(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
印刷の際に基板上に画像を形成する方法であって、
搬送路に沿ってプロセス方向に基板を搬送するステップと、
冷却デバイスを用いて前記基板を冷却するステップと、
複数の固定された印刷ヘッドの少なくとも１つから前記冷却された基板の表面上へインクを直接塗布するステップと、
前記基板の前記表面上の前記インクに、第１の放射部からの第１放射を照射するステップであって、前記第１の放射部は、前記プロセス方向において前記複数の固定印刷ヘッドのすべてに対して、それらの下流に、重ならないように物理的に配置され、前記基板の前記表面上の前記インクを部分的に硬化させる、ステップと、
第１部材の第１表面および第２部材の第２表面を備える平坦化デバイスの挟持部において、前記基板および前記基板の前記表面にすでに塗布された前記部分硬化したインクに圧力を加えて、前記インクを前記基板の前記表面上で平坦にするステップであって、前記第１の部材の前記第１表面は、前記基板の前記インクが塗布された面に接触するとともに、親水性材料で形成され、前記第１の部材の前記第１表面には、水と洗浄剤とからなる放出液体が塗布される、ステップと、
前記基板の前記表面上の前記平坦にされた状態のインクに、前記プロセス方向において前記挟持部の下流にある第２の放射部から第２放射を照射して、前記基板上の該インクを実質的に完全に硬化させるステップと、を含む、方法。
【請求項２】
前記インクは、１つのモノマー、１つの光開始剤、１つの着色剤、および少なくとも１つの有機ゲル化剤を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
印刷の際に基板上に画像を形成する方法であって、
搬送路に沿ってプロセス方向に基板を搬送するステップと、
冷却デバイスを用いて前記基板を冷却するステップと、
複数の固定された印刷ヘッドの少なくとも１つから前記基板の冷却された表面上へ紫外線（ＵＶ）硬化性インクを直接塗布するステップと、
前記基板の前記表面上の前記ＵＶ硬化性インクに、第１のＵＶ放射部からの第１ＵＶ放射を照射するステップであって、前記第１のＵＶ放射部は、前記プロセス方向において前記複数の固定印刷ヘッドのすべてに対して、それらの下流に、重ならないように物理的に配置され、前記基板の前記表面上の前記ＵＶ硬化性インクを部分的に硬化させる、ステップと、
挟持部を形成する第１ロールの第１表面および第２ロールの第２表面を備える平坦化デバイスの前記挟持部において、前記基板および前記基板の前記表面にすでに塗布された前記部分硬化したＵＶ硬化性インクに圧力を加えて、前記ＵＶ硬化性インクを前記基板の前記表面上で平坦にするステップであって、前記第１ロールの前記第１表面は、前記基板の前記インクが塗布された面に接触するとともに、親水性材料で形成され、前記第１ロールの前記第１表面には、水と洗浄剤とからなる放出液体が塗布される、ステップと、
前記基板の前記表面上の前記平坦にされた状態のＵＶ硬化性インクに、前記プロセス方向において前記挟持部の下流に配置された第２のＵＶ放射部から第２ＵＶ放射を照射して、前記基板の前記表面上の該ＵＶ硬化性インクを実質的に完全に硬化させるステップと、を含む、方法。
【請求項４】
印刷の際に基板上に画像を形成する装置であって、
搬送路に沿ってプロセス方向に基板を搬送する搬送装置と、
前記基板を冷却する冷却デバイスと、
複数の固定された印刷ヘッドの少なくとも１つから前記基板の冷却された表面上へインクを直接塗布するマーキングデバイスと、
前記プロセス方向において前記複数の印刷ヘッドのすべてに対して、それらの下流に、重ならないように物理的に配置された部分硬化デバイスであって、前記基板の前記表面上の前記インクに第１放射を照射して、前記基板の前記表面上の前記インクを部分的に硬化させる、部分硬化デバイスと、
前記プロセス方向において前記部分硬化装置の下流に配置される平坦化デバイスであって、前記平坦化デバイスは、第１表面を含む第１の部材と、第２表面を含む第２の部材と、前記第１の表面と前記第２の表面とによって形成される挟持部と、を備え、前記第１の表面と前記第２の表面は、前記基板および前記挟持部に収容された前記基板に事前に塗布された前記部分的に硬化されたインクに圧力を加えて、前記インクを前記基板の前記表面上で平坦にし、前記第１の部材の前記第１表面は、前記基板の前記インクが塗布された面に接触するとともに、親水性材料で形成され、前記第１の部材の前記第１表面には、水と洗浄剤とからなる放出液体が塗布される、平坦化デバイスと、
前記プロセス方向において前記挟持部の下流に配置される第２の硬化デバイスであって、前記基板の前記表面上の前記平坦にされた状態のインクに、第２放射を照射して、前記基板の前記表面上の前記インクを実質的に完全に硬化させる第２の硬化デバイスと、を含む、装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
印刷プロセスでは、マーキング部材が基板へ付着されて画像を形成する。これらのプロセスでは、表面との接触によって圧力が基板およびマーキング部材へ加えられて、マーキング部材を基板上で平坦にすることができる。マーキング部材は、接触表面へオフセットすることがあり、結果として定着画像は不満足なものとなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
印刷の際に基板上に画像を形成する方法および画像を形成する装置であって、装置の表面へのインクのオフセットなしに、インクを用いて基板上に画像を形成することができる、方法および装置を提供することが望ましいことになる。
【課題を解決するための手段】
【０００３】
印刷の際に基板上に画像を形成する方法および印刷の際に基板上に画像を形成する装置が提供される。本方法の典型的な実施形態は、インクを基板の表面上へ付着するステップと、基板の表面上のインクに、第１放射を照射して、インクを部分硬化させるステップと、第１部材の第１表面および第２部材の第２表面を備える挟持部において、基板および部分硬化したインクに圧力を加えて、インクを基板の表面上で平坦にするステップと、基板の表面上の平坦にされた状態のインクに、第２放射を照射して、該インクを実質的に完全に硬化させるステップとを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】画像に関するインクの部分硬化および接触による平坦化を用いて、基板上に画像を形成する印刷装置の典型的な実施形態を描写する図である。
【図２】図１の印刷装置における部分硬化デバイスの実施形態によって放出することができる発光体エネルギーの典型的なスペクトラムを描写する図である。
【図３】平坦化デバイスの挟持部において受けられる前に部分硬化デバイスにおいて位置付けられた、インクが配置されるための正表面を含む基板を示すとともに、挟持部を通過後の基板を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
開示された実施形態は、印刷の際に基板上に画像を形成する方法を含む。本方法の典型的な実施形態は、インクを基板の表面上へ付着するステップと、基板の表面上のインクに、第１放射を照射して、インクを部分硬化させるステップと、第１部材の第１表面および第２部材の第２表面を備える挟持部において、基板および部分硬化したインクに圧力を加えて、インクを基板の表面上で平坦にするステップと、基板の表面上の平坦にされた状態のインクに、第２放射を照射して、インクを実質的に完全に硬化させるステップとを含む。
【０００６】
印刷の際に基板上に画像を形成する方法の別の典型的な実施形態は、紫外線（ＵＶ）硬化性インクを基板の表面上へ付着するステップと、基板の表面上のＵＶ硬化性インクに第１ＵＶ放射を照射して、ＵＶ硬化性インクを部分硬化させるステップと、挟持部を形成する第１ロールの第１表面および第２ロールの第２表面を備える挟持部において、基板および部分硬化したＵＶ硬化性インクに圧力を加えてＵＶ硬化性インクを基板の表面上で平坦にするステップと、基板の表面上の平坦にされた状態のＵＶ硬化性インクに、第２ＵＶ放射を照射してＵＶ硬化性インクを実質的に完全に硬化させるステップとを含む。
【０００７】
開示された実施形態は、さらに、印刷の際に基板上に画像を形成する装置を含む。本装置の典型的な実施形態は、インクを基板の表面上へ付着するマーキングデバイスと、基板の表面上のインクに、第１放射を照射して、インクを部分硬化させる部分硬化デバイスと、第１表面を含む第１部材、第２表面を含む第２部材、ならびに第１表面および第２表面によって形成された挟持部を含み、第１表面および第２表面は、挟持部において受けられる基板および部分硬化したインクに圧力を加えてインクを基板の表面上で平坦にする、平坦化デバイスと、基板の表面上の平坦にされた状態のインクに、第２放射を照射して、インクを実質的に完全に硬化させる第２の硬化デバイスとを含む。
【０００８】
紫外線（ＵＶ）硬化性相変化インクは、印刷の際に基板上に画像を形成するのに、印刷ヘッドに対して用いることができる。これらのインクは、周囲温度において、粘性のあるゲル状の粘度を有する。これらのインクは、約周囲温度から高温まで加熱されると、低粘度の液体への相変化を受ける。これらのインクは、液体に変化するまで加熱され、次いで印刷ヘッドから直接に基板上へインク小滴として噴出することができる。噴出されたインクがいったん基板上に衝突すると、インクは冷たくなり、液相からさらに粘性のあるゲル粘度へ相を戻す。
基板へ付着されたＵＶ硬化性ゲルインクは、ＵＶ放射へ暴露されて、インクを硬化させることができる。用語「硬化性」は、例えばフリーラジカル経路を含む重合を経由して硬化することができる、および／または放射感受性の光開始剤を用いて重合が光開始することができる部材を例えば説明する。用語「放射硬化性」は、例えば放射源への暴露時に硬化させるすべての形態を指し、光源および熱源を含めて、ならびに開始剤の有無を含めて指す。典型的な放射硬化技術は、紫外線（ＵＶ）光を用いた硬化であって、例えば２００〜４００ｎｍの波長またはさらにまれに可視光を有するとともに、任意選択で光開始剤および／または増感剤の存在下において行われる光硬化、熱硬化を用いた硬化であって、高温熱開始剤（吐出温度において大部分が不活性でもよい）の有無を含む熱硬化、ならびにこれらの適切な組み合わせを含むが、これらに限定されない。
【０００９】
しかしながら、種々の用途にとっては、このＵＶ硬化の前にインクが平坦にされることが望ましい。この平坦化によって、さらに一様な画像光沢を生み出すことができ、印刷ヘッドの吐出不足を目立たなくすることができる。さらに加えて、包装などの一部の印刷用途は、印刷物に関して比較的一定の厚さの薄膜インク層を有することから、利益を享受することができる。
【００１０】
これらのインクは、周囲温度では、硬化する前には粘着力をほとんど有しない。さらにその上、これらのインクは、多くのタイプの部材に対して良好な親和性を有するように調製することができる。したがって、電子写真法で使用されることがある従来の定着ロールなどの、他のインク形式の層を平坦にするのに用いられる、従来の方法およびデバイスは、ゲルインクが、平坦にしようとするのに用いられるデバイス上へ、分かれるとともにオフセットする傾向があるので、硬化の前にゲルインクを平坦にすることには適していないことが指摘されている。
【００１１】
ゲルインクは、主として硬化性モノマーで構成されてよい。これらのモノマーは、光重合プロセスの間に架橋される。表面上へのインクのオフセット現象を低減しようとするために、これらのインクの室温粘度を増加させることは、満足なアプローチではないと判断されていた。このようなゲルインクの室温粘度を増加させるために、必要となる物質をインクへ追加すれば、高温においても粘度を高めることになる。したがってインクは、印刷ヘッドにおいてより高い温度へ加熱されて、吐出するのに必要な粘度においてインクを維持する必要があることになる。しかしながら、これらのインクが熱重合を受けることがあるため、印刷ヘッドの温度が高められるのは、望ましくない。
【００１２】
ＵＶ硬化性インクで基板上に画像を形成することに関するこれらの観察を考慮して、本開示は、インクの部分硬化および部分硬化したインクの接触による平坦化を含む、インクで基板上に画像を形成する方法、ならびに印刷の際に基板上に画像を形成するのに役立つ装置を提供する。本方法および装置は、基板へ付着されたインクを部分硬化させることができ、次いで挟持部において圧力が加えられて、平坦化デバイスの接触表面へのインクのオフセット現象がゼロまたは実質的に皆無の状態で、インクを平坦にすることを可能にする。
【００１３】
図１は、インクを用いて、基板上に画像を形成するのに役立つ印刷装置１００の典型的な実施形態を描写する。装置１００は、マーキングデバイス１２０、部分硬化デバイス１４０、平坦化デバイス１６０および第２の硬化デバイス１８０を含み、この順序でプロセス方向Ｐに沿って配置される。正表面１１２および反対側の背表面１１４を有する基板１１０が示される。マーキングデバイス１２０は、基板１１０の正表面１１２上へインクを堆積させて、インク層１１６を形成するように動作可能である。部分硬化デバイス１４０は、インク層１１６を部分硬化させるのに効果的な発光体エネルギーを、インク層１１６に照射するように動作可能である。平坦化デバイス１６０は、インク層１１６に圧力を加えることによって、部分硬化したインク層１１６を基板１１０の正表面１１２上で平坦にする（すなわち、広げる）。第２の硬化デバイス１８０は、平坦にされた状態のインク層１１６に発光体エネルギーを照射して、インク層１１６をさらに硬化させるように動作可能である。
【００１４】
実施形態では、マーキングデバイス１２０、部分硬化デバイス１４０および第２の硬化デバイス１８０は静止して、基板１１０は、インク層１１６が付着され、次いで照射されている間、これらのデバイスのそばを通り過ぎる。基板１１０へ加えられる発光体エネルギーの適用量は、滞留時間または強度を制御することによって、制御することができる。部分硬化デバイス１４０および第２の硬化デバイス１８０のそばを通り過ぎる基板１１０の搬送速度、ならびに部分硬化デバイス１４０および第２の硬化デバイス１８０に属する発光体エネルギー源の数は、インク層１１６の暴露時間を制御するように選択することができる。実施形態では、部分硬化デバイス１４０および第２の硬化デバイス１８０に属する発光体エネルギー源は、インク層１１６の部分硬化および第２の硬化の全体を通してオンすることができ、それによって基板１１０が、これらのデバイスのそばを連続的に通り過ぎながら、最大で正表面１１２全体を照射することを可能にする。
【００１５】
図示された基板１１０は、シートである。例えば基板１１０は、普通紙、ポリマーフィルム、金属箔、包装部材、または同類のものなどの、一枚のシートとすることができる。別の実施形態では、基板は、普通紙、ポリマーフィルム、金属箔、包装部材、または同類のものなどの部材からなる、途切れのないウェブの形をした部材とすることができる。
【００１６】
図示された実施形態では、マーキングデバイス１２０は、一連の印刷ヘッド１２２、１２４、１２６および１２８を含み、これらの印刷ヘッドは、「基板に向かう」配置に配置されて、基板１１０が、プロセス方向Ｐに前進しながら、基板１１０の正表面１１２上にインク小滴を堆積させる。例えば印刷ヘッド１２２、１２４、１２６および１２８は、加熱された圧電印刷ヘッド、ＭＥＭＳ（微小電気機械システム＝ｍｉｃｒｏ−ｅｌｅｃｔｒｏ−ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍ）印刷ヘッド、または同類のものとすることができる。印刷ヘッド１２２、１２４、１２６および１２８は、正表面１１２上へ別々の色分解を配置して、入力デジタルデータに従って所望のフルカラー画像を組み立てることができる。
【００１７】
インクは、発光体エネルギーを用いて部分硬化し、次いでさらに硬化することを可能にする組成物であって、基板上へ堅牢な画像を定着する組成物を含む。インクは、１つ以上の光開始剤部材を含有する紫外線光（ＵＶ）硬化性インクを含むことができる。ＵＶ硬化性インクは、高温まで加熱されて、低粘度の状態の間に吐出することができる。これらのインクが、周囲温度状態のシートなどのより冷たい基板上に衝突すると、インクは基板温度まで冷たくなる。冷却される間に、インクはますます粘性を有するようにすることができる。ＵＶ硬化性インクがＵＶ放射へ暴露されると、インク内に重合および架橋結合が生じ、さらにインクの粘度を増加させる。
【００１８】
基板上に画像を形成するのに用いることができる典型的なインクは、着色剤、開始剤、およびインク展色剤（ビヒクル）を含む相変化インクと、着色剤、開始剤、および相変化インク担体を含む相変化インクと、放射硬化性インクをいっしょに形成する、２５°Ｃで液体状態の紫外線（ＵＶ）硬化性モノマー、紫外線（ＵＶ）硬化性ワックスおよび着色剤を含む放射硬化性インクとを含むことができる。
【００１９】
マーキングデバイス１２０に属する印刷ヘッド１２２、１２４、１２６および１２８は、例えば、相変化インクの粘度を低減して、印刷ヘッド１２２、１２４、１２６および１２８のノズルから基板１１０上へ小滴を吐出するために十分に高い温度まで、相変化インクを加熱するのに用いることができる。相変化インクが基板１１０上に衝突すると、熱が、インクから冷たい基板１１０へ伝達される。堆積した状態の相変化インクは急速に冷たくなり、基板１１０上にゲル粘度を現像する。この急速冷却が原因で、相変化インクは、ゲル粘度が生じる前に、基板１１０の正表面１１２上で、横方向にリフローするまたは平坦になるのに十分な時間を有しない。
【００２０】
印刷装置１００の実施形態では、基板１１０の正表面１１２上の堆積した状態のインク層１１６は、インクを部分硬化させるのに効果的な発光体エネルギーを有する部分硬化デバイス１４０によって照射される。本明細書では、用語「部分硬化させる」は、部分硬化デバイス１４０によって放出される発光体エネルギーが、インクの部分的な重合だけが生じるように、インク内に含有されるいくらかの光開始剤を活性化するのに効果的であることを意味する。インクは、いくつかの光開始剤を含有することができ、部分硬化させる放射によって、この光開始剤の一部は部分的に活性化され、一部はまったく活性化されない。この部分重合の結果として、インクの粘度は、照射された状態のインクが挟持部を通過し、挟持部内のインクのオフセット現象なしに圧力が加えられることを可能にするのに十分に高い粘度まで増加する。基板１１０が挟持部に入ると、インク層を正表面１１２上で所望のように平坦にするのに十分な圧力が加えられるときに、部分硬化したインク層は、基板１１０の正表面１１２上で流れるまたは広がることを可能にする粘度を有する。
【００２１】
部分硬化したインク層１１６は、平坦化デバイス１６０を用いて正表面１１２上でインクを横方向に広げるように平坦にされて、インク層１１６の線の太さを増加させることを可能にする、粘度および凝集力特性を有している。実施形態では、部分硬化デバイス１４０は、少なくとも１つの発光体エネルギー源を含む。例えば発光体エネルギー源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイ、または同類のものとすることができる。発光体エネルギー源は、インク層１１６について最適化された部分硬化を生み出すために、印刷の際に用いられるインク組成物に最適化されたスペクトラムを有する発光体エネルギーを放出するように選択することができる。発光体エネルギーのスペクトラムは、一般に遠ＵＶ（遠紫外、約１００ｎｍ波長）から近ＵＶ（近紫外、約４００ｎｍ波長）まで広がる波長範囲において、発光体エネルギーの強度を与えるグラフによって提供される。図２は、部分硬化デバイス１４０によって放出される発光体エネルギーの典型的なスペクトラムを示す。
【００２２】
部分硬化の間に、基板１１０およびインク層１１６の温度は、温度制御されたプラテン１３０を用いて制御することができる。例えばプラテン１３０は、約１５°Ｃから約２０°Ｃまでなどの、約１０°Ｃから約３０°Ｃまでの温度にあり、基板１１０およびインク層１１６の温度を所望の温度に制御することができる。インク層１１６は、部分硬化の間に、周囲温度を下回る温度、周囲温度、または周囲温度を上回る温度とすることができる。
【００２３】
平坦化デバイス１６０は、基板１１０上のインク層１１６に圧力を加えるための対向する表面を有する部材を含む。部材は、２つのロール、１つのロールおよび１つのベルト、または２つの、ロール上に設けられたベルトを含むことができ、この１つのロールおよび１つのベルトは、第１ロール、および第２ロール上に設けられた１つのベルトである。図３は、平坦化ロール１６２および圧力ロール１６４を含む平坦化デバイス１６０の典型的な実施形態を示す。ＬＥＤアレイ１４２を含む部分硬化デバイス１４０の一実施形態も示される。平坦化ロール１６２および圧力ロール１６４は、挟持部１６６において互いに接触し、基板１１０およびインク層１１６は、挟持部１６６において、部分硬化したインク層１１６を平坦にするのに十分な圧力を受けて、平坦にされたインク層１１６’を生み出す。典型的には、挟持部１６６において加えられる圧力は、約３０ｐｓｉから約１２０ｐｓｉまでなどの、約１０ｐｓｉから約８００ｐｓｉまでの範囲内とすることができる。
【００２４】
平坦化ロール１６２は、所望の機械的および化学的特性をもたらす種々の部材から形成され得る。例えば、図示された平坦化ロール１６２は、コア１６８、およびコア１６８上を覆う外側表面１７２を含む外側層１７０を含む。コア１６８は、アルミニウム、アルミニウム合金、または同類のものなどの、適切な金属で構成され得る。実施形態では、外側層１７０は、耐久性のある親水性部材で構成され得る。外側層１７０は、例えばコア１６８の全面にわたるコーティングのように、塗布され得る。別の実施形態では、外側層１７０は、フッ素化ポリマー、または同類のものなどの適切な特性を有するポリマーで構成され得る。
【００２５】
圧力ロール１６４は、種々の部材から形成され得る。図示された圧力ロール１６４は、コア１７４、およびコア１７４上を覆う外側表面１７８を含む外側層１７６を含む。実施形態では、コア１７４は、比較的硬い部材で構成される。例えばコア１７４は、鋼、ステンレス鋼、または同類のものなどの、適切な金属で構成され得る。外側層１７６は、挟持部１６６を形成する平坦化ロール１６２との接触によって、弾性的に変形する部材で構成され得る。例えば外側層１７６は、シリコンゴム、または同類のもので構成され得る。
【００２６】
実施形態では、放出液体は、平坦化ロール１６２の親水性の外側表面１７２に付着され、外側表面１７２をぬらして、平坦化の間の画像のオフセット現象を低減するのに役立つことができる。例えば放出液体は、有効な量の洗浄剤を付加した水で実質的に構成されて、表面張力を低減することができる。
【００２７】
装置１００において、第２の硬化デバイス１８０は、少なくとも１つの発光体エネルギー源を含み、この発光体エネルギー源は、平坦化デバイス１６０によるインク層１１６の平坦化に引き続いて、インク相１１６を実質的に完全に硬化させるのに効果的なスペクトラムを有する発光体エネルギーを放出するように動作可能である。実施形態では、第２の硬化デバイス１８０に属する発光体エネルギー源のスペクトラムは、部分硬化デバイス１４０に属する発光体エネルギー源によって放出される発光体エネルギーのスペクトラムと、同じでも、異なってもよい。例えば第２の硬化デバイス１８０は、部分硬化デバイス１４０内に含まれる発光体エネルギー源とは異なるピーク波長および強度のエネルギーを放出するＵＶ−ＬＥＤアレイを含むことができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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