並べられた発光ダイオードであって、前記光照射手段から光エネルギーを与えるエネルギー印加手段を備え、入力データに応じて各飛翔中のインクのみに光エネルギーを与えるエネルギー印加手段を備え、飛翔中のインクのみに前記エネルギー印加手段にてエネルギーを与え、インクの物性を制御することを特徴とするインクジェット装置。
【請求項３０】
請求項２９記載の複数の吐出手段があるインクジェット装置において、アレイ状に並べられた複数の光ファイバーを具備し、アレイ状に並べられた複数の発光ダイオードから光エネルギーを個別に与えるエネルギー印加手段を備え、画像データに応じて各飛翔中のインクのみに光エネルギーを与えるエネルギー印加手段を備え、飛翔中のインクのみに前記エネルギー印加手段にてエネルギーを与え、インクの物性を制御することを特徴とするインクジェット装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットヘッドにて吐出された飛翔中のインク物性制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、インクジェットヘッドには幾つかの方式が採用されているが、主に二つの方式が用いられている。第一の方式は圧電素子に電圧を印加し、インク室に圧力を加え、インク室に充填されたインクに運動エネルギーを与えることで、ノズルからインクを吐出させ、インクを媒体に着弾させる方式である。第二の方式は発熱抵抗体を用いて、インク室内に蒸気泡を発生させ、インク室に充填されたインクに運動エネルギーを与えることで、ノズルからインクを吐出させ、インクを媒体に着弾させる方式である。いずれの方式も一般的に、吐出させるインク物性（例えば粘度、表面張力、接触角、媒体への浸透性、分子量、熱伝導率、密度など）と吐出されたインクが着弾する媒体物性（例えば坪量、厚さ、平滑性、コート層の有無など）に応じてインクジェットヘッドを設計し（例えばノズル形状、インク室形状、材料など）、高速印刷、低コスト、高画質印刷をバランス良く最適化させて、インクジェットシステムを構築する。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２５９９８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら各種制御因子は相互に作用するが、状況によっては反作用することがある。例えば、インクの乾燥性に関してはインクを吐出させる場合、ノズル詰まりが起こらないように乾燥性は低い方が良いが、媒体への高速印刷性を考えると乾燥性は高い方が良い。インクの粘度に関しても同じように、高粘度インクは媒体への浸透性を低く抑えることができるが、高周波数吐出が難しい。
【０００５】
本発明の課題は、インク吐出前とインクが媒体に着弾した後で好ましいインク物性（例えば粘度、表面張力、接触角など）が相反することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、飛翔中のインクにエネルギーを与えることで、インクの物性を制御することを最も主要な特徴とする。
【０００７】
具体的には本発明の第１の手段は、インクと、吐出口と、インクが流れる流路と、前記インク流路に配置されて当該流路に充填されたインクにエネルギーを与えるエネルギー発生素子を有し、前記エネルギー発生素子によりインクに運動エネルギーを与えることで、インクを吐出口より吐出飛翔させて媒体に着弾させるインク吐出手段を有するインクジェットヘッドを備えたインクジェット装置において、前記インクに対して前記インクの飛翔中にエネルギーを印加することで前記インクの物性を制御するエネルギー印加手段を備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記インクが前記エネルギー印加手段からのエネルギー印加によってその分子構造に変化を生じ、当該分子構造変化によって前記インク物性を変化させる化学種を含有することを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の第３の手段は前記第２の手段において、前記化学種が光重合開始剤であり、前記エネルギー印加手段が光照射装置であることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の第４の手段は前記第３の手段において、前記化学種が紫外線硬化樹脂であり、前記エネルギー印加手段が紫外線照射装置であることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の第５の手段は前記第２の手段において、前記化学種が電子線の受容により架橋反応する物質であり、前記エネルギー印加手段が電子線照射装置であることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の第６の手段は前記第３ないし第５の手段において、前記化学種が可視光領域でエネルギー吸収能を有する光増感剤であり、前記エネルギー印加手段により印加されるエネルギーに少なくとも可視光波長領域の光エネルギーを含むことを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の第７の手段は前記第１の手段において、前記エネルギー印加手段からのエネルギー印加によってその分子に振動を生じ、当該分子振動に伴い発生する温度上昇により前記インク物性を変化させる化学種を、少なくとも一種類以上含有することを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の第８の手段は前記第７の手段において、前記化学種が磁性粒子であり、前記エネルギー印加手段が交流磁界発生装置であることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の第９の手段は前記第７の手段において、前記化学種が電気双極子を含むものであり、前記エネルギー印加手段がマイクロ電磁波発生装置であることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の第１０の手段は前記第７の手段において、前記エネルギー印加手段が光照射装置であることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の第１１の手段は前記第１０の手段において、前記光照射装置により発生する光がレーザー光であることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の第１２の手段は前記第１０の手段において、前記光照射装置が集光手段を備えることを特徴とするものである。
【００１９】
本発明の第１３の手段は前記第１の手段において、飛翔中のインクに前記エネルギー印加手段にてエネルギーを与え、インクの表面張力を制御することを特徴とするものである。
【００２０】
本発明の第１４の手段は前記第１の手段において、飛翔中のインクに前記エネルギー印加手段にてエネルギーを与え、インクの粘度を制御することを特徴とするものである。
【００２１】
本発明の第１５の手段は前記第１の手段において、飛翔中のインクに前記エネルギー印加手段にてエネルギーを与え、インクの接触角を制御することを特徴とするものである。
【００２２】
本発明の第１６の手段は前記第１の手段において、飛翔中のインクに前記エネルギー印加手段にてエネルギーを与え、インクが着弾する媒体へのインクの浸透性を制御することを特徴とするものである。
【００２３】
本発明の第１７の手段は前記第２の手段において、飛翔中のインクに前記エネルギー印加手段にてエネルギーを与え、インクの分子量を制御することを特徴とするものである。
【００２４】
本発明の第１８の手段は前記第１の手段において、前記飛翔中のインクにエネルギーを与えるエネルギー印加手段のエネルギー強度を制御する手段を具備し、前記飛翔中のインクにエネルギーを与えるエネルギー印加手段のエネルギー強度を制御し、飛翔中のインクに前記エネルギー印加手段にて適正なエネルギーを与え、インクの物性を制御することを特徴とするものである。
【００２５】
本発明の第１９の手段は前記第１の手段において、インクが着弾する媒体の種類を判別する手段を有し、前記飛翔中のインクにエネルギーを与えるエネルギー印加手段のエネルギー強度を制御する手段を具備し、前記インクが着弾する媒体の種類に応じて、飛翔中のインクにエネルギーを与えるエネルギー印加手段のエネルギー強度を制御し、飛翔中のインクに前記エネルギー印加手段にて適正なエネルギーを与え、インクの物性を制御することを特徴とするものである。
【００２６】
本発明の第２０の手段は前記第１の手段において、インクが着弾する媒体の含水率を測定する手段を有し、前記飛翔中のインクにエネルギーを与えるエネルギー印加手段のエネルギー強度を制御する手段を具備し、前記インクが着弾する媒体の含水率に応じて、飛翔中のインクにエネルギーを与えるエネルギー印加手段のエネルギー強度を制御し、飛翔中のインクに前記エネルギー印加手段にて適正なエネルギーを与え、インクの物性を制御することを特徴とするものである。
【００２７】
本発明の第２１の手段は前記第１の手段において、前記媒体がインクジェットヘッドに対して相対的に移動する（搬送される）ものであって、インクが着弾する媒体の搬送速度を測定する手段を具備し、前記飛翔中のインクにエネルギーを与えるエネルギー印加手段のエネルギー強度を制御する手段を具備し、前記インクが着弾する媒体の搬送速度に応じて、飛翔中のインクにエネルギーを与えるエネルギー印加手段のエネルギー強度を制御し、飛翔中のインクに前記エネルギー印加手段にて適正なエネルギーを与え、インクの物性を制御することを特徴とするものである。
【００２８】
本発明の第２２の手段は前記第１の手段において、インク吐出口近傍の環境温湿度を測定する手段を有し、前記飛翔中のインクにエネルギーを与えるエネルギー印加手段のエネルギー強度を制御する手段を具備し、前記インク吐出近辺の環境温湿度に応じて、飛翔中のインクにエネルギーを与えるエネルギー印加手段のエネルギー強度を制御し、飛翔中のインクに前記エネルギー印加手段にて適正なエネルギーを与え、インクの物性を制御することを特徴とするものである。
【００２９】
本発明の第２３の手段は前記第１の手段において、インクジェットヘッド内のインク温度を測定する手段を有し、前記飛翔中のインクにエネルギーを与えるエネルギー印加手段のエネルギー強度を制御する手段を具備し、前記インクジェットヘッド内のインク温度に応じて、飛翔中のインクにエネルギーを与えるエネルギー印加手段のエネルギー強度を制御し、飛翔中のインクに前記エネルギー印加手段にて適正なエネルギーを与え、インクの物性を制御することを特徴とするものである。
【００３０】
本発明の第２４の手段は前記第２３の手段において、ヘッド内のインクの温度を制御する手段を有し、インクジェットヘッド内のインク温度を測定する手段を具備し、前記飛翔中のインクにエネルギーを与えるエネルギー印加手段のエネルギー強度を制御する手段を具備し、前記インクジェットヘッド内のインク温度に応じて、飛翔中のインクにエネルギーを与えるエネルギー印加手段のエネルギー強度を制御し、飛翔中のインクに前記エネルギー印加手段にて適正なエネルギーを与え、インクの物性を制御することを特徴とするものである。
【００３１】
本発明の第２５の手段は前記第１の手段において、インクの種類を判別する手段を有し、前記飛翔中のインクにエネルギーを与えるエネルギー印加手段のエネルギー強度を制御する手段を具備し、前記インクの種類に応じて、飛翔中のインクにエネルギーを与えるエネルギー印加手段のエネルギー強度を制御し、飛翔中のインクに前記エネルギー印加手段にて適正なエネルギーを与え、インクの物性を制御することを特徴とするものである。
【００３２】
本発明の第２６の手段は、インクと、吐出口と、インクが流れる流路と、前記インク流路に配置されて当該流路に充填されたインクにエネルギーを与えるエネルギー発生素子を有し、前記エネルギー発生素子によりインクに運動エネルギーを与えることで、インクを吐出口より吐出飛翔させて媒体に着弾させるインク吐出手段を複数有するインクジェットヘッドを備えたインクジェット装置において，前記複数のインク吐出手段からは、入力データに応じて選択的にインク吐出が行われるものであって、前記インクに対し，前記インクの飛翔中にエネルギーを印加することで、前記インクの物性を制御する一つ以上のエネルギー印加手段を備えて、飛翔中のインクのみに選択的にエネルギー印加を行うことを特徴とするものである。
【００３３】
本発明の第２７の手段は前記第２６の手段の複数の吐出手段を有するインクジェット装置において、光エネルギーを与えるエネルギー印加手段を有し、光エネルギーの照射方向を可変させることができる光走査手段を具備し、前記光走査手段にて光エネルギーの照射方向を可変し、入力データに応じて飛翔中のインクのみに光エネルギーを与えるエネルギー印加手段を備え、各飛翔中のインクのみに前記エネルギー印加手段にて選択的にエネルギーを与え、インクの物性を制御することを特徴とするものである。
【００３４】
本発明の第２８の手段は前記第２６の手段において、アレイ状に並べられた複数のレーザー照射手段からレーザー光エネルギーを与えるエネルギー印加手段を有し、入力データに応じて各飛翔中のインクのみにレーザー光エネルギーを与えるエネルギー印加手段を備え、飛翔中のインクのみに前記エネルギー印加手段にてエネルギーを与え、インクの物性を制御することを特徴とするものである。
【００３５】
本発明の第２９の手段は前記第２６の手段において、光照射手段がアレイ状に並べられた発光ダイオードであって、前記光照射手段から光エネルギーを与えるエネルギー印加手段を備え、入力データに応じて各飛翔中のインクのみに光エネルギーを与えるエネルギー印加手段を備え、飛翔中のインクのみに前記エネルギー印加手段にてエネルギーを与え、インクの物性を制御することを特徴とするものである。
【００３６】
本発明の第３０の手段は前記第２９の手段の複数の吐出手段があるインクジェット装置において、アレイ状に並べられた複数の光ファイバーを具備し、アレイ状に並べられた複数の発光ダイオードから光エネルギーを個別に与えるエネルギー印加手段を備え、画像データに応じて各飛翔中のインクのみに光エネルギーを与えるエネルギー印加手段を備え、飛翔中のインクのみに前記エネルギー印加手段にてエネルギーを与え、インクの物性を制御することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３７】
本発明のインクジェット装置は、飛翔中のインクにエネルギーを与えることで、インク吐出時のインク物性とインクが媒体上に着弾した後のインク物性を変化させ、それぞれの状況に応じた最適な物性に制御できるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
前述のように本発明は、高速、高信頼性、高画質インクジェット印刷をするという目的を、従来のインクジェットヘッド近傍に飛翔中のインクにエネルギーを与える装置を具備したことで実現した。
【００３９】
次に本発明の実施例を図とともに説明する。図１は、本発明の実施例に係るインクジェット装置の断面図である。１はインク室、２はノズル、３は飛翔中のインク、４は媒体、５はエネルギー発生装置、６はエネルギー、１１は振動板、１２は圧電素子である。
【００４０】
圧電素子１２を用いたインクジェットヘッドの場合、圧電素子１２に電圧を印加することで、圧電素子が伸縮振動し、その振動が振動板１１を介して、インク室１内に充填されたインクに圧力を与えることで、インクに運動エネルギーを与え、インクがノズル２から吐出される。吐出後、飛翔中インク３は数ｍｍ〜数百μｍの空間を約数ｍ／ｓの速度で飛翔し、媒体４上に着弾する。その間、約数十〜数百μｓの時間内に飛翔中のインク３にエネルギー発生装置５がエネルギー６を与える。例えば一般的なインクジェットプリンターの場合、ノズルから媒体４までの距離は１ｍｍで、インクジェットの平均飛翔速度は約１０ｍ／ｓであり、インク飛翔時間は約１００μｓである。
【００４１】
画像解像度６００ｄｐiのプリンターの場合、画素ピッチ約４２μｍであり、ドットはこの画素ピッチ以下でなければ隣りのドットと混ざってしまうため、通常１ドットを形成する１滴のインク量はインクが着弾した後の径が画素ピッチよりも小さくなるように設定する。一般的には１滴のインク量は１０ｐｌ以下（飛翔中液適（球体）径２７μｍ、着弾後液適（半球体）径３４μｍ）に設定する。
【００４２】
飛翔中のインクに与えるエネルギーは一般的に二種類に分けることができる。第一のエネルギーは、インクの分子構造を変えるエネルギーを用いた構成である。この方式はインク内に外部からのエネルギーを受けると分子構造が変わる化学種があることで、インクの物性が変わる。例えば、光重合開始剤を含んだインクに光エネルギーを照射することで飛翔中のインク内の光重合開始剤は励起し、この励起エネルギーによって光重合反応が開始され、付加重合が起こり、プレポリマーがポリマーに転換されることで、インクが硬化する。一般的に液体中の分子量と粘度の関係はシュタウジンガーの粘度式（下記数式１）で表されるが、これにより、光エネルギーの強度を調整し、インク内の平均分子量を変化させることで、インクの物性を制御することが可能となる。
【００４３】
η＝ＫＭα・・・（１）
上記の数式において、ηは粘度、Ｋは重合度を示す定数、Ｍは分子量、αは温度に無関係の定数である。
【００４４】
一般的に上記光重合開始剤を含んだインクを液体から固体へ硬化させるのに必要な積算光量は約３５０ｍJ／ｃｍ２で、１０ｐｌの液適（表面積２．２４×１０−５ｃｍ２）を硬化させるのに必要なエネルギーは約０．００７８６ｍＪで、飛翔時間１００μｓ間に硬化させる場合、約８０ｍＷのパワーを有するエネルギー発生装置が必要となる。
【００４５】
これに対し、例えば、High Q Lasers社製のIC-355-500 固体パルスレーザーを使用した場合、発光波長３５５ｎｍ（紫外線）、発光出力５００ｍＷのエネルギーを与えることが可能なので、紫外線硬化型樹脂を含んだ飛翔中のインクの場合、時間的に十分着弾するまでに物性を制御することができる。
【００４６】
更に光エネルギーの吸収効率を上げるために、インクに光増感剤などを添加することも可能である。例えば紫外線硬化型樹脂を含んだに光増感剤を添加することで、紫外線以外の可視光領域の光エネルギーも吸収することも可能であるため、更に効率よく飛翔中のインク物性を制御することができる。
【００４７】
インク内に光などを反射してしまう物質（例えば顔料や染料など）が存在する場合、光エネルギーの代わりに電子線（Electron Beam）などを使用することもできる。例えば高分子材料に電子線を照射すると、飛翔した電子が分子間の結合を壊し、励起され（ラジカルが発生）、分子間の重合反応が開始され、分子が網目状に架橋する。前述したように、上記反応から分子量が大きくなることでインクの粘度が上昇するので、電子線の飛翔電子数などを調整することで、インクの物性を制御することができる。
【００４８】
第二のエネルギーは、インクの分子を振動させるエネルギーである。これはインク内の分子を振動させることで温度を変えることで粘性、表面張力などの物性を制御する方法である。例えばインクの主成分が水である場合、１ｇの水の温度を１℃上昇させるのに必要なエネルギーは約４．２Jで、１滴の液適量が１０ｐｌだとした場合、水の密度が約１ｇ／ｃｍ３なので、１０ｎｇとなり、インク１滴を１００℃上昇するのに必要なエネルギーは約０．００４２ｍＪとなる。１００μｓの間に０．００４２ｍＪのエネルギーを与える場合、最低でも４２ｍＷのパワーを要したエネルギー発生装置が必要となり、前述したHigh Q Lasers社製の固体パルスレーザーなどの光エネルギー印加手段の使用が可能と考える。
【００４９】
更に光・熱変換効率を上げたい場合は、光エネルギーを集光手段（例えば集光レンズや集光ミラーなど）で集光させ、飛翔中のインクに与えることができる。
【００５０】
水の場合、温度が上昇することで物性は図２に示すように変化する。温度が上昇することで、表面張力は線形に減少していき、粘度は２次曲線を描いて減少していくのが分かる。有機・無機材料ともに一般的にインクに用いる材料の表面張力は温度が上がるとともに、線形下降する特徴がある。
【００５１】
上記第二のエネルギーを使用した場合の効果としては、温度を上昇させることで、インクの乾燥が速くなり、インク着弾後媒体上にインクが定着するまでの時間が短くなり、高速印刷に適している。更に、例えばディスプレイ用のカラーフィルターや、有機ELディスプレイ用の有機エレクトロルミネサンス（ＥＬ）アレイをインクジェット方式で作成する場合、決められたセル内にインク（有機ＥＬ材料、もしくはカラー樹脂など）を着弾させ、セル内にインクが均等に広がるようにしなくてはならない。このような条件の場合、インク飛翔中にインクの粘度と表面張力を下げることで、セル内にインクが広がりやすくなり、製造効率を向上させることができる。
【００５２】
インク物性と高画質化について述べる。一般的にインクの表面張力とインクが着弾する媒体との接触角の関係は、図３とヤングの方程式（下記数式２）で表される。
【００５３】
γi−γｓ ＋γl cosθ＝０・・・（２）
図２と数式２において、２１は液体の表面張力（γl）、２２は固体の表面張力（γｓ）、２３は固体・液体界面張力（γi）、２４は接触角（θ）、２５は上記力のつり合い点である。
【００５４】
一般的にインクが媒体に浸透する基本式はLucas-Washburnの式（下記数式３）が古くから適用されている。
【００５５】
L＝ (rtγlcosθ/2η)1/2 ・・・（３）
上記の数式３において、Ｌは浸透深さ、ｒは毛管半径、γlは液体の表面張力、θは接触角、ηは粘度、ｔは時間である。媒体が用紙のような毛管のような微小な穴か表面に幾つもあるポーラスな材質の場合、インクの粘度η、表面張力γ、接触角θを制御することでインクの媒体への浸透深さＬや浸透速度Ｌ/tを制御することができる。
【実施例１】
【００５６】
市販のインクジェットプリンターのインクジェットヘッドと、紫外線硬化型樹脂を含んだインクと、High Q Lasers社製の固体パルスレーザー（発光波長３５５ｎｍ）と、一般的な印刷用紙（普通紙と呼ばれる用紙）を図１の構成にて、インクジェットヘッドに紫外線硬化型樹脂を含んだインクを充填、吐出させて、飛翔中に固体パルスレーザーにて光エネルギーをインクに与え、インクを用紙上に着弾させ、着弾後の画質を検証した。吐出時の評価は連続的に吐出させた場合、ミスト発生による吐出口（ノズル）面の汚れ量（付着したインクの量）、不吐出インクの頻度（何発中何発不吐出であったか）と検証した。画質に関しては定着性は画像を指でこすって、インクが剥がれ落ちないか検証し、滲みに関してはドット径を測定し、裏抜けに関しては用紙の裏側の濃度を実測した。
【００５７】
比較例１は実施例１と同じインク使用したが、エネルギーの照射をしない条件で行った。比較例２と３は元々インクの粘度が高いものを使用した。インクの粘度はインクジェットヘッドの温度を上昇させるか、もしくは粘度調整剤として数％のポリエチレングリコールを添加することで得ることができる。下記表１に実施例１、比較例１，２，３の結果をまとめた。
【００５８】
【表１】
2010036548.tif 000003
【００５９】
表１から分かるように、実施例１は吐出しやすい（吐出不良の少ない）低粘度インクを用いて、飛翔中にインクにエネルギーを与えることで、高粘度インクと同じような高画質を得ることができることがわかる。比較例１はエネルギーを照射しないので、着弾時のインクの粘度が低いままであるためか、画質が悪い。数式３でも述べているように粘度ηが低いと浸透深さLが付加になり、裏抜けしたり、滲みが起こったりする。比較例２と３はインク粘度が高いものを使用した結果、画質は実施例１と同等だが、吐出不良（ノズル汚れによる吐出方向の曲がり、不吐出など）が頻発した。更に高粘度インクの場合、連続吐出の周波数が制限されてしまうことが知られている。これはノズル部のインク表面（メニスカス）形状が吐出により振動することで変形してしまうので、形状が安定するまで次のインクが吐出できない（もしくはメニスカス形状が安定しないまま吐出すると飛翔特性が大きく変わってしまうので、あまりしたくない）ことからと考える。
【００６０】
エネルギーの強度を制御することで、飛翔中のインクの物性を的確に制御できる。図４にエネルギー強度を制御する様々な応用例と構成を示す。
【００６１】
図４において、矢印３０は、インクジェットヘッドに対する媒体の相対速度を示す。３１は、媒体の種類を判別するセンサー、もしくは媒体の含水率を計測するセンサー、もしくは媒体の搬送速度を測定するセンサーであり、３２はインク室内のインク温度を測定するセンサー、もしくはインクの種類を判別するセンサーであり、３３はインクジェットヘッド近傍の環境温湿度を測定するセンサーである。
【００６２】
エネルギーの強度を制御する方法は大きく二つあり、エネルギーを与える時間を制御（パルス制御）、もしくはエネルギーの波形の振幅を制御することで、飛翔中のインクの物性を的確に制御できる。例えば着弾する媒体の種類の情報を予めセンサーなどで得ることで、インクの物性を制御することができる。例えば普通紙の場合、コートに比べてインクの浸透速度が速いので、エネルギー強度を上げることで、インクの粘度を上げ、浸透速度を下げることができる。更に媒体の表面粗さ応じてエネルギー強度を調整することで、高画質な画像を得ることができる。媒体含水率はインクの浸透速度に影響を与えるので、媒体の含水率情報も予め得ることで、上記手段と同じようにインクの浸透速度を調整することができる。媒体の搬送速度が可変された場合、それに応じてエネルギー強度を可変し、画像品質を保つことができる。環境温湿度に応じて、インクの浸透や乾燥条件が変わるので、エネルギー強度を調整し、画像品質を保つことができる。またインクジェットヘッド内のインク温度に応じてエネルギー強度を調整し、安定した画質を提供することができる。更に、上記手段でインク室内のインクの温度を制御しながらその情報をエネルギー印加手段に常にフィードバックし、画質安定化を行うことができる。例えばインクの物性と温度の関係を予め測定しておいて、そのテーブル化されたデータを基に物性を概算し、エネルギー強度を可変させることで、高画質を得ることができる。更にインクの種類（例えば色によって物性がことなる場合）によって、エネルギー強度を制御することで、高画質画像を得ることができる。
【００６３】
複数のノズルがアレイ状に配置されたインクジェットヘッドにおいて、各ノズルから吐出された飛翔中のインクのみにエネルギーを与えることで、印刷速度を上げつつ、エネルギー効率を上げることができ、その概要を図５に示す。
【００６４】
図５において、４１は複数のノズルがアレイ状に配置されたインクジェットヘッド、４２は吐出したインク飛翔方向、５は入力（画像）データに応じて飛翔中のインクのみに選択的にエネルギーを印加するエネルギー発生装置である。このエネルギー発生装置５は、一般的なレーザープリンターで用いる光学ユニット（パルスレーザーが集光されて、高速回転しているポリゴンミラーにより、レーザー光を偏光させて、感光体上に描画する）と同様の光学系を用いたエネルギー発生制御装置を使用することができる。更に、エネルギー発生装置５は、ノズルと同じ数のレーザーアレイを用いて、上記と同じ効果を得ることができる。もしくはノズルと同じ数の発光ダイオードアレイを用いて、上記と同じ効果を得ることができる。更に、光ファイバーを用いて偏光および集光することで、上記と同じ効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
印刷技術以外にも、インクジェット方式を用いた産業用製品（例えば電子配線、絶縁薄膜コーティング、薄型ディスプレイのカラーフィルターなど）の生産用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施例に係るインクジェット装置の断面図である。
【図２】水の場合で温度が上昇することにより物性が変化することを説明するための図である。
【図３】インクの表面張力とインクが着弾する媒体との接触角の関係を示す特性図である。
【図４】本発明の実施例に係るインクジェット装置でエネルギー強度を制御する様々な応用例を示す断面図である。
【図５】本発明の実施例に係るインクジェット装置の概念図である。
【符号の説明】
【００６７】
１：インク室、２：ノズル、３：飛翔中インク、４：媒体、５：エネルギー発生装置、６：エネルギー、１１：振動板、１２：圧電素子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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