(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔性基板上の放射硬化性ゲルインクを処理する方法であって、
放射硬化性ゲルインクの層を、多孔性基板の第１表面上へ付着するステップと、
前記インクの層を部分硬化させるとともに前記基板の小孔内への前記インクの侵入を低減するのに効果的な第１スペクトラムを有する第１放射を、前記放射硬化性ゲルインクが平坦化デバイスに入る前に、前記放射硬化性ゲルインク層に照射するステップと、
前記平坦化デバイスで前記部分硬化したインク層を平坦化するステップと、
前記第１放射の前記第１スペクトラムとは異なる第２スペクトラムを有する第２放射を、前記平坦化された状態のインク層が前記平坦化デバイスから出た後に、前記平坦化された状態のインク層に照射して、前記インク層をさらに硬化させるステップとを含む、方法。
【請求項２】
前記第１放射は、前記基板の前記第１表面の近隣にある前記インクを優先的に硬化させて、前記基板の小孔内への前記インクの侵入に対して障壁を設ける、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基板は、前記第１表面とは反対側の第２表面を含み、
前記インク層は、前記第１表面の上方から、前記第１放射を照射される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記基板は、前記第１表面とは反対側の第２表面を含むウェブであり、
前記ウェブの前記第２表面は、前記第１放射を照射されて、前記第１表面上の前記インク層を部分硬化させる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記平坦化するステップは、前記インクが前記第１表面上で横方向に流れることを可能にするのに十分に高い温度まで前記インクを加熱するために、効果的な第３放射を前記部分硬化したインク層に照射して、前記インク層の平坦化を生み出すステップであって、前記第３放射は、前記第１スペクトラムおよび前記第２スペクトラムとは異なるスペクトラムを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
多孔性基板上のインクを処理するのに役立つ装置であって、
インクの層を、多孔性基板の第１表面上へ付着するマーキングデバイスと、
前記インクの層を部分硬化させるとともに前記基板の小孔内への前記インクの侵入を低減するのに効果的な第１スペクトラムを有する第１放射を前記インク層に照射する第１硬化デバイスと、
前記第１硬化デバイスでの前記インク層への照射後であって、前記部分硬化したインク層を更に硬化する前に、前記部分硬化したインク層を平坦化する平坦化デバイスと、
前記第１放射の前記第１スペクトラムとは異なる第２スペクトラムを有する第２放射を、照射前記平坦化された状態のインク層に照射して、該インク層をさらに硬化させる第２硬化デバイスとを含む装置。
【請求項７】
前記基板は、前記第１表面とは反対側の第２表面を含み、
前記第１硬化デバイスは、前記第１表面の上方から、前記第１放射を前記インク層に照射するように位置付けられる、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記基板は、前記第１表面とは反対側の第２表面を含み、
前記第１硬化デバイスは、前記第１放射を前記基板の前記第２表面に照射して、前記第１表面上の前記インク層を部分硬化させるように位置付けられる、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
前記インクは、ＵＶ（紫外線）硬化性インクを含み、
前記第１硬化デバイスは、前記第１スペクトラムを有する第１ＵＶ放射を、前記インク層の上へ放出し、
前記第２硬化デバイスは、前記第２スペクトラムを有する第２ＵＶ放射を、前記平坦化された状態のインク層の上へ放出する、請求項６に記載の装置。
【請求項１０】
前記平坦化デバイスは、前記インクが前記第１表面上で横方向に流れることを可能にするのに十分に高い温度まで該インクを加熱するために、効果的な第３放射を前記部分硬化したインク層に照射して、前記インク層の平坦化を生み出し、前記第３放射は、前記第１スペクトラムおよび前記第２スペクトラムとは異なるスペクトラムを有する、請求項６に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
印刷プロセスでは、マーキング部材は、基板上へ付着されて、画像を形成する。一部のプロセスでは、印刷された画像は、基板内のインクの侵入が原因で、多孔性基板を透き通して見ることができる。インクの透き通しのゆえに、２重印刷に適する基板を形成することができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
多孔性基板上のインクを処理する方法、および多孔性基板内のインクの侵入を低減して、望ましい画像を提供することができる、印刷に役立つ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】
基板上のインクを処理する方法および多孔性基板上のインクを処理するのに役立つ装置が提供される。基板上のインクを処理する方法の典型的な実施形態は、インクの層を、多孔性基板の第１表面上へ付着するステップと、インクの層を部分硬化させるとともに基板の小孔内へのインクの侵入を低減するのに効果的な第１スペクトラムを有する第１放射を、インク層に照射するステップと、部分硬化したインク層を平坦化するステップと、第１放射の第１スペクトラムとは異なる第２スペクトラムを有する第２放射を、平坦化された状態のインク層に照射して、インク層をさら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】基板の表面上のインク層に、表面の上方から照射する部分硬化デバイスを含む印刷装置の典型的な実施形態を示す図である。
【図２】ゲルインクの粘度を温度の関数として図示する曲線を示す図である。
【図３】多孔性基板上に配置されたインク層内において、長波長（λＬ）および短波長（λＳ）を有する発光体エネルギーの侵入を示す図である。
【図４】部分硬化デバイスに属する発光体エネルギー源の典型的な放出スペクトラムを示す。
【図５】図５Ａは、用紙上に付着されたシアンＵＶ硬化性ゲルインクの単一層用に、インクの部分硬化の有無を含めて、プリントスルーの量対プラテン温度のプロットを示す図である。図５Ｂは、用紙上に付着されたマゼンタＵＶ硬化性ゲルインクの単一層用に、インクの部分硬化の有無を含めて、プリントスルーの量対プラテン温度のプロットを示す図である。図５Ｃは、用紙上のシアンインクの単一層の上に付着されたマゼンタＵＶ硬化性ゲルインクの単一層用に、インクの部分硬化の有無を含めて、プリントスルーの量対プラテン温度のプロットを示す図である。
【図６】基板の背表面の下方から、基板の正表面上のインク層に照射する部分硬化デバイスを含む印刷装置の別の典型的な実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
開示された実施形態は、基板上のインクを処理する方法を含む。本方法の典型的な実施形態は、インクの層を、多孔性基板の第１表面上へ付着するステップと、インクの層を部分硬化させるとともに基板の小孔内へのインクの侵入を低減するのに効果的な第１スペクトラムを有する第１放射を、インク層に照射するステップと、部分硬化したインク層を平坦化するステップと、第１放射の第１スペクトラムとは異なる第２スペクトラムを有する第２放射を、平坦化状態のインク層に照射して、インク層をさらに硬化させるステップとを含む。
【０００６】
開示された実施形態は、さらに、多孔性基板上へ印刷する方法を含む。本方法の典型的な実施形態は、少なくとも１つの光開始剤混合物（または光開始剤化合物）を、多孔性基板の第１表面の上に付着するステップと、インクの層を、第１表面の上に付着するステップと、インク層を部分硬化させるとともに基板の小孔内へのインクの侵入を低減するのに効果的な第１スペクトラムを有する第１放射を、インクの層に照射するステップであって、少なくとも１つの光開始剤混合物は、第１スペクトラムへ調整されるステップと、部分硬化したインク層を平坦化するステップと、第１放射の第１スペクトラムとは異なる第２スペクトラムを有する第２放射を、平坦化された状態のインク層に照射して、インク層をさら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、多孔性基板上のインクを処理するのに役立つ装置を含む。本装置の典型的な実施形態は、インクの層を、多孔性基板の第１表面上へ付着するマーキングデバイスと、インクの層を部分硬化させるとともに基板の小孔内へのインクの侵入を低減するのに効果的な第１スペクトラムを有する第１放射を、インク層に照射する第１硬化デバイスと、部分硬化したインク層を平坦化する平坦化デバイスと、第１放射の第１スペクトラムとは異なる第２スペクトラムを有する第２放射を、平坦化された状態のインク層に照射して、インク層をさらに硬化させる第２硬化デバイスとを含む。
【０００８】
一部の印刷プロセスでは、ＵＶ硬化性インクなどの熱インクが、普通紙などの多孔性基板上に堆積する。堆積した状態のインクは、インクが冷却される間、依然として十分に熱く低粘度であるうちに、基板の印刷された表面内へ侵入することができる。したがって、印刷物は、多孔性基板上に付着されると、基板の厚さ方向のインクの浸透量である「プリントスルー」を、過度に見せることができる。「透き通し」（ＳＴ＝ｓｈｏｗ−ｔｈｒｏｕｇｈ）は、印刷された、普通紙などの多孔性基板における背表面の光学濃度として定義される。ＯＤ（ＣＰ）が、白紙で覆われた基板の正表面の光学濃度（ＯＤ）として定義される場合、プリントスルー（ＰＴ）は、ＰＴ＝ＳＴ−ＯＤ（ＣＰ）として定義される。多孔性基板内のプリントスルーの程度が増加するにつれて、正表面上の印刷された画像は、背表面からますます目に見えるようになってくる。このようなインクの可視性のために、多孔性基板上で２重印刷が満足にできなくなる。
【０００９】
普通紙などの多孔性基板にとっては、インクが基板の表面へ付着されると、横へのインクの広がりおよび基板へのインクの侵入が一緒に生じる。普通紙などの多孔性基板内への熱インクの侵入程度を低減するために、基板は、印刷された表面上のインク粘度を急速に増加させるように、冷却することができる。基板は、冷たい表面と接触することによって冷却することができる。しかしながら、基板上への印刷と、付着されたインクの硬化との間の時間があまりに長い場合、インク粘度が冷却によって低下した後であっても、基板内へのインクの侵入が、さらに生じる可能性があることが指摘されている。さらに、基板内へのインクの侵入が、冷却によってさらに効果的に制御され、その侵入がわずかにすぎない場合であっても、印刷された表面上のインクの線の太さは、横へのインクの広がりによって十分に増加していないことがあり、名目上無地の画像領域が、表面上で縞模様のように見える可能性があることが指摘されている。このような印刷物も、不満足である。
【００１０】
これらの観察および他の考察を考慮して、多孔性基板上のインクを処理する方法および対応する装置であって、基板へのインクの侵入を低減することができる方法および装置が提供される。本方法および装置は、適切な線の太さを有する画像描写領域を生み出すこともできる。本方法の実施形態は、基板の表面へ付着されたインクの層を発光体エネルギーに暴露して、インクを部分硬化だけさせるステップを含む。この部分硬化は、基板の小孔内へのインクの侵入、すなわちプリントスルーを低減するが、部分硬化したインク層を基板上で十分に平坦化することも可能にする。平坦化された状態のインク層は、発光体エネルギーを用いてさらなる硬化を受けて、インク粘度および表面硬度ならびに基板上へのインク層の付着力を増加させて、堅牢な画像をもたらすことができる。
【００１１】
図１は、多孔性基板上のインクを処理するのに役立つ装置１００の典型的な実施形態を示す。装置１００は、マーキングデバイス１１０、第１硬化デバイス１２０、平坦化デバイス１３０および第２硬化デバイス１４０を含み、この順序でプロセス方向Ａに沿って配置される。正表面１５２および反対側の背表面１５４を有する基板１５０は、可動型搬送デバイス１６０上に支持されるように示される。マーキングデバイス１１０は、基板１５０の正表面１５２上へインクを堆積させて、インク層１５６を形成し、第１硬化デバイス１２０は、インク層１５６に発光体エネルギーを照射して、インク層１５６を部分硬化させ、平坦化デバイス１３０は、部分硬化したインク層１５６を正表面１５２上で平坦化し（すなわち、横方向に広げ）、第２硬化デバイス１４０は、平坦化された状態のインク層１５６に発光体エネルギーを照射して、インク層１５６をさらに硬化させる。
【００１２】
実施形態では、第１硬化デバイス１２０、平坦化デバイス１３０および第２硬化デバイス１４０は静止して、基板１５０は、照射されている間、搬送デバイス１６０によってこれらのデバイスのそばを通り過ぎる。これらのデバイスを通り過ぎる基板１５０の搬送速度は、インク層１５６の暴露時間を制御するように変化することができる。印刷速度を増加させると、印刷と部分硬化との間の時間が減少し、部分硬化の前に生じる、多孔性基板内へのインクの侵入量が減少する。実施形態では、第１硬化デバイス１２０および第２硬化デバイス１４０に属する発光体エネルギー源、ならびに任意選択で平坦化デバイス１３０に属する発光体エネルギー源は、それぞれ部分硬化、平坦化およびさらなる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１５０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１５２全体に照射することを可能にする。
【００１３】
図示された基板１５０は、多孔性部材から成るシートである。例えば、基板１５０は、普通紙のシートとすることができる。用紙は、コーティングされるまたはコーティングされないとすることができる。用紙は、滑らかな正表面および背表面を有することができ、光沢があるようにすることができる。一般に、光沢のある表面を有する、コーティングされた用紙は、コーティングされていない用紙または「普通」紙よりも多孔性が少ない。装置１００の実施形態は、さらに多孔性の、コーティングされていない普通紙上に印刷するのにもっとも役立つ。別の実施形態では、基板は、普通紙または同類のものなどの多孔性部材から成る途切れのないウェブを含むことができ、搬送デバイス１６０は、加熱または冷却することができる定着プレートへ置き換えられて、ウェブ温度を種々のレベルに制御することができる。基板１５０は、正表面１５２と反対側の背表面１５４との間の基板１５０の厚さ寸法を通して、部分的にまたは完全に広がる、開いた小孔を含む。インクは、背表面１５４上にも堆積して、２重印刷された印刷物を生み出すことができる。
【００１４】
搬送デバイス１６０は、プロセス方向Ａに、マーキングデバイス１１０、第１硬化デバイス１２０、平坦化デバイス１３０および第２硬化デバイス１４０のそばを通り過ぎながら基板１５０を搬送して、基板１５０上に画像を生み出す。基板１５０は、典型的には、平坦化デバイスに関して、基板の長さ寸法がプロセス方向Ａに沿って広がる状態に方向付けられる。搬送デバイス１６０は、ベルト、ロール、または他の適切な部品を含み、それによって装置１００内で基板１５０を搬送することができる。基板１５０が途切れのないウェブの場合、搬送デバイス１６０は、静止した支持デバイス（図示されない）とすることができ、ウェブは、マーキングデバイス１１０、第１硬化デバイス１２０、平坦化デバイス１３０および第２硬化デバイス１４０から一定の距離にあるウェブを支持するように構成される支持デバイスの全体を覆うことができる。
【００１５】
実施形態では、マーキングデバイス１１０は、基板１５０の正表面１５２上に小滴状のインクを堆積させるように構成される、多数の印刷ヘッド（図示されない）を含むことができる。例えば印刷ヘッドは、加熱された圧電性印刷ヘッドとすることができる。印刷ヘッドは、典型的には、マーキングデバイス１１０内で、多数のスタガー状の（すなわち、ずらした）列内に配置することができる。印刷ヘッドは、シアン、マゼンタ、イエローおよびブラックインクに対して用いることができ、それによって基板１５０上で別々のカラーのインクを互いの上に印刷することを可能にする。印刷ヘッドは、クリアーインク、金属インク、蛍光インク、または顧客選択のカラーを有するインクを含有することもでき、この顧客選択のカラーの例には、ニュージャージー州カールスタットにあるＰａｎｔｏｎ（登録商標）社のＰａｎｔｏｎ（登録商標）Ｃｏｌｏｒ  Ｍａｔｃｈｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍなどがある。
【００１６】
インクは、発光体エネルギーを用いて硬化することができる組成物を有する。例えばインクは、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、基板の表面へ付着され、次いでＵＶ放射へ暴露されて、インクを硬化させるとともに表面上へ画像を定着する。硬化させると、インク内の重合および架橋結合が生み出されて、インク粘度、インク表面硬度およびインク付着力を増加させる。ＵＶ硬化性インクは、印刷ヘッドを用いて基板へ付着することができる。これらのインクは、典型的には約８０°Ｃから約１００°Ｃまでの温度へ加熱されて、約１０ｃＰの低粘度の状態の間に吐出することができる。これらのインクは、周囲温度にある普通紙などの比較的冷たい基板上に衝突すると、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なる。ＵＶ硬化性インクの粘度は、典型的には、この冷却期間の間に約１０００ｃＰから約１０，０００ｃＰまで増加することができる。
【００１７】
ＵＶ硬化性インクは、ワックスおよび／またはゲル成分を含むことができる。ゲル成分を含有するＵＶ硬化性ゲルインク（「ＵＶゲルインク」）は、加熱されて、急に粘度を低減し、次いで基板へ付着される。これらのインクは、比較的冷たい基板と接触すると、凍結する。図２は、開示された方法の実施形態に用いることができる、典型的なゲルインクの粘度を温度の関数として図示する曲線を示す。図示されるように、ゲルインクの粘度プロファイルは、急峻なしきい値と、比較的粘性があり（例えば、約１０６ｃＰを上回る粘度を有する）、容易に流れることができない状態から、比較的粘性がなく（例えば、約１０１ｃＰを下回る粘度を有する）、容易に流れることができる状態への、比較的狭い温度範囲にわたるインク遷移とを有する。このようなゲルインクは、約３０°Ｃ未満または約２０°Ｃ未満などの、約４０°Ｃ未満の小さい温度範囲にわたって、粘度の大きな変化を示すことができる。
【００１８】
図２に描写されるような粘度対温度特性を有するインクであって、開示された方法および装置の実施形態において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一緒に形成する、２５°Ｃで液体状態の硬化性モノマー、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】
図２に示される曲線には、粘度しきい値温度Ｔ０があり、この温度は、インクの粘度が、最小値と最大値との間の中ほどにある場合の温度として定義される。マーキングデバイス１１０に属する印刷ヘッドは、ノズルから吐出するのに適している粘度にインク粘度を低減するために、十分に高い温度までインクを加熱することができる。例えばゲルインクは、例えば少なくとも約８０°Ｃの粘度しきい値温度を上回る温度まで加熱されて、吐出するための所望の粘度を発現することができる。熱インクは、印刷ヘッドのノズルから、マーキングデバイス１１０のそばを通り過ぎて搬送される基板上へ、小滴として吐出される。ＵＶゲルインクは、典型的には、例えば約８０°Ｃから約７０°Ｃまでの約１０度だけ、吐出温度から冷却されると、粘度の大きな増加を示すことができる。ゲルインクが、普通紙などの基板上に衝突すると、熱は、インクから比較的冷たい基板へ伝達される。堆積した状態のゲルインクは、急速に冷たくなり、基板上にゲル粘度を発現する。急速冷却が原因で、ゲルインクは、基板上で、横方向にリフローするまたは平坦化なるのに十分な時間を有しない。
【００２０】
フロリダ州オーランドにあるｎＳｃｒｙｐｔ社から入手可能なＳｍａｒｔ  Ｐｕｍｐ（商標）２０などの、制御されたニードルバルブを有する正の圧力ポンプは、１０６ｃＰを上回る粘度などの極めて高い粘度で、ピコリットルに至るまでの極めて少ない量を噴出することができる。このようなポンプは、マーキングデバイス１１０内で用いられて、ゲルインクを周囲温度で基板上へ堆積させることができる。
【００２１】
装置１００では、マーキングデバイス１１０によって基板１５０の正表面１５２へ付着されたインク層１５６は、第１硬化デバイス１２０によって正表面１５２の上方から放出される発光体エネルギーを照射されて、インクを部分硬化させる。本明細書では、用語「部分硬化させる」は、インク層の一部が、基板内へのインクの侵入を低減するのに十分に硬化しているが、しかしインク層は、広がる力（拡散力）が取り除かれた後、その元の寸法を弾性的に回復せずに、流れるまたは広がることができる状態にあることを意味する。一部の実施形態では、基板にもっとも近いインク層の一部は、基板からもっとも遠いインク層の一部よりも硬化している。別の実施形態では、インク層全体が、中間レベルの粘度に硬化している。第１硬化デバイス１２０によって放出される発光体エネルギーのスペクトラムは、インク層１５６を部分硬化させるとともに基板の小孔内へのインクの侵入１５０を低減するのに効果的である。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。
【００２２】
部分硬化したインク層１５６は、インク層１５６が、平坦化デバイス１３０を用いて正表面１５２上でインクを横方向に広げるように平坦化されて、インク層１５６の線の太さを増加させることを可能にする、粘度および硬度特性を有している。単一の吐出によって書かれた線の幅は、落下量、吐出頻度、基板速度、および基板上のインクの広がりに依存するようになる。同様に、線の所望の広がりは、吐出された状態の線の太さ、および特定の印刷ヘッド内のノズルによって書かれた線間の距離に依存するようになる。一部の実施形態では、吐出された状態の線の太さは、約５０μｍから約６０μｍまでであり、正表面１５２上に少なくとも約７５μｍの線の太さを生み出すことが望ましい。
【００２３】
図３に示されるように、本方法の実施形態では、第１硬化デバイス１２０によって放出される発光体エネルギーは、比較的長波長λＬを有し、この長波長は、インク層１５６と基板１５０の正表面１５２との間に定義された界面１５８に至るまで、インク層１５６内へ深く侵入するのに効果的である。インク層１５６内へ深く侵入しない短波長λＳが、比較のために示される。例えばＵＶ硬化性インク用に、発光体エネルギーはＵＶ放射を含むことができる。図４は、本方法の実施形態においてＵＶ硬化性インクを部分硬化させるのに適している、約３９５ｎｍの波長を中心とするＵＶ放射のスペクトラムを示す。
【００２４】
実施形態では、第１硬化デバイス１２０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１５６に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。
【００２５】
実施形態では、マーキングデバイス１１０によってインクが基板１５０の正表面１５２へ付着された後の十分に短い時間量以内において、インク層１５６は、第１硬化デバイス１２０によって発光体エネルギーを照射されて、基板１５０内へのどんなインクの浸透でも著しく発生可能となる前に、正表面１５２の近隣にあるインクを優先的に硬化させる。実施形態では、基板内へのインクのプリントスルーＰＴにとっては、方程式ＰＴ＝ＳＴ−ＯＤ（ＣＰ）を用いて説明されるように決定されるとき、約０．０３未満、または約０．０２未満などの約０．０４未満の値を有することが望ましい。インク層と基板１５０の正表面１５２との間の界面１５８におけるインクは、実質的に硬化しており、基板の小孔内へ侵入することができない。界面１５８における硬化したインクは、基板１５０内へのさらなるインクの侵入に対する障壁をもたらす。
【００２６】
基板１５０内へのインクの侵入が最小限となるように、インク層１５６の部分硬化を達成するためには、第１硬化デバイス１２０をマーキングデバイス１１０に近接して位置付けて、基板１５０へ付着されたすぐ後に、インク層１５６に照射することを可能にすることが望ましい。例えば第１硬化デバイス１２０は、プロセス方向Ａに沿って約１ｃｍから約５ｃｍまでの距離だけ、マーキングデバイス１１０から間隔を置いて配置することができる。インクの侵入が、接触時間およびインク粘度の両方の関数であるので、基板速度が増加するにつれて、吐出動作と部分硬化動作との間の距離を増加させ、および／または吐出されるインクの粘度が減少するにつれて、吐出動作と部分硬化動作との間の距離を低減することが望ましい場合がある。
【００２７】
印刷中に、基板１５０は、基板１５０の下に配置される、温度制御されたプラテンなどを用いて冷却されて、インクが基板１５０の正表面１５２に当たるときのインクの冷却レートを増加させることができる。インクを冷却することにより、インク層１５６が第１硬化デバイス１２０によって照射される時間がさらに短くなり、所望のように部分的に冷却するとともに基板１５０内へのインクの侵入を最小限にすることを達成することができる。
【００２８】
本実施形態では、インク層１５６のインクは、第１硬化デバイス１２０によって放出される発光体エネルギーを弱くしか吸収しない、１つ以上の光開始剤混合物を含む光開始剤部材を含有することができる。発光体エネルギーが十分に長い波長を有するために、インク層１５６上に入射する発光体エネルギーのうちの十分に高い割合が、インク層の最下部分に達して、結果として正表面１５２とインクとの間の界面１５８において、インクが優先的に硬化するようにすることができる。
【００２９】
一部の実施形態では、１つ以上の光開始剤混合物を含む光開始剤部材は、マーキングデバイス１１０においてインクが正表面１５２へ付着される前に、基板１５０の正表面１５２へ直接に付着することができると考えられる。例えば光開始剤部材は、基板１５０の用紙形成プロセスの間に、エアゾル噴霧などの吐出することによって、または正表面１５２に接触するコーティングロールなどのアプリケーターを用いて、付着することができる。光開始剤部材上に付着されたインクは、第２硬化デバイス１４０によって放出される放射へ調整された、異なる光開始剤混合物を含有することができる。次いでインクは、第１硬化デバイス１２０を用いて部分硬化する。光開始剤部材の組成物は、第１硬化デバイス１２０によって放出される発光体エネルギーのスペクトラムに調整することができる。
【００３０】
別の実施形態では、界面１５８におけるインクの優先的な硬化を促進しながら、インクの化学作用は、インク内へ拡散した、有効なレベルの酸素の存在によって硬化が抑制されようとするインク層の最上部分において、インクの硬化を引き起こすことができる。
【００３１】
部分硬化の間に、基板１５０は、温度制御されたプラテン、または同類のものを用いて、冷却することができる。例えばプラテンは、約１５°Ｃから約２０°Ｃまでなどの、約１０°Ｃから約３０°Ｃまでの温度とすることができる。
【００３２】
一般に、基板温度がプラテン上の冷却によって低減されるに従って、インクの侵入はますます低減されることになる。しかしながら、冷却はエネルギーを必要とし、基板またはプラテン上で水が凝縮しないように印刷領域を除湿するために、露点未満の冷却はさらにエネルギーを必要とすることがある。有利なことに、本装置の実施形態は、冷却の必要性を低減する。冷却および部分硬化の最適な組み合わせは、インク特性、基板特性、印刷ヘッド特性、および印刷速度などの種々の要因に依存することになる。
【００３３】
図５Ａ、図５Ｂおよび図５Ｃは、Ｘｅｒｏｘ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能な、Ｘｅｒｏｘ  ＣｏｌｏｒＸｐｒｅｓｓｉｏｎｓ＋ＣＸ用紙を含むウェブ上へ印刷直後に、インクを部分硬化させる効果を示す。図５Ａでは、シアンＵＶ硬化性ゲルインクの単一層が、用紙上に付着され、図５Ｂでは、マゼンタＵＶ硬化性ゲルインクの単一層が、用紙上に付着され、図５Ｃでは、マゼンタＵＶ硬化性ゲルインクの単一層が、用紙上のシアンインク単一層の上に付着された。図４に示されるような放出スペクトラムを有するＵＶ−ＬＥＤアレイを用いて、インクが部分硬化した。
【００３４】
印刷中、部分硬化の間に、および部分硬化後の短距離の間に、印刷されたウェブの背表面は、温度制御されたプラテンと接触した。図５Ａ、図５Ｂおよび図５Ｃでは、インクのプリントスルー量は、部分硬化有り（「ＬＥＤオン」）および部分硬化無し（「ＬＥＤオフ」）の場合に、プラテン温度に対してプロットされる。図示されるように、部分硬化が無しの場合、プラテン温度を増加させることによって用紙およびインク温度を増加させると、用紙内へのインクの侵入が増加した。対照的に、インクの部分硬化が有りの場合、プラテン温度を増加させることによって用紙およびインク温度を増加させても、用紙内へのインクの侵入は増加しなかった。図５Ａに示されるシアンインクに対しては、プラテン温度を増加させると、インクの硬化レベルが増加し、インクの侵入が低減されるように見える。このようにシアンインクの硬化が増加すると、増加した温度においてインクがさらに低い粘度を有することが原因で、インクがＵＶ−ＬＥＤアレイによって照射された後、結果として部分硬化が継続するようにすることができる。
【００３５】
装置１００では、平坦化デバイス１３０は、部分硬化したインク層１５６上へ発光体エネルギーを放出する、少なくとも１つの発光体エネルギー源を含むことができる。放射に暴露すると、インク層１５６へ十分な熱エネルギーが供給されて、十分に粘度を低減する温度にインクが加熱され、それによって、基板１５０の正表面１５２上で表面張力駆動による横へのリフロー、すなわち非接触による平坦化が行われて、インクを平坦化することが可能となる。発光体エネルギーは、電磁気スペクトラムの可視光〜赤外線部分以内に含まれる放出スペクトラムを有することができる。実施形態では、発光体エネルギー源は、例えば、可視光の範囲（約４００ｎｍから７００ｎｍまで）を含むとともに赤外線の範囲（＞７００ｎｍ）内へ広がる放出スペクトラムを有する、広帯域ＩＲ−ＶＩＳ（赤外線〜可視光放射）発光体エネルギー源とすることができる。
【００３６】
例えば平坦化デバイス１３０に属する発光体エネルギー源は、タングステン・ハロゲン・ランプ、または同類のものとすることができる。このようなランプでは、放出スペクトラムのピーク波長は、ランプの放出スペクトラムとインクの吸収スペクトラムとの間の重複量を増加させるように、調整することができる。平坦化デバイス１３０は、発光体エネルギー源によって放出されるＩＲ−ＶＩＳスペクトラムのうちの選択された部分だけを送る、フィルターを含むことができる。別の実施形態では、平坦化デバイス１３０は、水銀放電ランプ、または同類のものなどの、いくつかの別々の波長において放出ピークを有する放射を放出する、少なくとも１つの発光体エネルギー源を含むことができる。
【００３７】
装置１００の一部の実施形態では、平坦化デバイス１３０は、基板１５０上のインクを広げるのに十分な力を加えるデバイスを含むことができる。例えば平坦化デバイス１３０は、ガス流をインク上へ方向付けるエアーナイフを含み、ガス流は、このエアーナイフを用いて、接触せずにインクを広げるのに十分な力をインクに加えることができる。別の実施形態では、平坦化デバイス１３０は、画像に接触することによって、インクを広げるのに十分な圧力を加える、２つの対向したロールなどの、１つ以上のロールを含むことができる。インクに力を加えるのに用いられるデバイスのタイプに依存して、画像の最上表面のいくらかを部分硬化させると、例えば、エアーナイフによって噴出されるガス流が画像を汚すのを防止することになり、および／またはインクに接触する１つ以上のロールへのオフセット（転写）現象を防止することになり、有利なものにすることができる。
【００３８】
基板へ付着されたインクは、インクへ圧力を加えることによって平坦化することができる。
【００３９】
本方法のこれらの実施形態では、実質的にインクのどんな硬化も同時に行わずに、基板表面上のインクの平坦化を生み出すことが望ましい。硬化させると、基板衝突時に凍結するインク小滴によって形成された波形構造の平坦化が遅れることになる。平坦化が遅れる場合、次いでマイクロバンディングは、効果的に緩和されないようになり、完全に不足している線は、効果的にカバーされないようになる。これらの実施形態では、インクの平坦化に用いられる放射源は、平坦化の間に、実質的にどんな硬化も生み出さない発光体エネルギーを、インク上へ放出するように選択することができる。
【００４０】
装置１００では、第２硬化デバイス１４０は、平坦化に引き続いて、インク層のさらなる硬化を生み出す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。実施形態では、第２硬化デバイス１４０のスペクトラムは、第１硬化デバイス１２０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は異なる。例えば第２硬化デバイス１４０は、第１硬化デバイス１２０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で放出する、バーなどのＵＶ−ＬＥＤアレイを含むことができる。代わりの構成としては、第２硬化デバイス１４０は、第１硬化デバイス１２０よりも広範囲の波長で放出するランプを含むことができる。
【００４１】
図６は、別の典型的な実施形態に従う装置２００を示す。図示されるように、装置２００は、マーキングデバイス２１０、第１硬化デバイス２２０、平坦化デバイス２３０および第２硬化デバイス２４０を含み、この順序でプロセス方向Ａに沿って配置される。正表面２５２および反対側の背表面２５４を有する基板２５０が示される。マーキングデバイス２１０は、基板２５０の正表面２５２上へインクを堆積させて、インク層２５６を形成し、第１硬化デバイス２２０は、背表面２５４の下方からインク層２５６に発光体エネルギーを照射して、インク層２５６を部分硬化させ、平坦化デバイス２３０は、部分硬化したインク層２５６に発光体エネルギーを照射して、インク層２５６を正表面２５２上で平坦化し、第２硬化デバイス２４０は、平坦化された状態のインク層２５６に発光体エネルギーを照射して、インク層２５６をさらに硬化させるとともに堅牢性をもたらす。
【００４２】
実施形態では、第１硬化デバイス２２０、平坦化デバイス２３０および第２硬化デバイス２４０は静止して、基板２５０は、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。これらのデバイスのそばを通り過ぎる基板２５０の搬送速度は、インク層２５６の暴露時間を制御するように変化することができる。
【００４３】
図示された基板２５０は、普通紙などの多孔性部材から成る途切れのないウェブである。基板２５０は、正表面２５２と反対側の背表面２５４との間の基板２５０の厚さ寸法を通して、部分的にまたは完全に広がる、開いた小孔を含む。
【００４４】
装置２００は、静止した支持デバイス（図示されない）を含むことができ、基板２５０（ウェブ）は、マーキングデバイス２１０、第１硬化デバイス２２０、平坦化デバイス２３０および第２硬化デバイス２４０から一定の距離にあるウェブを支持するように構成される支持デバイスの全体を覆うことができる。
【００４５】
装置２００では、マーキングデバイス２１０、平坦化デバイス２３０および第２硬化デバイス２４０は、装置１００に属する、それぞれマーキングデバイス１１０、平坦化デバイス１３０および第２硬化デバイス１４０と同一の構成および機能を有することができる。
【００４６】
図示されるように、第１硬化デバイス２２０は、基板２５０の背表面２５４に照射し、発光体エネルギーは、基板２５０を通過し、正表面２５２上のインク層２５６に照射する。本実施形態では、インクは、発光体エネルギーを強く吸収するのに効果的な光開始剤部材を含有することができる。第１硬化デバイス２２０によって放出される発光体エネルギーのスペクトラムは、インク層２５６を部分硬化させるとともに基板２５０の小孔内へのインクの侵入を低減するのに効果的である。部分硬化したインク層２５６は、平坦化デバイス２３０を用いて正表面２５２上でインクを横方向に広げるように平坦化されて、インク層２５６の線の太さを増加させることを可能にする、粘度および硬度特性を有している。実施形態では、正表面２５２上で少なくとも約７５μｍの線の太さを生み出すことが望ましく、プリントスルーＰＴを約０．０３未満または約０．０２未満などの、約０．０４未満に制御することが望ましい。
【００４７】
本実施形態では、光開始剤部材は、マーキングデバイス２１０においてインクが正表面２５２へ付着される前に、基板２５０の正表面２５２へ直接に付着されることができる。インクは、光開始剤部材の上に付着される。インクは、光開始剤部材も含有する。次いでインクは、第１硬化デバイス２２０を用いて部分硬化する。光開始剤部材の組成物は、第１硬化デバイス２２０によって放出される発光体エネルギーのスペクトラムに調整されることができる。
【００４８】
開示された方法および装置の実施形態は、平坦化の前にインクの部分硬化を提供し、用紙を冷却してプリントスルーを制御する必要性を少なくした状態で、例えば、非一様な多孔性（例えば、６０ｇｓｍ用紙等）を有する用紙などの、低品質の用紙を用いて、良質な印刷物を生み出すのに有利に用いることができる。
【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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【図６】
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