Technical Report
報文

産業用インクジェットプリンター用
小形 UV 照射装置
Compact UV Irradiation System for Inkjet Printer長谷川清水雄豊*

吉川智也 **一*金森

佳憲*

Yutaka Hasegawa
Yuichi Shimizu

Tomoya Yoshikawa
Yoshinori Kanamori

Abstract
A newly designed UV irradiation system has been developed for inkjet printer use. A compact and light UVirradiation unit, a short-length UV lamp, and a small UV power source were included in this system. The lifeof UV lamp was improved to hold 70% of initial intensity after 1000 hours. The new system is satisfied withseveral safety standards such as UL, IEC and EN. The UV inkjet printer with this system is environmentfriendly and enables to paint on various materials with rough and curved surfaces in a shorter time for theproduction.

１

まえがき

はこれらを解決することが求められている．その対策のひとつとして，UV インクの採用が進められている．

インクジェットプリンターは，微細なインク滴をノ株式会社 ジーエス・ユアサ ライティング（ＧＹＬ）ズルから噴出させて印刷する装置であり，パーソナル

では，新たに UV インクを用いた産業用インクジェッ

ユースのプリントアウト用として広く普及している．

トプリンターに適した UV 照射装置を開発したので，また，近年さまざまな産業用の分野において，このプその概要を報告する．

リンターは急速に普及しつつある．そのインクには，染料および顔料タイプのものが主に使用されてきた．
しかしながら，印刷物に要求される耐候性の不足や揮発溶剤による環境汚染の問題があり，とくに産業用で

２

産業用インクジェットプリンターの特徴

2.1

インクジェットプリンターの長所

インクジェットプリンターを用いた印刷工程と従来のものとを比較して Fig. 1 に示す．

* 株式会社ジーエス･ユアサ ライティング 技術開発

第１の長所は，プリンターがコンピュータと直結さ部 開発グループ

れて製版工程がなくなるので，従来の「刷版」が不要** 株式会社ジーエス･ユアサ ライティング 光源製造となり，印刷工程が簡略化されることである 1)．これ

部 研究開発グループ© 2004 GS Yuasa Corporation, All rights reserved.

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GS Yuasa Technical Report

Conventional printerPlate making

Design2004 年 12 月

い印刷物であっても生産性を向上することができる．
また，Ｕ V インクは揮発成分がないので環境汚染のof plates

・Dispose of waste from

心配もなく，硬化に必要なエネルギーは，水系・溶剤

etching process

・New plates corresponding系インクの水分や溶剤を揮発させるものより小さくな

to new designs

Design第1号なる．また，瞬時に樹脂が硬化するので，吸収性の低Printing

・Time to make plates
・Storage and maintenanceInkjet printer

第 1巻Printing

る点も有利である．
2.4

Fig. 1 A comparison of printing processes between
two methods.

インクジェットプリンターに搭載する UV 照射装置に求められる機能
従来の印刷機用途などの UV 照射装置と異なり，インクジェットプリンターに最適な仕様にする必要があ

によって，製版・刷版の製作，保管および管理や廃液る．その主要なものを Table 1 に示す．の処理が不要になるとともに，短納期化および業務の効率化がはかれる．また，コンピュータでデータの管

Table 1 Speciﬁcation of UV irradiation unit specially designed for an inkjet printer.

理ができるので，インターネット配信による「世界同時印刷」も可能となる．これらの特徴によって，とくRequirementsに多品種小ロット向けの印刷にメリットがある．

Explanations

Down-sizing, weight reduc- Reciprocating motion of UV irtion, endurance against jolts
radiation unit together with inkjet
printer head

第 2 の長所は，熟練されたオペレータによる彩色，インク粘度およびローラの調整等が，コンピュータのHigher intensity of UV

ソフトウェアによってできることである．
第 3 の長所は，非接触印刷である特徴を生かして，

Temperature degradation un- For plastic ﬁlms that can not ender UV irradiation
dure high temperature under UV
irradiation

飲料缶，ダンボール，布地，石膏ボード，壁紙等の凸

Restraint of electro-magnetic To avoid abnormal control ofinterference.
electrical equipments

凹のある面や曲面に直接印刷できることである．この特徴によって，従来の「印刷」にとらわれず，多様な分野への応用が可能となった．実際に，アパレル分野

For more rapid printing

Control of air ﬂow

To avoid scattering of ink drops by
the cooling air ﬂow for UV lamp

Instantaneous turning on andoﬀ of UV irradiation

Need the shutter mechanism

ではデジタル捺染および T シャツの印刷などがすでに実用化され，電子機器分野ではプリント基板，ディスプレイおよび太陽電池の製造工程などで適用が検討されている．
2.2

現状のインクの短所

３

UV 照射装置の構成と特徴

3.1

インクジェットプリンターの構成

産業用インクジェットプリンター用の主流のインインクジェットプリンターの全体構成の主要部分を

クは，水系・溶剤系の顔料タイプのものである．これFig. 2 に示す．この図の実線で囲んだ影の部分が，今らは一般的に耐候性が低いので，屋外用途などではラ回開発したインクジェットプリンターに搭載した UVミネート等の後加工処理をおこなうことが不可欠であ照射装置である．この装置は，① UV ランプ，② UVる．また，インクの吸収性が低いプラスチックフィル

電源，③ UV 照射器具およびこれらを接続するケーブ

ムなどに印刷する場合には，付着性および硬化性が低ルから構成される．プリンター本体の制御部からの指くなって生産性が低下するなどの問題がある．さらに，令により，インクジェットヘッドと UV 照射器具とが溶剤系インクでは，印刷時に有機溶剤ガスが拡散する印刷物の上を往復運動し，UV インクの吹きつけと硬という環境汚染の問題もあり，とくにヨーロッパにお化とを瞬時におこない描画する．

いて厳しく規制されている．
2.3

今回開発したインクジェットプリンター用 UV 照射

UV 硬化形インクの採用器具およびランプの外観を Fig. 3 に，UV 電源のそれ

上記のような水系・溶剤系インクの短所を克服するを Fig. 4 に示す．UV 照射器具は，ランプが放出するために，UV 化すなわち UV 硬化形インクおよび UV

紫外線エネルギーを効率的に印刷物に照射し，ランプ照射装置の開発が進められている．

を冷却する役割を持つものである．UV 電源は，ランUV 化によってインクの耐候性が向上するので，ラプの点灯制御および UV 照射器具の制御などをおこなミネート等の後加工無しでも屋外で使用できるようにうものである．

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UV power source

2004 年 12 月

3.2

Inkjet printer control

第 1巻第1号

UV ランプの特徴開発においては，当社が 30 数年来にわたって培ってきた UV ランプ製造技術を投入した．UV インクの硬化に有効な紫外線の波長は 400 nm 以下であり，そUV lamp UV irradiation
unit

れを効率的に放射できる当社の「メタルハライドラン
Inkjetprinter headプ（Ａタイプ）」を採用した 2)．このランプの波長に対Reciprocating motion

する光の相対出力を Fig. 5 に示す．発光長が 85 mmと短いのでランプに曇りが発生しやすく，その寿命が短いことが予想される．長時間 UV 強度を維持できる

Printing matter

ように，ランプを改良した．ランプの UV 強度の時間変化を Fig. 6 に示す．UV 強度は，1000 時間を超えても初期の 70％以上を維持できるようになった．
Fig. 2 Construction of an inkjet printer including
UV irradiation system.

照射器具は，ランプが放出する紫外線エネルギーを効率的に集光できるように楕円形状のミラーを備えている．楕円焦点の一方にランプ軸の中心が，もう一方に印刷物の表面が位置するように設計している．ランプのバルブおよびホルダーの軸の中心がずれると，印刷物表面での UV ピーク強度にばらつきが生じる．そこで，ランプの製造工程において両者のずれの許容値を従来のものより厳しい水準とした．

Fig. 3

Light emission intensity / %100

Outlook of UV lamp and irradiation unit.

806040200250Fig. 5300

350

400

450

Wave length / nm

500

Light emission intensity vs. wavelength.

120

UV intensity / %10080
6040200Fig. 4 Outlook of UV power source.
Dimensions : 310 W × 153 H × 482 D
mass 10 kg.

0200

400600800Time in use / h1000

1200

1400

Fig. 6 UV output intensity degradation normalized
to the virgin lamp according to the time in use.

in mm ;

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3.3

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第 1巻第1号

Table 2 Contributed main standards of UV irradiation system.

UV 電源の特徴

開発したインバータ式 UV 電源の基本構成を Fig. 7に示す．機能として，(1) ランプの点灯，出力切替おSafety

UL/IEC/EN 60950

よび異常検出，(2) ランプ冷却ファンの制御 ( 出力にHigher harmonics

EN61000-3-2 class A

応じた風量制御など )，(3) 照射器具シャッタの制御おFlicker

EN61000-3-3

Electro-magnetic
interference

EN55022 class A
CISPR22 class A
VCCI class A
FCC class A

よび異常検出，照射器具の異常温度検出などが組み込まれている．この電源は，国外においても適用するように，欧米各国の各種規格に準拠したものである．主な内容としては，ＵＬを中心とした安全規格および高調波規格への対応などである．その規格の一覧を
Table 2 に示す．また，入力電圧が AC200 V 〜 240の内部を効率的に冷却できるように，冷却風の流路のV の広範囲であっても，スイッチ等で切替えることな最適設計をおこない，その効果を検証した．また，反くランプ出力が一定になるように配慮した．なお，こ射ミラーの一部にコールドミラーを採用して，インクの UV 電源はインクジェットプリンター搭載用なのの硬化反応に必要のない可視光および赤外線が印刷物で，その仕様に合わせたインターフェースでの運転とに放射されないようにした．なお，コールドミラーとしており，基本的に単独では使用されないものである．

は，ガラス基板に蒸着多層膜を施して波長を選択的に3.4反射・透過できるようにしたものである．

UV 照射器具の特徴

UV 照射器具は，UV ランプ，反射ミラー，シャッタ，UV 照射器具はプリンタヘッドと一緒に往復運動す前面ガラスおよび筐体等から構成される．その構成をるので，そのときの振動に耐える必要がある．ここで模式的に Fig. 8 に示す．小形軽量化をはかるために，は，UV 照射器具および UV 電源ともに振動試験機で使用する部材の多くをアルミとした．シャッタは，従の評価試験をおこなって，問題がないことを確認した．

来とは大きく異なる新規な機構を開発した．その信頼さらにプリンター実機での振動試験をおこなって，製性評価試験をおこなって問題がないことを確認した．

品に改良を加えた．

また，筐体の外板材料は，ランプから放射する電インターロック面ではつぎのような特徴がある．冷磁波ノイズの影響の抑制と軽量化とを両立させるため

却ファンの故障等による UV 照射器具の焼損を未然にに，薄形鋼板を採用した．筐体の剛性が低下する分を，防止・保護するために，温度検知センサを内蔵した．

内蔵した冷却ファンなどの内部部品の剛性を利用してこのセンサで異常温度を検出した際には，UV 電源で補った．これらの技術の適用によって，冷却ファンや自動消灯するように制御している．また，シャッタ機シャッタ等を含めて質量約 3 kg の軽量化を実現した．

構の故障によって印刷不良品が連続して発生すること

これは，従来の同種製品の 1/2 〜 1/3 程度である．

を防止するために，内蔵シャッタの動作検知システム

ランプバルブの表面は，800 ℃以上の高温になる．

もあわせて搭載している．

印刷物の温度上昇を抑えるためには，それに直接影響消耗品である UV ランプの交換は，エンドユーザをおよぼす前面ガラスを冷却する必要がある．また，でおこなわれる．本装置では，ランプユニットだけシャッタ機構はランプとの直線距離が 3 〜 5 cm の場

を UV 照射器具から取外すことのできる設計とした．

所に位置するので高温になり，同様に冷却する必要テーブル上などで交換作業が容易にできるので，作業がある．ここでは，内蔵冷却ファンのみによって器具性を向上させることができた．

DC-DC
Converter

Active Filter

AC Input
1Ph 2W
200V

Fig. 7

Diagram of main circuit of UV power source.

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InverterIgniterGS Yuasa Technical Report

2004 年 12 月

４UV lamp
Cold mirror

第 1巻第1号

おわりに成長期にある分野の技術および新商品の開発スピードは目を見張るものがある．産業用 UV インクジェッ
トプリンターも間違いなく急成長している分野の商品であり，より一層のスピードアップが求められている．

Shutter

今回は，プリンターメーカーと情報交換等をおこないながら UV ランプの長寿命化および小形軽量化をはか

Window

り，インクジェットプリンター専用 UV 照射装置の技術を確立して商品化することができた．今後も各種のHousing

要素開発や，UV の高出力化と低温化に代表されるトレードオフの関係にある技術の研究を進めながら，よFig. 8 Arrangement of main components in the UV
irradiation unit.

り質の高い商品開発をおこなっていく予定である．

文献1) 高尾道生 , ラドテック研究会年報 ( 第 84 回ラドテッ
ク研究会講演会 ) , No.17, 169 (2003).
2) 日本電池紫外線照射システムカタログ , p. 9 (1999)
http://www.nippondenchi.co.jp/npd/sigaisen/uv/
f̲uv.html

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