(57)【要約】【課題】機能材料として性能低下を伴う印刷インク化を不要とし、さらに印刷版やマスク版を必要としない無版オンデマンド印刷による機能性パターンを形成するための印刷装置及び印刷方法を提供すること。【解決手段】所望の材料をミスト化して基板上にパターン形成するための印刷装置であって、前記材料を含む材料液からミスト化したミスト化材料を生成するミスト化装置と、前記基材の少なくとも一部を加熱する加熱装置と、前記ミスト材料を前記基材に供給するミスト供給装置とを少なくとも備えたことを特徴とする。【選択図】図１
2019069424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望の材料をミスト化して基板上にパターン形成するための印刷装置であって、
前記材料を含む材料液からミスト化したミスト化材料を生成するミスト化装置と、
前記基材の少なくとも一部を加熱する加熱装置と、
前記ミスト材料を前記基材に供給するミスト供給装置とを少なくとも備えた、
ことを特徴とする印刷装置。
【請求項２】
請求項１に記載の印刷装置において、
前記基材を印刷方向に対して平行に搬送可能な基材搬送機構をさらに備え、
前記ミスト供給装置と前記加熱装置は、前記基材を挟んで対向する位置に配置されることを特徴とする印刷装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の印刷装置において、
前記加熱装置は、印刷パターンデータと連動して前記基材を加熱することで印刷パターンを前記基材に形成することを特徴とする印刷装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の印刷装置を用いて、
所望の材料を含む材料液をミスト化したミスト化材料を生成する工程と、
加熱部と非加熱部とが存在する基材上に前記ミスト化材料を噴出させる工程と、
非加熱部のみに材料を付着させる工程と、
さらに乾燥または焼成させる工程とを備え、
前記材料からなる印刷パターンを形成することを特徴とする印刷方法。
【請求項５】
前記請求項４に記載の印刷方法を繰り返し用いて、
基材上に任意の異なる材料による印刷パターンを積層してなることを特徴とする印刷物。
【請求項６】
前記請求項４に記載の印刷方法を繰り返し用いて、
基材上に任意の異なるパターンデータによる印刷パターンを積層してなることを特徴とする印刷物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インク材料をミスト化して、パターンを印刷することが可能な印刷装置及び印刷方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
印刷は、印刷版にインクを盛り、紙などの媒体へ転写することで、大量の画像や文字の複製をしてきた。従来の有版印刷では、印刷版に形成したインクパターンを、媒体へ精度良く転写することに注力されており、数多くの印刷手法が提案されてきた。
【０００３】
一方、無版印刷には、例えばインクジェットや電子写真の手法があり、印刷版を用いることなく任意のパターンデータをオンデマンドで印刷できる。
さらに、材料を微細液滴化してコーティングするミストコート技術がある。ミストコート技術とは、材料液を物理的に小さい液滴のミスト状態にして基材にコートする手法である。材料に混ぜ物をする必要がなく、より純度の高い材料をコーティングすることが可能であり、機能材料のパターンを形成する場合には有利である。このミストコート技術でパターン化された膜を得るには、貫通孔のパターンがあるマスク版を通じて、ミストコートすることでパターン膜を形成する手法が用いられている。
【０００４】
また、特許文献１のミスト手法では、基材に予め親水部と撥水部からなるパターンを形成しておき、ミストを基材に噴霧して親水部にミストが付着し、かつ撥水部にはミストが付着しないようにすることで、マスク版を用いずにパターンを形成する手法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１５／０６４４３８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、機能性の材料をパターン形成しようとする場合、従来の有版印刷や無版のインクジェット技術では、印刷工程に適したインク特性を得るために、機能を有する主材料以外にも混ぜ物をする必要があり、印刷後のパターンは目的材料の純度が低くなり、機能特性が低下する問題がある。また電子写真方式では、材料をトナー化する必要があり、主剤を帯電制御する材料で覆う必要があるため、機能性のパターン形成には向かない。
【０００７】
そしてミスト化からのパターニングでは、マスク版を使う必要があり、貫通孔によるパターン制約やマスク作製のコストが付加される問題がある。また、特許文献１の手法では、マスク版が不要になるが、予め基材側に親水部及び撥水部のパターンを形成する工程を設ける必要があり、やはりコストがかかる問題は解決されていなかった。
【０００８】
このような問題を鑑みて、本発明の課題とするところは、機能材料として性能低下を伴う印刷インク化を不要とし、さらに印刷版やマスク版を必要としない無版オンデマンド印刷による機能性パターンを形成するための印刷装置及び印刷方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明の第一の発明は、
所望の材料をミスト化して基板上にパターン形成するための印刷装置であって、
前記材料を含む材料液からミスト化したミスト化材料を生成するミスト化装置と、
前記基材の少なくとも一部を加熱する加熱装置と、
前記ミスト材料を前記基材に供給するミスト供給装置とを少なくとも備えた、
ことを特徴とする印刷装置である。
【００１０】
また本発明の第二の発明は、
前記第一の発明に記載の印刷装置において、
前記基材を印刷方向に対して平行に搬送可能な基材搬送機構をさらに備え、
前記ミスト供給装置と前記加熱装置は、前記基材を挟んで対向する位置に配置されることを特徴とする印刷装置である。
【００１１】
本発明の第三の発明は、
前記第一の発明または第二の発明に記載の印刷装置において、
前記加熱装置は、印刷パターンデータと連動して前記基材を加熱することで印刷パターンを前記基材に形成することを特徴とする印刷装置である。
【００１２】
本発明の第四の発明は、
前記第一の発明から第三の発明のいずれかに記載の印刷装置を用いて、
所望の材料を含む材料液をミスト化したミスト化材料を生成する工程と、
加熱部と非加熱部とが存在する基材上に前記ミスト化材料を噴出させる工程と、
非加熱部のみに材料を付着させる工程と、
さらに乾燥または焼成させる工程とを備え、
前記材料からなる印刷パターンを形成することを特徴とする印刷方法である。
【００１３】
本発明の第五の発明は、
前記第四の発明に記載の印刷方法を繰り返し用いて、
基材上に任意の異なる材料による印刷パターンを積層してなることを特徴とする印刷物である。
【００１４】
本発明の第六の発明は、
前記第四の発明に記載の印刷方法を繰り返し用いて、
基材上に任意の異なるパターンデータによる印刷パターンを積層してなることを特徴とする印刷物である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ミストコート技術を基にした、材料純度の高いパターン形成を可能とし、印刷版やマスクを不要とする無版オンデマンドな機能性パターン形成できる印刷を可能とした。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の印刷装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】本発明の印刷方法を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明の印刷方法を説明するための模式図である。
【図４】本発明のオンデマンド熱潜像形成からなる印刷装置の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明に係る印刷装置及び印刷方法について詳述する。なお本発明は以下に説明する内容のみに限定されるものではなく、同様な技術的特徴を有する限りにおいて本発明に含まれるものとする。
【００１８】
本発明に係るミストコート技術は、溶媒に材料が溶解または分散された材料液を物理的に微細液滴化し、搬送エアで搬送できるミスト状態にすることで、基材に搬送して付着させ膜を形成する技術である。ミスト化は物理的体積が微小化した形態にすることであり、材料液から液相のまま微細化された状態になる。
【００１９】
次に、図を用いて本発明を説明する。
図１は、本発明の印刷装置の基本構成を示す模式図である。
まず図１（ａ）に示すように、被印刷媒体である基材１００を部分的に加熱できる加熱装置１１０により、基材１００上に温度差を発生させる。ミストコーティングでは、材料をミスト液滴化し、基材に搬送して付着させ膜を形成する。本発明では、加熱装置１１０により基材１００の一部が加熱されることで、温度の高い部分（加熱部１０２）と、加熱されない部分（非加熱部分１０１）が形成されている。
【００２０】
図１（ｂ）は、ミストを発生させて基材１００に搬送するミスト供給装置３００の構成を示している。ミストの材料液２００がミスト化装置３００によってミスト化してミスト化材料２１０が生成され、ミスト搬送路３１０の中に搬送気体供給３２０によって気体が供給され、ミスト搬送路３１０を通ってミスト化材料２１０が基材１００上に供給される。
【００２１】
基材１００上にミスト化材料２１０が搬送されると、基材１００に接近したときに加熱部１０２の熱がミスト化材料２１０に伝播することで、加熱部１０２の近傍にライデンフロスト効果が発生する。ライデンフロスト効果によって、ミスト化材料２１０を構成する溶媒の揮発が進行し、基材１００とミスト化材料２１０の間に入り込み、基材１００との接触を防ぐ。従って、加熱温度は少なくともライデンフロスト効果が発生する以上の温度が必要である。
【００２２】
従って、基材１００の温度の高い部分（加熱部１０２）では、ミスト化材料２１０の付着がなくなり、温度が高くない非加熱部分１０１にはミスト化材料２１０が付着する。このようにして、印刷パターンデータに基づいた任意の場所を加熱することで、非加熱部分１０１でミスト化材料２１０からのパターンが成膜できる。
【００２３】
付着しなかったミスト化材料２１０は供給装置の出口部分で排出されるので、ここに回収装置を設置して、ミスト材料の回収や迷走ミストを少なくし再付着を防止するようにしても良い。
また図には示さないが、基材位置を上方に位置し、下側からミスト材料を供給して、ライデンフロスト効果により基材から反発したミスト化材料２１０の液滴が再付着しないよう重力によるサポートをする構成にしても良い。
【００２４】
図１では、加熱装置１１０はブロックでの固定加熱の場合を示したが、例えば、サーマルヘッドなどの可変データの熱書き込み装置を用いて、印刷パターンデータに基づき任意に加熱が可能な加熱制御機構を備えるものとすれば、加熱／非加熱の部分を印刷の都度可変で制御することができ、任意の印刷パターンデータから直接、パターン形成が可能となる。なお、加熱装置１１０は、基材１００を部分的に加熱できる装置であれば何でもよく、本発明が加熱装置１１０の加熱手段に限定されるものではない。
【００２５】
図２及び図３は本発明の印刷方法の工程を示したものである。
【００２６】
図３（ａ）において、ミスト化装置３００上に材料液２００が導入され、ミスト化材料２１０が生成する。出発材料液である材料液２００は、溶媒と溶質からなる材料からなり、溶質は溶媒に溶解する材料でも、溶媒に分散している物でもよい。溶媒は、基板加熱部１０２からの熱伝播を受けて気化する材料であれば用いることができる。溶解型の溶質材料を用いる場合、ミスト化材料２１０が基材１００に接近し、ライデンフロスト効果が生じた時に先に気化してしまうと、溶質材料の気化材料が基材に接触し堆積する可能性があるので、溶質材料の蒸発温度は溶媒の蒸発温度以下であることが望ましい。
【００２７】
材料液２００は、ミスト化装置３００により微小液滴化される。ミスト化装置３００は、例えば超音波振動子による液滴ミスト発生や、霧吹きによる液滴発生手法のものが挙げられる。本発明では、前記で挙げた手法以外でも搬送気体により搬送が可能な液滴サイズが形成できる既存の装置を用いることができるが、超音波振動子によるミスト発生装置が好適に用いられる。また、粗大ミスト液滴をトラップして、液滴サイズをそろえる機構を流路に入れてもよい。
【００２８】
ミスト化装置３００により材料がミスト液滴化されたミスト化材料２１０は、搬送気体などにより、加熱装置１１０によるパターン加熱で温度差が形成された基材１００に搬送される（図３（ｂ）〜（ｃ））。このとき、加熱部１０２では、前記したライデンフロスト効果によりミスト化材料２１０の液滴が付着せず、非加熱部１０１に液滴が付着（＝ミスト粒子２２０）する（図３（ｄ））。非加熱部分１０１に所望の量のミスト粒子２２０の付着が完了したら、ミスト粒子２２０が付着した基材１００をミスト化材料２１０雰囲気から取り出して、溶媒を蒸発させて膜化する（図３（ｅ））。また、材料種により材料を加熱して焼成膜とすることも可能である。
【００２９】
以上の手順をフローチャートとして示したものが図２である。
このようにして、加熱部分と非加熱部分からなる熱潜像パターンをミスト化材料により現像する。非加熱部分は従来のミストコートと同様な膜形成現象になることから、非加熱部にできたパターンは、ミストコートと同等の膜が形成される。また、材料を変更しながらこの工程を繰り返すことで、様々な材料からなる積層体を形成することも可能である。
【００３０】
図４は、オンデマンドでミスト膜パターンを形成する装置構成を示している。
図３で示した手法では、加熱部分が固定されているため連続でパターンが変化する構造を基材に形成することは困難であるが、図４の構成により逐次書き換えられるパターンを連続的にパターニングできるようになる。
【００３１】
すなわち、図４に示す装置構成では、基材１００の下部にサーマルヘッド１２０が備えられ、このサーマルヘッド１２０に対して基材１００を挟んで対向する位置にミスト供給装置３３０が備えられており、その横側にはミストを乾燥して材料膜２３０を形成するための乾燥装置４００が設けられている。また、サーマルヘッド１２０およびミスト供給装置３３０は固定されているが、基材１００は基材移動手段（図示せず）によって基材平面に平行（図の矢印方向）に連続的に移動させることができる。
【００３２】
ミスト化装置（図４では図示せず）により生成されたミスト化材料２１０は、ミスト供給装置３３０のスリット状のノズルから基材１００に向かって吐出される。このとき基材は任意の速度で制御されて矢印方向に移動している。吐出した部分では、サーマルヘッド１２０によるパターン加熱によりミスト吐出口で非加熱部と加熱部が形成されており、非加熱部のみにミスト粒子２２０が形成される。
なおサーマルヘッド１２０のヘッド部分の幅と、ミスト供給装置３３０の幅は、ほぼ等しいことが好ましい。どちらかの幅が広すぎると、加熱部分に隙間ができたり、加熱温度にムラが生じたりする畏れがある。
【００３３】
材料膜２３０が所望の膜厚になるように、基材１００を適宜移動速度を制御して移動させ、パターン形成が済んだミスト粒子２２０は乾燥装置４００に入り、溶媒が飛ばされて
材料膜２３０が形成される。これを繰り返すことで、連続した基材を用いて、可変パターン形成を可能とする。また、このような装置構成を複数連続して配置することで、基板上に複数の材料膜を積層した積層体をインラインで形成することも可能である。
【００３４】
なお本発明において、パターン加熱手法は特に限定されないが、例えば既存のサーマルヘッドや、ＬＥＤアレイやレーザーライン走査加熱手法を用いることが可能である。
【００３５】
このように本発明の印刷装置及び印刷方法によれば、材料が溶解または分散した材料液をミスト化し、熱潜像を用いて現像することで、印刷版やマスク版を必要とせず材料のパターン形成が可能となる。また、熱潜像とミスト供給を同期させ、熱潜像を任意の可変データから形成することで、基材上にミスト材料のオンデマンドパターン形成も可能となる。さらに、本発明の工程を異種材料で繰り返しパターン形成することで、異種材料パターンの積層構造印刷も可能となる。
【符号の説明】
【００３６】
１００  基材
１０１  非加熱部
１０２  加熱部
１１０  加熱装置
１２０  サーマルヘッド
２００  材料液
２１０  ミスト化材料
２２０  ミスト粒子
２３０  材料膜
３００  ミスト化装置
３１０  ミスト搬送路
３２０  搬送気体供給
３３０  ミスト供給装置
４００  乾燥装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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