(57)【要約】【解決手段】インクが選択的に適用されている熱可塑性材料の表面をデボス加工する方法が開示されている。固化して固着するインクによって発生する力により熱可塑性材料の表面に装飾性レリーフが形成されるため、表面を変形するダイを使用する必要がなく、表面の変形とは別にインクを適用して固化する必要もなく、美観および触感アピールを備えた製品を製造することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性材料の表面をデボス加工する方法であって、
熱可塑性材料の表面にインクを適用し、該インクに該表面の一定領域を覆わせるステップと、
該インクを固化するステップと、
該インクが固化する際に、該インクが適用された熱可塑性材料の表面の領域に対して力を及ぼし、該表面を、該インクが適用されていない表面の領域に対して相対的に移動させ、該インクが適用された表面の領域を陥没させるステップと、
を含んでいることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記インクが適用された表面の領域に対して及ぼされる力は、該インクが固化する際に硬化し収縮することによって発生されるものである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記インクの固化ステップは該インクを紫外線に曝露することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
表面の領域を覆った前記インクは、該インクが適用された表面の領域上に視覚的デザインを形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
表面の領域を覆った前記インクは、該インクが適用されていない表面の領域上に視覚的デザインを形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記インクはフリーラジカル系のＵＶ硬化性インクを含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記インクはカチオン系のＵＶ硬化性インクを含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記熱可塑性材料の表面は中実である、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記熱可塑性材料は中実であるスキン、および微小孔を含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記熱可塑性材料の表面は少なくとも二次元の湾曲を含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
製品であって、
デボス加工領域を含んだ表面を備える熱可塑性材料を含んでおり、
該デボス加工領域は、
前記熱可塑性材料の表面にインクを適用し、該インクに該表面の一定領域を覆わせるステップと、
該インクを固化するステップと、
該インクが固化する際に、該インクが適用された熱可塑性材料の表面の領域に対して力を及ぼし、該表面を、該インクが適用されていない表面の領域に対して相対的に移動させ、該インクが適用された表面の領域を陥没させるステップと、
を含んだものである、製品。
【請求項１２】
前記製品はカップである、請求項１１に記載の製品。
【請求項１３】
前記製品はカップであり、かつ、前記熱可塑性材料は中実であるスキンと、微小孔とを含んでいる、請求項１１に記載の製品。
【請求項１４】
前記インクの固化が該インクを紫外線に曝露することを含んだものである、請求項１１に記載の製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本願は２０１３年３月１５日に出願された米国仮特許願６１／７９３８９６「気泡（膨張）熱可塑性製品上のＵＶ硬化性インクインプリント及びその製造方法」の優先権を主張する。
【背景技術】
【０００２】
エンボス（凸）加工技術とデボス（凹）加工技術は、表面の美感アピールと触感アピールを高めるよう、物体の表面上に装飾的レリーフ（浮彫）を設けるために一般的に利用されている。エンボス加工は材料の表面に凸状刻印を創出し、デボス加工は材料の表面に凹状刻印を創出する。これら２種の装飾効果は、典型的には所望のパターン（紋様）を含んだダイ（押型）と別のダイとの間に材料を配置し、続いてそれらダイを相互方向にプレス（押圧）して材料上に永久的な刻印を付与することで達成される。エンボス加工のためには、所望のパターンを含んだダイが、対面するエンボス加工される材料の表面に対して表面の下方に陥没するまでプレスされる。デボス加工のためには、所望のパターンを含んだダイが、デボス加工される材料の表面に対して直接的にプレスされる。
【０００３】
レリーフ（relief）の美観アピールを引き立てるために表面上の装飾レリーフにはインクが多用される。インクが使用されるとき、１種以上の顔料で適したダイ（dye）をコーティング処理し、インクが適用されたダイを物体の表面にプレスし、ダイで表面を変形させつつインクを表面に移動させることにより材料の表面にインクを固着させることができる。インクは別ステップによって表面に適用することもできる。例えば、平坦な顔料の図柄を印刷プレートによって材料の表面上に転写し、続いて、ダイプレートを図柄が存在する表面に対してプレスすることができる。別の例は、熱と圧力によりカバーシートから剥離するインクを含んだカバーシートを介して立体像（図柄）を材料の表面に堆積させる工程を含んでいる。
【０００４】
材料の表面のエンボス加工及び／又はデボス加工は製品のアピール度を高めるが、そのような工程は別処理ステップによる追加費用を発生させ、新規な図柄あるいは所望のパターンのためにダイの交換が必要となる可能性がある。このようなことは、表面に形成された装飾レリーフを引き立たせるのにインクが使用される場合に特に当て嵌まる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】（特になし）
【発明の概要】
【０００６】
本発明の一形態によれば、熱可塑性材料の表面をデボス加工する方法には、（１）インクが表面の一定領域をカバーするように熱可塑性材料の一定表面にインクを適用する工程、（２）そのインクを固化する工程、および（３）そのインクが固化する際に、その表面が、インクが適用されていない表面の領域に対して下方移動するようにインクが適用された熱可塑性材料の表面の領域に力を加えてインクが適用された表面の領域を陥没させる工程が含まれる。
【０００７】
インクの固化と共に熱可塑性材料の表面をデボス加工することで、インクを表面に定着させつつ熱可塑性材料の表面に装飾レリーフを形成することができる。このように、表面の美観アピールと触感アピールを迅速且つ容易に向上させることができ、表面を変形加工するためにダイを使用する必要なく、また表面の変形とは別の工程でインクを適用して固化させる必要なく、インクによりそのアピール度を向上させることができる。
【０００８】
本発明の別の実施形態では、製品は、デボス加工された領域を含んだ一表面を有した熱可塑性材料を含み、そのデボス加工された領域は、（１）インクがその表面の一定領域をカバーするように熱可塑性材料のその表面にインクを適用する工程、（２）そのインクを固化する工程、および（３）そのインクが固化する際に、インクが適用されていない表面の領域に対してその表面が下方移動するようにインクが適用された熱可塑性材料の表面の領域に力を加えてインクが適用された表面の領域を陥没させる工程によって形成される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の一実施例による、表面にデボス加工された領域を含んだ熱可塑性カップの斜視図である。
【図２】図２は、本発明の一実施例による、図１に示されるカップに含まれた微小構造を有した熱可塑性材料の一部の断面の写真である。
【図３】図３は、本発明の一実施例による、図１に示されるデボス加工された領域の拡大斜視図である。
【図４】図４は、本発明の一実施例による、表面の一領域に適用されたインクを備えた表面の断面図である。
【図５】図５は、本発明の一実施例による、図４のインキが適用された表面のデボス加工された領域を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明の別の実施例による、表面の一領域に適用されたインクを備えた表面の断面図である。
【図７】図７は、本発明の別の実施例による、図６のインクが適用された表面のデボス加工された領域を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は本発明の一実施例による熱可塑性カップ１０の斜視図である。カップ１０は、美観アピールおよび触感アピールをカップに付与するためにデボス加工された領域（デボス加工領域）１４（詳細が図３で示されている部分）を有する表面１２を含む。カップ１０は、デボス加工領域１４の美観アピールを引き立てるためにデボス加工領域１４に適用されたインク１６も含む。ここではカップ１０が示されて説明されているが、標識、箱または所望の包装あるいは容器といった任意の物品においても、ここで説明される通りのデボス加工領域１４及びインク１６を含むことができる。デボス加工領域１４は、まずインク１６を表面１２に適用し（図４との関係で詳述）、続いてインク１６を固化させることにより形成される。インク１６の固化によって、インク１６はインク１６を適用された表面１２のその部分に固着され、カップ１０が包装されて出荷され、最終的に人によって使用される間、インク１６、及び、このようにしてインク１６が形成するパターンをカップ１０上にそのまま保全する。インク１６の固化はまた、インク１６が適用されていない表面１２の部分を下方に陥没させるべく、インク１６が適用された表面１２の部分を生じさせるものであり、デボス加工領域１４を形成すべく表面１２をこのようにしてデボス加工するものである。
【００１１】
インク１６の固化を伴う熱可塑性カップ１０の表面１２のデボス加工によって、インク１６を表面１２に固着させつつ、熱可塑性カップの表面に装飾レリーフを形成することができる。このように、表面１２の美観アピールおよび触感アピールを素早く容易に高めることができ、表面１２を変形するためにダイを使用する必要がなく、表面１２の変形とは別のステップでインク１６を適用して固化させる必要もなく、インク１６でそのアピール度を高めることができる。
【００１２】
インク１６の固化によるデボス加工領域１４の形成は、インク１６により吸収されるエネルギー量の関数であると思われる予期せぬ結果をもたらした。インク１６が吸収するエネルギー量は、インク１６に曝露されたエネルギー強度および曝露時間（持続時間）によって定まる。インクに曝露されるエネルギー強度が増加すると、所定の持続時間にインキ１６に吸収されるエネルギー量は増加する。また、所定の持続時間が長くなると、所定のエネルギー強度に対してインク１６に吸収されるエネルギー量も増加する。インク１６の固化に従い、インク１６は硬化し、固化前のインク１６よりも密度が高い形態に収縮する。インク１６の硬化と収縮により、インク１６が適用された表面１２に与えられる力が生まれ、表面１２を押圧すると考えられる。特に、表面１２の上面に存在する密度が高くなったインク１６の重量は表面１２に対して力を及ぼし、表面１２に結合したインク１６の収縮は表面上で表面に対して横方向に引っ張ると考えられる。また、インク１６によって吸収されるエネルギーにより、表面１２に及ぼされる力に対応して変形し得る表面１２の温度にまで、表面１２が加熱され得る。もし表面１２が非結晶性または弱結晶性であれば、表面の熱履歴によりその表面がさらに結晶化され、収縮されるであろう。これらの形態により、デボス加工領域１４が表面１２に形成されると考えられる。
【００１３】
他の要因もデボス加工領域１４の形成に影響を及ぼすであろう。例えば、表面１２に適用されるインク１６の色彩と密度はデボス加工領域１４の形成に影響を及ぼすであろう。なぜなら、インク１６が固化した後のインク１６の最終重量は、インク１６が固化する前のインク１６の密度に依拠するからである。さらに、インク１６の色彩と密度は、固化のためにインク１６により吸収されるエネルギー量に影響を及ぼし、よってインク１６が固化する際に表面１２が受領する熱量に影響を及ぼす。デボス加工領域１４の形成に影響を及ぼす別の要因は、熱可塑性材料、及び該材料の微小構造である。例えば、微小孔（microcellular core）を有する熱可塑性材料の表面１２は、微小孔を有さない同じ材料よりも容易に変形するであろう。デボス加工領域１４の形成に影響を及ぼす別の要因は、インク１６を表面１２に堆積するために印刷パッドが表面１２に適用する圧力量である。例えば、表面１２に適用される圧力は、インク１６を表面１２上の所望のパターンの端部で凝縮させ、あるいは押し出すであろう。図６と図７に関して説明したように、これはデボス加工領域１４を、デボス加工領域１４の他の部分よりもデボス加工されていない表面１２の部分の下方にさらに陥没させるであろう。
【００１４】
さらに図１に言及すると、デボス加工された表面１２を含んだカップの材料は任意の所望の熱可塑性材料でよい。例えば、この実施例および他の実施例では、材料はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を含む。追加的に、あるいは代用として、熱可塑性材料は１以上の次の材料を含むことができる。すなわち、ポリスチレン、ポリカーボネート、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン、グリコール修飾ＰＥＴ、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＮＯＲＹＬ（酸化ポリフェニレンとポリスチレンのブレンド）、ポリ塩化ビニル、および結晶可能なポリエチレンテレフタレート（ＣＰＥＴ）の中から選択できる。
【００１５】
さらに、デボス加工された表面１２を含んだカップ材料の微小構造は任意の所望の微小構造を含むことができる。例えば、図２で示すように、この実施例および他の実施例では、微小構造はスキン（薄皮）２０（ここでは２層）を含み、気胞サイズ（cell size）が典型的には０．１μｍから２００μｍの範囲の多数（典型的には１０８／ｃｍ３以上）の閉じた微小気泡（閉鎖セル）２２（明瞭性のために３つのみ表示）を含んでいる。これら多数の気泡（bubble）あるいは閉鎖セル２２は、スキン２０間に挟まれた微小孔（microcellular core）２４を形成する。それぞれのスキン２０は、その微小構造が閉鎖セル（closed-cells）２２を含まず、またはせいぜい微小孔２４よりも大幅に少ない閉鎖セル２２を含んだスムーズ（平滑）な外層であり、よって実質的に中実（solid）である。この実施例および他の実施例では、それぞれのスキン２０は閉鎖セル２２に不可欠である。とりわけ、それぞれのスキン２０および複数の閉鎖セル２２は、１つのプロセス中で形成されるものであり、これらは同じ初期のシート、すなわち、中実である熱可塑性材料で作った初期のシートから形成されるものである。そのようなプロセスの一例は国際特許願ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０４８２７０（２０１１年８月１８日出願「熱可塑性ポリマー材料を含んだ容器及びオーバーラップ（包装体）並びにそれらの製造のための関連方法」）において解説されている。他の実施形態では、スキン２０は閉鎖セル２２に不可欠なものではなく、閉鎖セル２２が形成された後に、スキン２０が形成され得る。さらに別の実施形態では、押し出しプロセスが発泡プラスチックを製造するのに利用される。そのようなプロセスでは、中実である熱可塑性顆粒物が化学添加剤または物理的な発泡剤と共に押し出し機に供給され、熔融溶液を形成すべく高圧および高温下で混合される。このポリマーガス溶液（熔融溶液）は、多数の閉鎖セル、及び／又は、開放セル（open-cells）を有する気泡構造物内を発泡させるべく、ダイから実質的に押し出される。
【００１６】
それぞれの閉鎖セル２２のサイズは任意の所望サイズでよく、材料の厚み全体での閉鎖セル２２の分布は任意の分布でよい。例えば、この実施例および他の実施例では、それぞれの閉鎖セルのサイズは気泡内の空隙を延びる最大寸法で１μｍから６０μｍの長さであり、微小孔２４内を通じて閉鎖セルは均等に分布できる。それぞれの閉鎖セルの形状は、たとえ存在すると仮定しても殆どは完全な球状ではないため、それぞれの閉鎖セルのサイズは、閉鎖セル内の空隙を延びる最長の弦の長さとして任意に特定される。例えば、楕円形セルのサイズは気泡の長手方向に延びる最長の弦の長さであり、球体のサイズは球体の直径の長さとなる。
【００１７】
微小孔２４内の多数のセル２２によって、インク１６が固化する際に加熱され、力がかけられたとき、カップ１０の表面１２はデボス加工領域１４に容易に変形する。スムーズなスキン２０のおかげで、表面１２には正確なパターンを形成するようにインク１６が適用でき、正確で高品質なレリーフをデボス加工領域１４に形成させることができ、正確で高品質なグラフィック（graphic）を備えたレリーフを引き立たせることができる。
【００１８】
図１に示す通り、インク１６は任意の所望のインク１６でよく、よって、インク１６の固化は、所望のインク１６を固化できる所望の手法によって達成できる。例えば、この実施例および他の実施例では、インク１６は、ＵＶ照射に曝されると固化するＵＶ硬化性インク（ultraviolet (UV) curable ink）を含む。インク１６はフリーラジカル（遊離ラジカル）系のＵＶ硬化性インクでよく、あるいはカチオン系のＵＶ硬化性インクでよい。とりわけ、インク１６は、ゼラー＋グメリン社が製造するシリーズ７７ドライオフセットインクを含む。他の実施形態では、インク１６は他の乾燥オフセットインク、及び／又は、他の手段によって固化できる他のインクを含むことができる。
【００１９】
他の実施形態も可能である。例えば、インク１６を表面１２に固定するための固化を必要としないインク１６が使用できる。このような例では、所望のパターンを形成するため、インク１６を表面１２に適用し、インク１６に隣接する表面１２が温まるのを最小限度に抑えるため、インク１６に隣接する表面１２ではなく、インク１６に与えられるエネルギーによりインク１６を温めることができる。これはインク１６に隣接する表面１２の遮蔽により、あるいは正確な位置に正確に与えられ得るエネルギーの形態を活用することによって達成できる。このことは、インク１６に与えられたエネルギーの大部分を吸収して、吸収したエネルギーを熱に変換する、インク１６の構成要素を加えることによっても達成できる。
【００２０】
図３は本発明の一実施例による図１において示される、デボス加工領域１４の一部の拡大図である。図３において示される通り、デボス加工領域１４は底部分（非図示）を含み、その上に、固化したインク１６が付与されており、さらに、底部分から、デボス加工されていない表面１２への移行部である傾斜部３０を含む。この実施例では、牛耳形状部３２を画定（輪郭）するインク１６は黒色であり、“Ｕ”部３４を画定するインク１６は緑色である。さらに、牛耳形状部３２を囲む傾斜部３０は“Ｕ”部３４を囲む傾斜部よりも幅広い。この差はインク１６の異なる色の結果であり、固化時にそれぞれによって吸収される熱量の差による結果である。この差は２つのインク１６間の密度の差の結果でもあり得る。
【００２１】
図４と図５は本発明の一実施例による表面４０の断面図である。図４はインク４２が適用された後で、デボス加工領域を発生させるためにインク４２が固化する前の表面４０を示す。図５はデボス加工領域４４を発生するようにインク４２が固化した後の表面４０を示す。
【００２２】
インク４２は、任意の所望のパターンを形成すべく、任意の所望の手法により表面４０に適用できる。例えば、この実施例および他の実施例では、インク４２は、乾燥オフセットプロセスにより表面４０に適用されるが、そこではインク４２が最初に任意の所望の視覚パターンにより、ゴムパッドまたは“ブランケット（blanket）”に適用される。インク４２を表面４０に移すべく、このゴムパッドまたは“ブランケット”は、同じ所望の視覚パターンで表面４０に対して押し付けられる。インク４２が表面４０に適用された後に、インク４２は前述のように固化され、デボス加工領域４４を発生させる。
【００２３】
図６と図７は本発明の一実施例による表面５０の断面図である。図６は、デボス加工領域を発生させるためにインク５２が適用された後の、インク５２が固化する前の表面５０を示す。図７はインク５２が固化し、デボス加工領域５４を発生させた後の表面を示す。
【００２４】
この実施例および他の実施例では、インク５２は、表面５０の一定の領域が表面５０の他の領域よりも多量の、あるいは高濃度のインク５２を受領するように表面５０に適用される。例えば、インク５２は隣接する部分よりも多量のインクを含む２つの部分５６を含む。乾燥オフセットプロセスにおいては、ゴムパッドまたは“ブランケット”から表面５０に十分にインク５２を移動させるべく必要とされる力をさらに加えることにより、このことが達成できる。余剰の力はインク５２を表面５０上のパターンの縁部（edge）で濃縮させ、または押し出させる（squeeze-out）。その後、インク５２の部分５６が固化すると、それらは下側の表面５０を、デボス加工されていない表面５０の部分のさらに下側に、部分５６間でインク５２の下側に存在するデボス加工領域５４の他の部分よりも陥没させる。
【００２５】
前述の説明は、当業者が本発明を利用できるように提供されている。実施例の様々な変更は当業者には自明であり、本発明の原理は本発明の精神および範囲から逸脱せずに他の実施形態に適用できる。よって、本発明は説明した実施例に限定されず、本発明には、ここで開示した原理と特徴に合致する最も広い範囲が付与されるべきである。
【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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【図７】
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【国際調査報告】
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