(57)【要約】【課題】  媒体状に形成された一次画像に粉体を付着させる際に、粉体によるパターンの厚さのばらつきを抑える。【解決手段】  液体吸収性樹脂を形成した一次画像に接触させる前に、メディア上の一次画像、あるいはメディア上の一次画像を形成する領域の少なくとも一部に電解質を付与して、液体吸収性樹脂を接触させる際の一次画像の一部における電解質の濃度が、一次画像の前記一部より単位面積当たりの液体の量が前記一部より多い別の一部の電解質の濃度より高くなるようにする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メディア上に粘着性の液体で一次画像を形成し、形成した前記一次画像中の液体を減少させ、液体を減少させた前記一次画像に粉体を付着させた後に前記一次画像の領域の外の粉体を除去することを含む、前記メディア上に前記粉体による画像を形成する画像形成方法であって、
架橋構造を有し、液体を吸収することで膨潤する液体吸収性の樹脂を前記形成した一次画像に接触させることによって前記形成した前記一次画像中の液体を減少させ、前記液体吸収性樹脂を接触させる際の前記一次画像の一部における電解質の濃度が、前記一次画像の前記一部より単位面積当たりの液体の量が前記一部より多い別の一部の前記電解質の濃度より高くなるように、前記液体吸収性の樹脂を前記形成した一次画像に接触させる前に、前記メディア上に粘着性の液体で一次画像を形成し、かつ、前記メディア上の形成された一次画像、あるいは前記メディアの前記一次画像を形成する予定の領域の少なくとも一部に前記電解質を付与することを特徴とする画像形成方法。
【請求項２】
前記電解質が、２価もしくは３価の金属塩である事を特徴とする請求項１に記載の画像形成方法。
【請求項３】
前記粘着性の液体が、少なくとも水と、電解質に接触すると当該電解質を消費して非電解質化する性質を有する物質と、を含む事を特徴とする請求項１または２に記載の画像形成方法。
【請求項４】
前記粘着性の液体が色材を含むインクであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成方法。
【請求項５】
前記色材が顔料であることを特徴とする請求項４に記載の画像形成方法。
【請求項６】
前記メディアの前記一次画像を形成する予定の領域に単位面積当たりの付与量が均一となるように前記電解質を付与しておくことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像形成方法。
【請求項７】
インクジェット方式により前記メディア上に前記粘着性の液体を付与して一次画像を形成することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像形成方法。
【請求項８】
インクジェット方式により前記メディア上に前記電解質を付与して一次画像を形成することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の画像形成方法。
【請求項９】
前記液体吸収性の樹脂が、ポリアクリル酸塩系ポリマー架橋物であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の画像形成方法。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の画像形成方法によって前記メディア上に形成された前記粉体による画像から得られた膜を積層して立体物を製造する立体物の製造方法。
【請求項１１】
メディア上に粘着性の液体で一次画像を形成する手段と、形成された前記一次画像中の液体を減少させる手段と、液体を減少させた前記一次画像に粉体を付着させた後に前記一次画像の領域の外の粉体を除去する手段と、を有する、前記メディア上に前記粉体による画像を形成する画像形成装置において、
前記液体を減少させる手段は、架橋構造を有し、液体を吸収することで膨潤する液体吸収性の樹脂を形成された前記一次画像に接触させることによって前記一次画像中の液体を減少させ、さらに、前記メディア上の前記一次画像、あるいは前記メディア上の前記一次画像を形成する部分の少なくとも一部に電解質を付与する手段をさらに供え、メディア上に粘着性の液体で一次画像を形成する手段による前記一次画像の形成と、前記電解質を付与する手段による前記電解質の付与は、前記液体吸収性樹脂を接触させる際の前記一次画像の一部における前記電解質の濃度が、前記一次画像の前記一部より単位面積当たりの液体の量が前記一部より多い別の一部の前記電解質の濃度より高くなるように、前記液体を減少させる手段が前記液体吸収性の樹脂を前記形成され一次画像に接触させる前になされることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１２】
前記粘着性の液体が色材を含むインクであることを特徴とする請求項１１に記載の画像形成装置。
【請求項１３】
前記色材が顔料であることを特徴とする請求項１２に記載の画像形成装置。
【請求項１４】
前記液体吸収性の樹脂が、ポリアクリル酸塩系ポリマー架橋物であることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１５】
前記メディアの前記一次画像を形成する予定の領域に、単位面積当たりの付与量が均一となるように前記電解質を付与しておくことを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１６】
請求項１１乃至１５のいずれか１項に記載の画像形成装置と、前記画像形成装置によって形成された画像から得られた膜を積層する手段と、を有する立体物の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像形成方法、画像形成装置、立体物の製造方法および立体物の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、粉体によるパターンで画像を形成する方法として、媒体上に粘着性の液体で一次画像を形成し、その一次画像部のみに粉体を付着させる手法が知られている。特許文献１には、粘着性を有する液体のインク滴を印字情報信号に応じて媒体上にインクジェット方式で吐出し、粉体着色材で顕像化する方法が開示されている。
【０００３】
また特許文献２には、以下の開示がある。まず、媒体の表面にインクジェットプリンターによって接着剤を印刷し、次に顔料や染料のような着色剤を媒体の表面に供給して接着剤によって着色剤を接着させる。そして、接着剤を硬化させた後に媒体上に接着されていない着色剤を表面から除去する。
【０００４】
またオフセット印刷により接着剤を印刷した上に発泡性のある樹脂パウダーを振りかけ、加熱により膨張させて独特の風合いと厚みのある画像を形成する手法も知られている（非特許文献１）。
【０００５】
一方、液体で画像を形成した後にその液体が流れて画像が乱れたりユーザーの手を汚したりする事を防ぐため、液体画像から余剰液体分を減少させることが広く行われている。
【０００６】
例えば特許文献３には、媒体の液体状の記録材が付着した側に、液体高吸収性樹脂を有する液体吸収部材を当接させる装置が開示されている。
【０００７】
また、特許文献４には以下のような開示がある。これは、インクの液体溶媒を吸収する吸収体と、吸収体の表面の少なくとも一部を覆い、インクの着色剤との離型性を有し且つインクの液体溶媒を透過する離型部材とを備えたインク吸収体を用いる。そして、インクが媒体上に付着したのと略同時あるいはその直後に、上記離型部材を挟んで上記液体溶媒吸収体をインクが付着した部分に近接させ、これにより、離型部材を介して液体溶媒を液体溶媒吸収体に吸収させる。
【０００８】
また、粉体によるパターンの形成を利用した立体物の製造方法として、特許文献５には、転写対の表面に粉体によるパターンを形成し、これを積層して立体物を形成する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平０９−２１６３５１号公報
【特許文献２】特開平０６−１８３１２８号公報
【特許文献３】特開平０４−０５９３７６号公報
【特許文献４】特開２００１−１７９９５９号公報
【特許文献５】特開２０１４−１３３４１４号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】「印刷見本帳  実物で見る付加価値印刷の世界」、印刷学会出版部、２００４年、２５ページ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
発明者は、媒体上に粘着性の液体で一次画像を形成し、その画像に液体吸収性のある樹脂を接触させて余剰液体分を減少させ、さらに粉体を付着させた後、余剰粉体を除去して粉体のパターンによる画像を得ることを検討した。しかし、この方法で得るパターンにおいては、粉体の付着量のバラつきが発生する懸念があることを見出すに至った。
【００１２】
これは最初の一次パターンを形成する際に、その画像の濃度、色によって単位面積当たりの液体の付与量が異なり、液体吸収性の樹脂を接触させた後の液体残存量に違いが出ることが要因と推測される。液体残存量が多いところには多くの粉体が付着し、少ないところには少量の粉体しか付着できないからである。例えば、該粘着性の液体として有色インクを複数色用いてフルカラー表現をする際は、再現したい色に合わせて有色インクをメディア上で混合させるので、単色と中間色とで液体付与量が異なることも液体残存量の違いの一因となり得る。また、部分的に粉体を付着しやすくなるように、粘着性の液体を多く付与した部分も液体の付与量が多くなる。
【００１３】
粉体付着量のバラつきは、画像の厚みや線の太さ、ドットの大小のバラつきとなり、所望の画質が獲られない畏れがある。
【００１４】
また、粉体のパターンを積層して立体物を積層する場合においては、画像の厚みばらつきは立体物の形状精度にも影響を与えることが懸念される。
【００１５】
本発明は上記を鑑みてなされたものであって、媒体状に形成された一次画像に粉体を付着させる際に、粉体によるパターンの厚さのばらつきを抑えることを目的とする。  また、粉体によるパターンを積層して立体物を製造する際に、高い形状精度の立体物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、メディア上に粘着性の液体で一次画像を形成し、形成した前記一次画像中の液体を減少させ、液体を減少させた前記一次画像に粉体を付着させた後に前記一次画像の領域の外の粉体を除去することを含む、前記メディア上に前記粉体による画像を形成する画像形成方法であって、架橋構造を有し、液体を吸収することで膨潤する液体吸収性の樹脂を前記形成した一次画像に接触させることによって前記形成した前記一次画像中の液体を減少させ、前記液体吸収性の樹脂を接触させる際の前記一次画像の一部における電解質の濃度が、前記一次画像の前記一部より単位面積当たりの液体の量が前記一部より多い別の一部の前記電解質の濃度より高くなるように、前記液体吸収性の樹脂を前記形成した一次画像に接触させる前に、前記メディア上に粘着性の液体で一次画像を形成し、かつ、前記メディア上の形成された一次画像、あるいは前記メディアの前記一次画像を形成する予定の領域の少なくとも一部に前記電解質を付与することを特徴とする画像形成方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、媒体状に形成された一次画像に粉体を付着させて粉体の画像を得る際に、粉体によるパターンの厚さのばらつきを抑えることが可能となる。また、粉体によるパターンを積層して、高い形状精度の立体物を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態に係る画像形成装置の一例を示す模式図である。
【図２】実施形態に係る立体物の製造装置の一例を示す模式図である。
【図３】実施形態に係る画像形成装置の制御系を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００２０】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置１００の一例を示す模式図である。
【００２１】
図１には、搬送ローラー２０の回転によって時計周りに回るベルト１０に乗せられたメディア１上に画像を形成する様子を図示している。図１には、複数のメディアが搬送されながら、各工程を順番に通過して画像が形成されていく様子が示されている。左端のメディアには電解質と粘着性液体が付与されたのみであるが、右端のメディア上では粉体のパターンによる粉体画像が形成されている。
【００２２】
なおメディア１は、紙・フィルムなどの印刷媒体やガラス・木版・金属ホイルなどの装飾材料、さらには建材や布帛・食品など印刷可能な物品を利用可能であり、その形状は問わない。また、このメディア１に転写体を利用して、形成した粉体画像を別の媒体に転写してもよい。
【００２３】
まず、電解質付与装置２を用いて、メディア１の表面に電解質を付与する。
【００２４】
次いで、液体付与装置３を用いて、電解質が付与されたメディア１の表面に、後述する粉体８を付着させるための粘着性を備える粘着性液体を付与して一次画像を形成する。この粘着性液体は後述する粉体８をメディア１の表面に固定しておくだけの粘着力を粉体８に対して発揮できればよく、特段粘着力が強くなくともよい。その粘着力の強さは粉体８の材料を考慮して適宜調整可能である。また、この粘着性液体は得ようとする画像の模様となるように付与される。このとき、メディア１上において、単位面積当たりの粘着性液体の付与量が多い領域（図１中の破線楕円）の電解質の濃度が、それより単位面積当たりの粘着性液体の付与量が少ない別の領域（図１中の実線楕円）の電解質の濃度よりも低くなるようにする。このようにすることで、液体が多い部分は、液体が少ない部分に比べて、後述する液体吸収性樹脂４による液体吸収が促進されるようになる。
【００２５】
上記の濃度の関係を達成するには、例えば、メディア上に、画像の模様の電解質を付与する際に、電解質が付与される領域内において、単位面積当たりの付与量が均一となるようにすることで達成できる。このようにすると、後から粘着性液体が多く付与された部分は、粘着性液体の付与量が少ない部分よりも、電解質がより希釈されたり、あるいは粘着性液体との反応により電解質が消費されたりすることで、電解質の濃度が低くなる。
【００２６】
あるいは、電解質の付与の仕方で上記の濃度を制御しても良い。各部位に液体付与装置３から付与される粘着性液体の位置とその位置における量が予め分かっている場合は、粘着性液体の付与量が多くなる部分には、粘着性液体の付与量が少ない部分よりも、少なめに電解質を付与する、あるいは付与しないことにしてもよい。もしくは、複数の付与手段を用いて、あらかじめ段階的に濃度調整された電解質や、種類の異なる電解質を複合的に付与しても良い。
【００２７】
このようにして、上述の電解質の濃度の関係が満たされるならば、電解質は一次画像の少なくとも一部に付与されればよく、必ずしも全体に付与される必要はない。
【００２８】
ここで、電解質付与装置２がメディアに付与する電解質としては、酸、塩、アルカリ、イオン性ポリマーなどを用いることができるが、中でも２価もしくは３価の金属塩または有機酸が好適である。これは電解質濃度のコントロールがし易いことが理由である。２価もしくは３価の金属塩または有機酸であれば必要量が多すぎることもなく、かつ単位重量当たりの効果も強すぎないので付与装置での付与量のコントロールが容易となる。
【００２９】
なお、付与する際の電解質の状態およびその電解質を付与するための機構については特段の制限は無い。電解質が粉末状であれば、粉体付与装置５で粉体８を付与した際に粉体をメディアに定着させないので、一次画像を形成する部分以外も含めメディア１の全面に電解質を付与できるので、簡単に電解質を付与できるというメリットがある。粉末状の電解質を付与するための機構としては、粉体用の接触式コーターのほか、重力や気流を用いて非接触付与するスプレーや静電塗装装置等が挙げられる。
【００３０】
また、水などの溶媒を用いて溶液状にして電解質を付与する形態も、電解質の飛散などが無くハンドリングが簡便なため好ましい。この場合には非一次画像形成部への粉体８の付着を抑えるため、一次画像からはみ出さない領域のみに電解質の溶液を付与する事が好ましい。これを達成するには、電解質付与装置２はインクジェット方式を採用して電解質の溶液を付与することが好ましい。また、電解質の溶液をメディア１の全面に塗布する場合には、液体吸収性樹脂で吸収することで、粉体への粘着力を十分落とせる範囲の付与量に抑えることが好ましい。この場合には、電解質付与装置２にはロールコーターやバーコーターが利用できる。
【００３１】
該電解質には上述の溶媒以外にも、保存安定性や付与特性向上などの目的で適宜添加剤を共存させても良い。また複数種の電解質を組み合わせて使用する事も好ましい。
【００３２】
電解質を付与するタイミングは液体吸収性樹脂を接触させる前であれば特に制限は無い。粘着性液体で一次画像を形成する前に、メディア１の一次画像を形成する予定の領域に電解質を付与してもよいし、既にメディア１上に形成された一次画像に電解質を付与しても構わない。
【００３３】
上記の電解質の例としては、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸、ポリアクリル酸、酢酸、グリコール酸、マロン酸、リンゴ酸、マレイン酸、アスコルビン酸、コハク酸、グルタル酸、フマル酸、クエン酸、酒石酸、乳酸を挙げることができる。また、スルホン酸、オルトリン酸、ピロリドンカルボン酸、ピロンカルボン酸、ピロールカルボン酸、フランカルボン酸、ピリジンカルボン酸、クマリン酸、チオフェンカルボン酸、ニコチン酸、若しくはこれらの化合物の誘導体も利用できる。また、ポリアリルアミン塩酸塩、トリブチルアミンクロライド、ステアリルトリメチルアンモニウム塩、ステアリルトリメチルアンモニウムクロライド、ポリアミンスルホン化合物等も利用できる。また、モノメチルアミン、ジメチルアミン等のアミン、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムや、塩化カルシウム、硝酸マグネシウム、塩化アルミニウム、ミョウバンも利用可能である。その他に第２族元素、第１３族元素の硝酸塩、塩化物、有機酸塩、およびこれらの水和物、および複塩も利用できある。さらに、ポリアクリルアミド、ポリ（ジアリルジメチルアンモニウムクロライド）、ポリ（メタクリル酸トリメチルアミノエチル・メチル硫酸塩）、カチオン化セルロース、カチオン化でんぷんも利用できる。
【００３４】
液体付与装置３から付与する粘着性液体は、色材として染料を有する染料インク、色材として顔料を有する顔料インクを利用できる。その他、粘着性の樹脂を水溶性有機溶媒に溶解させた樹脂溶液等を利用でき、この溶液自体は透明であるので、粉体の色が画像の色となる。
【００３５】
また、液体付与装置３から付与する粘着性液体が、少なくとも水と、電解質に接触するとそれを消費し非電解質化する性質を有する物質とを含むとより効果が顕著となり好適である。このようにすると、付与される粘着性液体の量が多い部分では電解質が多く消費され、より電解質濃度が低くなり、粘着性液体の量が少ない部分では電解質はあまり消費されず比較的高濃度に保たれる。結果、粘着性液体の付与量に応じて電解質の濃度差を大きくとることができるので、液体吸収性樹脂４による吸収の程度差よりはっきりと付けることができる。また、追加の装置構成等は不要であり、粘着性液体の付与量に応じた電解質の濃度差を大きく取る上ではシンプルな方法であると言える。
【００３６】
電解質に接触するとそれを消費し非電解質化する性質を有する物質としては、吸着により電解質を取り込んで失活させるものや溶解度の低い塩を形成するものを用いることができる。中でも電解質のカウンターとなり得るイオン基を構造中に有する物質が好ましい。例えばカチオンポリマー、アニオンポリマー、イオン性界面活性剤、イオン性分散剤、帯電粒子等を用いることができる。特に、粘着性液体が色材として染料または顔料を含むインクである場合には、染料分子や顔料粒子が電解質に接触するとそれを消費して非電解質化する性質を有することがあり、着色画像を目的とした場合に粘着性液体の構成がよりシンプルとなり得る。インクの色材には電解質との接触により凝集し、このためインク増粘するようなものがあるが、画像の乱れを低減させたり、液体吸収時の吸収性樹脂への付着物を減らせたりするなどのメリットがある。
【００３７】
本願発明に好適に用いることのできる色材の例としては以下の各物質が挙げられる。
【００３８】
Ｃ．Ｉ．ダイレクトブラック  １９、２２、３２、３８、５１、５６、７１、７４等
Ｃ．Ｉ．ダイレクトイエロー  １、１２、２４、２６、３３、４４、５０、８６等
Ｃ．Ｉ．ダイレクトレッド  １、４、９、１３、１７、２０、２８、３１、３９等
Ｃ．Ｉ．ダイレクトブルー  １、２、６、１５、２２、２５、７１、７６、７９等
Ｃ．Ｉ．ベーシックブラック  ２、８
Ｃ．Ｉ．ベーシックイエロー  １、２、１１、１３、１４、１５、１９、２１、２３等
Ｃ．Ｉ．ベーシックレッド  ２、１２、１３、１４、１５、１８、２２、２３、２４等
Ｃ．Ｉ．ベーシックブルー  １、３、５、７、９、２１、２２、２６、３５、４１等
カーボンブラック
Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー  １、２、３、１３、１６、７４、８３、９３、９５等
Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド  ５、７、１２、４８、５７、１１２、１２２等
Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー  １、２、３、１５：３、１６等
顔料粒子は発色特性や退色の面で優れておりより色材として好ましい。顔料粒子は表面修飾や分散剤を用いて分散させた状態で用いると保管安定性にも優れ好適である。特に分散剤として、電解質に接触するとそれを消費し非電解質化する性質を有するイオン性分散剤を用いると、粘着性液体の構成がよりシンプルとなり極めて好適である。
【００３９】
なお該粘着性液体は、描画特性や保存安定性、画像品位向上などを目的として適宜添加剤を含む事が出来る。代表的なものとしては界面活性剤、防かび剤、有機溶剤、水溶性樹脂、体質顔料、光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂等が挙げられる。
【００４０】
また、粉体８を付与する前の一次画像を形成する手段としてインクジェットを用いると、以下の理由により好適である。すなわち、インクジェットは非常に小さな液滴形態で様々な特性の液体を高速に配置できるため、粘着性液体を用いて高精細・高密度な品位の高い画像を形成するのに非常に適している。またインクジェット方式は非接触であるため、事前に電解質を付与する場合にそれを乱す事が少ない。
【００４１】
利用できるインクジェットの方式としては特に制限は無く、電気−熱変換素子を用いるサーマルジェット方式、電気−圧力変換素子を用いるピエゾジェット方式を利用できる。また、加圧により液体を連続的に射出したのち液滴化するコンティニュアスジェット方式などいずれも用いることができる。
【００４２】
また、言うまでもないがインクジェット方式の液体付与装置を複数設け、各々色が異なる複数の有色インクを搭載してフルカラー表現の一次画像を形成するようにすることもできる。この場合には、多次色部には一次色部と比べてインクの付与量が多くなるが、後述するように、液体吸収性樹脂は各部分の液体の量を均一化する方向に作用することで、インクパターンに対する粉体の付着量をより均一化し、粉体による画像における異なる色間での厚さのばらつきを抑制できる。
【００４３】
次に、粘着性液体を付与されたメディア１に液体吸収性樹脂４を接触させ、液体分を吸収する。これにより粘着性液体中の液体成分が除かれ、溶質成分のほとんどはメディア１の粘着性液体に残留するので、結果として粘着性液体は濃縮されることになる。粘着性液体がインクで有る場合、顔料インクなどは特に粒子が大きくメディア１側に残存し易い。
【００４４】
本実施形態での「液体吸収性樹脂」とは、ＳＡＰ（Ｓｕｐｅｒ  Ａｂｓｏｂｅｎｔ  Ｐｏｌｙｍｅｒ）等とも呼ばれ、近年では紙おむつの吸水体や土壌保水材として広く使われている物である。これは分子内の３次元網目構造中に液体分子を取り込む特性を持った材料であり、多孔質体のような毛細管力で物理的隙間に液体を吸い込むような物とは異なる。具体的には、日本工業規格（ＪＩＳ）Ｋ７２２３−１９９６に以下の定義がある。「水を高度に吸水して、膨潤する樹脂。高吸水性樹脂は、架橋構造の親水性物質で、水と接触することによって吸水し、一度吸水すると、圧力をかけても離水しにくい特徴をもっている。」このような材料の例としては、ポリアクリル酸塩系ポリマー、ポリスルホン酸塩系ポリマー、無水マレイン酸塩系ポリマー、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシドが挙げられる。また、ポリアスパラギン酸塩系ポリマー、ポリグルタミン酸塩系ポリマー、変性でんぷん、変性セルロース、またこれらの架橋物や共重合体、ポリマーアロイなどが挙げられる。
【００４５】
さて、以下には、粘着性液体の付与量の多い部分からは多く、粘着性液体の付与量の少ない部分からは少なく液体を吸収する点についてより詳細に説明する。
【００４６】
液体吸収性樹脂の液体吸収能力と、吸収する液体の電解質濃度の間には以下の関係式が成り立つ事が知られている（フローリー−レーナーの関係式）。
【００４７】
【数１】
2017196859.tif 000003
【００４８】
Ｑ＝液体吸収能力
Ｓ＝吸収する液体の電解質濃度
Ａ，Ｂ＝液体吸収性樹脂の構造・種類により決まる定数
【００４９】
発明者が注目したのは液体吸収性樹脂の吸収能力が、吸収する液体の電解質濃度により変動するという特性である。例えば、液体吸収性樹脂を接触させる前に、一次画像が形成される領域内の各部分に電解質を均一に存在させておくとする。その後付与される粘着性液体の量が多い部分では希釈され電解質は低濃度に、粘着性液体の量が少ない部分では電解質は比較的高濃度になる。その他に、局所的に電解質の濃度を異ならせる方法としては上述したように予め電解質溶液の付与量を局所的に異ならせる方法がある。
【００５０】
この状態で吸収性樹脂を接触させると、粘着性液体の付与量が多い部分では吸収量が多く、付与量が少ない部分では吸収量は少なめに抑えられ、シンプルな方法でメディア内において、各部分の残存液体の量の違いを低減できる。
【００５１】
ここで、例えば一次画像がインクによるものであると、液体を除去しても色材成分の大方は一次画像に残るので、一次画像における高濃度部分と低濃度部分との画像濃度の関係は維持される。また、粘着性液体が透明な粘着性の樹脂溶液であると、樹脂溶液を多く付与した部分の粘着性樹脂の濃度は、粘着性樹脂の付与量が少ない部分の粘着性樹脂の濃度より高くなり、その部分は高い粘着力を持つ。
【００５２】
またこの方法には、液体吸収量を簡単に制御できるというメリットもある。すなわち電解質の存在によって液体吸収能力を適切に弱めることで余剰液体の過吸収を抑制できるだけでなく、その量の制御により一次画像に残す液体量を簡便に制御することが可能となるのである。
【００５３】
またこの電解質の共存による液体吸収量の制御においては、吸収する液体の総量のみが抑制され、その吸収速度はほとんど低下しないことを見出している。これにより最終的に得たい画像を得るまでのプロセス速度を犠牲にすることがないという顕著な効果が得られる。
【００５４】
液体吸収性樹脂の特性としては、０．９質量％食塩水及び脱イオン水の吸収量（ＪＩＳ  Ｋ７２２３−１９９６にて規定される）が各々１０〜１０００（ｇ／ｇ）であると適度な液体吸収力を発揮できる。さらには２０〜８００（ｇ／ｇ）がより好適である。
【００５５】
また液体吸収性樹脂としてポリアクリル酸塩系ポリマー架橋物を用いると以下の理由によりさらに好適である。ポリアクリル酸塩系ポリマー架橋物は接触してから吸収が始まるまでの応答性に優れ、また吸収した液体の保持力に優れるため液戻りが少ない。粘着性液体が顔料を含むインクである場合には、メディア１の表面に顔料が存在するが、この架橋物を用いると液体吸収後にメディアから剥離する時に十分は離型性が得られ一次画像の乱れを抑えることができる。またこの架橋物には、その表面の追加架橋や成型等の加工自由度が高いというメリットもある。
【００５６】
液体吸収性樹脂としては、その粒径が６０〜８５０ミクロンであるものを成型して利用すると利用し易く、１５０〜６００ミクロンであるものがより好適である。
【００５７】
液体吸収性樹脂の成型は、樹脂合成時の成型をもって行っても良いが、市販されている粉体状の液体吸収性樹脂を用いる場合は、これを成型して使用することが出来る。特に、成型時のバインダー種や液体吸収性樹脂との配合比を設計することで、使用する粘着性液体に合った吸収特性や表面特性を与えることが出来る。バインダーとしては各種ゴムやエラストマ−などの弾性体が一次画像に対する追従性を良好にすることができ好ましい。特に、常温硬化性のシリコーンゴムは作業性や加工性が良いだけでなく、吸収性樹脂の表面離型性が得られるため、一次画像を乱す事が少なく好適である。シリコーンゴムは一般的には強い撥水性を示すため、吸収性樹脂の吸収能力を低減してしまうと思われがちである。しかし、バインダー成分に対して０．１倍から１倍、好ましくは０．２倍から０．８倍ほどの体積比で混合した物はほとんど吸収性能が損なわれることなく優れた加工性が得られ非常に好適である。
【００５８】
また成型後に、耐久性や表面離型性を高めるためにメッシュ状の皮膜やカバーを表面に設けても良い。
【００５９】
メディア１の表面に付与された粘着性液体による画像に液体吸収性樹脂を接触させる際には、一次画像を乱さないように接触させることが望ましい。例えば液体吸収性樹脂をロール状に形成しておいて平板状の画像形成メディアと線で当接するような構成が好適である。一次画像中の余剰液体は接触後時間とともに吸収性樹脂内部に移動し、その後液体吸収性樹脂を剥離する。
【００６０】
この際、必要に応じて余剰の液体を減少させるための他の手段を併用することも可能である。例えば蒸発現象を使用する乾燥手段と液体吸収性樹脂とを併用する方法は、使用可能な粘着性液体の範囲を拡大できるので、材料ごとに液体吸収ユニットを変更する必要性を軽減させることができる。
【００６１】
次いで、液体吸収性樹脂４による処理を終えたらば、粉体付与装置５からメディア上の一次画像に粉体８を付与する。粉体には特段の制限は無く、目的とする画像に応じその種類やサイズなどを適宜選択する事ができる。粉体の例としては、ガラス粉末、樹脂粉末、金属粉、顔料粒子、磁性粉体などが挙げられ、これらは取り扱いも簡単であり、管理も容易である。またこれらの混合物であっても良い。粉体付与装置５の機構としては、粉を対象物に付与する方法として従来から知られている方式を特に制限なく利用可能である。一例としてホッパーと篩を組み合わせた手法が好適である。
【００６２】
ここで、粘着性の樹脂溶液で形成した一次画像に対して液体吸収性樹脂４による処理をして、樹脂溶液を多く付与した部分の粘着性樹脂の濃度を、粘着性樹脂の付与量が少ない部分の粘着性樹脂の濃度より高くした場合について述べる。この場合には、樹脂溶液を多く付与した部分の粘着性樹脂の濃度が高い粘着力を持つので、例えば粒径が大きかったり、疎水性であったりして固定しにくい粉体でも一次画像に固定することができる。樹脂溶液の付与量が少ない部分の粘着力はそれほど高くないので、その部分には、固定しにくい粉体は定着しない。その後に粉体付与装置５または別の粉体付与装置（不図示）から、比較的低い粘着力でも固定できるような粒径の小さい、あるいは親水性の粉体を付与すれば粉体画像９の中で局所的に粉体の種類を変えることができる。
【００６３】
次いで、粉体８が付与されたメディア１は除電エアブロー６にかけられ、吹き付けられた気体によって、メディア１の一次画像の領域の外に付与された粉体は除去される。この除去方法は除電エアブローに限らず、減圧吸引する方式、ブラシを当接して掻き取る方式などを適宜用いることができる。静電ブロー方式は非接触で一次画像部に付着した粉体を乱しにくいので好適である。
【００６４】
このようにして粉体による画像である粉体画像が得られる。液体吸収性樹脂４による処理で、一次画像中の各部分の液体の量の違いが低減されているので、粉体画像９の厚さのばらつきは抑制されている。
【００６５】
このままで最終画像としてもよいが、必要に応じて加熱装置７で加熱を行い、粉体を溶解させて仕上げてもよい。
【００６６】
また、本実施形態の画像形成装置における電解質付与装置２、液体付与装置３、液体吸収性樹脂４、粉体付与装置５、ベルト１０等の各機構は一つの制御部によって統合的な制御を受けてもよいし、各機構がそれぞれ制御部を持ちながら連動してもよい。
【００６７】
（第２の実施形態）
図２は第２の実施形態に係る立体物の製造装置としての積層造形装置１１０の一例を示す模式図である。なお、第１の実施形態と同様の構成あるいは機能を持つものには同じ参照符号を示し、その説明を省略する。
【００６８】
本実施形態では、ベルト状の転写体１１に電解質、粘着性液体、粉体を付与して粉体画像９を形成した後、これを加熱装置７で膜化し、膜化した粉体画像を造形台１３の位置に搬送し、造形台上の製造中の立体物に積層する。製造中の立体物は粉体８とは異なる材料によって形成されるサポート材（不図示）によってサポートされている。サポート材はサポート材の材料を注入する装置および温度調節機構（ともに不図示）により設けられる。この装置は造形台１３が上昇することで、膜化した粉体画像と製造途中の立体物が接触する形態であるが、造形台１３と膜化した粉体画像とが相対的に近づけばよいので、転写体１１が降下してもよい。
【００６９】
本実施形態の立体物の製造装置における電解質付与装置２、液体付与装置３、液体吸収性樹脂４、粉体付与装置５、ベルト１０、造形台１３等の各機構は一つの制御部によって統合的な制御を受けてもよいし、各機構がそれぞれ制御部を持って互いに連動してもよい。
【００７０】
図３は第１の実施形態の積層造形装置１１０および第２の実施形態の積層造形装置１１０の制御系の一例を示す図である。装置全体は符号１００または１１０で示している。１０１は系全体の主制御を成すＣＰＵであり、各部を制御する。１０２はメモリであり、ＣＰＵの基本プログラムを格納したＲＯＭや、インターフェイス１０３から取り込まれる印刷物データ１０４の保存や、データ処理を行うためのワークに使用されるＲＡＭ等により構成される。
【００７１】
ＣＰＵ１０１が印刷、あるいは造形開始の信号を受取ると、設定された条件に従い取得した印刷物データ１０４から実際に液体付与装置３から液体を付与するための吐出データに変換する。積層造形の場合はスライスデータに変換する処理もなされる。そして、必要な領域にインクを吐出するためのデータを液体付与装置３へ、必要に応じて電解質付与装置２にも送信する。同時に電解質付与装置２、液体付与装置３、液体吸収性樹脂４、粉体付与装置５、除電エアブロー６、加熱装置７の状態確認のための通信を行う。積層造形装置の場合は、造形台１３の状態確認も行う。印刷可能であることが確認できれば、搬送ローラー２０によりメディア１がベルトにより搬送される。積層造形装置の場合は転写体１１が搬送される。これらがエンコーダ１０５からの信号により位置決めされると、電解質付与装置２、液体付与装置３、液体吸収性樹脂４、粉体付与装置５、除電エアブロー６、加熱装置７、が所定動作を行い、粉体による画像が形成される。積層造形装置の場合はさらに造形台１３も動作し、予め設定された回数の積層を繰返すと立体物が完成する。
【実施例】
【００７２】
以下に実施例を示し、本発明を更に詳細に説明する。勿論であるが、本発明は下記実施例に限られる物ではない。
【００７３】
（実施例１）
本実施例では図１を用いて説明した画像形成装置を用い、メディア１としてはガラス基板（ソーダライムガラス  ５ｍｍ厚）を用い、写真調のステンドグラスの作成を試みた。
【００７４】
このメディア１の一次画像を形成する領域に、電解質付与装置２としてピエゾインクジェット方式（ノズル密度１２００ｄｐｉ、吐出液滴量４ｐｌ  駆動周波数１０ｋｈｚ）のインクジェット装置を用いて電解質溶液を０．２ｇ／ｍ２付与した。電解質の組成を以下に示す。
【００７５】
＜電解質溶液の組成＞
塩化カルシウム２水和物  ：  ４０重量部
界面活性剤（川研ファインケミカル製  アセチレノールＥＨ）  ：  １重量部
ジエチレングリコ−ル  ：  ２０重量部
純粋（イオン交換水）  ：  ４０重量部
次いで、液体付与装置３としてピエゾインクジェット方式（ノズル密度１２００ｄｐｉ、吐出液滴量４ｐｌ  駆動周波数１０ｋｈｚ）のインクジェット装置を用い、粘着性液体として顔料を含む４色のインクを用いて、フルカラー写真調の一次画像を形成した。使用したインクの組成を以下に示す。
【００７６】
＜インクの組成＞
顔料：１０重量部
ブラック  ：  表面修飾自己分散型カーボンブラック
シアン    ：  Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１５：３樹脂分散体
マゼンタ  ：  Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド７樹脂分散体
イエロー  ：  Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー７４樹脂分散体
分散樹脂（３色共通）  スチレン−アクリル酸エチル共重合体：２重量部
（酸価２２０  平均分子量５０００）
エチレングリコール  ：  ４重量部
エチルアルコール  ：  ４重量部
界面活性剤：界面活性剤（川研ファインケミカル製  アセチレノールＥＨ）：１重量部
純水（イオン交換水）：７９部
【００７７】
次いで、ガラス基板上に形成された一次画像に対し、液体吸収性樹脂４を１０秒間接触させて液体を吸収させた後に剥離した。液体吸収性樹脂は、粉末状のポリアクリル酸塩系ポリマー架橋物（三洋化成製  サンフレッシュＳＴ−５００ＭＰＳＡ）とシリコーンゴム（東レ・ダウコーニング社製  ＳＥ９１８６）の３：７混合物を、ナイロンメッシュ（３００メッシュ）上に厚さ１ｍｍのシート状に成型したものを用いた。この成型した液体吸収性樹脂４の純水吸収能力（２４時間純水浸漬後の重量／乾燥時の重量）は３４．５であった。
【００７８】
次いで、ホッパーと篩からなる粉体付与装置５にて低融点ガラス粉末（硼珪酸鉛系）をガラス基板に全面的に付与し、除電エアブロー６にて一次画像部以外のガラス粉末を除去した。この時、インクが接着剤として作用して、インクが描いた一次画像の模様をしたガラス粉末が残り、インクの顔料により着色された状態の粉体の画像を得た。
【００７９】
次いで、加熱装置７としての赤外ヒーターにてガラス基板の表面を約１８０℃に加熱して画像の仮固定を行った。
【００８０】
最後にガラス基板ごと加熱炉（不図示）に投入し、６００℃で１時間加熱してガラス粉末を溶融させた後、除熱してステンドグラスを得た。
【００８１】
得られたステンドグラスは、細部の画像再現性が良好で、表面平滑性が高いものであった。
【００８２】
（実施例２）
本実施例では図２を用いて説明した積層造形装置を用いて、フルカラーの立体物の造形を行った。
【００８３】
まず、目的とする立体物の形状および色データを所定の厚さのスライスデータに変換した。本実施例では１００μｍ毎のスライスデータを作成した。
【００８４】
転写体１１として、０．４ｍｍのロール状ＰＥＴフィルム表面に、ゴム硬度４０°のシリコーンゴム（信越化学製、商品名；ＫＥ−１３１０）を０．２ｍｍの厚さでコーティングしたものを用いた。転写体１１の表面での液はじきを抑えるため、リモート型大気圧プラズマ処理装置（ＡＰＴ−２０３改（商品名）積水化学製）を用い下記条件で転写体１１の表面改質を行ってから使用した。
【００８５】
（表面改質条件）
・使用ガス；流量：ａｉｒ；１０００ｃｃ／ｍｉｎ、Ｎ２；６０００ｃｃ／ｍｉｎ
・入力電圧：２３０Ｖ
・周波数：１０ｋＨｚ
・処理速度：１００ｍｍ／ｍｉｎ
【００８６】
次いで、転写体１１の一次画像を形成する領域に、実施例１と同じインクジェット装置を用いて、電解質溶液を０．２ｇ／ｍ２付与した。電解質の組成も実施例１と同じである。
【００８７】
次いで、実施例１と同じインクジェット装置を用いて、フルカラーの一次画像を形成した。インクの組成も実施例１と同じである。
【００８８】
＜粘着性液体の組成＞
顔料：１０重量部
ブラック  ：  表面修飾自己分散型カーボンブラック
シアン  ：  Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１５：３樹脂分散体
マゼンタ  ：  Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド７樹脂分散体
イエロー  ：  Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー７４樹脂分散体
分散樹脂（３色共通）  スチレン−アクリル酸エチル共重合体：２重量部
（酸価２２０  平均分子量５０００）
エチレングリコール  ：  ４重量部
エチルアルコール  ：  ４重量部
界面活性剤：界面活性剤（川研ファインケミカル製  アセチレノールＥＨ）：１重量部
純水（イオン交換水）：７９部
【００８９】
次いで、転写体１１上に形成された一次画像に対して、実施例１と同様にして液体吸収性樹脂による液体の吸収をした。液体吸収性樹脂は実施例１と同じである。
【００９０】
次いで、ホッパーと篩からなる粉体付与装置５にて、転写体１１の一次画像部に樹脂粉末（ポリプロピレン粒子  平均粒径２００μｍ）を全面的に付与し、除電エアブロー６にて一次画像部以外の樹脂粉末を除去した。インクが描いた模様状に着色された樹脂粉末が残った。
【００９１】
次いで、加熱装置７（実施例１と同じ）によって転写体１１の表面を約１７０℃に加熱して、樹脂粉末を溶融させて膜化させた。
【００９２】
次いで膜化した画像を造形台１３の位置に搬送し、位置決めを行った後に造形台１３を転写体１１の表面とのギャップが１００μｍとなるまで移動させたのち剥離して造形台１３の表面に膜化した画像を転写した。
【００９３】
さらに、同様のプロセスで形成した膜化した画像を次々に造形台１３上の積層済みの膜化した画像に転写して積層した。
【００９４】
合計１２００回の積層を繰り返した結果、高さ約１２ｃｍの立体物が得られた。この最終造形物は細部の形状精度は十分高く、色の再現性に優れ、また機械的強度も十分高いものであった。
【図１】
2017196859.tif 000004
【図２】
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【図３】
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