JP2005532907A - 顔料フレークの磁気による平坦化 - Google Patents

Abstract

磁界を印加して、表面に対して磁性顔料フレークを平坦にする。光学的可変顔料フレークなどの顔料フレークは、様々なペイント、インク、押出し品、粉体コーティング、および他の装飾およびセキュリティ用途の形態で使用される。多くの応用例では、顔料フレークは、互いに平行に、かつ顔料フレークを塗布する表面に平行に整列する傾向がある。これらの顔料フレークが適切な磁気構造を含む場合、磁界を印加した後で、これらのフレークを整列させることができ、また、これらのフレークが分散される担体が依然として流動性である場合には、基板の面内でのこれらのフレークの整列を強化することができる。ある種の印刷工程では、印刷スクリーンまたは印刷用ダイを基板から持ち上げると、基板に平行に塗布された顔料フレークが平面から外れる。磁界を印加することにより、基板の平面に対して顔料フレークを再整列することができ、それによって、特に光学的可変顔料によって印刷された像の視覚的な品質が高められる。

Description

本発明は、一般に顔料フレークで物体を印刷または製作することに関し、より詳細には、磁気により顔料フレークを面内で整列させて、これらのフレークの累積的な視覚効果を高めることに関する。

顔料フレークは、ペイント、インク、繊維、化粧品、押出しフィルム、プラスチック・コーティング、および粉体コーティングなど様々な用途で使用される。異なるタイプの顔料フレークにより、様々な視覚効果が、しばしば際だった形で得られる。顔料フレークを使用して得られる視覚効果の例は、カラー・シフトである。顔料フレークは、フレークが視角に対して傾くと色が変化するファブリ・ペロ（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ）構造または薄膜スタックなどの光干渉構造を有し得る。このようなカラー・シフト像の例を２、３挙げると、２０ドル札などの紙幣上のセキュリティ形体として、また、車両、ヘルメット、眼鏡フレーム、マニキュア、および携帯電話ケースを含めて、様々な消費財の装飾目的で利用されている。顔料フレークの他の例には、反射性フレーク顔料および回折性フレーク顔料が含まれる。

ある種の印刷工程では、顔料フレークは、印刷紙などの物体の面内で整列し、その結果、個々のフレークの集合による効果から光学的な視覚効果が生じる傾向がある。各フレークが互いに、あるいは基板の面に完全に整列する必要はなく、これらのフレークのうち十分な部分が適切に整列すると、適切な光効果が得られる。

遺憾ながら、他の印刷工程は、顔料フレークを平坦に整列させるのに適しておらず、実際、ある種の印刷応用例では、ほぼ平坦に塗布されるフレークの整列が損なわれる一因になる。したがって、顔料フレークを組み込む物体を、これらのフレークの平坦整列状態が改善された状態で生成することが望ましい。

本発明では、フレーク顔料を使用して物体の視覚的な見かけを高める。一実施形態では、基板表面に磁性顔料フレークを塗布する。次いで、磁界を印加して、これらの磁性顔料フレークの少なくとも一部を基板表面の平面に対してより厳密に整列させる。平坦化された顔料フレークの集合による光学的な効果のために、視覚的な見かけが高められる。本発明の別の実施形態では、表面にフレークを塗布し、次いで、これらのフレークを磨いて平坦にする。

ある特定の実施形態では、塗布中に基板の面にフレークを整列させるが、印刷プロセスが完了した後でこれらのフレークを非平坦化する印刷技術を利用して文書上に像を印刷する。流体担体中のカラー・シフト磁性顔料粒子を基板の表面に塗布し、磁界を印加して、これらのカラー・シフト磁性顔料粒子の少なくとも一部を基板表面の平面に対してより厳密に整列させる。一般に、これらのフレークは、平坦化後、担体を乾燥または硬化させることによって固定される。このような像は、紙幣上の偽造防止デバイスなど、装飾またはセキュリティのために利用し得る。

Ｉ．序論
本発明では、磁性顔料フレークを使用して視覚効果を高める。これらの磁性顔料フレークは流体担体中に分散させ、それによって、これらの磁性顔料フレークが、フレークの両端間に印加する磁界から生じるトルクに応答し得る。別の実施形態では、基板の面にフレークを向けることができる程度に担体が十分に可塑性である間に、印刷した像を磨くことによってこれらのフレークを物理的に平坦にする。

Ｉ．印刷応用例
図１Ａは、印刷装置１０の簡易側面図である。ダイ１２は彫り込まれた面を有し、この面にインク１４が塗布されている。このインクは、インク輸送体またはペイント輸送体などの流体担体１８内に分散した磁性顔料フレーク１６を含む。この担体は、透き通ったまたは薄く着色された輸送体など透明なものにすることもできるし、半透明にすることもできる。インクは、他の顔料粒子を含み得る。

一般に、顔料フレークは、平坦または適度に平坦で、小さく薄いフレークである。フレークの典型的な寸法は、幅約２０μｍ、厚さ約１μｍとし得るが、これらの寸法は単なる例であり、限定的なものではない。はるかに大型のフレークまたははるかに小型のフレークを使用することができ、異なるアスペクト比のフレークを使用することもできる。光学的可変顔料（「ＯＶＰ」（商標））の顔料フレークは、薄膜層で作製されたファブリ・ペロ構造などの光干渉構造を含む。ＯＶＰにより、視角に応じて色がシフトする。光学設計を異なるものにすると、様々な色合いが得られ、色を移すことができる。厚さ約２５〜約２５０ｎｍのニッケルまたはパーマロイの層など、磁性材料の薄膜層を組み込んだ顔料フレークにより、顔料フレークを磁気により整列させるための適切な磁性構造が得られる。他の磁性材料および構造を顔料フレークに組み込んで、磁気により整列させるための適切な磁性構造が得られる。適切な材料から永久磁石を形成し得るが、一般に、凝集を避けるために、塗布する前のフレークの永久磁石化は避けることが望ましい。反射性で、カラー・シフトしない効果を得るのに使用し得るニッケル・フレークなど、ある種の顔料フレークは、磁性材料から簡単に作製することができる。

ダイの面上の磁性顔料フレーク１６は、プレートまたはテーブル２４によって支持される基板２２の表面２０に相当する面内で適度によく整列されているように示されている。この基板は、例えば、紙、フィルム、積層体、カード用紙、布、皮、プラスチック、または金属とし得る。考察の便宜上、例として紙の基板を使用する。様々な方法でフレークをダイの面上で整列させることができる。フレークは、流体抵抗が最小になるように、担体の流れに従う傾向がある。担体（例えばインク）内のフレークは、ブレードまたはスキージで表面に沿ってインクを引いて薄い層にすることによってこの表面に整列させることができる。次いで、これら引かれたフレークを、ダイが拾い上げて、基板上に印刷することができる。

図１Ｂは、基板２２に接触するダイ１２の簡易側面図であり、磁性顔料フレーク１６は比較的整列したままである。図１Ｃは、ダイ１２を基板２２から持ち上げたときに、どのように磁性顔料フレーク１６が平面整列状態から外れるかを示す簡易側面図である。このように平面化されていない状態になるのは、他の印刷工程で生じる。

図２Ａは、シルク・スクリーン装置などのスクリーン印刷装置３０の簡易側面図である。このような技術では、パターン化されたスクリーン３２を使用する。このパターンは、いくつかの方法で画定することができ、その１つは、感光乳剤３４を使用することである。この感光乳剤を現像してパターン化されたスクリーンにウィンドウ３６を開ける。実際の「シルク」スクリーン３８は、極めて薄く精巧なものであり、インクまたはペイントを通過させることができる。

ブレードまたはスキージ４２によって矢印４４で示す方向にスクリーンを横切ってインク４０を引く。スキージでスクリーンを横切ってインクを引くと、基板２２の面内で、印刷されたインク４０’中の顔料フレーク１６が整列する傾向がある。というのは、フレークは、流体の流れの方向に沿って整列する傾向があり、スクリーンおよび基板を横切ってスキージを引く動作により、図に示すようにフレークが整列する傾向があるからである。

図２Ｂは、パターン化されたスクリーン３２が依然として接触している間は、印刷された部分４４内で顔料フレーク１６が整列しているところを示す簡易側面図である。図２Ｃに、基板２２からパターン化されたスクリーン３２を持ち上げると、どのように顔料フレーク１６が非平坦化されるかを示す。

非平坦化が生じると、フレークが塗布されて平坦になった状態のまま保持される場合に得られる一種（または複数種）の光学的な効果が損なわれる。スプレーまたはジェット・プロセスなどの他のプロセスでは、最初にフレークが平坦化されないことがあり、塗布されて平坦になった状態のまま維持される場合でも、フレークをさらに平坦にすると、印刷された像の視覚的な品質が改善されることがある。そのため、基板に塗布した後で、顔料フレークを平坦にし得ることが望ましい。

ＩＩ．顔料フレークの磁気による平坦化
図３Ａは、基板２２の簡易側面図であり、基板２２の表面２０（すなわち平面）上の流体担体１８内の磁性顔料フレーク１６は平坦化されていない。これらの平坦化されていない磁性顔料フレークは、フレークを十分に平坦にしないか、あるいはフレークをある程度非平坦化する技術を利用して塗布し得る。これらの技術には、塗布したときにフレークが集合して視覚効果が生じる現在の技術が含まれる。顔料フレークの一部は基板の面内に存在し得るが、多くは存在しないこと、および、より多くのフレークを基板の面に整列させること（「平坦化」）によって視覚効果を一般に高めることができることを理解されたい。

図３Ｂは、本発明の実施形態による、磁性顔料フレーク１６を平坦にする装置５０の簡易側面図である。磁石５２、５４は、破線５６で示す磁力線を、本質的に基板２２の面内で生成するように構成される。流体担体１８内に分散した磁性顔料フレークは、これらの磁力線に沿って整列する傾向があり、その結果、これらのフレークの大半の表面は、基板の表面に、したがって互いに、より平行になる。これらの磁石は、一方の磁石のＮ極５３が他方の磁石のＳ極５５に面するように配置されるが、異なる磁石構成も可能である。フレークを整列させた後で、一般に、乾燥、固化、または硬化によって担体を固定する。

ある種の印刷工程では、約２ｍ／秒の範囲に含まれるスピードで磁石を通過して基板が移動し、インクが基板に塗布された後で、担体は急速に乾燥する。フレークの平坦化が行われるのは、数ミリ秒間に過ぎない。Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石など、一般に「スーパー・マグネット」として知られる永久磁石は、高速印刷工程で磁性顔料フレークを平坦にするのに十分に大きな磁界を生成し得る。ある種の実施形態では電磁石を使用することができるが、力が同等の永久磁石よりもかさばる傾向があり、電流を必要とするコイルでは熱が発生する。このような永久スーパー・マグネットは、最大で７０，０００アンペア／メートルの磁界強度を生成し得るが、他のプロセスは、異なる磁界強度で操作されることがある。平坦化に利用可能な時間、担体の粘度、フレークのサイズ、およびフレークの磁気特性などのファクタが、所望のフレークの整列に影響を及ぼし得る。同様に、磁気による平坦化の後でさえ、すべてのフレークが基板の面内で完全に整列するとは限らないこと、磁性顔料フレークによって形成される像の視覚特性の向上は程度の問題であり、この向上が適合するかどうかは、例えば初期状態フレークおよび所望の効果に依存し得ることを理解されたい。

図３Ｃは、基板２２に塗布された磁性顔料フレーク１６を平坦にする本発明の別の実施形態による装置６０の簡易側面図である。磁石６２、６４、６６は、基板２２の下に、それらのそれぞれのＮ極およびＳ極を図に示すような状態で配置する。これらの磁石は、磁力線７２が基板の面に本質的に平行になるように、印刷領域６８、７０に対して相対的に配置する。

別の実施形態では、例えばプラスチック・フィルムを押し出す間にフレークを平坦にするために、フレークの両側に狭い間隔で対向する磁石（Ｎ極−Ｎ極またはＳ極−Ｓ極）を備えることができる。この場合には、別個の「基板」がないことがある。プラスチックを硬化または固化させると、フィルム内でフレークの向きが固定される。

フレークを平坦にすると、フレークの集合による視覚効果が高められる。光学的可変顔料の場合には、より明るく、より濃い色が得られる。ある特定の実施例では、光学的可変顔料を使用して、シルク・スクリーン技術を利用して試験用カードに塗布するインクを作製した。１枚のカードは通常どおり乾燥させ、第２のカードには、インク輸送体（担体）が乾燥して顔料フレークが基板の面内で平坦になる前に磁界を印加した。各サンプルごとに彩度を測定した。平坦化により、彩度が１０ポイント増加した。これは極めて大きな増加である。顔料フレークの光学設計を変更することによって、例えば、薄膜層の材料または薄膜層の数を変更することによって、既存の印刷技術に対してこのような彩度の増加を実現することは極めて難しい。磁気光学的可変顔料を使用するインタリオ（Ｉｎｔａｇｌｉｏ）プロセスで印刷された像の彩度を最大４０ポイント向上させることが可能であろうと考えられる。そのため、フレークの光学設計を変更せずに、光学的可変顔料フレークで印刷された像の視覚的な印象を大きく向上させることが実現可能である。フレークに磁気構造を追加すると、塗布後、フレークを平坦にすることができる。

図４は、本発明の実施形態で使用するのに適した磁性顔料フレーク８０の簡易側面図である。光学構造８４と８６の間に磁気構造８２がある。これらの光学構造は、例えば光学的可変顔料の技術分野ではよく知られているように、磁気構造の次にある反射層、スペーサ層、次いで、吸収体層を有するファブリ・ペロ構造とし得る。場合によっては、磁気層８２は、例えばそれがニッケル層の場合には、ファブリ・ペロ構造中の反射体として機能し得る。厚さ約５０ｎｍのニッケルおよびパーマロイの層では、ファブリ・ペロ光学構造を伴う（平均して）厚さ約１μｍ、幅約２０μｍのカラー・シフト顔料フレークが磁気により整列することがわかっている。誘電体薄膜干渉スタックなど、他の光学構造を使用することもできるし、例えば金属磁気フレークの場合には光学構造を割愛することもできる。また、環境保護用の１つまたは複数の薄く着色した層など、他の層を追加することもできる。フレークを対称的なものとして示すが、これは必要条件ではない。ただし、この対称性は、一般に、集合による所望の光学効果を実現するのに望ましい。

図５は、本発明の実施形態に従って、紙などの基板９２上に印刷した例示的な像９０の簡易平面図である。この像は、例えば、紙幣、ラベル、または製品パッケージ上に印刷するセキュリティ、認証、または偽造防止用のデバイスとすることができる。磁性顔料フレークを含むペイントまたはインクを基板に塗布し、磁界を印加して磁性顔料フレークを平坦にする。

ＩＩＩ．方法例
図６Ａは、本発明の実施形態による、磁性顔料フレークを平坦にする方法６００の簡易流れ図である。流体担体中の磁性顔料フレークを基板に塗布する（ステップ６０２）。担体が依然として流動性である間に、磁性顔料フレークに磁界を印加して、これらのフレークを基板の面内で整列させる（ステップ６０４）。次いで、この担体を典型的には乾燥、硬化、または固化させて、これらのフレークの整列状態を固定する（ステップ６０６）。ある種の実施形態では、磁界に対して基板を静止させるが、他の実施形態では、ときには高速で基板を移動させる。この基板は、いくつかの像を上に印刷する大型の紙のシートとすることもできるし、または紙のロールとすることさえできる。

図６Ｂは、本発明の実施形態による、磁性顔料フレークを平坦化し直す方法６１０の簡易流れ図である。流体担体中の磁性顔料フレークは、シルク・スクリーン印刷工程またはなんらかのインタリオ印刷工程中など、塗布中に部分的に整列させる（ステップ６１２）。例えば基板からスクリーンまたはダイを持ち上げると、これらのフレークが非平坦化される（ステップ６１４）。担体が依然として流動性である間に、磁性顔料フレークに磁界を印加して、これらのフレークを基板の面内で整列させる（ステップ６１６）。

図６Ｃは、本発明の別の実施形態による、顔料フレークを平坦にする方法６２０の簡易流れ図である。基板に顔料フレークを塗布し（ステップ６２２）、次いで、これらの顔料フレークを磨き（ステップ６２４）、それによってこれらのフレークを物理的に押し付けて基板の面に整列させる。顔料フレークが担体に含まれる形で供給される場合、この担体は一般に、これらのフレークのわずかな再整列を許すのに十分可塑性があり、これらの顔料フレークは、磁性フレークである必要はない。例えばこれらのフレークを基板の面に整列させるのに十分な圧力が得られる２つのローラ間に、印刷された基板を通すことによって磨くことができる。プレートまたはテーブルで支持された静止基板は、単に、印刷された像の上で滑らかな物体をこするか、あるいは転がして、これらのフレークを基板の面に押し付けることによって磨くことができる。

以上、本発明の特定の実施形態および本発明を実施する最良の形態を参照して本発明を説明してきたが、本発明の範囲および趣旨から逸脱することなく、様々な改変形態および置換形態が当業者には明らかであろう。したがって、上記説明は単なる例であり、本発明は添付の特許請求の範囲で定められることを理解されたい。

印刷前の印刷装置を示す簡易側面図である。 印刷中の印刷装置を示す簡易側面図である。 印刷後の印刷装置を示す簡易側面図であり、顔料フレークの非平坦化を示す。 印刷前のスクリーン印刷装置を示す簡易側面図である。 印刷中のスクリーン印刷装置を示す簡易側面図である。 印刷後のスクリーン印刷装置を示す簡易側面図であり、顔料フレークの非平坦化を示す。 非平坦化磁性顔料フレークを含む印刷体を示す簡易側面図である。 本発明の実施形態に従って、磁気により平坦化された顔料フレークを示す簡易側面図である。 本発明の別の実施形態に従って、磁気により平坦化された顔料フレークを示す簡易側面図である。 本発明の実施形態で使用するのに適した顔料フレークの例を示す簡易側面図である。 本発明の実施形態に従って印刷された像の例を示す簡易平面図である。 本発明の実施形態による、磁性顔料フレークを平坦にする方法を示す簡易流れ図である。 本発明の実施形態による、磁性顔料フレークを再平坦化する方法を示す簡易流れ図である。 本発明の別の実施形態による、磁性顔料フレークを平坦にする方法を示す簡易流れ図である。

Claims (22)

1. 磁性顔料フレークを平坦にする方法であって、
   磁性顔料フレークを基板の表面に塗布するステップと、
   磁界を印加して、磁性顔料フレークの少なくとも一部を基板の表面に平行な平面に対してより厳密に整列させるステップと
   を含む、方法。
2. 磁性顔料フレークが流体担体の形で塗布される、請求項１に記載の方法。
3. 請求項１に記載の方法に従って印刷された像を有する文書。
4. 前記像が、紙幣上のセキュリティ形体である、請求項３に記載の文書。
5. 前記像が、ラベル上のセキュリティ形体である、請求項３に記載の文書。
6. 磁界を印加するステップの後で、磁性顔料フレークを固定するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
7. 磁性顔料フレークを固定するステップが、依然として磁界を印加している間に行われる、請求項６に記載の方法。
8. 前記基板が、磁界を印加するステップ中に磁界に対して相対的に移動する紙のシートである、請求項１に記載の方法。
9. 前記基板が、磁界を印加するステップ中に磁界に対して相対的に移動する紙のロールの一部である、請求項１に記載の方法。
10. 前記基板が、磁界を印加するステップ中に磁界に対して相対的に移動する紙のシートである、請求項１に記載の方法。
11. 磁性顔料フレークが光学構造を含む、請求項１に記載の方法。
12. 前記光学構造がカラー・シフト構造であり、磁界を印加するステップにより像の彩度が高められる、請求項８に記載の方法。
13. 文書上に像を印刷する方法であって、
    流体担体中のカラー・シフト磁性顔料粒子を基板の表面に塗布するステップと、
    カラー・シフト磁性顔料粒子の少なくとも一部を基板表面の平面に対してより厳密に整列させるために磁界を印加するステップと、
    カラー・シフト磁性顔料粒子を固定するステップと
    を含む、方法。
14. 前記文書が紙幣である、請求項１３に記載の方法。
15. 前記文書がラベルである、請求項１３に記載の方法。
16. 前記カラー・シフト磁性顔料粒子を塗布するステップが、カラー・シフト磁性顔料粒子を基板表面の平面に対して機械的に整列させ、次いで、機械的に整列されたカラー・シフト磁性顔料粒子の少なくとも一部を非平坦化することを含む、請求項１３に記載の方法。
17. 前記塗布するステップが、シルク・スクリーン印刷を含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記塗布するステップが、インタリオ印刷を含む、請求項１６に記載の方法。
19. 前記磁界を印加するステップが、像の彩度を復元する、請求項１６に記載の方法。
20. 前記磁界を印加するステップが、像の彩度を高める、請求項１３に記載の方法。
21. 表面上の顔料フレークの光学的な品質を改善する方法であって、
    表面に顔料フレークを塗布するステップと、
    顔料フレークの少なくとも一部を基板の表面に対して平坦にするために顔料フレークを磨くステップと
    を含む、方法。
22. 前記顔料フレークがカラー・シフト顔料フレークであり、前記顔料フレークを磨くステップが彩度を改善する、請求項２１に記載の方法。

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