JP2009132151A - 放射線硬化性インクの下側硬化 - Google Patents

Abstract

【課題】様々な放射線硬化性インクおよび基材に対し広範囲な適用性を有する、基材上の放射線硬化性インクの透き通しを効果的に最小に抑える装置および方法を提供する。
【解決手段】印刷される基材３の印刷面と反対側に配置された硬化ランプ６を含み、基材３を通して照射することにより放射線硬化性インク２を部分的に硬化するインク印刷装置を開示する。さらに、基材３上の放射線硬化性インク２を、基材３の印刷面と反対側に配置された硬化ランプ６に露光させることにより、放射線硬化性インク２を部分的に硬化するための方法を提供する。
【選択図】図１Ｂ

Description

本開示は一般に、放射線硬化性インクの硬化を含むインク印刷装置、および放射線硬化性インクを部分的に硬化させるための方法に関する。特に、この開示は、印刷基材の印刷面と反対側に配置され、基材を通して照射することにより放射線硬化性インクを部分的に硬化させ、その後、または同時にインクを完全に硬化させる硬化ランプを組み入れたインク印刷装置を提供する。さらに、この開示は、基材上の放射線硬化性インクを基材の印刷面と反対側に配置した硬化ランプに露光させることにより、放射線硬化性インクを部分的に硬化させるための方法を提供する。

インクジェットプリンタまたはオフセット印刷機などのインク印刷装置は、公知の放射線硬化性インクを硬化させるための硬化ランプ、例えばＵＶ硬化性インクを硬化させるための紫外線（ＵＶ）硬化ランプを組み入れていることが知られている。

そのようなインク印刷装置では、放射線硬化性インクは基材、例えば紙上に印刷され、その後、硬化ランプにより硬化される。硬化ランプは、直接インクを照らして、実質的にインク全てを硬化する。基材は一般に、プリントヘッドの位置から、硬化ランプの位置まで、１つまたは複数のローラ、ベルトなどによって、装置中を移動させられる。

不都合なことに、インクがプリントヘッドにより堆積される時と硬化ランプにより硬化される時との間に、硬化されていないインクが基材中ににじみ出る可能性がある。例えば、液体または溶融未硬化インクが紙基材の繊維中ににじみ出る可能性があり、少なくとも部分的に基材の裏側から視認可能になる可能性がある。この問題は透き通しまたは裏抜けとして当技術分野で公知であり、一般に多孔質基材上に堆積された任意の型の液体インクにおいて現れることが公知である。この問題は、低粘度インク、例えばインクジェットインクにおいてより顕著であり、一方、リソインクなどのより粘度の高いインクはこの問題を受けにくい。より詳細には、透き通しは、インクによって基材の裏側がどれくらい着色されたかの測定値である。

裏側透き通しの欠点は、両面印刷をすることができないことである。特に、インクが紙の反対側に向かって移動すると（ｗｉｃｋｓ）、反対側への透き通しが第２面の印刷を駄目にし、または紙の両側のプリント品質を劣化させるため、両面印刷は不可能である。透き通しが目に見えるようになるにはインクが完全に紙を通過する必要はなく、紙の内側にわずかな距離でも移動すると、表面に完全にとどまっているインクに比べ、検出可能な違いが引き起こされる可能性がある。

透き通しの問題は、いくつかの公知の方法の１つまたは複数で、従来対処されている。第１に、透き通しは、例えば、米国特許第６，２５８，８７３号で開示されているように粘度を制御することによりインクの物理特性を制御することにより、または米国特許第６，４２８，１５９号で記載されているように乾燥時間を制御することにより、最小に抑えることができる。透き通しはまた、米国特許第６，２８３，５８９号で開示されているものなどの様々なポリマー類で基材をコートすることにより最小に抑えてもよい。インク組成および基材コーティングを変動させる公知の方法は、透き通しを最小に抑える最も広く使用されているアプローチである。

しかしながら、これらのアプローチはいくつかの欠点を有する。例えば、インク組成および基材コーティングは透き通しを最小に抑えるためには、一般に化学的適合性を有さなければならない。より詳細には、乾燥時間、粘度、表面エネルギーおよび極性などのインク組成物特性は、透き通しを減少させるために、多孔度、イオン電荷および疎水性などのある基材コーティング特性に適合するように、特異的に調整されなければならない。このように、インクまたは表面コーティングのいずれかを、互いにうまく作用するように、しばしば改良しなければならず、インクおよび基材ストックの他の所望の組み合わせを排除してしまう状況となる。

透き通しを最小に抑える他の方法が公知である。例えば、透き通しは、米国特許第７，２０２，８８３号において開示されているように、像に高温で溶融定着部材を適用することにより印刷像を溶融定着に供することにより制御してもよい。最後に、共に譲渡された特許、米国特許第６，４２８，１５９号は、インクから水を急速に蒸発させる一方、インクが依然として表面に存在する乾燥システムを含むことにより、透き通しを阻止するインク印刷装置を記載する。しかしながら、透き通しを取り扱うこれらのアプローチは、複雑な機械が必要である、エネルギー消費量が大きい、このため広範な商業化に欠けるといった欠点を有する。さらに、これらのアプローチは、放射線硬化性インクに特に適しておらず、それぞれ、熱硬化性および蒸発性インクに対するものにすぎない。

米国特許第６，２５８，８７３号明細書 米国特許第６，２８３，５８９号明細書 米国特許第７，２０２，８８３号明細書 米国特許第６，４２８，１５９号明細書 米国特許第６，４９２，４５８号明細書 米国特許第６，３９９，１７３号明細書 米国特許公開番号第ＵＳ２００３／００６５０８４号公報 米国特許公開番号第ＵＳ２００７／０１２０９２１号公報 米国特許公開番号第ＵＳ２００７／０１２０９２４号公報

そのため、様々な放射線硬化性インクおよび基材に対し広範な適用性を有する、基材上の放射線硬化性インクの透き通しを効果的に最小に抑える装置および方法が必要である。

本開示は、印刷基材の印刷面の反対側に配置され、基材を通して照射することにより印刷後直ちに放射線硬化性インクを部分的に硬化させる硬化ランプを組み入れたインク印刷装置を提供することにより、これらのおよび他の要求に対処する。さらに、この開示は、基材上の放射線硬化性インクを基材の印刷面の反対側に配置された硬化ランプに露光させることにより放射線硬化性インクを部分的に硬化させるための方法を提供する。

実施形態では、この開示は、放射線硬化性インクを印刷するためのプリントヘッドと、装置を介して基材を移動させるための１つまたは複数のローラと、印刷基材の印刷面と反対側に配置された第１の硬化ランプと、印刷基材の印刷面と同じ側に配置された第２の硬化ランプと、を含むインク印刷装置を提供する。別の実施形態では、この開示は、基材上に放射線硬化性インクを印刷する工程と、第１の硬化ランプにより、印刷基材の裏側を照射することにより印刷後直ちにインクの下側を部分的に硬化させる工程と、第２の硬化ランプにより印刷基材の前側を照射することによりインクを実質的に完全に硬化させる工程と、を含む印刷基材を形成するための方法を提供する。

本開示は、本明細書で記載された特別な実施形態に限定されず、いくつかの成分およびプロセスは、この開示に基づき、当業者により変更されてもよい。本明細書で使用した用語は特別な実施形態を説明するためのものにすぎず、制限するものではない。

この明細書および添付の特許請求の範囲では、「１つの（ａ、ａｎ）」および「その（ｔｈｅ）」などの単数形は、本内容で特に明示されていなければ、複数形を含む。さらに、下記のように規定される多くの用語について言及してもよい。

「放射線硬化性インク」という句は、インク組成物がある波長の電磁スペクトルに露光されると、重合するモノマー類を含む任意の無色、着色、白色または黒色インク組成物を意味する。

「液滴広がり（ｄｒｏｐ ｓｐｒｅａｄｉｎｇ）」という句は、個々のインク滴が、連続コーティングを形成するために、基材の表面を横切って広がる過程を意味する。

「ＵＶ光」という句は、約１〜約４００ナノメートルの間の波長のスペクトルの紫外線電磁放射線を意味する。「ＵＶＡ」という句は約３２０〜約４００ナノメートルの間の波長のスペクトルの紫外線電磁放射線を示し、一方、「ＵＶＢ」という句は約２８０〜約３２０ナノメートルの間の波長のスペクトルの紫外線電磁放射線を示す。

基材上に放射線硬化性インクを印刷するための改善されたインク印刷装置は、基材を通して照射することにより、印刷後直ちに放射線硬化性インクを部分的に硬化させる、印刷基材の印刷表面の反対側に配置された硬化ランプを備える。

全体としてのインク印刷装置は、インクを印刷するための任意の公知の装置、例えばインクジェットプリンタ、例えば圧電インクジェット、熱インクジェット、音響インクジェット；オフセット印刷機、フレキソ印刷機、またはリソグラフ印刷機であってもよい。

放射線硬化性インクは、放射線下で硬化する任意の公知の無色、着色、白色または黒色インクであってもよい。例えば、放射線硬化性インクは、紫外線（ＵＶ）硬化性インクであってもよい。本開示によるインク組成物は一般に、キャリヤと、着色剤と、１つまたは複数の追加の添加物を含む。そのような添加物としては、例えば、溶媒類、ワックス類、酸化防止剤類、粘着付与剤、滑り補助剤（ｓｌｉｐ ａｉｄ）、硬化性モノマー類および／またはポリマー類などの硬化性成分、ゲル化剤、開始剤、増感剤、湿潤剤、殺生物剤、保存剤などが挙げられる。成分の具体的な型および量は、当然、インク組成物の具体的な型、例えば、液体、固体、熱溶融物、相変化、ゲルなどに依存する。硬化性インクは導電性または磁性粒子などの機能粒子のためのキャリヤであってもよい。

一般に、インク組成物は１つまたは複数の着色剤を含む。任意の所望のまたは有効な着色剤をインク組成物において使用することができ、顔料、染料、顔料と染料の混合物、顔料混合物、染料混合物などが挙げられる。

着色剤は、インク組成物中に任意の所望または有効量で存在することができ、所望の色または色相が得られる。例えば、着色剤は、典型的にはインクの少なくとも約０．１重量％、例えばインクの少なくとも約０．２重量％またはインクの少なくとも約０．５重量％、かつ典型的にはインクの約５０重量％以下、例えばインクの約２０重量％以下またはインクの約１０重量％以下の量で存在することができるが、量はこれらの範囲外とすることができる。

インク組成物はまた、必要に応じて酸化防止剤を含むことができる。インク組成物の必要に応じて用いられる酸化防止剤は、像を酸化から保護すると共に、インク組成物がインク調製プロセスの加熱部分中に酸化されるのを防ぐ。適した酸化防止剤の具体例としては、ナウガード（ＮＡＵＧＵＡＲＤ、登録商標）シリーズ酸化防止剤、例えば、ナウガード（登録商標）４４５、ナウガード（登録商標）５２４、およびナウガード（登録商標）７６（コネティカット州オックスフォードのユニロイヤルケミカルカンパニー（Ｕｎｉｒｏｙａｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ）から市販）、イルガノックス（ＩＲＧＡＮＯＸ、登録商標）シリーズ酸化防止剤、例えばイルガノックス（登録商標）１０１０（チバガイギー（Ｃｉｂａ Ｇｅｉｇｙ）から市販）などが挙げられる。存在する場合、必要に応じて用いられる酸化防止剤はインク中に任意の所望または有効量、例えばインクの少なくとも約０．０１〜約２０重量％、例えばインクの約０．１〜約５重量％、またはインクの約１〜約３重量％の量で存在することができるが、量はこれらの範囲外とすることができる。

インク組成物はまた、必要に応じて、粘度調整剤を含むことができる。適した粘度調整剤の例としては、脂肪族ケトン類、例えばステアロンなどが挙げられる。存在する場合、必要に応じて用いられる粘度調整剤はインク中に任意の所望または有効量、例えばインクの約０．１〜約９９重量％、例えばインクの約１〜約３０重量％、またはインクの約１０〜約１５重量％の量で存在することができるが、量はこれらの範囲外とすることができる。

放射線、例えは紫外線硬化性インク組成物として、インク組成物は、典型的には硬化性モノマー、硬化性オリゴマー、もしくは硬化性ポリマー、またはそれらの混合物であるキャリヤ材料を含む。硬化性材料は典型的には２５℃で液体である。硬化性インク組成物はさらに、着色剤および上記他の添加物に加えて、他の硬化性材料、例えば硬化性ワックスなどを含むことができる。

「硬化性」という用語は、例えば、重合可能な成分またはその組み合わせ、すなわち、例えばフリーラジカル経路を含む重合により硬化させてもよい、および／または放射線感受性光開始剤を使用することにより重合が開始される重合により硬化させてもよい材料を示す。このように、例えば、「放射線硬化性」という用語は、光および熱源を含み、開始剤の存在または不存在を含む、放射線源への露光による全ての硬化形態を含むことが意図される。例示的な放射線硬化経路としては、例えば２００〜４００ｎｍの波長を有する紫外（ＵＶ）光またはよりまれには可視光を使用した、例えば光開始剤および／または増感剤の存在下での硬化、ｅ−ビーム放射線を使用した、例えば光開始剤の不存在下での硬化、熱硬化を用いた、高温熱開始剤（一般に噴射温度では大体不活性である）の存在または不存在下での硬化、ならびにそれらの適当な組み合わせが挙げられるが、それらに限定されない。硬化プロセスは、ラジカルもしくはカチオン経路または両方の組み合わせにより進行可能な重合である。開始種はフリーラジカルであってもよく、本質的に酸性または塩基性であってもよい。

適した放射線、例えばＵＶ硬化性モノマー類およびオリゴマー類としては、アクリル化エステル類、アクリル化ポリエステル類、アクリル化エーテル類、アクリル化ポリエーテル類、アクリル化エポキシ類、ウレタンアクリラート類、およびペンタエリトリトールテトラアクリラートが挙げられるが、それらに限定されない。しかしながら、さらに、ビニルエーテル類およびマレアート類などの非アクリラート硬化性モノマー類およびオリゴマー類を使用することができる。

適したアクリル化オリゴマー類の具体例としては、アクリル化ポリエステルオリゴマー類、例えばＣＮ２２６２（サートマー社（Ｓａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏ．））、ＥＢ８１２（サイテックサーフィススペシャルティーズ（Ｃｙｔｉｃ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｐｅｃｉａｌｉｔｉｅｓ）、ＥＢ ８１０（サイテックサーフィススペシャルティーズ）、ＣＮ２２００（サートマー社）、ＣＮ２３００（サートマー社）など、アクリル化ウレタンオリゴマー類、例えばＥＢ２７０（ＵＣＢケミカルズ（Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ））、ＥＢ５１２９（サイテックサーフィススペシャルティーズ）、ＣＮ２９２０（サートマー社）、ＣＮ３２１１（サートマー社）など、およびアクリル化エポキシオリゴマー類、例えばＥＢ６００（サイテックサーフィススペシャルティーズ）、ＥＢ３４１１（サイテックサーフィススペシャルティーズ）、ＣＮ２２０４（サートマー社）、ＣＮ１１０（サートマー社）など；ならびにペンタエリトリトールテトラアクリラートオリゴマー類、例えばＳＲ３９９ＬＶ（サートマー社）などが挙げられるが、それらに限定されない。適したアクリル化モノマー類の具体例としては、ポリアクリラート類、例えばトリメチロール、プロパントリアクリラート、ペンタエリトリトールテトラアクリラート、ペンタエリトリトールトリアクリラート、ジペンタエリトリトールペンタアクリラート、グリセロールプロポキシトリアクリラート、トリス（２−ヒドロキシエチル）イソシヌラートトリアクリラート、ペンタアクリラートエステルなど、エポキシアクリラート類、ウレタンアクリラート類、アミンアクリラート類、アクリルアクリラート類が挙げられるが、それらに限定されない。２つまたはそれ以上の材料の混合物も反応モノマーとして使用することができる。適した反応モノマー類は、例えば、サートマー社、ヘンケル社（Ｈｅｎｋｅｌ Ｃｏｒｐ．）、ラドキュア（Ｒａｄｃｕｒｅ）スペシャルティーズなどから市販されている。

放射線硬化性モノマーまたはオリゴマーは、例えば、粘度低下剤として、組成物を硬化させる時のバインダとして、接着促進剤として、および架橋剤として、様々に機能する。適したモノマー類は、低分子量、低粘度、および低表面張力を有することができ、ＵＶ光などの放射線に露光されると重合を受ける官能基を含むことができる。

実施形態では、モノマーは、アクリラート類；メタクリラート類；アルケン類；アリルエーテル類；ビニルエーテル類；エポキシド類、例えば脂環式エポキシド類、脂肪族エポキシド類およびグリシジルエポキシド類；オキセタン類；などを含むがそれらに限定されない、１つまたは複数の硬化性部分を備えている。適したモノマー類の例としては、モノアクリラート類、ジアクリラート類、および１つまたは複数のジアクリラートもしくはトリアクリラートを含む多官能性アルコキシル化またはポリアルコキシル化アクリルモノマー類が挙げられる。適したモノアクリラート類は、例えば、シクロヘキシルアクリラート、２−エトキシエチルアクリラート、２−メトキシエチルアクリラート、２−（２−エトキシエトキシ）エチルアクリラート、ステアリルアクリラート、テトラヒドロフルフリルアクリラート、オクチルアクリラート、ラウリルアクリラート、ベヘニルアクリラート、２−フェノキシエチルアクリラート、ターシャリーブチルアクリラート、グリシジルアクリラート、イソデシルアクリラート、ベンジルアクリラート、ヘキシルアクリラート、イソオクチルアクリラート、イソボルニルアクリラート、ブタンジオールモノアクリラート、エトキシル化フェノールモノアクリラート、オキシエチル化フェノールアクリラート、モノメトキシヘキサンジオールアクリラート、β−カルボキシエチルアクリラート、ジシクロペンチルアクリラート、カルボニルアクリラート、オクチルデシルアクリラート、エトキシル化ノニルフェノールアクリラート、ヒドロキシエチルアクリラート、ヒドロキシエチルメタクリラートなどである。適した多官能性アルコキシル化またはポリアルコキシル化アクリラート類は、例えば、下記のアルコキシル化、例えばエトキシル化またはプロポキシル化変形物である：ネオペンチルグリコールジアクリラート類、ブタンジオールジアクリラート類、トリメチロールプロパントリアクリラート類、グリセリルトリアクリラート類、１，３−ブチレングリコールジアクリラート、１，４−ブタンジオールジアクリラート、ジエチレングリコールジアクリラート、１，６−ヘキサンジオールジアクリラート、テトラエチレングリコールジアクリラート、トリエチレングリコールジアクリラート、トリプロピレングリコールジアクリラート、ポリブタンジオールジアクリラート、ポリエチレングリコールジアクリラート、プロポキシル化ネオペンチルグリコールジアクリラート、エトキシル化ネオペンチルグリコールジアクリラート、ポリブタンジエンジアクリラートなどである。

実施形態では、インク組成物は、少なくとも１つの反応モノマーおよび／またはオリゴマーを含む。しかしながら、他の実施形態は、唯一または複数のオリゴマー類、唯一または複数の反応モノマー類、または１つもしくは複数のオリゴマー類と１つもしくは複数の反応オリゴマー類の組み合わせを含むことができる。しかしながら、実施形態では、組成物は少なくとも１つの反応（硬化性）モノマー、必要に応じて１つまたは複数の追加の反応（硬化性）モノマー類および／または１つもしくは複数の反応（硬化性）オリゴマー類を含む。

実施形態における硬化性モノマーまたはオリゴマーはインク中に、例えば、インク全量に対して約２０〜約９０重量％、例えばインクの約３０〜約８５重量％、またはインクの約４０〜約８０重量％の量で含まれる。実施形態では、硬化性モノマーまたはオリゴマーは２５℃で約１〜約５０ｃＰ、例えば約１〜約４０ｃＰまたは約１０〜約３０ｃＰの粘度を有する。１つの実施形態では、硬化性モノマーまたはオリゴマーは２５℃で約２０ｃＰの粘度を有する。また、いくつかの実施形態では、硬化性モノマーまたはオリゴマーは皮膚刺激性でないことが望ましく、そのため、インク組成物を使用して印刷された像は使用者にとって刺激性ではない。

硬化性ワックスが含まれる場合、硬化性ワックスは他の成分と混和可能であり、硬化性モノマーまたはオリゴマーと重合しポリマーを形成する任意のワックス成分であってもよい。「ワックス」という用語は、例えば、一般にワックスと呼ばれる、任意の様々な天然、改良天然、および合成材料を含む。ワックスは室温、具体的には２５℃で固体である。より詳細にはインクジェット印刷では、ワックスを含むと、噴射温度から冷却するに伴い、インクの粘度が増加する。

硬化性ワックスの適した例としては、硬化性基を含む、またはそれらにより官能化されたワックス類が挙げられるが、それらに限定されない。硬化性基としては、例えば、アクリラート、メタクリラート、アルケン、アリルエーテル、エポキシド、オキセタンなどが挙げられる。これらのワックス類は、カルボン酸またはヒドロキシルなどの転換可能な官能基が備えられたワックスの反応により合成することができる。

硬化性基により官能化してもよいヒドロキシル末端ポリエチレンワックス類の適した例としては、構造ＣＨ_３−（ＣＨ_２）_ｎ−ＣＨ_２ＯＨを有する炭素鎖（ここで、鎖長ｎの混合物が存在し、平均鎖長は約１６〜約５０の範囲内とすることができる）、および同様の平均鎖長の線形低分子量ポリエチレンの混合物が挙げられるが、それらに限定されない。そのようなワックス類の適した例としては、Ｍ_ｎがそれぞれ、約３７５、４６０、５５０および７００ｇ／ｍｏｌに等しいユニリン（ＵＮＩＬＩＮ、登録商標）３５０、ユニリン（登録商標）４２５、ユニリン（登録商標）５５０およびユニリン（登録商標）７００などのユニリン（登録商標）シリーズ材料が挙げられるが、それらに限定されない。これらのワックス類は全て、ベイカー−ペトロライト（Ｂａｋｅｒ−Ｐｅｔｒｏｌｉｔｅ）から市販されている。２，２−ジアルキル−１−エタノール類として特徴づけられるグエルベット（Ｇｕｅｒｂｅｔ）アルコール類もまた適した化合物である。例示的なグエルベットアルコール類は、約１６〜約３６の炭素を有するものを含み、それらの多くは、ニュージャージー州ニューアークのジャーケムインダストリーズ社（Ｊａｒｃｈｅｍ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ Ｉｎｃ．）から市販されている。プリポル（ＰＲＩＰＯＬ、登録商標）２０３３（下記式：

の異性体ならびに不飽和および環状基を含んでもよい他の分枝異性体を含むＣ−３６二量体ジオール混合物、デラウェア州ニューキャッスルのユニケマ（Ｕｎｉｑｅｍａ）から入手可能）；この型のＣ_３６二量体ジオール類に関するさらなる情報が、例えば、「ダイマー酸」カーク−オスマー化学技術辞典（Ｋｉｒｋ−Ｏｔｈｍｅｒ Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）、Ｖｏｌ．８、第４版（１９９２），ｐｐ２２３〜２３７に開示されている）もまた使用することができる。これらのアルコール類はＵＶ硬化性部分が備えられたカルボン酸と反応させることができ、反応性エステル類が形成する。これらの酸の例としては、シグマアルドリッチ社（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｏ．）から入手可能なアクリル酸およびメタクリル酸類が挙げられる。実施形態では、適した硬化性モノマー類はワックス状アクリラート類、例えば、ユニリン（登録商標）３５０、ユニリン（登録商標）４２５、ユニリン（登録商標）５５０およびユニリン（登録商標）７００のアクリラート類を含む。

硬化性基で官能化してもよいカルボン酸末端ポリエチレンワックス類の適した例としては、構造ＣＨ_３−（ＣＨ_２）_ｎ−ＣＯＯＨを有する炭素鎖（ここで、鎖長ｎの混合物が存在し、平均鎖長は約１６〜約５０の範囲内とすることができる）、および同様の平均鎖長の線形低分子量ポリエチレンの混合物を含む。そのようなワックス類の適した例としては、Ｍ_ｎがそれぞれ、約３９０、４７５、５６５および７２０ｇ／ｍｏｌに等しいユニシッド（ＵＮＩＣＩＤ、登録商標）３５０、ユニシッド（登録商標）４２５、ユニシッド（登録商標）５５０およびユニシッド（登録商標）７００が挙げられるが、それらに限定されない。他の適したワックス類は構造ＣＨ_３−（ＣＨ_２）_ｎ−ＣＯＯＨを有し、例えば、ｎ＝１４のヘキサデカン酸またはパルミチン酸、ｎ＝１５のヘプタデカン酸またはマルガリン酸またはダツリン酸（ｄａｔｕｒｉｃ ａｃｉｄ）、ｎ＝１６のオクタデカン酸またはステアリン酸、ｎ＝１８のエイコサン酸またはアラキジン酸、ｎ＝２０のドコサン酸またはベヘン酸、ｎ＝２２のテトラコサン酸またはリグノセリン酸、ｎ＝２４のヘキサコサン酸またはセロチン酸、ｎ＝２５のヘプタコサン酸またはカルボセリン酸、ｎ＝２６のオクタコサン酸またはモンタン酸、ｎ＝２８のトリアコンタン酸またはメリシン酸、ｎ＝３０のドトリアコンタン酸またはラセロイン酸（ｌａｃｃｅｒｏｉｃ ａｃｉｄ）、ｎ＝３１のトリトリアコンタン酸またはセロメリシン酸またはプシリン酸（ｐｓｙｌｌｉｃ ａｃｉｄ）、ｎ＝３２のテトラトリアコンタン酸またはゲジン酸（ｇｅｄｄｉｃ ａｃｉｄ）、ｎ＝３３のペンタトリアコンタン酸またはセロプラスチン酸（ｃｅｒｏｐｌａｓｔｉｃ ａｃｉｄ）である。２，２−ジアルキルエタン酸類として特徴づけられるグエルベット酸類もまた適した化合物である。例示的なグエルベット酸類としては１６〜３６の炭素を含むものが挙げられ、これらの多くはニュージャージー州ニューアークのジャーケムインダストリーズ社から市販されている。プリポル（ＰＲＩＰＯＬ、登録商標）１０９９（下記式：

の異性体ならびに不飽和および環状基を含んでもよい他の分枝異性体を含むＣ−３６二量体酸混合物、デラウェア州ニューキャッスルのユニケマから入手可能）；この型のＣ３６二量体酸類に関するさらなる情報が、例えば、「ダイマー酸」カーク−オスマー化学技術辞典、Ｖｏｌ．８、第４版（１９９２），ｐｐ２２３〜２３７に開示されている）もまた使用することができる。これらのカルボン酸類はＵＶ硬化性部分が備えられたアルコール類と反応させることができ、反応性エステル類が形成する。これらのアルコール類の例としては、シグマアルドリッチ社から入手可能な２−アリルオキシエタノール；ダウケミカルカンパニー（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ）から得られる

ＴＯＮＥ Ｍ−１０１（Ｒ＝Ｈ、ｎ_ａｖｇ＝１）、ＴＯＮＥ Ｍ−１００（Ｒ＝Ｈ、ｎ_ａｖｇ＝２）、およびＴＯＮＥ Ｍ−２０１（Ｒ＝Ｍｅ、ｎ_ａｖｇ＝１）；ならびに、サートマー社から得られる

ＣＤ５７２（Ｒ＝Ｈ、ｎ＝１０）およびＳＲ６０４（Ｒ＝Ｍｅ、ｎ＝４）が挙げられるが、それらに限定されない。

硬化性ワックスは、インク組成物中に、例えば、インク全量に対して約１〜約２５重量％、例えば、インクの約２または約５〜約１０または１５重量％の量で含ませることができる。実施形態では、硬化性ワックスは、インク組成物中に、インク全量に対して約６〜約１０重量％、例えば、インクの約８〜約９重量％の量で含ませることができる。

また、実施形態では、組成物はさらに、硬化性モノマーおよび硬化性ワックスを含むインクの硬化性成分の重合を開始させる開始剤、例えば光開始剤を含む。開始剤は組成物に溶解できなければならない。実施形態では、開始剤はＵＶ−活性化光開始剤である。

実施形態では、開始剤はラジカル開始剤とすることができる。適したラジカル光開始剤の例としては、ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン類、ベンジルケトン類、モノマーヒドロキシルケトン類、ポリマーヒドロキシルケトン類、α−アミノケトン類、および４−（２−ヒドロキシエトキシ）フェニル−（２−ヒドロキシ−２−プロピル）ケトンなどのケトン類；ベンゾイン類；ベンゾインアルキルエーテル類；アシルホスフィンオキシド類、メタロセン類、ベンゾフェノン類、例えば、２，４，６−トリメチルベンゾフェノンおよび４−メチルベンゾフェノン；トリメチルベンゾイルフェニルホスフィンオキシド類、例えば、２，４，６−トリメチルベンゾイル−ジフェニル−ホスフィンオキシド；アゾ化合物類；アントラキノン類および置換アントラキノン類、例えば、アルキル置換またはハロ置換アントラキノン類；他の置換または非置換多核キニン類；アセトフェノン類；チオキサントン類；ケタール類；アシルホスフィン類；チオキサンテノン類、例えば２−イソプロピル−９Ｈ−チオキサンテン−９−オン；それらの混合物などが挙げられる。１つの適したケトンは１−［４−（２−ヒドロキシエトキシ）−フェニル］−２−ヒドロキシ−２−メチル−１−プロパン−１−オンである。１つの実施形態では、インクはα−アミノケトン、１−［４−（２−ヒドロキシエトキシ）−フェニル］−２−ヒドロキシ−２−メチル−１−プロパン−１−オンおよび２−イソプロピル−９Ｈ−チオキサンテン−９−オンを含む。別の実施形態では、光開始剤は下記化合物の１つまたはそれらの混合物である：ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、例えば、下記構造：

を有する、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、例えばイルガキュア（Ｉｒｇａｃｕｒｅ、登録商標）１８４（チバガイギー社、ニューヨーク州タリタウン）；トリメチルベンゾイルフェニルホスフィンオキシド、例えば、下記式：

を有する、エチル−２，４，６−トリメチルベンゾイルフェニルホスフィナート、例えば、ルシリン（Ｌｕｃｉｒｉｎ、登録商標）ＴＰＯ−Ｌ（ＢＡＳＦ社）；２，４，６−トリメチルベンゾフェノンと４−メチルベンゾフェノンの混合物、例えば、サーキュア（ＳＡＲＣＵＲＥ、商標）ＳＲ１１３７（サートマー）；２，４，６−トリメチルベンゾイル−ジフェニル−ホスフィンオキシドと２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニル−プロパン−１−オンの混合物、例えば、ダロクル（ＤＡＲＯＣＵＲ、登録商標）４２６５（チバスペシャリティケミカルズ）；α−アミノケトン、例えば、イルガキュア（ＩＲＧＡＣＵＲＥ、登録商標）３７９（チバスペシャリティケミカルズ）；４−（２−ヒドロキシエトキシ）フェニル−（２−ヒドロキシ−２−プロピル）ケトン、例えば、イルガキュア（登録商標）２９５９（チバスペシャリティケミカルズ）；２−イソプロピル−９Ｈ−チオキサンテン−９−オン、例えば、ダロクル（登録商標）ＩＴＸ（チバスペシャリティケミカルズ）；およびそれらの混合物である。

インクに含まれる開始剤の総量は、例えば、インク全量に対して約０．５〜約１５重量％、例えば約１〜約１０重量％であってもよい。

インクはまた、必要に応じて、少なくとも１つのゲル化剤を含んでもよい。ゲル化剤は、例えば、噴射前および／または噴射後のインク組成物粘度を制御するために含ませることができる。例えば、適したゲル化剤は、硬化性ポリアミド−エポキシアクリラート成分およびポリアミド成分から構成される硬化性ゲル化剤、硬化性エポキシ樹脂およびポリアミド樹脂から構成される硬化性複合ゲル化剤などを含む。

適した硬化性複合ゲル化剤は、米国特許第６，４９２，４５８号および同第６，３９９，１７３号、ならび米国特許公開番号第ＵＳ２００３／００６５０８４号、同第ＵＳ２００７／０１２０９２１号、および同第ＵＳ２００７／０１２０９２４号で記載されているものを含む。インク組成物は、ゲル化剤を任意の適した量、例えばインクの約１〜約５０重量％で含むことができる。実施形態では、ゲル化剤はインクの約２〜約２０重量％、例えばインクの約５〜約１５重量％の量で存在することができるが、値はこの範囲外とすることもできる。

未硬化状態では、実施形態における放射線硬化性インク組成物は低粘度液体であり、容易に噴射させることができる。例えば、実施形態では、インクは６０℃〜１００℃の間の温度で、８ｍＰａ−ｓ〜１５ｍＰａ−ｓ、例えば、１０ｍＰａ−ｓ〜１２ｍＰａ−ｓの粘度を有する。実施形態では、インクは５０℃またはそれ以下の温度で、より詳細には０℃〜５０℃の温度で、１０^５ｍＰａ−ｓ〜１０^７ｍＰａ−ｓの粘度を有する。適した硬化エネルギー源、例えば紫外光、電子ビームエネルギー源などに露光されると、光開始剤がエネルギーを吸収し、液体組成物を硬化材料に変換する反応を開始させる。組成物中のモノマーおよび／またはオリゴマーは硬化源に露光されている間に重合する官能基を含み、容易に架橋しポリマーネットワークが形成される。このポリマーネットワークは印刷像に、例えば、耐久性、熱および光安定性、ならびに引っ掻きおよび汚れ抵抗を提供する。このように、組成物は、熱または太陽光を受ける可能性のある基材上に印刷されるインクに基づく像に対し特に適している。組成物が亀裂および退色に対し耐性がある印刷像を提供し、画像耐久性を提供するからである。

本開示のインク組成物は、任意の所望のまたは適した方法により調製することができる。例えば、インク成分を共に混合し、続いて、典型的には約６０〜約１００℃の温度まで加熱することができるが、温度はこの範囲外とすることができ、かつ、均質なインク組成物が得られるまで撹拌し、その後、インクを雰囲気温度（典型的には約２０〜約２５℃）まで冷却することができる。

基材はインク印刷に適した任意の公知の基材としてもよい。本開示によれば、基材は、裏側の放射線硬化ランプにより出力されたエネルギーの少なくとも一部または全てに対し、半透明または透明のいずれかでなければならない。このように、例えば、基材は完全に透明または半透明である必要はないが、硬化エネルギーの少なくとも一部が基材を貫通して塗布されたインクに到達することができる型、厚さ、多孔度、不透明性などを有さなければならない。例えば、硬化エネルギーの一部が紙を貫通する従来の紙を使用することができる。完全に不透明な基材は、１つの側にあるランプからの硬化放射線を、もう一方の側にある放射線硬化性インクまで伝達させることができない。基材は多孔性または無孔性のいずれかであってもよい。

例えば、基材は紙、例えば市販の印刷用紙としてもよい。より詳細には、基材はゼロックス（Ｘｅｒｏｘ）紙、例えばゼロックス４２００（商標）、ゼロックスエウレカ（Ｅｕｒｅｋａ、商標）またはハンマーミル（Ｈａｍｍｅｒｍｉｌｌ、商標）紙としてもよい。本開示は、例えば、とりわけ薄い、または多孔性の紙に印刷するのに、これらの紙は典型的にはより大きな透き通しを受けるので、よく適している。典型的な多孔性紙基材は異なる割合の光透過率、例えば、１％ＵＶＣ、１０％ＵＶＢ、１％ＵＶＡおよび２０％可視光を有する可能性がある。さらに、基材は、例えば、透明なプラスチックフィルム、例えばマイラー（Ｍｙｌａｒ）フィルムであってもよい。

第１の硬化ランプは、放射線硬化性インクを硬化させるのに十分な放射線を提供する任意の公知の光源としてもよい。例えば、インクがＵＶ硬化性インクである場合、硬化ランプはＵＶ硬化ランプである。硬化ランプは様々な公知の技術を、その光源として使用してもよく、例えば、硬化ランプがＵＶ硬化ランプである場合、光源は、例えば、水銀蒸気、水銀アーク、キセノンまたは発光ダイオードとしてもよい。

第１の硬化ランプの強度は放射線硬化性インクを部分的に硬化させるのに十分であるが、前記インクを完全に硬化させるのには十分ではないものとすべきである。下からの部分硬化により、インク滴の下側に「スキン」が生成され、インク滴が基材に浸透するのが効果的に阻止され、これにより液滴が定位置に「固定（ｐｉｎｎｉｎｇ）」される。このように、各インク滴の大部分が未硬化のまま、流体であり、適当な液滴広がりが得られ、その後、最終的に硬化される。例えば、基材を透過する放射線の強度は、少なくとも０．００５Ｗ／ｃｍ^２とすることができ、依然として放射線硬化性インクを硬化させることができる。

第１の硬化ランプの実際の出力強度はそれ自体、印刷システム内の様々な因子、例えば基材の放射線透過度、重合を開始するのにインク光開始剤により必要とされるエネルギーおよび基剤がインク印刷装置を通して送られる速度に依存する。ランプ出力強度が固定されると、前記のいずれかを変動させて、所望のインクの部分硬化度を達成してもよい。また、前記因子のいずれかが固定されると、ランプ出力強度、それ自体を変動させてもよい。

第１の硬化ランプは、そこから放射線の全て、または実質的に全てがプリントヘッドまたはプリントヘッドから出てきて印刷基材に行く途中のインクに当たらないように、配置される。実施形態では、第１の硬化ランプは印刷装置内に、放射線がプリントヘッド上で光ることができないように配置される。特別な実施形態では、第１の硬化ランプは、第１の硬化ランプからの放射線が印刷ヘッドに当たらないようにするのに、プリントヘッドの周りを遮蔽する必要がないように配置される。

第２の硬化ランプはまた、上記のように、放射線硬化性インクを完全に硬化させるのに十分な放射線を提供する任意の公知の光源としてもよい。第２の硬化ランプの強度は、放射線硬化性インクを実質的に完全に硬化させるのに十分なものとなるようにすべきである。第２の硬化ランプの位置は、第１の硬化ランプの正反対であってもよく、この場合、基材の両側が各ランプからの放射線に同時に露光され、あるいは第１のランプの位置からオフセットさせてもよく、そのため、第２のランプは第１のランプ後にインクを硬化させる。

図２は本開示の概念を実行する印刷システムの１つの実施形態を示す。印刷システム３０は給紙部３４を含むインプットトレイ３２を含む。紙はインプットトレイ３２から移動してドラム４０と係合する。図２で示した特別な実施形態はドラムを使用するが、印刷基材はまた、任意の他の機構、例えばシートまたはウエブを介して、印刷システムを通して送ることができる。

プリントヘッド５０はドラム４０の外側に、プリントヘッドから噴射された液滴５１が紙３４上に堆積するように配置される。ドラム４０の動作距離内に配置されるのは、インクがプリントヘッド５０により堆積される側と反対の紙３４の側に放射線６１を放射する第１の硬化ランプ６０である。より詳細には、紙３４が回転ドラム４０により移動するにつれ、プリントヘッド５０はインク５１を紙３４上に噴射し、紙はその後、第１の硬化ランプ６０を通過する。その後、紙３４は第２の硬化ランプ７０を通過し、実質的にこれにより硬化される。

印刷基材を形成するための改良法は、放射線硬化性インクを基材上に印刷する工程と、その後、印刷基材の裏側を第１の硬化ランプにより照射することによりインクの下側を部分的に硬化させる工程と、印刷基材の前側を第２の硬化ランプで照射することによりインクを実質的に完全に硬化させる工程と、を含む。

上記方法によれば、インクの下側の部分硬化は、印刷後直ちに実施してもよい。基材上でのインクの堆積と部分硬化との間にかかる時間が短いほど、透き通しが起きる可能性が低くなる。

実施形態では、インクの実質的に完全な硬化は、部分的な下側硬化と同時に起きてもよい。別の実施形態では、実質的に完全な硬化は、部分的な下側硬化の後続いて起きてもよい。

図１は印刷基材を形成するこのプロセスを示す。図１Ａはプリントヘッド１により基材３上に堆積された放射線硬化性インク２の液滴を示す。図１Ａに示されるように、インクはプリントヘッドにより堆積された直後、基材上に存在するが、インクは、さらに処理されなければ、直ちに基材内部ににじみでてしまう。そのため、インク滴は次に、基材の印刷面と逆側を硬化ランプ６により特定のスペクトルおよび強度７で照射され、裏側硬化のために暴露されることによって、「スキン５」が基材３に隣接する液滴内に形成される。しかしながら、インク滴は裏側硬化ランプにより部分的に硬化されたにすぎず、液滴４の一部は未硬化のままである。この時点で、他の処置をとることができ、例えば、液滴の接触または非接触広がりである。最後に、インク滴は、硬化ランプ８により、基材３の印刷面と同じ側を特定のスペクトルおよび強度１０で照射することにより、実質的に完全に硬化される。このように、インクは液滴広がりを受けた後、完全に液滴９を硬化させることができる。

具体例を下記で詳細に記載する。これらの実施例は例示にすぎず、これらの例示的な実施形態で説明した材料、条件、およびプロセスパラメータは制限するものではない。全ての部およびパーセンテージは特に記載がなければ重量で示す。

様々な基材ストックを、ベルトコンベヤー上に配置し、３２フィート／分（９．７５ｍ／分）の速度でＵＶ溶融水銀硬化ランプを通過させた。ワット／平方センチメートルで表したランプと反対側で測定した透過光強度は下記の通りであった：
上記から、放射線硬化性インクを硬化させるのに十分な放射線が、インク光開始剤が吸収する波長で様々な基材を通過することが示される。

上記基材をその後、ゼロックスＵＶ−硬化性インクで印刷し、上記と同じ条件に暴露した。

簡単に言うと、インクは、


および

の混合物から構成されるゲル化剤を含み、式において、−Ｃ_３４Ｈ_５６＋ａ−は不飽和および環状基を含んでもよい分枝アルキレン基を示し、ａは０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、または１２の整数であり、上記第１化合物：第２化合物：第３化合物の混合物は約１：２：１のモル比である。ユニリン３５０−アクリラートワックス（必要に応じて２μｍまで予め濾過する）は硬化性ワックスであった。インクキャリヤはＳＲ９００３、プロポキシル化ネオペンチルグリコールジアクリラート、反応モノマーとした。開始剤は、イルガキュア３７９、ダロクルＩＴＸ、イルガキュア１２７、およびイルガキュア８１９とした。安定化剤は、イルガスタブＵＶ１０とした。重量％で表したインク組成は、ゲル化剤が７．５％、硬化性ワックスが５％、多官能性アクリラートモノマーが５％、光開始剤が９．５％、イルガスタブＵＶ１０が０．２％、顔料が３％であり、残りをＳＲ９００３とした。インクはキャリヤと、ワックスと、ゲル化剤とを９０℃で２時間混合し、その後、溶液を８５℃で０．２２μｍまで濾過することにより調製した。これらの溶液に、光開始剤パッケージおよび安定化剤を添加し、得られたインクベースを９０℃で１時間撹拌した。得られた溶液を、９０℃の顔料分散物の撹拌溶液に添加し、得られたインクを２時間９０℃で撹拌した。裏側照射後、像のほとんど完全な硬化が観察され、放射線源および光開始剤を正しく選択すると、所望の基材上で裏側硬化が可能となることが証明された。

未コートマイラーの場合、裏側硬化により、基材の界面でインクの硬化膜が形成される一方、インクの大部分が容易に拭き取られた。これにより、インクを透明な、無孔性基材に固定するために裏側硬化を使用すると、最終硬化前に必要な液滴広がりが達成できることが証明される。

［本発明の他の好ましい態様］
第１および第２の硬化ランプはＵＶ硬化ランプであり、放射線硬化性インクはＵＶ硬化性インクである、請求項１記載の装置。

ＵＶＡまたはＵＶＢ波長の第１の放射線硬化ランプの出力強度は、印刷基材の印刷面に少なくとも０．００２Ｗ／ｃｍ^２を送達させる、請求項１記載の装置。

プリントヘッドにより基材上に配置されたインクを示す断面図である。 裏側硬化ランプに露光させたインクを示す断面図である。 裏側硬化ランプに露光させた後、標準の前側硬化ランプに露光させたインクを示す断面図である。 本開示の１つの実施形態のためのインクプリンタ構造を示す図である。

符号の説明

１ プリントヘッド、２ 放射線硬化性インク、３ 基材、４ 液滴、５ スキン、６ 硬化ランプ、８ 硬化ランプ、９ 液滴。

Claims (2)

1. 放射線硬化性インクを基材上に印刷するためのインク供給部と、
   前記基材の印刷面側とは反対の基材の側に配置され、前記放射線硬化性インクを部分的に硬化する第１の放射線硬化ランプと、
   前記基材の前記印刷面と同じ基材の側に配置された第２の放射線硬化ランプと、
   を備えるインク印刷装置。
2. 基材上に放射線硬化性インクを堆積させる工程と、
   前記基材の印刷面側と反対の基材の側を照射することにより、前記インクの下側を部分的に硬化する工程と、
   前記基材の印刷面側と同じ基材の側を照射することにより、前記インクを実質的に完全に硬化する工程と、
   を含む、放射線硬化性インクで印刷した基材を形成するためのプロセス。