装置及图像形成装置

文档序号:443951 发布日期:2021-12-28 浏览:3次 >En<

阅读说明:本技术 装置及图像形成装置 (Apparatus and image forming apparatus ) 是由 田村麻人 平山里绘 小桥川翔太 橘弘人 中山裕俊 市川阳一 于 2021-06-23 设计创作,主要内容包括:本发明涉及装置及图像形成装置。其目的在于,在短时间内对基材附加能量。本发明的一个实施方式涉及的装置是至少将第一能量附加到基材的装置,所述装置包括:转换材料赋予部,将使第二能量转换为所述第一能量的转换材料赋予到所述基材;以及能量附加部,将所述第二能量附加到已赋予所述基材的所述转换材料。所述能量附加部将与所述转换材料的气化热以上的热量对应的所述第二能量附加到所述转换材料。(The invention relates to an apparatus and an image forming apparatus. The purpose is to add energy to the substrate in a short time. An apparatus according to an embodiment of the present invention is an apparatus for applying at least first energy to a base material, the apparatus including a conversion material applying unit for applying a conversion material for converting second energy into the first energy to the base material; and an energy adding section that adds the second energy to the conversion material that has been imparted to the base material. The energy addition unit adds the second energy corresponding to heat equal to or greater than the heat of vaporization of the conversion material to the conversion material.)

装置及图像形成装置

技术领域

本发明涉及装置及图像形成装置。

背景技术

以前,已知将光能附加到基材上,进行基材的加工和向基材上形成图像等的技术。

另外,公开了将用于使光能等的第二能量转换成热能等的第一能量的转换材料赋予基材,用激光照射已赋予的转换材料,通过转换材料将热能附加到基材上的结构(参照例如专利文献1,2)。

【专利文献1】日本特开2008-155232号公报

【专利文献2】日本特开平03-032486号公报

发明内容

但是,在专利文献1的结构中,有时用激光照射赋予基材的转换材料之后,基材上会残留转换材料,由于进行去除残留的转换材料的工序,就会使能量附加到基材上需要花费时间。

另外,在专利文献2的结构中,有时为了在对基材赋予转换材料之后使转换材料干燥,会使能量附加到基材上需要花费时间。

本发明的目的是在短时间内将能量附加到基材上。

本发明的一个形态所涉及的装置是至少将第一能量附加到基材上的装置,所述装置包括:转换材料赋予部,将使第二能量转换为所述第一能量的转换材料赋予到所述基材;以及能量附加部,将所述第二能量附加到已赋予所述基材的所述转换材料。上述能量附加部在上述转换材料上附加对应于上述转换材料的气化热以上的热量的上述第二能量。

本发明的另一个形态所涉及的装置是至少将第一能量附加到基材的装置,所述装置包括:转换材料赋予部,将使第二能量转换为所述第一能量的转换材料赋予到所述基材;以及能量附加部,将所述第二能量附加到已赋予所述基材的所述转换材料。所述能量附加部当已赋予所述基材的所述转换材料为液体状态时,将所述第二能量附加到所述转换材料。

本发明的又一个形态所涉及的图像形成装置设有本发明的上述装置。

下面说明本发明的效果:

通过本发明能够在短时间内将能量附加到基材上。

附图说明

图1是表示第一实施方式所涉及的图像形成装置的结构示例的图。

图2是说明实施方式所涉及的图像形成装置进行的图像形成工序示例的图。

图3是表示第一实施方式所涉及的喷墨头的结构示例的图。

图4是表示第一实施方式所涉及的曝光部的结构示例的图。

图5是表示第一实施方式所涉及的控制部的功能结构示例的框图。

图6的(a)~(b)是表示脉冲激光照射墨滴的示例的图,其中,(a)是表示第一例的图,(b)是表示第二例的图。

图7是表示由第一实施方式所涉及的控制部进行的图像形成处理示例的流程图。

图8是表示图像形成结果示例的图。

图9是表示变形例所涉及的喷墨头的结构示例的图。

图10是表示变形例所涉及的曝光部的图。

图11是表示第二实施方式所涉及的图像形成装置的结构示例的图。

图12是表示第三实施方式所涉及的图像形成装置的整体结构示例的框图。

图13是说明第三实施方式所涉及的图像形成装置进行的图像形成工序示例的图。

图14的(a)~(b)是表示第四实施方式所涉及的图像形成部的结构示例的图,其中,(a)是正面图,(b)是(a)的A-A’截面图。

图15是表示第四实施方式所涉及的控制部的功能结构示例的框图。

图16的(a)~(b)是说明飞行动作的图,其中,(a)是斜视图,(b)是侧视图。

图17是说明曝光部的动作的斜视图。

图18是说明去除部的动作的图。

图19是表示转换材料赋予部的结构的第一变形例的图。

图20是表示转换材料赋予部的结构的第二变形例的图。

图21的(a)~(b)是表示第五实施方式所涉及的图像形成部的结构示例的图,其中,(a)是正面图,(b)是(a)的B-B’截面图。

具体实施方式

以下,参照附图说明本发明的一个实施方式。另外,在各附图中,对同一结构部标上同一符号,适当省略重复的说明。另外,以下所示的实施方式例示了用于具体化本发明的技术思想的装置,但并不限定于以下所示的实施方式。以下所述的结构部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等,只要没有特定的记载,就不旨在将本发明的范围限定于此,只是进行举例说明。另外,为了明确的说明附图所示的部件的大小和位置关系等,有时会夸张表示。

实施方式所涉及的装置是至少将第一能量附加到基材上的装置,具有将使第二能量转换为第一能量的转换材料赋予到基材上的转换材料赋予部、以及对基材上赋予的转换材料附加第二能量的能量附加部。另外,在实施方式中,通过将对应于转换材料的气化热以上的热量的第二能量附加到转换材料上,省略去除基材上残留的转换材料的工序,短时间内将能量附加到基材上。

例如,第一能量是热能,第二能量是激光等所具有的光能。转换材料是能够吸收激光的着色墨水等。

在将转换材料赋予到基材上后,如果将激光照射基材上赋予的墨水来附加光能,墨水就会吸收激光并发热。通过至少该发热的热能使基材的表面或内部的至少一方发生改性,可以将基材的表面或内部加工为所期望的状态或性质,在基材的表面或内部的至少一方形成图像等所期望的图案。

在此,所谓能量是指工作能力。还有,所谓气化热是指用于使得液体或固体变成气体所需的热。另外,用于使液体变成气体的热有时称为蒸发热,用于使固体变成气体的热有时称为升华热,在实施方式中,蒸发热和升华热合在一起称为气化热。

所谓改性是指物体的状态或性质发生变化。基材的表面或内部的至少一方通过附加至少第一能量、引起熔融、蒸发、结晶或发泡等,从而改性。

另外,所谓基材是指成为装置附加能量的对象的对象物的原材料部分。所谓基材的表面是指原材料的接触外部空气等的面,基材的内部是构成基材的原材料的内部。在实施方式中,作为与基材的内部对称的用语,使用基材的表面这一用语,因此,例如在板状的基材的情况下,基材的表侧面和背侧面都属于基材的表面。另外,在筒状的基材的情况下,基材的外侧面和内侧面都属于基材的表面。

在以下所示的实施方式中,说明关于在构成收容器的基材上形成图像的图像形成装置。收容器是例如容纳饮料的PET(Polyethylene Terephthalate,聚对苯二甲酸乙二醇酯)瓶等。

另外,图像是直接形成在收容器的基材上的。作为这样的图像,包括例如文字、条形码等的代码、图形等,可以列举表示与收容器或收纳在收容器中的饮料等的被收容物的名称、识别号码、制造商、制造日期等的被收容物的有关信息的图像。

在PET瓶等收容器中,有时通过将记录有这些信息的记录介质(标签)粘贴在收容器的表面,来显示这些信息。另一方面,在实施方式中,通过在构成收容器的基材的表面或内部的至少一方形成表示这些信息的图案,从而不使用记录介质来显示这些信息。

[第一实施方式]

<图像形成装置1的结构示例>

首先,参照图1说明图像形成装置1的结构。图1是说明图像形成装置1的结构的一例的图。如图1所示,图像形成装置1包括喷墨头111、平移台121、曝光部13和控制部14。图像形成装置1是至少将第一能量附加到基材上的装置的一例。

平移台121具有可平移的平移片(table)122,将收容器3固定在平移片122的面上(Z轴正方向侧)。平移台121连接有马达等驱动部,该驱动部省略图示。平移台121通过驱动部的驱动力沿X轴方向平移上述平移片122,由此可以改变X轴方向上的收容器3的位置。

收容器3具有头部相对于躯干部的横截面积小的形状,包含PET等的树脂而构成。盖31安装在收容器3上。收容器3是由图像形成装置1形成图像的对象物的一例。图像形成装置1能够在构成收容器3的基材上形成图像。但是,作为对象物的收容器不限于收容器3的形状和材质,也可以是任何形状的任何材质的收容器。此外,对象物不限于收容器,任何物体都可以。

在收容器3的Z轴正方向侧,沿着X轴排列设置喷墨头111和曝光部13。喷墨头111和曝光部13由省略图示的支承体支承。只要能够支承喷墨头111和曝光部13,则对支承体没有特别的限制。

喷墨头111包含在将转换材料赋予到基材的转换材料赋予部11中,是排出转换材料的排出部的一例。转换材料赋予部11可以仅由喷墨头111构成,也可以包括喷墨头111和喷墨头111的移动机构等。

墨滴2是将光能(第二能量)转换成热能(第一能量)的转换材料的一例。喷墨头111排出墨水,使墨滴2附着到构成收容器3的基材上进行赋予。

曝光部13是对基材上赋予的转换材料附加光能(第二能量)的能量附加部的一例。由喷墨头111将墨滴2赋予基材的收容器3通过平移台121输送到配置有曝光部13的位置。曝光部13在收容器3的输送中或输送后,对构成收容器3的基材上赋予的墨滴2照射脉冲激光,向墨滴2附加光能。

构成收容器3的基材上赋予的墨滴2吸收曝光部13照射的脉冲激光而发热。通过至少该发热的热能使基材改性,从而在收容器3的基材上形成图像。

在此,如果收容器3由对于照射的脉冲激光的波长吸收小的材质构成,则即使对构成收容器3的基材照射附加用脉冲激光,基材由于对附加用脉冲激光的吸收小,所以不能得到大的热能。其结果是,有时热能没有超出基材的改性阈值,基材不发生改性。

在实施方式中,通过使基材上赋予的墨水吸收脉冲激光,与不赋予墨水的情况相比,能够得到大的热能,可以使基材改性。另外,对于脉冲激光的波长吸收小的材质是指对于脉冲激光的波长透射率高的材质(透明的材质)等。

控制部14是控制喷墨头111、平移台121和曝光部13等的动作的控制装置。控制部14由电气电路构成,实现后述的图5中说明的各种功能。另外,功能的一部分也可以通过软件(CPU(Central Processing Unit,中央处理器)实现,还可以通过多个电气电路或多个软件来实现。此外,控制部14的配置位置没有特别的限制,可以配置在任意位置上。

<图像形成装置1的图像形成工序示例>

接着,参照图2说明图像形成装置1的图像形成工序。图2是说明图像形成装置1的图像形成工序的一例的图。

如图2所示,图像形成装置1的图像形成工序包括赋予工序100、输送工序200和曝光工序300。

在赋予工序100中,喷墨头111通过排出墨水并使排出的液态墨滴2附着到构成收容器的基材3a上,将墨滴2赋予到基材3a上。

在输送工序200中,平移台121输送基材3a。输送是使由基材3a构成的收容器移动或旋转的动作。平移台121可以将赋予了墨滴2的基材3a输送到图像形成装置内的配置有曝光部13的位置。换而言之,平移台121可以输送基材3a以便从赋予工序100转移到曝光工序300。但是,在输送工序200中,不仅是通过平移台121从赋予工序100转移到曝光工序300的输送,还能够进行图像形成工序整体的基材3a的输送。

在曝光工序300中,曝光部13将脉冲激光130照射到基材3a上赋予的墨滴2,并将光能附加到墨水上。照射了脉冲激光130的墨滴2的一部分作为墨片6等飞散,一部分被加热产生蒸发粒子7而气化,一部分吸收光能并发热。但是,也有发生这些以外的现象的情况。另外,在图2的例子中,由墨滴2的发热等引起产生等离子状的热柱5。

由于墨滴2的发热而产生的热能4传输到基材3a的表面或内部,通过传输的热能4在基材3a的表面或内部产生熔融、蒸发、结晶或发泡等,使基材3a的表面或内部的至少一方发生改性。

曝光部13可以在输送工序200结束、基材3a停止后进行曝光工序300,也可以在输送工序200进行期间的基材3a的输送中进行曝光工序300。

在此,在曝光工序300中,照射了脉冲激光130的墨滴2的一部分没有蒸发和飞散而是留在基材3a上,或是飞散的墨片6等返回基材3a上附着,这样墨滴2的一部分残留在基材3a上。

在实施方式中,曝光部13向墨滴2附加对应于墨水的气化热以上的热量的光能,以防止这样的墨滴2残留。墨滴2将基于光能的发热产生的热能4传输到基材3a的表面或内部,同时接收到气化热以上的热量,使其全部气化。其结果是,在基材3a上形成与由热能4形成的熔融、蒸发、结晶或发泡对应的凹部8等,不会产生墨滴2在基材3a上的残留。

这样,图像形成装置1能够进行图像形成工序。另外,图像形成装置1在一个工序结束后进行下一个工序等,能够按时间顺序独立地进行全部工序。或者可以同时进行所有工序中的2个以上的工序。另外,还可以不让基材3a停止,连续进行所有工序。

还有,在本实施方式中,作为能量附加部的一例的曝光部13,例示了对基材3a上赋予的墨滴2照射脉冲激光130的结构,但不限于此。能量附加部也可以通过将例如微波、放射线等照射到基材3a上赋予的墨滴2a来附加第二能量。

<喷墨头111的结构示例>

接下来,将参照图3说明喷墨头111的结构。图3是说明喷墨头111的结构的一例的图。另外,图3是从X轴正方向侧观察将图像形成装置1以图1中的A-A’线切断的状态的截面图。

如图3所示,喷墨头111具有沿X轴方向呈线状排列的多个喷嘴112。喷墨头111是从多个喷嘴112中的每一个排出或喷射墨水的功能部件。排出墨水的能量产生源包括使用压电致动器(层叠型压电元件及薄膜型压电元件)、采用发热电阻等电热转换元件的热致动器、由振动板和对置电极组成的静电致动器等的部件。

喷墨头111从多个喷嘴112中分别排出的多个墨滴2基本上同时附着到构成收容器3的基材上,能够在基材上形成沿Y轴方向的线状图案。另外,通过在X轴方向上输送收容器3的同时利用喷墨头头111形成沿着Y轴方向的线状图案,能够将形成二维的期望图案的墨滴2赋予到构成收容器3的基材上。

另外,喷墨头111不限于具有排列成线状的多个喷嘴112的结构,也可以是具有单喷嘴的结构。通过使单喷嘴沿Y轴方向移动的同时排出墨滴2,可以在构成收容器3的基材上形成线状的图案。

另外,喷墨头111也可以是喷墨单元,该喷墨单元是与喷墨头组合功能部件、机构一体化的与墨水排出相关联的部件的集合体。例如,喷墨单元包括头箱、滑架、供给机构、维持恢复机构、主扫描移动机构的构成中的至少一个与喷墨头组合的部件等。

还有,图像形成装置1也可以取代喷墨头111采用喷射转换材料的喷雾器等。另外,喷雾器是指使用高压空气等的气体或机械运动机构对液体进行喷雾形成雾气或泡沫等的状态的机构。

<曝光部13的结构示例>

接着,参照图4说明曝光部13的结构。图4是说明曝光部13的结构的一例的图。图4是从X轴正方向侧观察将图像形成装置1以图1中的B-B’线切断的状态的截面图。

如图4所示,曝光部13包括光纤激光器131、平面镜132和电镜133。光纤激光器131射出的脉冲激光130在平面镜132朝Z轴正方向侧折返,由电镜133扫描,照射到构成收容器3的基材上。通过照射基材的脉冲激光130,将对应于墨滴的气化热以上的热量的光能(第二能量)附加到已赋予基材的墨滴上。

光纤激光器131是发射激光的激光光源的一例。光纤激光器131是使用光纤作为放大介质的固体激光器的一种。与使用激光晶体等的固体激光器相比,光纤激光器将光限制在细光纤内,因此是能量转换效率高的激光光源。

光纤激光器131可以向平面镜132发射具有设定脉冲宽度的脉冲激光130(脉冲状的激光)。在此,光纤激光器131射出的脉冲激光130的脉冲宽度优选为200微秒以下。

光纤激光器131可以通过将脉冲激光130照射到构成收容器3的基材上的由喷墨头111赋予了墨滴的区域和未赋予墨滴的区域的两方,来向墨滴附加光能。

当光纤激光器131向墨滴附加的光能被墨水转换为热能时,预先设定该热能在赋予了墨滴的区域中超出基材的改性阈值,且在未赋予墨滴的区域中低于基材的改性阈值。由此,在构成收容器3的基材中,在赋予了墨滴的区域,基材通过附加光能而改性,在未赋予墨滴的区域,即使附加了光能,基材也不会改性。

另外,由于从光能转换成的热能的大小根据墨水的种类(颜色等)而不同,因此最好是根据墨水的种类来决定上述光能。

激光光源不限于光纤激光器131,可以使用各种激光光源。最好是可以产生从微微秒到毫微秒等的脉冲振荡的光源。作为固体激光器,有YAG激光器、钛蓝宝石激光器等。气体激光器有氩激光器、氦氖激光器、二氧化碳激光器等。由于半导体激光器尺寸小,因此也是优选的。光纤激光器就其高峰值能量和小型化而言,是最合适的光源。

脉冲激光130的波长优选为300nm以上11μm以下。另外,为了以足够的峰值能量使基材改性,特别优选在700nm以上1500nm以下。另外,根据该峰值能量,墨滴2最好是对于700nm以上1500nm以下的波长具有50%以上的吸收率。

平面镜132是将光纤激光器131射出的脉冲激光130朝向电镜133折返的光学元件。平面镜132没有特别的限制,能够适当地选择外形形状和尺寸等,但最好是包含对700nm以上1500nm以下的光具有高反射率的金等的反射镜。

电镜133是扫描激光的光扫描部的一例。电镜是一种能够高速且高精度地驱动反射镜并扫描或定位由反射镜反射的光的光学设备。

电镜133反射由平面镜132折返的脉冲激光130,并将其照射到收容器3。例如,通过使包含于电镜133的反射镜摆动并且反射镜的角度在箭头133a的方向上快速变化,由电镜133反射的脉冲激光130沿着Y轴方向高速扫描。该脉冲激光130的扫描光照射到构成收容器3的基材上。通过照射的脉冲激光130,将对应于墨滴2的气化热以上的热量的光能附加到基材上赋予的墨滴2上。

<控制部14的功能结构示例>

接下来,将参照图5说明控制部14的功能结构。图5是说明控制部14的功能结构的一例的框图。如图5所示,控制部14具有排出控制部141、输送控制部142、扫描控制部143和附加控制部144。

排出控制部141可以控制从包含于喷墨头111的每个喷嘴的排出或不排出,并且可以控制从包含于喷墨头111中的每个喷嘴的排出时间。

输送控制部142控制平移台121的驱动,能够控制放置在平移台121的台面上的收容器的输送方向(图1的X轴方向)上的位置、输送方向以及输送速度等。

扫描控制部143控制电镜133的驱动(摆动),并且可以控制电镜133的脉冲激光的扫描的开始和结束,以及扫描速度和扫描角度等。例如,扫描控制部143根据平移台121的输送速度等预先设定扫描速度(摆动频率),并且根据收容器的尺寸等预先设定扫描角度,在所期望的时间使电镜133的脉冲激光的扫描开始。电镜133以设定的摆动频率摆动,使脉冲激光扫描。然后,扫描控制部143可以在所期望的时间使电镜133的扫描结束。

附加控制部144可以控制光纤激光器131的脉冲激光的发射时间。但是,在本实施方式中,光纤激光器131将脉冲激光照射到构成收容器的基材上的由喷墨头111赋予了墨滴的区域和未赋予墨滴的区域的两方。因此,附加控制部144可以控制光纤激光器131按设定的射出频率重复地发射脉冲激光。例如,如果根据平移台121的输送速度等预先设定射出频率,则附加控制部144只需控制光纤激光器131的发射脉冲激光的开始和结束。

在此,图6是说明脉冲激光130照射到墨滴2的情况的一例的图,(a)是第一例,(b)是第二例。图6表示赋予了墨滴2的基材3a。

图6(a)表示脉冲激光130照射到基材3a中的赋予了墨滴2的区域和未赋予墨滴2的区域的两方的情况。这时,光纤激光器131在附加控制部144的控制下(参见图5),按设定的射出频率重复地发射脉冲激光130。并且电镜133在扫描控制部143的控制下(参见图5),按设定的摆动频率摆动,在Y轴方向上重复扫描脉冲激光130。在基材3a中,脉冲激光130沿着Y轴方向以线状扫描。

在赋予了墨滴2的区域,脉冲激光130的光能转换成的热能超出基材3a的改性阈值,基材3a中仅在赋予了墨滴2的区域选择性地改性。

另一方面,图6(b)表示脉冲激光130照射到基材3a中赋予了墨滴2的区域的情况。这时,光纤激光器131在附加控制部144的控制下(参见图5)按设定的时间发射脉冲激光130。在扫描控制部143的控制下(参见图5),电镜133按设定的摆动频率摆动,在Y轴方向上重复地扫描脉冲激光130。在基材3a中,脉冲激光130在沿Y轴方向的线内只照射到赋予了墨滴2的区域。

在脉冲激光130照射的区域中,通过由墨滴2将脉冲激光130的光能转换成的热能,使基材3a改性。

<控制部14的处理示例>

在此,参照图7说明图5所示的控制部14的处理。图7是说明控制部14的图像形成处理的一例的流程图。图7的处理表示例如图像形成装置1的操作者进行开始图像形成的操作后的处理。

首先,在工序S71中,附加控制部144使光纤激光器131开始发射脉冲激光130。光纤激光器131按设定的射出频率重复地发射脉冲激光130。

接着,在工序S72中,扫描控制部143使电镜133摆动,开始脉冲激光130的扫描。电镜133按设定的摆动频率重复地扫描脉冲激光130。

然后,在工序S73中,排出控制部141使喷墨头111排出墨水,并使墨滴附着到基材上进行赋予。

接着,在工序S74中,输送控制部142驱动平移台121输送收容器。

接着,在工序S75中,在平移台121的输送方向上,在到达脉冲激光130的扫描位置的构成收容器的基材的区域照射脉冲激光130。构成收容器的基材中,赋予了墨滴的区域选择性地改性。

接着,在工序S76中,控制部14判断处理是否结束。

在工序S76中,当判定结束(工序S76的“是”)时,则处理结束。另一方面,当判定不结束的(工序S76的“否”)时,则处理返回到工序S73,重复工序S73之后的处理。

另外,从工序S73到S75的处理可以由排出控制部141和输送控制部142协同工作,在不使收容器停止的情况下连续地执行。

这样,控制部14能够进行图像形成处理。

<图像形成示例>

图8是说明图像形成装置1在收容器3上的图像形成结果的一例的图。在构成收容器3的基材上形成包含“无标签”的文字列和图形图案的图像32。

<图像形成装置1的作用效果>

接着,说明图像形成装置1的作用效果。

以往,作为PET瓶等的收容器,众所周知是粘贴了显示名称、成分、保质期、条形码、QR码(注册商标)、再利用标记或商标等的标签。另外,通过标签来显示对消费者有吸引力的设计和绘画,也试图发挥商品的个性和提高竞争力。

另一方面,近来由于塑料垃圾引起的海洋污染被广泛议论,世界范围内解消塑料垃圾的污染活动逐渐活跃,对收容器的循环型再利用的要求也越来越高。在此,所谓收容器的循环型回收,是指回收从业者将分类回收的已使用的收容器变成作为收容器原料的薄片,再制造收容器。

为了使这样的循环型再利用顺利地进行,最好是根据每种收容器和标签等的材质彻底进行分类回收,但为了进行分类回收,从收容器上撕下标签的工作很费事,是彻底进行分类回收的制约之一。

对此,公开了对构成PET瓶的透明树脂等的透明基材照射激光,将激光的光能附加到PET瓶上进行加工的结构。然而,透明基材通常具有一定以上波长(例如400nm)或更高的光的吸收率。因此,为了进行加工,有时需要具有较大峰值能量的激光光源,使装置成本增加。

另外,还公开了在基材上赋予用于将光能转换成热能的墨水等转换材料之后,对赋予的转换材料照射激光,经由转换材料将热能附加到基材上的结构。

但是,在该结构中,对基材上赋予的转换材料照射激光之后,会有转换材料残留在基材上的情况,由于进行去除残留的转换材料的工序,会使能量附加到基材上需要花费时间。

实施方式所涉及的装置是至少将第一能量(热能)附加到基材上的装置,具有将使第二能量(光能)转换成第一能量的转换材料(墨滴)赋予到基材上的转换材料赋予部,以及对上基材上赋予的转换材料附加第二能量的能量附加部。另外,能量附加部将对应于转换材料的气化热以上的热量的第二能量附加到转换材料上。

转换材料在将基于第二能量的发热所产生的热能传输到基材的表面或内部,同时接收到气化热以上的热量,使其全部气化。其结果是,对应由热能形成的熔融、蒸发、结晶或发泡,基材发生改性,另一方面转换材料全部气化,没有残留在基材上。因此,可以省略去除残留的转换材料的工序,使基材发生改性的时间缩短。

另外,通过经由转换材料赋予热能,即使在使透明基材改性的情况下,与不通过转换材料的情况相比,也可以使用具有小峰值能量的激光光源,能够降低装置成本。

在此,能量附加部最好是采用脉冲宽度在200微秒以下的脉冲激光照射基材。在使构成PET瓶等的基材改性而形成图像的时候,图像形成的分辨率一般是100[dpi(dot perinch)]以上,400[dpi]以下,这是合适的。在100[dpi]的情况下,形成图像的点的间隔约为250[μm],在400[dpi]的情况下约为60μm。

在图像形成时,脉冲激光的脉冲宽度越长,在成本上越有利,但是脉冲宽度越长,有时会产生热引起的加工痕迹的扩展。热扩散的代表长度热扩散长度L可以采用热扩散率D(在PET瓶的情况下,大约0.002[cm2/s])和脉冲宽度T,通过以下式来表示:L=2√(D×Τ)

在分辨率为400[dpi]的情况下,通过使约60[μm2]的区域改性,提高可视性。但是,由于热能引起的熔融区域与消融区域相比,透光性高,所以不期望,最好是例如60[μm2]的区域面积的一半中,单侧约15μm以下。在这种情况下,根据PET瓶的材料特性等,通过将脉冲宽度T设定在200微秒以下,能够在视觉上更好地识别对构成PET瓶的基材进行改性而形成的图像。

另外,在本实施方式中,能量附加部(光纤激光器)将激光照射到基材上的由转换材料赋予部(喷墨头)赋予了转换材料(墨滴)的区域和未赋予转换材料的区域的两方,将光能附加到转换材料上。另外,光能通过转换材料转换成的第一能量(热能)在基材上赋予了转换材料的区域比设定的改性阈值大,在基材上未赋予转换材料的区域在设定的改性阈值之下。

这样,仅在赋予了转换材料的区域中,由于第一能量超出基材的改性阈值,所以能够选择性地使基材中赋予了转换材料的区域改性。由于无需控制仅将光能附加在基材上赋予了转换材料的区域,可以简化控制。

但是,能量附加部也可以对基材上的由转换材料赋予部赋予了转换材料的区域照射激光,将光能附加到转换材料上。这样,可以不调整激光的峰值能量,使得仅在基材上赋予了转换材料的区域中,第一能量大于设定的改性阈值。由此,可以简化图像形成条件的调整或设定等。

另外,在本实施方式中,转换材料赋予部具有排出转换材料的排出部(喷墨头),将由排出部排出的转换材料(墨滴)赋予在基材上。由此,能够容易地在基材上形成转换材料的图案。

另外,在本实施方式中作为转换材料以墨水为例,但不限于此。只要第二能量可以转换成第一能量,可以将对应于气化热以上的热量的第二能量附加到转换材料上,也可以使用固体或粉末作为转换材料。

另外,在本实施方式中,作为转换材料赋予部,以通过喷墨头赋予转换材料的结构为例,但不限于此。例如,通过将飞行用激光光源发射的飞行用脉冲激光照射到墨水上,使墨滴飞行,并且使飞行的墨滴附着在基材上,可以将墨滴赋予到基材上。或者,转换材料赋予部也可以通过使基材浸渍在储存于墨水罐内的墨水中,将墨水赋予到基材上。

在此,实施方式中的转换材料赋予部和能量附加部可以进行各种变形。以下,对各种变形例进行说明。另外,对于与第一实施方式相同的结构部,附于相同的部件编号,省略重复的说明。

<变形例>

(喷墨头)

图9是说明变形例所涉及的喷墨头111a的结构的图。如图9所示,喷墨头111a具有基板113。

基板113是沿具有圆筒形的收容器3的圆筒面的弯曲形状3b弯曲的部件。在基板113上设有多个喷嘴112。另外,多个喷嘴112在各自的Z轴方向上的位置根据基板113的弯曲而不同。这样,多个喷嘴112的各自与构成收容器3的基材在Z轴方向上的距离变得大致相等。

例如,将多个喷嘴112中的喷嘴112a在Z轴方向上相对于基材的距离设为d1,将多个喷嘴112中的喷嘴112b在Z轴方向上相对于基材的距离设为d2,则距离d1和距离d2大致相等。

在此,有时从喷嘴排出的墨滴受气流等的影响而弯曲,在基材上的附着位置发生偏差。这时,如果喷嘴与基材之间的距离在多个喷嘴之间不同,则受到气流等影响的各方对应距离有所不同,因此有时从各喷嘴排出的墨滴在基材上的附着位置有偏差,导致由基材的改性形成的图像的品质降低。

通过使多个喷嘴112在各自的Z轴方向上的位置不同,喷嘴与基材的距离在多个喷嘴之间大致相等,其结果是,受到气流等影响的各方在各喷嘴之间大致相同。由此,能够抑制从各喷嘴排出的墨滴在基材上的附着位置的偏差,能够提高由基材的改性形成的图像的品质。

(曝光部)

接着,图10是说明变形例所涉及的曝光部13a的结构的图。如图10所示,曝光部13a包括多面镜134。

多面镜134是作为扫描激光的光扫描部的一例,是在旋转体上形成多个反射面的旋转多面镜。通过沿着旋转方向134a高速旋转,可以沿着Y轴方向扫描反射的脉冲激光130。也可以使用这样的多边形镜134取代电镜来扫描脉冲激光130。

[第二实施方式]

接着,参照图11说明第二实施方式所涉及的图像形成装置1a。另外,对于与第一实施方式相同的结构部,附于相同的部件编号,省略重复的说明。

图11是说明图像形成装置1a的结构的一例的图。如图11所示,图像形成装置1a具有沿Y轴方向平移的Y轴工作台123和沿着Z轴方向平移的Z轴工作台124。

圆筒形的收容器3固定在Y轴台123的省略图示的平移台上,使其圆筒的长度方向沿着Z轴方向。另外,喷墨头111和光纤激光器131沿着Z轴方向排列固定在Z轴工作台124的Z轴工作面124a上。

喷墨头111可以在X轴负方向(水平方向)上向收容器3排出墨滴2,光纤激光器131可以在X轴负方向上向收容器3照射脉冲激光130。这样,可以水平地排出墨水且可以水平地照射脉冲激光,通过这样构成图像形成装置1a,可以提高图像形成装置1a的布局的灵活性等。

实施方式所涉及的装置是至少将第一能量附加到基材上的装置,具有将使第二能量转换成第一能量的转换材料赋予到基材上的转换材料赋予部,以及对基材上赋予的转换材料附加第二能量的能量附加部。另外,在实施方式中,当基材上赋予的转换材料为液体状态时,通过能量附加部对转换材料附加第一能源,省略转换材料的干燥时间,可在短时间内对基材附加能量。

例如,第一能量是热能,第二能量是具有激光等的光能。转换材料是能够吸收激光的着色墨水等。

在将转换材料赋予到基材上之后,如果将激光照射到基材上赋予的墨水附加光能,墨水就会吸收激光并发热。通过至少由该发热的热能使基材的表面或内部的至少一方发生改性,可以将基材的表面或内部加工成所期望的状态或性质,在基材的表面或内部的至少一方形成图像等所期望的图案。

在此,能量是指工作能力。另外,改性是指物体的状态或性质发生变化。基材的表面或内部的至少一方通过附加至少第一能量、引起熔融、蒸发、结晶或发泡等,从而改性。

另外,基材是指装置附加能量的对象物的材料部分。基材的表面是指接触材料外部空气等的面,基材的内部是构成基材的材料的内部。在实施方式中,基材的内部是构成基材的材料的内部。在实施方式中,作为与基材的内部对称的用语,使用基材的表面这一用语,因此,例如在板状的基材的情况下,基材的表侧的面和背侧的面都属于基材的表面。另外,在筒状的基材的情况下,基材的外侧的面和内侧的面都属于基材的表面。

在以下所示的实施方式中,说明关于在构成收容器的基材上形成图像的图像形成装置。收容器是例如容纳饮料的PET(Polyethylene Terephthalate)瓶等。

图像是直接形成在收容器的基材上的。作为这样的图像,包括例如文字、条形码等的代码、图形等,可以列举表示与收容器或收纳在收容器中的饮料等被收容物的名称、识别号码、制造商、制造日期等的被收容物的有关信息的图像。

在PET瓶等收容器中,有时通过将记录有这些信息的记录介质(标签)粘贴在收容器的表面,来显示这些信息。另一方面,在实施方式中,通过在构成收容器的基材的表面或内部的至少一方形成表示这些信息的图案,从而不使用记录介质来显示这些信息。

[第三实施方式]

<图像形成装置1的整体结构示例>

首先,参照图12说明图像形成装置1的整体结构。图12是说明图像形成装置1的整体结构的一例的框图。

如图12所示,图像形成装置1具有图像形成部10、去除部20和回收部30。另外,图像形成部10具有墨水赋予部11、输送部12、曝光部13、循环部14和控制部15。图像形成装置1是至少将第一能量附加到基材上的装置的一例。

在图像形成装置1中,墨水赋予部11对构成提供给图像形成装置1的收容器3的基材赋予墨水。墨水是将光能(第二能量)转换成热能(第一能量)的转换材料的一例。墨水赋予部11是在基材上赋予转换材料的转换材料赋予部的一例。

基材赋予了墨水的收容器3由输送部12输送到配置有曝光部13的位置。曝光部13是对基材上赋予的转换材料附加光能的能量附加部的一例。曝光部13在收容器3的输送中或输送后,对构成收容器3的基材上赋予的墨水照射具有设定的脉冲宽度的附加用脉冲激光,向墨水附加光能。另外,脉冲宽度是指激光发射的时间宽度。循环部14是用于使墨水循环而向墨水赋予部11供给墨水的结构部。

在构成收容器3的基材上赋予的墨水吸收曝光部13照射的附加用脉冲激光而发热。通过至少由该发热的热能使基材改性,在构成收容器3的基材上形成图像。

在此,如果收容器3由对于附加用脉冲激光的波长吸收小的材质构成,则即使对构成收容器3的基材照射附加用脉冲激光,由于基材对附加用脉冲激光的吸收小,所以不能得到大的热能。其结果是,有时热能没有超出基材的改性阈值,基材不发生改性。

在实施方式中,通过使基材上赋予的墨水吸收附加用脉冲激光,与不赋予墨水的情况相比,能够得到大的热能,可以使基材改性。另外,对于附加用脉冲激光的波长吸收小的材质是指对于附加用脉冲激光的波长透射率高的材质(透明的材质)等。

在基材上已形成图像的收容器3中,由去除部20去除残留墨水。残留墨水是指附加用脉冲激光照射之后残留在基材上的墨水。去除部20通过将液体、气体或光的至少一种喷射到基材上,相当于供给,能够去除残留墨水。被去除的残留墨水由回收部30回收,供给至墨水赋予部11,再利用于图像形成。

控制部15是控制墨水赋予部11、输送部12以及曝光部13等的动作的控制装置。但是,控制部15也可以是控制去除部20以及回收部30等其他结构部的动作的结构。另外,图像形成部10不限于具有控制部15的结构,去除部20或回收部30也可以具有控制部15,控制部15还可以独立地设置在图像形成装置1上。

在图像形成装置1的图像形成之后,从图像形成装置1取出在基材上已形成图像的收容器3。在图12的例子中,包含“无标签”的文字列的图像31形成在构成收容器3的基材上。

在此,收容器3是由图像形成装置1形成图像的对象物的一例。图12所示的收容器3具有头部相对于躯干部的横截面积小的形状,包含PET等树脂而构成。

图像形成装置1能够在构成收容器3的基材上形成图像。但是,作为对象物的收容器不限于收容器3的形状和材质,也可以是任何形状的任何材质的收容器。另外,对象物不限于收容器,可以是任何物体。

<图像形成装置1的图像形成工序示例>

接着,参照图13说明图像形成装置1的图像形成工序。图13是说明图像形成装置1的图像形成工序的一例的图。

如图13所示,图像形成装置1的图像形成工序包括赋予工序100、输送工序200、曝光工序300、去除工序400和回收工序500。

在赋予工序100中,墨水赋予部11将光能转换为热能的墨滴2a赋予到构成收容器的基材3a上。墨滴2a是液滴墨水。该墨滴2a是墨水的一部分,是对应将光能转换成热能的转换材料的一例。

墨水赋予部11将例如飞行用激光光源射出的飞行用脉冲激光照射到墨水上,使墨滴2a飞行。通过沿着飞行方向110飞行的墨滴2a附着到基材3a,墨水赋予部11可以将墨水赋予到基材3a上。或者,墨水赋予部11也可以通过从排出墨水的喷墨头排出墨水,将排出的墨滴附着到基材3a上,对基材3a赋予墨水。另外,墨水赋予部11还可以通过使基材3a浸渍在储存于墨水罐内的墨水中,对基材3a赋予墨水。

在输送工序200中,输送部12输送基材3a。输送是使由基材3a构成的收容器移动或旋转的动作。输送部12能够将赋予了墨滴2a的基材3a输送到图像形成装置1内的配置有曝光部13的位置。换而言之,输送部12能够输送基材3a以便从赋予工序100转移到曝光工序300。但是,输送部12不仅用于从赋予工序100转移到曝光工序300的输送,还能够承担图像形成工序整体的基材3a的输送。

在曝光工序300中,曝光部13将附加用脉冲激光130照射基材3a上赋予的墨滴2a,将光能附加到墨水上。被照射附加用脉冲激光130的墨滴2a的一部分被加热气化,一部分作为墨片4等飞散,一部分吸收光能并发热。但是,也有发生这些以外的现象的情况。由发热产生的热能5传输到基材3a的表面或内部,通过传输的热能5,在基材3a的表面或内部产生熔融、蒸发、结晶或发泡6等,使基材3a的表面或内部的至少一方发生改性。

另外,在实施方式中,当基材3a上赋予的墨滴2a处于液体状态时,曝光部13将附加用脉冲激光130照射到墨滴2a上来附加光能。

在此,液体状态是指构成墨滴2a的几乎全部的墨水都具有流动性的状态。构成墨滴2a的墨水因干燥而部分地逐渐失去流动性从而凝固,不久全部凝固,但是液体状态是指构成墨滴2a的墨水开始部分凝固之前的状态。

曝光部13可以在输送工序200结束、基材3a停止之后进行曝光工序300,也可以在输送工序200进行期间的基材3a的输送中进行曝光工序300。

在去除工序400中,去除部20通过向基材3a提供液体、气体或光中的至少一种来去除残留墨水7。例如,通过去除部20将作为液体的去除剂21喷射到基材3a上来供给,去除基材3a上的残留墨水7。

去除剂21具有使残留墨水7和基材3a之间的界面上作用的重力、静电力、分子间力或表面张力等减小的功能。可以根据墨滴2a的特性适当地选择合适的去除剂。例如,当墨水是油性染料墨水的时候,作为去除剂21优选含有酒精的溶剂。

但是,去除部20喷射的液体不限于去除剂21。例如,当使用水作为液体时,由于不含酒精,在环境方面是合适的。另外,作为去除部20供给的液体,当使用水时,如果使用包含碳墨水和水溶性的粘结剂组合成的墨水作为墨水,则仅用水就很容易去除残留墨水,更合适。

另外,去除部20也可以通过吹气等向基材3a供给气体来去除残留墨水7。此外,去除部20还可以通过将激光或闪光等的光照射基材3a来供给基材3a,去除残留墨水7。残留墨水7通过激光或闪光等的光能熔融或蒸发,其全部从基材3a中被去除。另外,去除部20还可以组合液体、气体或光中的两个以上来去除残留墨水7。

在回收工序500中,回收部30回收在去除工序400中从基材3a剥离的残留墨水7,并供给至墨水赋予部11。墨水赋予部11能够将从回收部30供给的残留墨水7再利用作为赋予到基材3a上的墨水。

回收工序500中的回收方法可以根据去除工序400中如何使用液体、气体或光来适当地选择。例如,在使用液体的情况下,可以通过抽吸泵输送供给基材3a之后的含有残留墨水7的液体,并将从被输送的液体中提取的残留墨水7提供给墨水赋予部11。此外,在使用光的情况下,可以将经气化的残留墨水7结露的液体存储在结露罐等中,将所存储的残留墨水7的结露液体经由结露罐提供给墨水赋予部11。

这样,图像形成装置1能够进行图像形成工序。另外,图像形成装置1在一个工序结束后进行下一个工序等,能够按时间顺序独立地进行全部工序。或者可以同时进行所有工序中的2个以上的工序。另外,可以不使基材3a停止,连续进行所有工序。

另外,在本实施方式中,作为能量附加部的一例的曝光部13,例示了对基材3a上赋予的墨滴2a照射附加用脉冲激光130的结构,但不限于此。能量附加部也可以通过将例如微波、放射线等照射基材3a上赋予的墨滴2a,来附加第二能量。

[第四实施方式]

<图像形成部10的结构示例>

接着,参照图14说明第四实施方式所涉及的图像形成装置1的图像形成部10的结构。图14是说明图像形成部10的结构的一例的图,(a)是正面图,(b)是从X轴负方向侧观察将图像形成部10用(a)的A-A’线切断的状态的截面图。

在本实施方式中,通过将飞行用激光光源发射的飞行用脉冲激光照射墨水使墨水飞行,使飞行的墨水附着到基材上进行赋予。

在此,在US006025110A等中公开的激光转印LIFT(Laser Induced ForwardTransfer)是对紧贴于载体上的箔状、液状的材料通过照射激光进行的非接触转印。通过局部加热使材料气化,从载体的周表面沿激光的照射方向飞行。在本实施方式中,墨水在与此相同的机构或被称为辐射压力的力作用的机构或两者皆有的机构中飞行。

如图14所示,图像形成部10具有飞行用光纤激光器111、升降台121、附加用光纤激光器131、循环部14和控制部15。循环部14具有泵141和流路142。图像形成部10设置在地面600上。

流路142是截面形状为矩形,墨水2在内侧流动的管道整体呈“口”字形的相结合的结构。图14(b)中以斜线标示的墨水2是表示在流路142内流动的墨水。另外,用粗箭头标示的循环方向140表示墨水2在流路142内流动的方向。另外,在图14中,为了明确说明,夸大在流路142内流动的墨水2的量,表示大量的墨水2在流动,但实际上在流路142内流动的墨水2是少量的,通过飞行用脉冲激光的照射能够飞行地在流路142内流动。例如,由于墨水2在流路142内以膜状的厚度流动,通过飞行用脉冲激光的照射可以飞行。

构成流路142的管道的材质没有特别的限制,可以使用树脂、玻璃或金属等。另外,管道可以由对可见光具有透明性的透明材质构成,也可以由不具有透明性的不透明材质构成。但是,有时由于外界的光会使流路142内流动的墨水增稠等,因此优选使用不透明的材质。

流路142整体上是与X轴正交的侧面部分打开的箱形部件,在该箱形部件内部设有作为输送部的升降台121。升降台121具有可升降的工作台122,在工作台122的面上(Z轴正方向侧)放置收容器3。升降台121上连接有省略图示的电机等驱动部。升降台121通过驱动部的驱动力沿着由白色箭头标示的输送方向123移动工作台122,能够改变收容器3在输送方向123中的位置。

在由流路142构成的箱形部件外侧的Y轴负方向侧设置载置台8,在载置台8上按顺序载置附加用光纤激光器131和飞行用光纤激光器111。附加用光纤激光器131和飞行用光纤激光器111分别以可照射脉冲激光的方式设置在配置有流路142的Y轴正方向侧。

在构成流路142的管道中的Z轴正方向侧的管道上设有泵141。泵141是进行墨水2的输液和吸液的循环驱动部的一例。将泵141的输液和吸液作为驱动力,使墨水2沿着循环方向140在流路142内循环流动。在该泵141中,只要能够输液和吸液,则可以使用以空压式、油压式、电气驱动等的各种方式进行驱动的泵。

在构成流路142的管道中的Y轴负方向侧的管道中设有露出部143和开口部144。

露出部143是用于使流路142内流动的墨水2从流路142露出的部分,设置在与飞行用光纤激光器111面对面的位置。例如,可以通过对构成流路142的管道只除去露出部143的部分,形成露出部143。在露出部143的部分,墨水2暴露在外部空气中,像瀑布一样在Z轴负方向侧重力落下,同时通过露出部143。飞行用光纤激光器111可以将飞行用脉冲激光112照射露出于露出部143的墨水2。

开口部144是用于使附加用脉冲激光130通过的部分。开口部144形成在构成流路142的管道的与附加用光纤激光器131面对面的位置。开口部144中墨水2不流动,墨水2在管道中的开口部144的周围流动。例如,通过在管道的一部分设置通孔,可以形成开口部144。另外,作为开口部144,例示截面形状为矩形,但不限于此,开口部144可以具有截面形状为圆形等的任何形状。

由于在开口部144中墨水2不流动,如果附加用光纤激光器131向开口部144照射附加用脉冲激光130,则附加用脉冲激光130可以不被流路142挡住而通过开口部144。因此,可以通过开口部144将附加用脉冲激光130照射到构成收容器3的基材上赋予的墨滴2a。

飞行用光纤激光器111是发射飞行用脉冲激光112的飞行用激光光源的一例。飞行用光纤激光器111具有沿X轴方向排列的多个光纤激光器。光纤激光器是使用光纤作为放大介质的固体激光器的一种。与使用激光晶体等的固体激光器相比,光纤激光器将光限制在细光纤内,因此是能量转换效率高的激光光源。

飞行用光纤激光器111可以发射沿X轴方向延伸的线状发射图案的飞行用脉冲激光112。另外,通过控制多个光纤激光器的各自的开(发射)和关(不发射),可以发射在线内包含开的部分和关的部分的发射图案的飞行用脉冲激光112。

飞行用脉冲激光112的波长没有特别的限制,但是优选为300nm以上11μm以下。对应峰值能量,墨滴对于700nm以上且在1500nm以下的波长具有50%以上的吸收率。

飞行用脉冲激光112用于使墨滴2a飞行而附加的光能,在例如飞行用脉冲激光112照射的直径100~200μm的区域面积中,通过照射激光的峰值能量(激光功率)为6~8W且脉冲宽度为25μs(微秒)的飞行用脉冲激光112而获得。

另外,飞行用激光光源不限于具有多个光纤激光器的结构。飞行用激光光源也可以具有一个光纤激光器和电镜等的扫描机构,通过扫描机构对从一个光纤激光器发射的脉冲激光进行扫描,生成沿X轴方向延伸的线状发射图案的飞行用脉冲激光112,并进行照射。

而且,飞行用激光光源不限于光纤激光器,可以使用各种激光光源。最好能够产生从微微秒到毫微秒等的脉冲振荡。作为固体激光器,有YAG激光器、钛蓝宝石激光器等。气体激光器有氩激光器、氦氖激光器、二氧化碳激光器等。由于半导体激光器尺寸小,因此也是优选的。光纤激光器就其高峰值能量和小型化而言,是最合适的光源。

由露出部143露出的墨水2之中,通过飞行用脉冲激光112照射的墨水作为墨滴2a在Y轴正方向上飞行。图14(b)中虚线箭头所示的飞行方向110表示墨滴2a飞行的方向。飞行的墨滴2a附着到构成收容器3的基材上进行赋予。

在沿着X轴方向延伸的线状发射图案内,包含开部分和关部分的发射图案的飞行用脉冲激光112照射到墨水2上。对应飞行用脉冲激光112的发射图案,使沿X轴方向排列成线状的多个墨滴2a飞行,并附着到构成收容器3的基材上进行赋予。具体地说,使对应发射图案中的开部分的墨滴2a飞行,并附着到构成收容器3的基材上进行赋予。对应发射图案中的关部分的墨滴2a不飞行,不对基材进行赋予。

接着,附加用光纤激光器131是对基材上赋予的墨滴2a附加光能的能量附加部的一例。附加用光纤激光器131和飞行用光纤激光器111一样,具有沿X轴方向排列的多个光纤激光器。附加用光纤激光器131可以发射沿X轴方向的线状发射图案的附加用脉冲激光130。

另外,附加用光纤激光器131当通过照射飞行用脉冲激光112使之飞行并赋予到构成收容器3的基材上的墨滴2a处于液体状态的时候,可以对墨滴2a照射附加用脉冲激光130,附加光能。

从墨滴2a开始固化到不再是液态状态的时间取决于墨滴2a的干燥特性(干燥的容易程度)。因此,根据墨滴2a的干燥特性,可预先设定飞行用光纤激光器111与附加用光纤激光器131之间的距离以及升降台121上收容器3的输送速度等,使得当基材上赋予的墨滴2a处于液体状态时,可以对墨滴2a照射附加用脉冲激光130。

附加用脉冲激光130的波长与飞行用脉冲激光112同样,优选为300nm以上11μm以下。另外,附加用脉冲激光130的波长为了有足够的峰值能量使基材改性,特别优选在700nm以上且在1500nm以下。另外,根据该峰值能量,墨滴2最好是对于700nm以上1500nm以下的波长具有50%以上的吸收率。

附加用激光光源的构成以及作为附加用激光光源使用的激光光源的种类也与关于飞行用激光光源的说明相同,因此省略重复的说明。但是,附加用激光光源为了使基材改性,优选相比飞行用激光光源峰值能量大的。

从附加用光纤激光器131射出并通过开口部144的附加用脉冲激光130到达配置在开口部144的Y轴正方向侧的构成收容器3的基材,对基材上赋予的墨滴2a进行照射,附加光能。通过由附加的光能使墨滴2a发热,在构成收容器3的基材上形成与赋予墨滴2a的图案对应的图像。

控制部15由电气电路构成,收纳在载置台8内。控制部15实现下面图15中说明的各种功能。另外,功能的一部分也可以通过软件(CPU;Central Processing Unit)来实现,并且也可以通过多个电气电路或多个软件来实现。另外,配置控制部15的位置也不限于载置台8内,可以配置在图像形成装置1内外的任意位置。

<控制部15的功能结构示例>

接下来,将参照图15说明控制部15的功能结构。图15是说明控制部15的功能结构的一例的框图。如图15所示,控制部15包括飞行控制部151、输送控制部152和附加控制部153。

飞行控制部151控制飞行用光纤激光器111所具有的多个光纤激光器的各自发射飞行用脉冲激光的开和关。还可以控制飞行用光纤激光器111的飞行用脉冲激光的发射时间。

输送控制部152控制升降台121的驱动,能够控制载置于升降台121的工作台122上的收容器在输送方向123(参照图14)中的位置、输送方向以及输送速度等。

附加控制部153控制附加用光纤激光器131所具有的多个光纤激光器中的各自发射附加用脉冲激光的开和关。另外,还可以控制附加用光纤激光器131的附加用脉冲激光的发射时间。

在控制部15中,飞行控制部151控制飞行用光纤激光器111发射飞行用脉冲激光。然后,输送控制部152驱动升降台121,将收容器输送到附加用脉冲激光照射的位置。在输送方向上,当收容器中需要附加光能的区域到达图像形成装置中照射附加用脉冲激光的位置时,附加控制部153控制附加用光纤激光器131照射附加用脉冲激光。另外,附加控制部153控制附加用脉冲激光的发射的开和关,可以使附加用脉冲激光照射在构成收容器的基材上赋予了墨滴的区域内。

换而言之,附加用光纤激光器131在控制部15的控制下,能够对应飞行用光纤激光器111对基材赋予墨滴的时间,照射附加用脉冲激光130,来附加光能。

另外,也可以预先设定附加用脉冲激光的峰值能量,使得当附加用脉冲激光照射在赋予了墨滴的区域的时候,基材发生改性,当附加用脉冲激光照射在未赋予墨滴的区域的时候,基材不发生改性。也就是说,预先设定附加用脉冲激光的峰值能量,使之仅在基材中赋予墨滴的区域超出改性阈值。

这样,即使包含于附加用光纤激光器131的所有光纤激光器都照射附加用脉冲激光,也可以选择性地只使赋予了墨滴的区域发生改性。因此,由于仅在赋予了墨滴的区域照射附加用脉冲激光,不需要控制附加用光纤激光器131的发射的开和关。可以简化控制,这是合适的。

<墨滴2a的飞行动作示例>

接下来,将参照图16说明在赋予工序中墨滴2a的飞行动作。图16是说明墨滴2a的飞行动作的一例的图,(a)是斜视图,(b)是侧视图。

如图16所示,飞行用光纤激光器111将飞行用脉冲激光112照射到通过露出部143的墨水2。在墨水2中,被飞行用脉冲激光112照射,附加了飞行能量的墨水作为墨滴2a飞向收容器3。飞行的墨滴2a附着到构成收容器3的基材上进行赋予。赋予了墨滴2a的收容器3在Z轴负方向被输送转移到下一个曝光工序。

<曝光部13的动作示例>

接着,参照图17说明曝光工序中的曝光部13的动作。图17是说明曝光部13的动作的一例的斜视图。

如图17所示,曝光部13中的附加用光纤激光器131具有光纤激光器阵列131a。光纤激光器阵列131a是以一维方式排列并发射附加用激光的多个激光光源的一例。附加用光纤激光器131将光纤激光器阵列131a中的各个光纤激光器发射的附加用脉冲激光130向着构成收容器3的基材上赋予的墨滴2a照射。

对应赋予工序中照射的飞行用脉冲激光的发射图案,在基材上形成赋予了墨滴2a的区域和未赋予墨滴2a的区域。附加用光纤激光器131可以将附加用脉冲激光130照射到基材上赋予了墨滴2a的区域。

照射了附加用脉冲激光130的墨滴2a发热,由该热能使基材上赋予了墨滴2a的区域发生改性。

<去除部20的动作示例>

接着,参照图18说明去除工序中的去除部20的动作。图18是说明去除部20的动作的一例的图。在此,去除部20可以与图14所示的图像形成部10分开设置,也可以与图像形成部10一体设置。收容器3在图像形成部10形成图像后,由输送部12输送到去除部20进行去除工序的位置。

如图18所示,去除部20具有喷嘴20a和喷嘴20b,从喷嘴20a、20b向收容器3喷射液体的去除剂21。通过喷射压和/或去除剂21的化学去除作用,从构成收容器3的基材上去除残留墨水7。去除的残留墨水7在回收工序中被回收。

<图像形成装置1的作用效果示例>

接着,说明图像形成装置1的作用效果。

以往,作为PET瓶等的收容器,众所周知是粘贴了显示名称、成分、保质期、条形码、QR码(注册商标)、再利用标记或商标等的标签。另外,通过标签来显示对消费者有吸引力的设计和绘画,也试图发挥商品的个性和提高竞争力。

另一方面,近来由于塑料垃圾引起的海洋污染被广泛议论,世界范围内解消塑料垃圾的污染活动逐渐活跃,对收容器的循环型再利用的要求也越来越高。在此,所谓收容器的循环型回收,是指回收从业者将分类回收的已使用的收容器变成作为收容器原料的薄片,再制造收容器。

为了使这样的循环型再利用顺利地进行,最好是根据每种收容器和标签等的材质彻底进行分类回收,但为了进行分类回收,从收容器上撕下标签的工作很费事,是彻底进行分类回收的制约之一。

对此,公开了对构成PET瓶的透明树脂等的透明基材照射激光,将激光的光能附加到PET瓶上进行加工的结构。然而,透明基材通常具有一定以上波长(例如400nm)或更高的光的吸收率。因此,为了进行加工,有时需要具有较大峰值能量的激光光源,使装置成本增加。

另外,还公开了在基材上赋予用于将光能转换成热能的墨水等转换材料之后,对赋予的转换材料照射激光,经由转换材料将热能附加到基材上的结构。

但是,该方法在以下方面有改善的余地。

(1)在对基材赋予转换材料时,有时因转换材料的下垂或扩散而使转换材料的位置发生变化。由此,通过转换材料附加热能的位置发生变动,使基材的改性位置不能稳定,使利用基材改性的加工和图像形成的品质降低。

(2)如果转换材料在受到峰值能量较大的激光照射时处于液态,则转换材料相比干燥凝固的情况可在短时间内蒸发,因此将从光能转换而来的热能传递到基材上的时间缩短,只能使基材的表面附近发生改性。不能进行例如在基材上形成深凹部等的加工。因此,优选在转换材料干燥凝固之后照射激光,根据干燥凝固所用的时间,使基材发生改性的时间变长。例如利用基材改性的加工和图像形成的时间变长。

本实施方式所涉及的装置是至少将第一能量(热能)附加到基材上的装置,具有将使第二能量(光能)转换成第一能量的转换材料(墨水)赋予到基材上的转换材料赋予部、以及对基材上赋予的转换材料附加第二能量的能量附加部。另外,能量附加部当基材上赋予的转换材料为液体状态时,对转换材料附加第二能量。

当转换材料处于液体状态时,由于向转换材料附加第二能量,可以省略使转换材料干燥凝固的时间,可以缩短向基材附加能量所需的时间。由此,能够缩短利用由附加的能量产生基材改性的加工和图像形成的时间。

另外,当转换材料处于液体状态时,通过向转换材料附加第二能量,能够抑制在使墨水干燥凝固的时间内转换材料的下垂或扩散,从而抑制通过转换材料附加热能的位置的变动。由此,能够稳定基材的改性位置,提高基于基材改性的加工和图像形成的品质。

此外,通过经由转换材料赋予热能,即使在使透明基材改性的情况下,与不通过转换材料的情况相比,也可以使用具有小峰值能量的激光光源,能够降低装置成本。

另一方面,在由包含PET瓶等透明树脂构成的基材发生改性而形成图像的情况下,为了使形成的图像可视化,最好使基材的表面附近发生改性(发泡等),利用基材的表面散射使图像可视化。

对此,在本实施方式中,由于将峰值能量较大的激光照射液态的转换材料,使转换材料相比干燥凝固的情况可在短时间内蒸发。由此,热能向基材的传递时间变短,很容易使基材的表面附近发生改性。其结果是,可以更好地在视觉上识别使包含PET瓶等透明树脂的基材发生改性而形成的图像等的图案。因此,本实施方式对于例如由包含透明树脂构成的基材特别适合。

另外,附加用激光光源发射700nm以上1500nm以下波长的附加用激光,转换材料优选对于700nm以上1500nm以下的波长具有50%以上的吸收率。这样一来,可以从更大的光能中获得更大的热能,能够提高基材的改性效率。

另外,在本实施方式中,能量附加部具有发射附加用激光的多个光纤激光器。多个光纤激光器是一维方式排列构成的光纤激光器阵列。光纤激光器阵列可以将具有线状发射图案的附加用激光照射到基材上,几乎同时产生与线状发射图案对应的基材的改性。由此,能够提高基于基材改性的加工和图像形成的速度。

如果能量附加部将附加用激光照射在基材上的由转换材料赋予部赋予了转换材料的区域内,将光能附加到转换材料上,则可以有效地进行通过转换材料使光能转换成热能,这更合适。

另外,如果能量附加部对应转换材料赋予部对基材赋予转换材料的时间而附加光能,则当基材上赋予的转换材料为液体状态时,由于能够准确地向转换材料附加光能,这是合适的。

另外,在本实施方式中,具有使转换材料循环并向转换材料赋予部供给转换材料的循环部,转换材料赋予部通过让由循环部循环的转换材料的一部分飞行并使其附着到基材上,将转换材料赋予到基材上。

通过使转换材料循环,能够抑制转换材料的增稠等的特性变化,因此可以使用特性更均匀的转换材料,将热能附加到基材上。

另外,在本实施方式中,转换材料赋予部具有发射飞行用激光的飞行用激光光源,飞行用激光光源照射飞行用激光,使由循环部循环的转换材料的一部分飞行。另外,在循环部中,转换材料流动的流路具有使流路内流动的转换材料从流路露出的露出部,飞行用激光光源对由露出部露出的转换材料照射飞行用激光。通过该结构,能够在不与转换材料接触的情况下使转换材料飞行。

还有,在本实施方式中,循环部具有转换材料流动的流路,流路具有用于使附加用激光通过的开口部。由此,可以将附加用激光不被流经流路的转换材料遮挡地照射到基材上赋予的转换材料。

另外,在本实施方式中还具有去除部,该去除部通过将液体、气体或光的至少一种提供给基材,去除附加光能之后残留在基材上的转换材料(残留墨水),去除部当基材上残留的转换材料为液体状态时,去除上述转换材料。

当残留的转换材料处于液体状态时,由于转换材料会流动,通过向基材供给液体和气体,可以简单地去除残留的转换材料。另外,如果在转换材料干燥凝固的状态下去除转换材料,则可能产生粉尘等,有时就另外需要去除粉尘的机构等的结构。在本实施方式中,由于是去除液体状态的转换材料,可以不产生粉尘地去除转换材料,就不需要去除粉尘的机构等的结构。

另外,如果是含有碳和水溶性的粘结剂组成的转换材料,去除部只需向基材供给水,就可以去除残留的转换材料。与溶剂相比,水是环保的材料,因此可以抑制环境负荷,去除残留的转换材料。

另外,在本实施方式中示例墨水作为转换材料,但不限于此。只要第二能量可以转换成第一能量,可以使用任何液体。

在此,在本实施方式中,例示了转换材料赋予部具有发射飞行用激光的飞行用激光光源的结构,但不限于此,转换材料赋予部能够进行各种变形。以下,对各种变形例进行说明。

<变形例>

(转换材料赋予部的第一变形例)

图19是说明作为第一变形例所涉及的转换材料赋予部的墨水赋予部11a的结构的一例的图。如图19所示,墨水赋予部11a具有喷墨头113。

喷墨头113是排出墨水(转换材料)的排出部的一例。喷墨头113可以排出墨水,使墨滴附着到构成收容器3的基材上进行赋予。

在包括喷墨头113的图像形成部中的控制部中,可以使用将图15所示的飞行控制部151置换成由喷墨头113控制墨滴2a的排出的排出控制部的结构。该排出控制部可以控制包括在喷墨头113中的每个喷嘴的排出或不排出,并且可以控制排出的时间。

喷墨头113具有沿X轴方向呈线状排列的多个喷嘴113a。喷墨头113是从多个喷嘴113a中的每一个排出或喷射墨水的功能部件。排出墨水的能量产生源包括使用压电致动器(层叠型压电元件及薄膜型压电元件)、采用发热电阻等电热转换元件的热致动器、由振动板和对置电极组成的静电致动器等的部件。

喷墨头113使从多个喷嘴113a中的每一个排出的多个墨滴基本上同时附着到构成收容器3的基材上,能够在基材上形成线状的图案。另外,通过在Z轴方向上输送收容器3的同时由喷墨头113形成线状的图案,能够将形成二维的期望图案的墨滴2a赋予到构成收容器3的基材上。

另外,喷墨头113不限于具有排列成线状的多个喷嘴113a的结构,也可以是具有单喷嘴的结构。通过在使单喷嘴沿X轴方向移动的同时排出墨滴,可以在构成收容器3的基材上形成线状的图案。

另外,墨水赋予部11a也可以是喷墨单元,该喷墨单元是与喷墨头组合的功能部件、机构一体化的喷墨水相关联的部件的集合体。例如,喷墨单元中包含头箱、托架、供给机构、维持恢复机构、主扫描移动机构的结构中的至少一个与喷墨头组合的部件等。

另外,墨水赋予部11a也可以取代喷墨头采用喷射转换材料的喷雾器等。另外,喷雾器是指使用高压空气等的气体或机械运动机构对液体进行喷雾形成雾气或泡沫等的状态的机构。

(转换材料赋予部的第二变形例)

图20是说明作为第二变形例所涉及的转换材料赋予部的墨水赋予部11b的结构的一例的图。如图20所示,墨水赋予部11b具有罐114。该罐114是存储墨水(转换材料)的存储部的一例。墨水赋予部11b通过使收容器3浸入储存于罐114的墨水中,能够对构成收容器3的基材赋予墨水。

收容器3浸入罐114内的动作可以由图像形成装置的操作者手动进行,也可以由机器人等的保持机构及移动机构进行。通过使收容器3浸入储存于罐114的墨水中,能够在基材的更宽的区域同时赋予墨水。

[第五实施方式]

接着,对第五实施方式所涉及的图像形成装置1a进行说明。另外,对与第四实施方式中说明的结构部相同的部分标示相同的部件编号,省略重复的说明。

图21是说明本实施方式所涉及的图像形成装置1a具有的图像形成部10a的结构的一例的图。(a)是正面图,(b)是从X轴负方向侧观察将图像形成部10a以(a)的B-B’线切断的状态的截面图。如图21所示,图像形成部10a具有循环部14a。循环部14a还包括流路142a。

如图21(b)所示,构成流路142a的管道中设置在Y轴负方向的管道142ab相对于Z轴倾斜。另外,流路142a具有用于使流路142a内流动的墨水2从流路142a露出的露出部143a。

另外,露出部143a具备透明部件145,该透明部件对飞行用光纤激光器111发射的飞行用脉冲激光112具有透明度。透明部件145在管道142ab中沿着飞行用光纤激光器111侧的面设置。

飞行用光纤激光器111发射的飞行用脉冲激光112透过透明部件145,照射到流过管道142ab内的墨水2。照射了飞行用脉冲激光112的墨水2被液滴化,作为墨滴2a朝着收容器3飞行,赋予到构成收容器3的基材上。

升降台121的输送方向123沿着管道142ab的倾斜设置,能够沿着管道142ab的倾斜方向输送收容器3。

附加用光纤激光器131的操作与第四实施方式中说明的操作相同,因此省略重复的说明。

在此,如第四实施方式的图像形成部10(参照图14)那样,在穿过露出部的墨水2重力落下的结构中,有时难以控制墨水2的厚度。另外,墨水2的厚度是指作为穿过露出部的块状墨水在墨水的飞行方向上的长度。当墨水2的厚度发生变化时,墨滴2a的飞行方向和飞行速度也发生变化,由此对于构成收容器3的基材的附着位置发生变化,从而不能在基材上形成期望的图案。

另外,在穿过露出部的墨水2重力落下的结构中,墨水2通过露出部飞散到图像形成部的外部,有时会污染图像形成装置的内部或周围。

在本实施方式中,将管道142ab相对于Z轴倾斜设置,并且在露出部143a中设有透明部件145。由此,在露出部143a中,墨水2可以沿着流路142a而不是重力落下,结果是,与重力落下的情况相比,能够容易地控制墨水2的厚度。另外,能够抑制墨水2通过露出部飞散到图像形成部的外部,能够抑制图像形成装置的内部或周围的污染。

还有,由于透明部件145可以使飞行用脉冲激光112穿过,飞行用光纤激光器111可以通过透明部件145向流路142a内流动的墨水2附加飞行用的能量。

另外,上述以外的效果与在第四实施方式中说明的效果相同,因此在此省略说明。

以上对本发明的优选实施方式及实施例进行了详细说明,但本发明不限于这些实施方式及实施例,能够在权利要求的范围内记载的本发明主旨的范围内进行各种变形或变更。

另外,上述使用的序数、数量等数字都是为了具体举例说明本发明的技术,本发明不限于例示的数字。另外,构成要素之间的连接关系是为了具体举例说明本发明的技术,实现本发明的功能的连接关系不限于此。

还有,功能框图中的块的分割是一例,可以将多个块作为一个块,也可以将一个块分割成多个块,以及/或者将一部分功能转移到其他块。另外,单个硬件或软件可以并行或以分时方式处理具有相似功能的多个块的功能。

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