(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
再利用可能な強化紙を作製する方法であって、
前記強化紙を損傷することなく、前記強化紙に埋め込まれたインクまたはトナーにより形成された画像を切除することができる光線により加えられるフルエンスに耐えられるように、前記強化紙を強化する切除耐性を有するコーティング、またはセラミック繊維を含む強化紙を提供することと、
消去装置において、前記強化紙を受け取ることと、
前記強化紙に埋め込まれたインクまたはトナーにより形成された前記画像を、前記画像が切除されて消去された強化紙が形成されるまで光線で照射し、前記光線は、前記インクまたはトナーを切除するが、主にセルロース繊維を含み、前記切除耐性を有するコーティングでコートされていない普通紙を損傷するフルエンスで、前記強化紙を照射することと、
前記消去された強化紙を出力することと、を含む方法。
【請求項２】
前記画像が、インクまたはレーザプリンタによって埋め込まれる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記強化紙が、セルロース繊維の代わりにセラミック繊維で普通紙を作製することによって製造される請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記セラミック繊維が、金属酸化物繊維またはセラミック鉱物繊維である請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記強化紙は切除耐性があるコーティングによりコーティングされる請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記方法が、さらに、前記画像を切除する前に、前記強化紙上の前記画像をメモリに光走査することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記方法が、さらに、走査画像を分析して、前記画像の色および輝度に基づいて、前記画像を切除するのに用いる波長、強度、および時間を決定することを含む請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記方法が、さらに、前記強化紙上に埋め込まれた前記画像を切除することによって消去された紙の枚数をカウントするカウンタを用いることを含む請求項１に記載の方法。
【請求項９】
再利用のための強化紙を作製するシステムであって、
前記強化紙を損傷することなく、前記強化紙に埋め込まれたインクまたはトナーにより形成された画像を切除することができる光線により加えられるフルエンスに耐えられるように、前記強化紙を強化する切除耐性を有するコーティング、またはセラミック繊維を含む強化紙と、
前記強化紙を受け取る入力トレイと、
主にセルロース繊維を含み、前記切除耐性を有するコーティングでコートされていない普通紙を損傷する強度を有する光線で、前記強化紙に埋め込まれたインクまたはトナーにより形成された前記画像を、前記画像が切除されて消去された強化紙が形成されるまで照射する照射ユニットと、
前記消去された強化紙を出力する出力トレイと、を備えるシステム。
【請求項１０】
前記画像が、インクまたはレーザプリンタによって埋め込まれる請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記強化紙が、セルロース繊維の代わりにセラミック繊維で普通紙を作製することによって製造される請求項９に記載のシステム。
【請求項１２】
前記セラミック繊維が、金属酸化物繊維またはセラミック鉱物繊維である請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記強化紙は切除耐性があるコーティングによりコーティングされる請求項９に記載のシステム。
【請求項１４】
前記システムが、さらに、前記画像を切除する前に、前記強化紙上の前記画像をメモリに光走査する光学スキャナを備える請求項９に記載のシステム。
【請求項１５】
前記システムが、さらに、走査画像を分析して、前記画像の色および輝度に基づいて、前記画像を切除するのに用いる波長、強度、および時間を決定する請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記システムが、さらに、前記強化紙上に埋め込まれた前記画像を切除することによって消去された紙の枚数をカウントするカウンタを備える請求項９に記載のシステム。
【請求項１７】
前記強化紙が５％未満のセルロース繊維を有する請求項１記載の方法。
【請求項１８】
前記強化紙が５％未満のセルロース繊維を有する請求項９記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本願は、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．１１９（Ｅ）に基づき、２０１３年２月２１日に出願された米国仮出願番号６１／７６７，２５８の優先権を主張するものであり、その開示内容を引用してここに組み込む。
【０００２】
本開示は、概して、標準的なプリンタで使用する紙に関し、より詳しくは、消去でき、かつ再利用することのできる紙に関する。
【背景技術】
【０００３】
技術および職場のデジタル化にも関わらず、紙の使用は毎年増加している。パルプ、紙、および出版分野における世界生産は、１９９５年から２０２０年までに７７％増加すると予想されている。家庭および職場の両方において印刷されたページの大部分は、ゴミとしてまたはリサイクルのいずれかによって処分されており、印刷の平均的な寿命は１日にも満たない。したがって、廃棄物の量は莫大であり、毎年約７００ポンドの紙が平均的なアメリカ人によって消費されている。紙は高価な商品とは考えられないものの、この莫大な量の経済的影響は甚大であり、事務職員１人につき毎年約１００００ページと推定される。
【０００４】
消去可能な紙およびこれを支援する印刷システムは、普通紙の興味深い代替品となる。消去可能な紙およびこれを支援する印刷システムは、処理済みまたは普通紙のいずれかの印刷情報を、その紙から消去可能とするか、または一定時間がたつとその紙から情報が消えるようにして、紙を再利用できるようにする。
【０００５】
一般的に、消去可能な紙は、特別に設計された印刷システムを使用して印刷および消去するフォトクロミック、サーモクロミック、または他のトランジションに耐え得るオーバーコートで処理した紙である。フォトクロミック紙は、特定の波長、特に紫外線領域で照射される時に印刷され、異なる波長に曝されると消去される。サーモクロミック紙は、照射、緩やかな熱、化学物質等を含む様々な方法によって印刷され、閾値温度、通常１００℃を超える温度で加熱すると消去される。
【０００６】
フォトクロミック紙の単回使用および複数回使用を記載している多くの例がある（たとえば、ＸＥＲＯＸのＵＳ２０１１／００３７８０３）。ＲＩＣＯＨおよびその子会社らは、熱または光のいずれかによって消去を行うサーモクロミック紙を設計したことを開示している（たとえば、ＵＳ７，７３２，３７３）。ＴＯＳＨＩＢＡは、感熱性の熱可塑性トナーを開発したことを開示している。ここで、加熱すると、この熱可塑性トナーの粒子が流出して薄い透明な層を形成する（たとえば、ＵＳ２０１１／０１６５５０７）。Ｈｅｗｌｅｔｔ  Ｐａｃｋａｒｄは、電気的消去を用いて消去可能な印刷システムおよびインクを開発したことを記載している（たとえば、ＵＳ６，５４４，６０１）。
【０００７】
より古い方法には、トナーを除去するのに溶剤を使用するものがある（たとえば、ＩＢＭのＵＳ４，４１３，２６６およびＣａｎｎｏｎのＵＳ６，３７９，００１）。この溶剤は有機、無機、または混合物であってよく、溶融性インクの使用を必要とする。
【０００８】
上述の方法の問題点は、特別なプリンタ、特別なトナーまたはインクを必要とし、紙に跡が残るか、または紙を損傷してしまうため、紙を数回しか使用できない（たとえば、２〜４回）ことである。
【０００９】
Ｄａｖｉｄ  Ｒｉｃａｒｄｏ  Ｌｅａｌ−Ａｙａｌａ、Ｊ．Ｍ．  Ａｌｌｗｏｏｄ、Ｍ．  Ｓｃｈｍｉｄｔ、およびＩ．  Ａｌｅｘｅｅｖによる記事「長パルスおよび超短パルスレーザによる紙からのトナー印刷除去」（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｒｏｙａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  Ａ：  Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，  ｖｏｌ．  ４６８．  ｐｐ．  ２２７２−２２９３）の中で、トナー粒子を照射してこれを紙から除去するための超高速長パルスレーザを使用して、普通紙からレーザ印刷トナーを除去する試みが開示されている。このプロセスは、紙への損傷を最小限に抑えるため、パルス持続時間が短い特定の波長の使用を必要とする。紙を２回または３回まで使用できるよう、普通紙のトナーのほとんどを蒸発させることにある程度成功したことが開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
まとめると、本分野の技術の現状は、基本的に次に限られている。
１．標準的なプリンタシステムに対応しない特殊設計された紙。
２．特別なプリンタを必要とする、または必要としない特殊設計されたインクおよびトナー。
３．一般的な家庭用および業務用プリンタより通常、印刷時間が遅く、１ページあたりのコストが高い特殊設計されたプリンタ。
４．消去した後、よく変色が起こる紙。
５．消去した後、よく変形、典型的にはカールが起こる紙。紙は通常、限られた回数しか再利用できない（たとえば、１０回未満）。
６．システムは、事務所に２種類の印刷システム、１つは保管用でもう１つは消去可能なものを維持させることになる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本開示の実施形態の１つの態様は、標準的なプリンタを使用して強化紙に印刷し、光線を用いて紙を損傷することなくこの紙から印刷を消去し、かつこの紙を再利用するシステムおよび方法に関する。強化紙は、この紙を損傷することなくこの紙に埋め込まれた画像を切除することのできる光線によって加えられるフルエンスに耐える設計となっているが、このフルエンスは、セルロース繊維から作られた普通紙を損傷する。強化紙は、損傷および変色を防ぐため、５％未満のセルロース繊維を含むものである。本開示のいくつかの実施形態で、セルロース繊維は、紙の製造プロセスにおいて、セラミック繊維またはポリマー繊維に代えられる。あるいは、強化紙は、金属箔をセラミック材料でコーティングして製造される。
【００１２】
本開示の一例示的な実施形態において、光線は、レーザ光線であってもよい。必要に応じて、このレーザ光線が紙全体を横断するよう設計してもよく、たとえば、列ごと、または画像を形成しているマーキング（たとえば、インクまたはトナー）の位置のみを横断してもよい。本開示の一例示的な実施形態において、システムは、まず紙を光走査してマーキングの位置を見つけ、そして光線でこれを切除する。必要に応じて、このシステムは、マーキングを消去した後、紙を光走査して消去プロセスの品質を入手してもよい。本開示のいくつかの実施形態において、必要であれば、この消去プロセスを繰り返してもよい。本開示のいくつかの実施形態において、光線は、ページ全体を同時に照射する。
【００１３】
本開示の一例示的な実施形態において、このシステムは、光走査を分析して、消去が必要な画像の色および輝度に基づき、どの波長を使用するか、どれくらいの強度でどれくらいの時間紙上の画像を照射するかを決定してもよい。必要に応じて、このシステムは、分析結果に応じて切除プロセス中に光線のパラメータを動的に変更する。
【００１４】
そこで、本開示の一例示的な実施形態において、再利用可能な紙を作製する方法を提供し、この方法は、消去装置において、５％未満のセルロース繊維を含み、画像が埋め込まれた強化紙を受け取ることと、紙上の画像を、この画像が切除されて消去された紙が形成されるまで光線で照射し、この光線は、より高い割合のセルロース繊維で作られた紙を損傷するフルエンスで紙を照射することと、消去された紙を出力することとを含む。
【００１５】
本開示の一例示的な実施形態において、画像は、標準的なインクまたはレーザプリンタによって埋め込まれる。必要に応じて、強化紙は、セルロース繊維の代わりにセラミック繊維で普通紙を作製することによって製造される。必要に応じて、このセラミック繊維は、金属酸化物繊維またはセラミック鉱物繊維である。
【００１６】
本開示の一例示的な実施形態において、強化紙は、金属箔をセラミック材料でコーティングすることによって製造される。あるいは、強化紙は、セルロース繊維の代わりにポリマー繊維で普通紙を作製することによって製造される。
【００１７】
本開示の一例示的な実施形態において、光線は、レーザ光線である。必要に応じて、この方法は、画像を切除する前に、強化紙上の画像をメモリに光走査することを含む。本開示の一例示的な実施形態において、この方法は、走査画像を分析して、画像の色および輝度に基づいて、この画像を切除するのに用いる波長、強度、および時間を決定することを含む。本開示の一例示的な実施形態において、この方法は、強化紙上に埋め込まれた画像を切除することによって消去された紙の枚数をカウントするカウンタを用いることを含む。
【００１８】
本開示の一例示的な実施形態において、さらに、再利用のための紙を作製するシステムを提供し、このシステムは、５％未満のセルロース繊維を含み、画像が埋め込まれた強化紙を受け取る入力トレイと、より高い割合のセルロース繊維で作られた紙を損傷する強度を有する光線を生成し、紙上の画像を、この画像が切除されて消去された紙が形成されるまで照射する照射ユニットと、消去された紙を出力する出力トレイとを備える。
【００１９】
本開示の一例示的な実施形態において、画像は、標準的なインクまたはレーザプリンタによって埋め込まれる。必要に応じて、強化紙は、セルロース繊維の代わりにセラミック繊維で普通紙を作製することによって製造される。必要に応じて、このセラミック繊維は、金属酸化物繊維またはセラミック鉱物繊維である。
【００２０】
本開示の一例示的な実施形態において、強化紙は、金属箔をセラミック材料でコーティングすることによって製造される。あるいは、強化紙は、セルロース繊維の代わりにポリマー繊維で普通紙を作製することによって製造される。
【００２１】
本開示の一例示的な実施形態において、光線は、レーザ光線である。必要に応じて、このシステムは、画像を切除する前に、強化紙上の画像をメモリに光走査する光学スキャナを含む。本開示の一例示的な実施形態において、この走査画像を分析して、画像の色および輝度に基づいて、この画像を切除するのに用いる波長、強度、および時間を決定する。必要に応じて、このシステムは、強化紙上に埋め込まれた画像を切除することによって消去された紙の枚数をカウントするカウンタを含む。
【００２２】
本開示の一例示的な実施形態において、さらに、印刷用の強化紙を提供し、この強化紙は、有機繊維の代わりに５％未満のセルロースを含むセラミック繊維を備え、この強化紙は、レーザプリンタおよびインクプリンタで印刷するために普通紙の物理的性質を有する。必要に応じて、この物理的性質は、密度、厚さ、重量、引張強度、引裂強度、破裂強度、および平滑度を含む。本開示の一例示的な実施形態において、この強化紙は、普通印刷紙のように製造されるが、有機繊維の代わりに、５％未満のセルロースを含むセラミック繊維を用いる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
図面と併せて次の詳細な説明を読むことにより、本開示を理解し、よりよく評価できるであろう。一以上の図にある同一の構造、要素、または部分には、通例、これらが存在するすべての図において同一または類似する符号を振る。
【００２４】
【図１】本開示の一例示的な実施形態による、標準的なプリンタで紙を再利用するためのシステムの概観図である。
【図２】本開示の一例示的な実施形態による、標準的なプリンタで紙を再利用する方法のフロー図である。
【図３】本開示の一例示的な実施形態による、印刷された紙の消去プロセスのフロー図である。
【図４】本開示の一例示的な実施形態による、セラミック繊維紙の拡大視の概観図である。
【図５】本開示の一例示的な実施形態による、セラミックコーティングされた金属箔紙の製造の概観図である。
【図６】本開示の一例示的な実施形態による、ポリマー繊維またはポリマーフィルム紙の拡大視の概観図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、本開示の一例示的な実施形態による、標準的なプリンタ１２０で紙を再利用するためのシステム１００の概観図であり、図２は、本開示の一例示的な実施形態による、標準的なプリンタ１２０で紙を再利用する方法２００のフロー図である。
【００２６】
本開示の一例示的な実施形態において、方法２００は、たとえばインクジェットおよびレーザプリンタである標準的なプリンタ１２０で印刷するための紙１１０となる代替的な基材を使用する。この代替的な基材は、普通印刷紙１１０の形態で提供され、たとえば、０．０７ｍｍ（０．００２８ｉｎ）から０．１８ｍｍ（０．００７１ｉｎ）の間の厚さと、１平方メートル当たり６０から１２０グラム（ｇ／ｍ２）の間の重量を有する１連５００枚のＡ４またはレターページで提供される。紙を損傷することなく紙の表面のインクを切除するため、この紙は、たとえば強力なレーザ放射からの高温に耐えるよう、以下に説明するように製造される。
【００２７】
本開示の一例示的な実施形態において、ユーザは、ＨＰ、ＸＥＲＯＸ、ＯＫＩ、ＣＡＮＯＮ、ＢＲＯＴＨＥＲ、ＲＩＣＯＨ、または他のメーカーによって製造されるような標準的な家庭用または業務用プリンタ１２０で印刷するための紙１１０（たとえば、紙の連）を受け取る（２１０）。この紙は、Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、レター、リーガル、またはプリンタ１２０によってサポートされているいかなる他の標準サイズであってもよい。必要に応じて、プリンタ１２０は、プリンタに加えて、またはプリンタの代わりにファックス機または複写機とすることができる。本開示の一例示的な実施形態において、プリンタ１２０は、紙１１０の一枚に画像をインプリントする（２２０）。必要に応じて、たとえば、紙を再送りするかまたは両面プリンタを使用して、画像を紙１１０の一枚の両面にインプリントしてもよい。
【００２８】
本開示の一例示的な実施形態において、ユーザが紙を使い終わったら、これを細断するかリサイクル業者に送る代わりに、消去装置１３０の入力トレイ１４０にこの紙を入れ、紙１１０の画像を消去する（２３０）。消去装置１３０は、たとえば、ミラーおよびレンズ１９０を通してレーザ光源１８０からの強力なレーザ光線で紙を走査することによって紙を照射し、紙１１０の画像を形成するトナー／インクを切除する。紙１１０が消去されると、消去装置１３０から出力トレイ１５０に出力され、この紙に新しい画像を形成するために再利用することが可能となる（２４０）。任意で、消去装置１３０は、紙１１０に印刷された内容／画像を切除するため、安全シュレッダとして機能してもよい。
【００２９】
図３は、本開示の一例示的な実施形態による、印刷された紙１１０の消去プロセス３００のフロー図である。本開示の一例示的な実施形態において、ユーザは、画像のある使用済みの紙を収集する（３１０）。この画像は、いかなる形態のテキストおよび図面を含んでいてもよい。ユーザは、この紙が必要なものか、消去してもよいものかを確認する（３２０）。その紙が必要なものであれば、ユーザのファイリングシステムにファイルすることができる（４００）。しかし、ユーザがその紙を必要としない場合、その紙を消去装置１３０の入力トレイ１４０に配置し（３３０）、紙を細断するかリサイクル業者に送る代わりに、消去して再利用することができる。本開示の一例示的な実施形態において、消去装置１３０を自動化してもよく、自動的に紙を把持して、消去装置１３０を通してこの紙を操作するローラ１４５を含んでいてもよい。必要に応じて、消去装置１３０は、まず光学スキャナ１５５で紙１１０を消去装置１３０のメモリに走査して（３４０）、紙１１０の内容を分析する。本開示のいくつかの実施形態において、消去装置１３０は、消去されたすべての文書の内容をアーカイブすることができ、たとえば、誤って消去された文書を復元することができる。代替として、またはさらに加えて、消去装置１３０は、紙の走査された内容を分析して、消去する必要のある画像があるかどうかを決定する。もし紙が画像を含んでいる場合、消去装置１３０は、この画像の色、位置、および輝度を分析して、この画像を消去するのに用いる波長、レーザ強度、時間、および配置を決定してもよい（３５０）。本開示の一例示的な実施形態において、異なる波長または強度を選択して、異なる色の画像を消去する。必要に応じて、消去装置１３０は、レーザ光源１８０を作動させてミラーおよびレンズ１９０を制御し、紙１１０の画像を切除する（３６０）。本開示のいくつかの実施形態において、消去装置１３０は、切除プロセス中に紙１１０から放出されるインクまたはトナー粒子の粉塵および蒸気を吹き飛ばすためのファン１７０を含んでいてもよい。
【００３０】
本開示のいくつかの実施形態において、消去装置１３０は、紙１１０を再走査して（３４０）、画像が完全に消去されたことを確認し、消去されていない場合は、切除（３６０）プロセスを再度繰り返す。あるいは、切除（３６０）プロセスは確実なものとしてもよく、切除後に紙１１０の内容を再走査する必要はない。必要に応じて、消去装置１３０は、消去できないページを廃棄するオプションを有していてもよい。本開示の一例示的な実施形態において、消去装置１３０は、たとえば、紙１１０の折り目およびしわを取るようアイロンをかけ、紙１１０に付いたホッチキスの針または汚れを取り除くことによって、紙１１０が消去装置１３０を通る際に、真っ直ぐに伸ばしてもよい（３７０）。必要に応じて、消去装置１３０は、たとえば、消去した紙１１０ごとにユーザに請求するため、処理した紙１１０の枚数をカウントするカウンタ１６０を含む。紙１１０は、プリンタ１２０で再利用できるよう、消去された後、消去装置１３０から出力トレイ１５０に出力される。必要に応じて、消去プロセスに失敗した紙、たとえば、破れたり損傷したりして再利用できなくなったものは、異なるトレイに出力される。
【００３１】
本開示のいくつかの実施形態において、切除プロセスは、他の方法、たとえばページ全体を加熱するヒーターユニットまたはページ全体を加熱する光源（たとえば、高エネルギー光源）によって実施してもよい。必要に応じて、波長が３５５ｎｍ、５３２ｎｍ、または１０６４ｎｍ、あるいはこれらの値の間の波長か、波長の組み合わせのレーザ光線を使用することができる。本開示の一例示的な実施形態において、レーザ光線は、１．６Ｊ／ｃｍ２またはこれより高いフルエンスで紙上の点を照射する。あるいは、より強度の弱い光線をより長時間使用して、所望の温度まで紙を加熱してもよい。必要に応じて、異なる色および／または異なる種類のインク／トナーに、異なる波長およびフルエンスを使用してもよい。
【００３２】
本開示の一例示的な実施形態において、シート表面全体またはシート表面の一部をカバーする幅の広いレーザ光線または地点別走査型レーザのいずれかによって紙１１０の消去を行ってもよい。必要に応じて、レーザ光線で複数走査を実施して、消去を確実なものにしてもよい。本開示の一例示的な実施形態において、紙１１０のすべての点が、１００℃、２００℃、６００℃、または１２００℃さえ超える熱レベルに曝されてもよく、それでも使用される紙の種類によっては、変形または熱変色の跡、また酸化損傷も示さない。
【００３３】
消去性の質は、巨視的および微視的レベルで評価することができる。巨視的に、シートは、０．２より小さいデルタＥ、他の実施形態においては０．５より小さいデルタＥの範囲内の元の光学濃度に戻る。デルタＥとは、国際照明委員会（ＣＩＥ）によって定められた、紙の領域間の色差を表すものである。
【００３４】
微視的レベルでは、消去プロセスの後、紙１１０は、１平方インチ当たり１より少ないインクまたはトナー樹脂粒子、また他の実施形態においては、１平方インチ当たり５より少ないインクまたはトナー樹脂粒子を含む。消去プロセスの後、紙の表面に何らかの損傷がある場合、紙の性質および印刷の品質が、その紙の仕様の範囲内にとどまっているべきである。
【００３５】
以下に、高温に曝されたときに、紙を損傷することなく紙の表面のインクまたはトナーを切除する温度安定マトリックスを有する強化紙を形成する３つの例示的な方法を開示する。この３つの方法を、図４−４に例示する。必要に応じて、この３つの方法によって形成された紙は、実質的にリグニンおよびセルロースの木質繊維を含まないか、またはそのような繊維を、紙が黄色くならないよう５％未満含む。本開示の一例示的な実施形態において、強化紙は、熱および経年による変色に影響されにくく、酸を含んでいる可能性のあるインクまたはトナーの成分によって影響を受けにくいため、長期間のアーカイビングにも使用してもよい。
【００３６】
図４は、本開示の一例示的な実施形態による、セラミック繊維紙の拡大視４００の概観図である。本開示の一例示的な実施形態において、普通紙を製造する過程で、セルロースを含む木質または他の繊維のような有機繊維の代わりに、セラミック繊維を使用する。必要に応じて、少なくとも９５％の繊維がセルロースを含まないセラミック繊維である。セラミック紙は、通常、普通紙よりもよい物理的性質、特に強度に関する性質を維持する。
【００３７】
本開示の一例示的な実施形態において、適切なセラミック材料の選択によって、この方法によって製造される一枚の紙が、たとえば１２００℃までの、およびこれを超える高温での安定性を維持することが可能となる。必要に応じて、温度安定性は、セラミック材料によるより、化学添加剤によって限定されてもよい。本開示の一例示的な実施形態において、セラミック繊維は、代替される標準的なセルロース繊維と類似する大きさを有するよう、化学または製造方法によって設計される（たとえば、化学パルプまたは機械パルプ）。必要に応じて、この製造方法は、普通紙の製造と類似し、たとえば、接着剤、蛍光増白剤、顔料、および表面処理剤などの添加剤の使用が同じである。
【００３８】
本開示の一例示的な実施形態において、セラミック繊維紙は、普通印刷紙と類似する厚さで製造される。１つの好ましい実施形態において、使用されるセラミックは、純粋な金属酸化物、たとえば、アルミナ、シリカ、マグネシア、カルシア、チタニア、および／またはこれらの混合物であってもよい。他の実施形態において、セラミックは、鉱物系、たとえば、コーディエライト、アンダルサイト、カイヤナイト、アノーサイト、アルバイト、ジェダイト、およびチタナイトであってもよい。一例示的な実施形態において、繊維は融着しており、他の実施形態において、繊維は部分的に融着しているか、または融着していない。接着剤を使用してもよく、この接着剤は、ＰＣＣ（軽質炭酸カルシウム）、粘土、カオリン、または当該技術において知られている他のものを含んでいてもよい。顔料を使用してもよく、一般的にこれは二酸化チタンまたは他の顔料である。蛍光増白剤を使用してもよく、これは、無機材料、たとえば、アルミン酸バリウム、アルミン酸バリウムマグネシウム、アルミン酸ストロンチウム、リン酸ストロンチウムを含んでいてもよい。
【００３９】
図５は、本開示の一例示的な実施形態による、セラミックコーティングされた金属箔紙の製造の概観図５００である。
【００４０】
本開示の一例示的な実施形態において、紙１１０は、セラミックコーティングされた金属箔であってもよい。本実施形態のシートの作製の一般的な工程は、次の通りである。薄い金属箔を表面活性化し、その表面積を増加させる。その後、セラミック材料の薄い層を活性表面に定着させる。硬度を増し、かつ粉塵を防ぐため、このセラミック材料を、さらに焼成してもよい。
【００４１】
本開示の一例示的な実施形態において、金属箔は、いかなる温度安定の金属箔であってもよく、温度安定性とは、５００℃または７５０℃を超える、あるいは１０００℃または１２５０℃さえ超える温度において物理的形状または化学的にいかなる変化も起こさないことと定義される。本開示の一例示的な実施形態において、箔はアルミニウムである。他の実施形態において、この箔は、鋼、クロム、真鍮、スズ、またはこれらの混合物である。一例示的な実施形態において、この箔は、０．０５ｍｍより薄い。あるいは、この箔は、単に０．１ｍｍより薄くてもよい。金属箔の表面活性化は、表面酸化、プラズマ酸化、プラズマコーティング、あるいは箔の表面エネルギーまたは表面積を増加させる他の方法によることができる。表面積の増加は、一般的に、粒子噴射または粒子摩耗のいずれかによる表面粗化によるが、他の方法を用いてもよい。
【００４２】
本開示の一例示的な実施形態において、セラミックコーティングを、異なる厚さにおいて金属箔の表面に塗布し、高温で融着することができる。この方法によれば、高密度のコーティングを達成できる。１つの好ましい実施形態において、使用するセラミックは、純粋な金属酸化物、たとえば、アルミナ、シリカ、マグネシア、カルシア、チタニア、またはこれらの混合物であってもよい。他の実施形態において、セラミックは、鉱物系、たとえば、コーディエライト、アンダルサイト、カイヤナイト、アノーサイト、アルバイト、ジェダイト、チタナイト、または他のものであってもよい。本開示の一例示的な実施形態において、セラミック材料を融着してもよく、他の実施形態において、繊維を部分的に融着し、かつ部分的に融着しないようにしてもよい。接着剤を使用してもよく、この接着剤は、ＰＣＣ（軽質炭酸カルシウム）、粘土、カオリン、または他のものを含んでいてもよい。顔料を使用してもよく、一般的にこれは二酸化チタンまたは他の顔料である。蛍光増白剤を使用してもよく、これは、無機材料、たとえば、アルミン酸バリウム、アルミン酸バリウムマグネシウム、アルミン酸ストロンチウム、リン酸ストロンチウムを含んでいてもよい。１つの代替的な実施形態において、セラミック材料を、ゾルゲル法によって金属箔に塗布することができる。ゾルゲル法は、活性化セラミック前駆体分子、たとえばテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を塩基および水の存在下で使用して、セラミックマトリックスを形成する。このゾルゲル法を用いることにより、密度の制御が可能となる。本開示の一例示的な実施形態において、使用するセラミックは、純粋な金属酸化物前駆体、たとえば、ＴＥＯＳ、テトラメトキシシレート（ｔｅｔｒａｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｔｅ）、および他のシリカ前駆体、あるいはアルミナ、マグネシア、カルシア、チタニアまたはこれらの混合物からの類似する前駆体であってもよい。必要に応じて、接着剤をゾルゲルマトリックスに添加してもよい。この接着剤は、ＰＣＣ（軽質炭酸カルシウム）、粘土、カオリン、または他のものを含んでいてもよい。顔料をゾルゲルマトリックスに添加してもよく、一般的にこれは二酸化チタンまたは他の顔料である。蛍光増白剤をゾルゲルマトリックスに添加してもよく、これは、無機材料、たとえば、アルミン酸バリウム、アルミン酸バリウムマグネシウム、アルミン酸ストロンチウム、リン酸ストロンチウムを含んでいてもよい。
【００４３】
図６は、本開示の一例示的な実施形態による、ポリマー繊維またはポリマーフィルム紙の拡大視６００の概観図である。本開示の一例示的な実施形態において、紙１１０は、ポリマーマトリックスを基にしている。１つの好ましい実施形態において、本システムは、ポリマー繊維がセルロースまたは木質繊維の代わりに使用されるポリマー繊維系を基とする。選択したポリマーは、高温で安定し、たとえば、６００℃を超える温度で長期間、およびより高い温度、たとえば１２００℃で極めて短期間安定する。本開示の一例示的な実施形態において、ポリマー繊維は、フルオロポリマー、たとえば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ、テフロン）、ポリトリフルオロエチレン（ｐｏｌｙｔｒｉｆｌｕｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリジフルオロエチレン（ｐｏｌｙｄｉｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリモノフルオロエチレン（ｐｏｌｙｍｏｎｏｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）、およびこれらのコポリマーである。本開示のいくつかの実施形態において、ポリマーを、ブロモポリマーまたはクロロポリマーとすることができる。必要に応じて、他のポリマーも使用することができる。一例示的な実施形態において、部分架橋を用いて、シートを繊維系として作製してもよい。他の実施形態において、無架橋または高架橋を用いてもよい。必要に応じて、接着剤を使用してもよく、この接着剤は、ＰＣＣ（軽質炭酸カルシウム）、粘土、カオリン、または他のものを含んでいてもよい。必要に応じて、顔料を使用してもよく、一般的にこれは二酸化チタンまたは他の顔料である。蛍光増白剤を使用してもよく、これは、無機材料、たとえば、アルミン酸バリウム、アルミン酸バリウムマグネシウム、アルミン酸ストロンチウム、リン酸ストロンチウムを含んでいてもよい。
【００４４】
本開示の一例示的な実施形態において、シートは、ポリマーフィルムであってもよい。必要に応じて、高温で安定するよう、たとえば６００℃を超える温度で長期間、およびより高い温度、たとえば１２００℃で極めて短期間安定するポリマーフィルムを選択する。必要に応じて、このポリマーフィルムは、フルオロポリマー、たとえば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ、テフロン）、ポリトリフルオロエチレン（ｐｏｌｙｔｒｉｆｌｕｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリジフルオロエチレン（ｐｏｌｙｄｉｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリモノフルオロエチレン（ｐｏｌｙｍｏｎｏｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）、およびこれらのコポリマーから作られる。他の実施形態において、このポリマーは、ブロモポリマーまたはクロロポリマーである。必要に応じて、他のポリマーも使用することができる。本開示の一例示的な実施形態において、顔料をポリマーフィルムに添加し、たとえば、二酸化チタンまたは他の顔料である。必要に応じて、蛍光増白剤を使用してもよく、これは、無機材料、たとえば、アルミン酸バリウム、アルミン酸バリウムマグネシウム、アルミン酸ストロンチウム、リン酸ストロンチウムを含んでいてもよい。このポリマーフィルムは、押出によって作製してもよい。さらに、たとえば、グラビアによってポリマーフィルムを処理して、表面領域に変化を生じてもよい。
【００４５】
本開示の一例示的な実施形態において、紙は、普通印刷紙の外観、感触、および物理的性質を維持する、または実際にはそれを上回る設計である。いくつかの実施形態において、この紙は、繊維または繊維状ベースの系とすることができ、ここで紙の一般的な性質には、重量、密度、厚さ、柔軟性、折り曲げ性、白色度、および光沢を含む。シートは、紙の仕様の膨大なリストを維持するように作られる。この仕様のリストは、白色度、引張強度、引裂強度、破裂強度、平滑度、接触角、および曲げまたはこれらの一組とすることができる。また、追加の仕様を加えてもよい。この仕様は、縦方向（ＭＤ）、横方向（ＣＤ）、または両方に適用することができる。
【００４６】
このシートは、既存の印刷システム、インク、およびトナーを使用する設計となっている。したがって、このシートは、印刷システムが通常の紙料で維持するのと同じ印刷の品質を維持するよう設計される。最初の仕様のショートリストは、彩度、色座標、トラップ、インクピッキング、耐摩擦性、ドットサイズ、およびドットゲインまたはこれらの一組とすることができる。追加の仕様を加えてもよい。
【００４７】
既存のセラミック紙は、上述の方法によって製造されていないことに留意すべきである。既存のセラミック紙は、普通印刷紙の物理的性質を有しておらず、標準的なレーザおよびインクプリンタを使用して印刷するよう設計されていない。通常、セラミック紙での印刷の品質は乏しく、たとえば、ぼやけたり滲んだりしやすくなる。既存のセラミック紙は、通常、ヒートシール、断熱、ライニング、および衝撃吸収に使用される。一方、上述の方法によって製造された強化紙は、普通印刷紙の密度、厚さ、重量、引張強度、引裂強度、破裂強度、平滑度、および他の物理的性質を持つよう製造される。たとえば、印刷用の標準的なＡ４紙は、次のような性質を持つ。
１．密度（ＧＳＭ）が８０から３２０の間、たとえば１６０。
２．厚さ（ｍｍ）が０．１から０．３の間、たとえば０．２。
３．重量（グラム）が５から２０の間、たとえば１０。
４．白色度（ＩＳＯ１１４７５の％）が７５から９０、たとえば８０。
５．引張強度ＭＤ（Ｔａｐｐｉ  Ｔ５４１）が４０から１００の間、たとえば７０。
６．引張強度ＣＤ（Ｔａｐｐｉ  Ｔ５４１）が４０から１００の間、たとえば４０。
７．引裂強度ＭＤ（ｍＮ）（Ｔａｐｐｉ  Ｔ４１４）が５００から７００の間、たとえば６００。
８．引裂強度ＣＤ（ｍＮ）（Ｔａｐｐｉ  Ｔ４１４）が５００から７００の間、たとえば６００。
９．破裂強度（Ｋｐａ）（Ｔａｐｐｉ  Ｔ４０３）が２００から３００の間、たとえば２５０。
１０．平滑度（ｍｌ／ｍｉｎ）（ＩＳＯ８７５１−２）が１００から３００の間、たとえば３００。
１１．曲げＭＤ（ｍＮ  ｍ）（Ｔａｐｐｉ  Ｔ５５６）が２０から４０の間、たとえば３９。
１２．曲げＣＤ（ｍＮ  ｍ）（Ｔａｐｐｉ  Ｔ５５６）が２０から４０の間、たとえば１７。
【００４８】
さらに、この強化紙および普通印刷紙は、印刷用に製造されていないセラミック紙とは異なる彩度、色座標、トラップ、インクピッキング、耐摩擦性、およびドットサイズ／ドットゲインに関する印刷品質特性を有する。
【００４９】
本開示の一例示的な実施形態において、この強化紙は、また、セラミック材料を用いる焼結プロセスによって製造することができ、たとえば、３ｍｏｌ％のイットリア安定化ジルコニアを他のセラミック材料と組み合わせて焼結して印刷に適した紙を形成する。
【００５０】
上述の方法および装置は、ステップの省略または追加、ステップの順序および使用する装置の種類の変更を含め、多様に変更してもよいことが評価されるべきである。異なる特徴を様々な方法で組み合わせてもよいことが評価されるべきである。特に、１つの特定の実施形態において以上に示されたすべての特徴が、本開示のすべての実施形態に必須なものではない。以上の特徴のさらなる組み合わせも、本開示のいくつかの実施形態の範囲内と考えられる。また、本開示は、特に以上に示し、記載したものに限定されないことが当業者によって評価されるであろう。
【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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