JP2007168432A - 印刷システムおよび印刷方法 - Google Patents

Abstract

【課題】印刷システムについて、近接電極の場合に生じる電界低下を低減させる改良をする。
【解決手段】印刷システムは、表面１６を有する印刷構造１０と、印刷構造１０の表面１６が通過する電解槽１４と、表面１６上に電荷による画像を形成する露光部材１８であって表面１６が電解槽１４を通過し電解槽１４の中の電解質が電荷に付着しながら画像を形成する露光部材１８と、表面１６の露光されていない部分にインクを塗布して表面１６上にインク画像を形成するインク槽２０と、を備える。
【選択図】図１

Description

以下は、印刷に関する。それは特に印刷表面に応用される。さらにとりわけ、エレクトロウェッティング（electrowetting）効果に基づいて印刷表面を処理することに向けられている。

オフセット印刷とは、インク画像をゴムブランケット（例えば、オフセットドラム）に転写し、さらに印刷表面に転写する、印刷技術である。従来のオフセット印刷では、一般に、親水性の領域と疎水性の領域とに分割された印刷ドラム表面が用いられる。ドラムは、島状の水および後にオフセットドラムに転写されるインクで装飾される。そして、オフセットドラム上のインクは、印刷ページに転写される。油と水の反発に基づいてリソグラフィプロセスと組み合わせて用いる場合に、オフセット技術では、一般に、平らな（平版印刷による）画像支持体であって、その支持体上において、印刷される画像がインクローラからインクを得る一方で、非印刷部分がフィルム状の水を引き寄せて、非印刷部分をインクがついていない状態に保つ画像支持体が用いられる。その他の場合において、グラビア印刷プロセスで実施されているように、インクをブレードまたはスキージで塗布することが可能である。

エレクトロウェッティング技術が、可変データ印刷を行うことが可能なオフセットプリンタを製造するために用いられてきている。可変データ印刷とは、印刷機を停止させたり減速させたりすることなく、例えば、テキスト、グラフィックス、画像のような要素を一つの印刷されたものから次のものに変更することができるオンデマンド印刷の一つの形態である。従って、可変データ印刷によれば、文書の大量注文製作（マスカスタマイゼーション）が可能となる。例えば、単に同一の書簡を複数回印刷するのとは対照的に、一組の個人別の書簡を、各々の書簡に異なる名前と住所をいれて印刷することが可能である。この技術は、コンピュータデータベースとデジタル印刷機を利用してフルカラー文書を作成する、デジタル印刷の産物である。エレクトロウェッティングとは、静電電荷を印加することによって、表面上の液体の広がりを調整する機能である。一般に、絶縁層がエレクトロウェッティング電極上に含まれる。

米国特許第４，８８０，７１６号明細書 米国特許第６，１４６，７９８号明細書 米国特許第６，３２１，６５２号明細書

静電画像を書くための従来の技術では、一般に、近接電極が用いられる。この結果、電界は、電極と絶縁体との間のエアギャップを横断して低下する。従って、電界低下を低減させる改良がなされた印刷構造のためには、未解決の要求がある。

本発明に係る印刷システムは、表面を有する印刷構造と、前記印刷構造の前記表面が通過する電解槽と、前記表面上に電荷による画像を形成する露光部材であって、前記表面が前記電解槽を通過し前記電解槽の中の電解質が前記電荷に付着しながら前記画像を形成する露光部材と、前記表面の露光されていない部分にインクを塗布して前記表面上にインク画像を形成するインク槽と、を備える。

また、前記表面が、前記印刷構造に隣接している光導電体層と、前記光導電体層を覆って形成された絶縁体層と、で形成されていることが好ましい。

また、前記表面上の前記画像が複数の回転にわたって保持されて単一の画像形成工程に対して前記画像が複数回書かれることが可能であることが好ましい。

本発明に係る印刷方法は、印刷表面を露光して１つまたはそれ以上の疎水性の部分と１つまたはそれ以上の親水性の部分とを有する静電画像を作成し、電解槽中の電解質を前記印刷表面の前記親水性の部分に引き寄せる電位を印加し、湿った印刷表面がインク槽を通過させられて前記インク槽のインクが前記印刷表面の前記疎水性の部分に付着することによって、前記印刷表面上にインク画像を形成する。

図１を参照して、印刷システムの一部分について説明する。この印刷システムの一部分は、例えば、電解質、インク等の材料を表面１６に引き寄せることを容易にする一層またはそれ以上の層１２を備えた印刷構造１０（例えば、ドラム、ベルト、転写媒体等）を含む。この印刷システムの一部分は、さらに、構造１０の表面１６に隣接して配置された電解槽１４を含む。電解槽１４は、水溶性の電解質、水、および／またはその他の材料を収容する。一つの具体例において、電解槽１４はエレクトロウェッティングプロセスを駆動するのに好適な電位に保持され、構造１０は接地電位に保持される。

一層またはそれ以上の層１２は、電解槽１４を介して露光源１８によって様々に露光される。この露光によって、非露光領域に対応する疎水性の領域が表面１６上に生じ、露光領域に対応する親水性の領域が表面１６上に生じる。この露光によって、表面１６上に静電潜像が生じ、電解槽１４の中の電解質が、表面１６の帯電部分に付着する。電解槽１４を出ると、水溶性の電解質および／またはその他の材料が、表面１６の親水性の領域上、すなわち露光領域上に残る。部分的に湿った表面１６は、さらに、インクおよび／またはその他の材料を収容するインク槽２０を通過する。インク槽２０の中のインクおよび／またはその他の材料によって、表面１６の疎水性の領域、すなわち電解質によって湿らせられていない非露光領域が湿らせられる。これにより、結果的に、もう１つの表面に転写することが可能なインク画像が表面１６上に得られる。

図２は、印刷構造１０、一層またはそれ以上の層１２、および表面１６の一部分を示す。図示のように、一層またはそれ以上の層１２は、光導電体層２２および絶縁体層２４を含むことが可能である。一般に、光導電体層２２は構造１０を覆うように形成され、絶縁体層２４は光導電体層２２を覆うように形成される。表面１６上の電解質液滴２８と、電極として作用する構造１０と、の間に電位２６を印加することが可能である。電解質液滴２８に印加される電位２６は、エレクトロウェッティングに好適な電位であることが可能である。以下に詳細に述べるように、その他のパラメータの中でもとりわけ、この電位によって、表面１６に対する電解質液滴２８の接触角度が制御される。

光導電体２２が露光源１８によって（例えば、光またはその他の好適なエネルギーを）照射された領域において、光導電体２２は、絶縁体と光導電体との境界面３２に対して蓄積する電荷３０を伝導する。電荷３０は、電解質液滴２８を引き寄せ、表面ウェッティング特性を変える。光導電体層２２を画像のように露光することにより、結果的に、表面１６の画像のようなウェッティングが得られる。さらに、上述のように、インク槽２０を通して、部分的に湿った表面１６にインクを塗布して、もう１つの表面に転写することが可能なインク画像を作成することが可能である。

光導電体層２２および／または絶縁体層２４を単一の層で形成することが可能な場合もあれば、その一方で層２２および２４の一方または両方を複数の層で形成することが可能な場合もある。例えば、絶縁体層２４は、ウェッティング表面１６の特性を定める一つの層および絶縁破壊強度を高める他の層を含むことが可能である。

図３は、中間転写機構を備えた印刷システムを示す。この印刷システムは、（光導電体層２２および絶縁体層２４を備えた）構造１０、電解槽１４、およびインク槽２０を含み、さらに、第２の構造３４および第３の構造３６を含む。図示のように、これらの構造１０、３４、および３６の各々が、Ａ、Ｂ、およびＣに対応する方向に回転する。上述のように、構造１０は、表面１６が、エレクトロウェッティングプロセスを駆動するのに好適な電位に保持されている電解槽１４を通過するように動く（例えば、回転する）。

表面１６の１つまたはそれ以上の部分が、水溶性の電解質および／またはその他の材料の電解槽１４を介して露光される。表面１６の１つまたはそれ以上の部分を露光するのに用いられる装置１８は、例えばレーザ、発光ダイオード（ＬＥＤ）スポット等の任意の露光装置であることが可能である。代替的に、光−レンズの電子写真複写機における画像形成と同様の技術を用いて、元文書を表面１６上に画像化することが可能である。電荷が、露光領域上に生じ、絶縁体層２４と光導電体層２２との間の境界面に対して蓄積する。この電荷によって、槽１４中の電解質が引き寄せられ、表面ウェッティング特性が変えられる。画像のような露光により、結果的に、表面１６の画像のようなウェッティングが得られる。代替的な実施の形態では、光導電体層２２を用いてエレクトロウェッティング表面に印加される電圧を切り換えるのではなく、アクティブマトリックスバックプレーン（active matrix backplane）を用いて印刷のための可変データ−ウェッティング表面を作成することが可能である。

部分的に湿った構造１０は、電解槽１４の中から出てインク槽２０を通過する。表面１６上のうちで電解質によって湿らせられていない領域が、インク槽中のインクおよび／またはその他の材料によって湿らせられて、表面１６上にインク画像を作成する。このインク画像は、オフセットドラム（例えば、ゴムドラム）、ベルト、および／またはその他の中間転写部材であることが可能な、第２の構造３４に転写されることが可能である。構造１０からのインクは、第２の構造３４に付着する。第２の構造３４は、第２の構造３４および第３の構造３６によって案内された印刷媒体３８（例えば、紙、ベラム（羊皮紙）、プラスチック、セラミック等）に機能的に接触する。印刷媒体３８が第２の構造３４を横断すると、インク画像は、第２の構造３４から印刷媒体３８に転写される。

代替的な実施の形態において、電解槽１４が電解質としてインクを含んでもよく、インクパターンを表面１６上に静電帯電画像から直接的に形成することが可能である。この実施の形態では、インク槽２０が、印刷システムのなかに含まれていても含まれていなくてもよい。もう１つの代替的な実施の形態において、構造１０は、インクおよび水の細かく分離された液体粒子からなるエマルジョン（emulsion）を通過することが可能であり、ここで、これらの２つの材料は、局所的な表面ウェッティングによって、表面１６のそれぞれの部分上に分かれていく。いずれの代替例であっても、インク画像を、さらに、例えば、第２の構造３４、ドラム、ベルト、中間転写媒体、もう１つの表面等のような、もう１つの転写媒体に転写することが可能である。

インクが構造１０から第２の構造３４に転写された後、表面１６は、必要に応じてクリーニング部材４０を通過する。クリーニング部材４０は、表面１６上に残るあらゆるインク、電解質、および／またはその他の材料を除去する。ある場合において、電解質は、構造１０の材料を吹き飛ばすエアナイフを用いて構造１０の疎水性の領域から落とされることが可能である。別の場合において、構造１０の疎水性の表面と親水性の部分との間に配設されたウェッティング表面とともに、親水性の表面を備えたローラを用いることが可能である。場合によっては、静電潜像が、構造１０の複数の回転にわたって保持され、単一の画像形成工程に対して複数回その画像が書かれるようにすることができるということが正しく認識される。

図４は、電解槽を介して印刷表面を露光することによって印刷表面を処理（addressing）する方法を示す。ステップ４２において、印刷表面が電解槽に入る。印刷表面は、例えば、印刷ドラム、ベルト等の構造上に形成されることが可能である。ある場合において、印刷表面は、光導電体および絶縁体で形成される。例えば、光導電体は構造を覆うように形成されることが可能であり、絶縁体は光導電体を覆うように形成されることが可能である。ステップ４４において、槽中の電解質と印刷構造との間に電位を印加することが可能である。一般に、印刷構造は接地電位に保持され、電解質はエレクトロウェッティングに好適な電位に保持される。

ステップ４６において、構造の表面上に静電潜像が形成される。ある場合において、画像は、印刷表面の１つまたはそれ以上の部分を好適なエネルギーに露光することによって作成される。表面の１つまたはそれ以上の部分を露光するのに用いられる装置は、例えばレーザ、ＬＥＤスポット等の任意の露光装置であることが可能である。この結果、露光部分に電荷が形成される。電荷は、絶縁体と光導電体との境界面に対して蓄積し、電解質を引き寄せる。ステップ４８において、インクが表面に塗布され、表面の露光されていない部分に付着する。例えば、電解槽を出ると、水溶性の電解質が表面の放電部分に残る。表面は、さらに、インク槽を通過し、インクによって表面上の帯電部分が湿らせられる。

必要に応じて、そのインクをもう１つの表面に転写することが可能である。例えば、インクが塗布された表面は、ドラム、ベルト、印刷媒体、中間転写機構等に機能的に接触することが可能であり、そのインクがもう一方の表面に転写される。加えて、画像が転写された後に表面上に残るインク、電解質、および／またはその他の材料を除去するために、表面をクリーニングすることが可能である。例えば、表面の材料を吹き飛ばすエアナイフを用いて電解質を除去することが可能である。もう１つの場合において、構造の疎水性の表面と親水性の部分との間に配設されたウェッティング表面とともに、親水性の表面を備えたローラを用いることが可能である。別の場合では、静電潜像が、表面からの画像の複数回の転写にわたって保持され、単一の画像形成工程に対して複数回その画像が書かれるようにすることができる。

上述の方法は一連の行為として説明されているが、代替的な具体例においては、これらの行為のうちの１つまたは複数が異なる順番で行われることが可能であり、これらの行為のうちの１つまたは複数が１つまたは複数のその他の行為と同時に行われることが可能であり、より多くの行為またはより少ない行為を用いることが可能であるということは言うまでもない。

図５〜図７は、電位２６を調整することによって、表面１６に対する電解質液滴２８の接触角度５８を制御することを説明する非限定的な具体例を示す。これらの図面は、バイアス無し（図５）から約３００ボルト（図６）を経て約１０００ボルト（図７）までの印加されるバイアスに応じて接触角度５８が増加することを示す。１０Ｖ／μｍ〜４０Ｖ／μｍの間の電界（fields）を用いて、接触角度５８を、約１１０度から約４５度まで変化させた。結果は、０．１ＭのＮａＣｌ溶液の場合および純脱イオン水（pure Dl water）の場合に性質上実質的に同様であった。その他の好適な材料としては、ＶＨＢおよびテフロン（登録商標）が含まれるが、これらに限定されない。接触角度と電位２２との関係は、以下の関数である。

ここで、θは接触角度、θ₀は最初の接触角度、ｃは絶縁誘電体の単位面積当たりの静電容量、γは電解質の表面張力、Ｖは印加電位である。静電容量ｃは、絶縁体層２４を光導電体層２２とともに積層することによって変化させることが可能である。

上述の図２には、光導電体２２の対応する部分が局所的に帯電させられている表面１６の一部分における電解質液滴２８が図示されている。電荷は、構造１０を接地電位に保持し、電解質液滴を好適なエレクトロウェッティング電位に保持することによって印加される。電荷は、光導電体２２と絶縁体２４との間の境界面に蓄積し、電解質液滴２８を表面１６に引き寄せる。以下の表１および表２に、具体例としてのシナリオに関連付けられた様々な入力パラメータ（表１）および出力パラメータ（表２）を示す。

本明細書において説明されたシステムおよび方法によって、可変データを用いたオフセット印刷が容易となる。これにより、インクジェット印刷に用いることが可能なものよりも、より好適なインクを用いることが可能になる。特に、非水溶性であって高粘度のインクを可変データにより印刷することが可能である。粘性インクは、その顔料含有率が高いので、飽和度（彩度）の高い色を得ることが可能である。本明細書において説明されたシステムおよび方法を用いて、金属、半導体、セラミックス等を含有するインクを含む、粘性インクを様々な表面上に印刷することが可能である。

電解槽を介して印刷表面を露光することによって、印刷表面上に画像を形成する、印刷システムの一部分を示す図である。 印刷システムの印刷表面における様々な層の一部分を示す図である。 中間転写媒体を備えた印刷システムの一部分を示す図である。 電解槽を介して印刷表面を露光することによって、印刷表面を処理する方法を示す図である。 全くバイアスのかかっていない状態で電解質接触角度を示す非限定的な具体例を示す図である。 ３００ボルトのバイアスがかかっている状態で電解質接触角度を示す非限定的な具体例を示す図である。 １０００ボルトのバイアスがかかっている状態で電解質接触角度を示す非限定的な具体例を示す図である。

符号の説明

１０ 印刷構造、１４ 電解槽、１８ 露光部材（露光源）、２０ インク槽。

Claims (4)

1. 表面を有する印刷構造と、
   前記印刷構造の前記表面が通過する電解槽と、
   前記表面上に電荷による画像を形成する露光部材であって、前記表面が前記電解槽を通過し前記電解槽の中の電解質が前記電荷に付着しながら前記画像を形成する露光部材と、
   前記表面の露光されていない部分にインクを塗布して前記表面上にインク画像を形成するインク槽と、
   を備える、印刷システム。
2. 請求項１に記載の印刷システムであって、
   前記表面が、前記印刷構造に隣接している光導電体層と、前記光導電体層を覆って形成された絶縁体層と、で形成されている、印刷システム。
3. 請求項１に記載の印刷システムであって、
   前記表面上の前記画像が複数の回転にわたって保持されて単一の画像形成工程に対して前記画像が複数回書かれることが可能である、印刷システム。
4. 印刷表面を露光して１つまたはそれ以上の疎水性の部分と１つまたはそれ以上の親水性の部分とを有する静電画像を作成し、
   電解槽中の電解質を前記印刷表面の前記親水性の部分に引き寄せる電位を印加し、
   湿った印刷表面がインク槽を通過させられて前記インク槽のインクが前記印刷表面の前記疎水性の部分に付着することによって、前記印刷表面上にインク画像を形成する、印刷方法。

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