JP2013095138A - 照射硬化性インクを用いた、エネルギー効率の良い梱包印刷のためのデジタル硬化の方法及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】照射硬化性インクによる画像を、ＵＶ光スポットによりデジタル的に硬化させるシステムを提供する。
【解決手段】デジタル硬化システムは、ラスタ走査装置と、レーザダイオードとを含む。ラスタ走査装置は、レーザダイオードによるＵＶ光スポット２０５を用いて、画像を走査して、好適な量の光で、その画像をデジタル処理して、所望の画像部分を硬化させる。
【選択図】図２

Description

本開示は、照射硬化性相転移ゲルインクを含む照射硬化性インクを硬化させることに関する。より詳細には、本開示は、ラスタ方式を用いるデジタル処理により、基板上で照射硬化性インクを硬化させることに関する。

印刷では、照射硬化性相転移ゲルインクを用いて、基板の上に画像を形成することができる。インクを光の照射に晒して、そのインクを硬化させることができる。例示的な照射硬化技術には、例えば、約２４０ｎｍ〜４５０ｎｍ以上の、ほとんど目で見ることのできない光の波長を有する紫外線（ＵＶ）光を、随意的には、光開始剤、及び／又は、感光液と共に、用いる硬化方式と、高温の（噴射温度では、その大部分が活性化しないですむ）熱開始剤と共に、又は、熱開始剤なしで、熱硬化を用いる硬化方式と、それらを好適に組み合わせる硬化方式とがあるが、これらの方式には限定しない。

この照射に晒されている間、インクに含まれる光開始剤物質はＵＶ光に晒され得、その入射放射束により、インク内のモノマーが、相互結合したポリマーマトリックスに変化し、固くて耐久性を有するマークが基板上に現れる。いくつかの用途では、硬化する前に基板上のインクを、広げる、即ち、平らにすることが所望され得る。インクを平らにすることで、より均一な画像の光沢が作られ、欠落した印字ヘッドの噴射の痕を覆い隠すことができる。さらに、薄くて比較的一定な厚さのインク層を印刷に用いることは、梱包などの特定な印刷用途では好都合である。

ＵＶ硬化インクは、梱包用途など数多くの用途で使用されており、そこでは耐久性のある印刷画像が所望される。ＵＶ硬化インクの重要な分類には、アクリレートモノマー、オリゴマー、特定な光開始剤、及びその他の構成成分が含まれ、これらの構成成分は、ＵＶ光エネルギーを浴びると、化学反応を起こし、重合し、相互に結合した耐久性のある画像を形成する。このような硬化処理は、ＵＶ硬化画像に適用され、これらのＵＶ硬化画像は、フレキソ印刷、オフセット印刷、及びインクジェット印刷等のシステムにより形成される。

従来のシステムでは、印刷中にフラッド水銀ランプを用いて、硬化ＵＶインク画像に照射し、画像を硬化させている。この水銀ランプは、鉄、やガリウム等の様々な物質でドープ処理することができる。これらのランプは高価であり、その幅、及び製造業者によっては、本明細書の出願時点で、１５，０００ドル以上するのが一般的である。さらに、このようなランプは、印刷作業中、硬化されるインクを含んでない領域までも含めた基板の画像領域全体を照射すため、エネルギーを消耗する。このようなランプは、周波数の広帯域内で高い出力の光を発光するが、その光の大部分が硬化処理には使われない。高速印刷では、複数のランプが使われる。インクの硬化に必要とする出力は、最も硬化しにくいインクの色、即ち、最も厚いインク層でも硬化させることができるよう十分に高く設定されている。

好適なレベルの出力で、インク画像の特定な部分を硬化させ、これにより、エネルギーを節約し、光沢の調整など、さらなる画像処理を可能にすることが望まれる。ある実施形態では、これらの方法は、画像のインクを硬化するＵＶ光を用いて、画像をデジタル処理して、走査するステップを含むことができる。これらの方法は、第１の出力レベルで、レーザダイオードにより発光される光を用いて、インクの第１の部分を走査するステップを含むことができる。

一実施形態では、これらの方法は、第１の出力レベル、又は第２の出力レベルで、レーザダイオードから、光を発光するステップを含むことができる。これらの方法は、画像データに基づいて発光するために、レーザダイオードを制御するステップを含むことができる。これらの方法は、第２の出力レベルでレーザダイオードにより発光される光を用いて、インクの第２の部分を走査するステップを含むことができる。これらの方法は、第１の画像部分を走査するステップ、及び第２の画像部分を走査するステップを含むことができ、第１の画像部分は、第１の色のインクを含み、第１の出力レベルは、第１の色のインクを硬化させるための好適な出力レベルであり、第２の画像部分は、第２の色のインクを含み、第２の出力レベルは、第２の色のインクを硬化させるための適切な出力レベルである。

これらの方法は、第１の画像部分を走査するステップと、第２の画像部分を走査するステップとを含むことができ、第１の画像部分は、第１の厚みを有するインク層を含み、第２の画像部分は第２の厚みを有するインク層を含む。第１の出力レベルは、第１の厚みを有する層内のインクを硬化させるための好適な出力レベルであり、第２の出力レベルは第２の厚みを有する層内のインクを硬化させるための好適な出力レベルである。

一実施形態では、デジタル硬化システムは、光源と、及びラスタ走査装置とを含むことができ、このラスタ走査装置は、光源により発光され、走査装置により転送される光を用いて、画像を走査するよう構成されている。システムは、走査装置を含むことができ、この走査装置は、回転し、光源により発光される光を転送するよう構成された多面鏡と、この多面鏡からの光を画像に転送するよう構成された走査レンズとを含む。

一実施形態では、この光源は、好適な波長でレーザを照射するレーザダイオードなどのＵＶ光源を含むことができる。別の実施形態では、この光源は、ＬＥＤを含むことができる。システムは、複数の光源と、それらに関連するラスタ走査装置とを含むことができる。

一実施形態では、光源は、所望の出力レベルに光の発光を調整することができる。例えば、この光源は、第２の出力と、第１の出力とで調整可能に光を発光するよう構成されている。ある実施形態では、このシステムは、制御装置を含むことができる。この制御装置は、光源と、走査装置のうちの少なくとも１方に接続し、走査装置の鏡の回転速度の制御と、光源が光を発光する出力の制御と、のうちの少なくとも１方を行うよう構成されている。

このデジタル硬化システムは、画像をデジタル処理して、その画像のインクを優先的に硬化させるように構成できる。例えば、光源と、走査システムは、画像のデータに基づいて画像をデジタル処理するよう構成されている。画像データには、硬化するための好適な量の出力で発光される光を用いて、各部分を処理するための、各画像部分に関する出力レベルの情報が含まれ得る。

本明細書では、例示的な実施形態を説明するが、本明細書に記載した装置、及びシステムの特徴を組み込む、全てのシステムが、この例示的な実施形態の範囲、及び趣旨によって含まれることは言うまでもない。

図１は、一実施形態による、デジタル硬化システムを示す図である。 図２は、一実施形態による、照射硬化性インクの画像の一部がレーザスポットにより硬化される、デジタル硬化処理を示す図である。 図３は、例示的な実施形態による、デジタルスポットの硬化処理を示すフローチャートである。

一実施形態によるデジタル硬化システムは、照射硬化性インクに照射するためのレーザダイオードを含むことができる。例えば、このレーザダイオードは、ＵＶ光を発光することができ、一般に、ブルーレイ・ディスク・バーナーなどの高解像度のマルチメディア光学ドライブに実装されるタイプのレーザダイオードでよい。このようなレーザは一般に、約４０５ｎｍの波長のレーザを照射するよう構成されている。約１００ｍＷから約２００ｍＷまでの出力で発光するよう構成され得るレーザダイオードは、全てこのシステムに実装することができる。約３６５ｎｍの波長の光を照射するレーザを使用することができる。同様に、約３８５ｎｍの波長の光を照射するレーザを使用することができる。別の実施形態では、発光ダイオードを実装することもできる。照射硬化性インクの画像を完全に硬化させるために必要なエネルギー密度は、約２５ｍＪ／ｃｍ^２でよい。したがって、複数のレーザを実装することもできる。実施形態によるデジタル硬化システムは、例えば、広帯域の光の周波数を用いて、ほとんど変わらない出力で、画像領域全体を照射する従来技術のフラッド水銀ランプよりも、印刷作業に対するインク照射のための安価で効率的な照射源を実装する。

さらに、一実施形態によるシステムは、レーザ電子写真印刷システム内で使用されるラスタ配列を備えることができる。具体的には、このシステムは、ラスタ走査のために回転する多面鏡を含むことができる。したがって、画像の特定部分を好適な出力で硬化させるために、ＵＶ光をデジタル処理してインク画像に対応させるようシステムを構成することができる。例えば、第１の出力で発光される光を照射して、第１のインクの色、及び／又は、厚みを硬化させ、第２の出力で発光される光を照射して、第２のインクの色、及び／又は、厚みを硬化させるようシステムを構成することができ、この第２のインクの色、及び／又は、厚みは、第１のインクの色、及び／又は、厚みとは異なる。硬化されるインクを含まない画像領域に対しては、出力を行わないようシステムを構成することができる。このレーザ処理は、画素単位ベースで行うことができる。例えば、画像、又は画像の一部を、単一のレーザダイオードの供給源からの光を用いて走査するために、このレーザダイオードに多面鏡を関連させることができる。画像、又は画像の一部を、単一のダイオード供給源からの光を用いて走査することで、画素ごとの均一性の向上、及び光沢の調整に対応する。デジタル硬化システムは、１つ以上のレーザダイオードを含むことができ、それらのレーザダイオードは、それぞれラスタ走査装置に関連する。

例えば、複数の光線に対して１つの鏡を使用することができる。あるいは、レーザ光線を走査するために、デジタル・マイクロ・ミラー・アレイを実装することができる。画像データに応じて、光、及び／又は、走査装置を、制御するよう制御装置を構成することができる。画像データには、照射源の好適な出力レベル、対応する画像データの部分、及び／又は、特定な画像に対応する画素などの情報を含むことができる。この画像データをメモリに記憶させることができる。

一実施形態による、デジタル処理により画像を硬化させる方法では、レーザダイオードを用いてインク画像を照射するステップを含むことができる。これらの方法は、レーザダイオードにより発光される光で画像を走査するステップを含むことができる。これらの方法は、画像データに応じ、レーザダイオードにより発光される光を用いて、画像を走査するステップを含むことができる。この画像データは、画像の部分、及び所望の量の硬化が可能な所望の量の光を照射するための好適な出力レベル等の必要条件を示すことができる。例えば、画像を部分的に硬化させる、即ち、留めることができる。完全に画像を硬化させることのもできる。これらのデータを用いて、インク画像をデジタル処理すると共に、画像の好適な部分に対して、好適な出力レベルを適用することができる。これらのデータは、電子的に記憶される画像データでよい。

ある実施形態では、これらの方法は、レーザダイオードにより１０ｍＷ等の第１の出力レベルで発光される光を用いて、第１のインク画像部分を走査するステップと、レーザダイオードにより１００ｍＷ等の第２の出力レベルで発光される光を用いて、第２のインク画像部分を走査するステップと、を含むことができる。

方法は、第１の画像の画素に対応するインク画像部分のインクを、第１の出力レベルで硬化させるステップと、第２の画像の画素に対応するインク画像部分のインクを、第２の出力レベルで硬化させるステップと、を含むことができる。画像の硬化に対して、レーザダイオードを実装させることができ、このレーザダイオードは、画像をラスタ走査するために回転する多面鏡と共に構成されている。第１の画素を硬化させるステップと、第２の画素を硬化させるステップと、レーザダイオードからのＵＶ光を用いてインクに照射するステップの中で行うことができる。２つの画素間で硬化のために必要なエネルギーレベルが異なる場合、このシステムは、第１の出力レベルで設定された光源を用いて第１の画素を硬化させ、第２の出力レベルで設定された光源を用いて第２の画素を硬化させることができる。別の実施形態では、複数のレーザダイオードを用いて、１つの画像を硬化させることができる。レーザダイオードの光のスポットサイズは、レーザ印刷等で一般に使用されるスポットサイズより大きくてよい。このスポットサイズは、インク画像の所望の部分を硬化させるために十分な照射量を提供するために十分な大きさでなくてはならない。例示的なスポットサイズは、例えば、直径が３ｍｍでよい。

図１は、一実施形態による、デジタル硬化システムを示す図である。図１は、レーザ１０５を示す。このレーザ１０５は、ＵＶ光を発光するよう構成されたレーザダイオードでよい。約４０５ｎｍのレーザ光を照射するようレーザ装置を構成することができる。あるいは、約３６５ｎｍ、又は約３８５ｎｍのレーザ光を照射するようするようレーザ装置を構成することもできる。別の実施形態では、照射源としてＵＶ発光ダイオードを実装することもできる。例えば、狭いスペクトル感度のインク等を硬化させるために、好適に焦点を合わせる、高い出力のＵＶ ＬＥＤを実装することもできる。

レーザ１０５は、ラスタ走査装置に関連する。具体的には、レーザ１０５は、対物レンズ１０７、スキャナ１１５、及び走査レンズ１２０に関連する。このスキャナ１１５は回転する多面鏡でよい。この鏡を誘電体コーティングで被覆することができる。レーザ１０５からの光を転送して、走査レンズ１２０を通過させ、画像１２５上に照射させるようスキャナを構成することができる。画像、又は画像の一部を走査して、画像のインクを硬化、又は部分硬化させるために十分な出力、及びエネルギーを供給することができる。

好適なレベルの出力、及びエネルギーを、好適な画像部分に供給するように、ラスタ走査システムは、画像データに応じて、画像１２５の部分を走査することができる。例えば、レーザ１０５からの光の振幅、又は出力を制御して、所望の出力を、所望の画像部分に供給することができる。インクの範囲が１０％の画像では、９０％の画像はレーザ処理を施さないまま残して、画像の１０％のインクを含む部分を、所望のレベルの出力で硬化させることができる。スキャナ１１５を含むラスタ走査装置を実装して、レーザにより発光される光を、画像１２５の所望の部分に転送することができる。画像データに基づいて、特定な画像部分に硬化処理を施すことができる。インク画像をデジタル処理することで、特定な硬化作業に対する、及び／又は、画像部分に対する好適なＵＶ光による処理を可能にする。

図２は、異なる４色のインクスポットを有する画像上のレーザダイオードの光スポットを示した図である。これらの方法は、インク画像をデジタル処理するステップを含み、好適なレベルの出力で画像の所望の部分に照射することを可能にして、例えば、エネルギーを節約し、光沢の調整の向上を可能にすることができる。図２は、硬化処理中に、スキャナ１１５により誘導されるＵＶ光スポット２０５を示す。図は、ラスタ走査装置により実行可能となるスポット硬化の様子を示している。図２の画像には、黄色のインクスポット２１５、シアンのインクスポット２２０、マゼンタのインクスポット２２５、及び黒のインクスポット２２８が図示されている。異なる色のインクスポットを、それぞれ、レーザダイオードにより発光される光により、硬化、又は部分硬化させることができる。

各インク色のスポットを効果的に硬化させるには、レーザダイオードが、それぞれ特定な出力レベルで光を発光しなければならない。例えば、インクスポット２２０に対しては、インクスポット２１５よりも高いレベルの出力が必要であり得る。画像を走査し、硬化に好適な第１の出力レベルの光を、インクスポット２１５に照射するようレーザダイオード、及びスキャナシステムを構成することができる。レーザダイオードを調整して、インクスポット２２０を硬化させるための、より高い第２の出力レベルの光を出力することができる。硬化されるインクのない画像部分に関しては、ＵＶ光を照射しないようレーザ装置を構成することができる。画像は、画像データに基づいたデジタル処理で、硬化され得る。画像は、画素単位のベースで、硬化され得る。一実施形態による方法を実行するために、１つ以上状のレーザ、及び関連するラスタ走査装置を実装することができる。

図３は、一実施形態による、照射硬化性インク画像をデジタルで硬化させる方法を示す。図３に示される印刷処理は、Ｓ３０７で、画像データを受け取るステップを含むことができる。画像データをメモリに記憶し、その画像データを制御装置へ通信することができる。この制御装置は、１つ以上のラスタ走査装置、及びレーザダイオードを制御するよう構成されている。画像データには、硬化されるインク画像の対応した画像部分に関連する、好適なＵＶ光の照射の情報、及び／又は、光源の出力レベルの情報が含まれ得る。これらの出力レベルを、画像に対応させることができる。例えば、第１の出力レベルは、硬化される画像の第１の部分の第１のインクの色、即ち、厚みに対応することができる。第２の出力レベルは、硬化される画像の第２の部分の第２のインクの色、即ち、厚みに対応することができる。第２の出力レベルは、第１の出力レベルより高く、又は低くてよい。したがって、このシステムを、硬化される画像の好適な部分に対して、好適なレベルの出力の照射を行うように構成することができる。インクを含まない画像領域に対しては、例えば、レーザダイオードを制御し、それにより、その部分に光を照射し、走査しないようにすることができる。方法、及びシステムにより、光沢の調整の向上、及びエネルギー効率に対応することができる。さらに、関連するラスタ走査装置により、単一のレーザ供給源から光が走査されるため、画素と画素との均一性の向上を実現することができる。

Ｓ３１５で、レーザダイオードにより発光される光を用いて画像を走査することができ、この光は、第１の画像部分に対して、所望の硬化を行うための好適な出力レベルを有する。優先的に第１の部分を走査するよう、レーザ、及びスキャナを構成することができる。この第１の部分は、例えば、第１の色、即ち厚みのインクを含むことができる。第１の部分をＳ３０７で受け取った画像データに基づいて走査するよう、レーザ、及び走査システムを構成することができる。

Ｓ３１５で、レーザダイオードにより発光される光を用いて画像を走査することができ、この光は、第２の画像部分に対して、所望の硬化を行うための好適な出力レベルを有する。優先的に第２の部分を走査するよう、レーザ、及びスキャナを構成することができる。この第１の部分は、例えば、第２の色、即ち厚みのインクを含むことができる。Ｓ３１５で第２の部分を走査するために光源により発光される光の出力レベルは、Ｓ３１２で第１の部分を走査するために光源により発光される光の出力レベルとは異なり得る。

Claims (10)

1. デジタル硬化を行う方法であって、
   画像のインクを硬化させるためのＵＶ光を用いて、デジタル処理して前記画像を走査するステップを含む方法。
2. 前記走査するステップは、第１の出力レベルでレーザダイオードにより発光される光を用いて、インクの第１の部分を走査するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１の出力レベルで、前記レーザダイオードから光を発光するステップを含む請求項２に記載の方法。
4. 画像データに基づいて発光するために、前記レーザダイオードを制御するステップを含む請求項３に記載の方法。
5. 第２の出力レベルで発光されたレーザダイオードの光を用いて、インクの第２の部分を走査するステップを含む請求項２に記載の方法。
6. 光源と、
   前記光源により発光され、ラスタ走査装置により転送される光を用いて、画像を走査するよう構成されたラスタ走査装置と、を含むデジタル硬化システム。
7. 前記走査装置が、
   回転し、前記光源により発光される光を、転送するよう構成された多面鏡と、
   前記鏡からの光を前記画像に転送するよう構成された走査レンズと、を含む、請求項６に記載のシステム。
8. 前記光源がＵＶ光源を含む、請求項６に記載のシステム。
9. 前記光源がレーザダイオードを含む、請求項８に記載のシステム。
10. 複数の光源を含む請求項８に記載のシステム。

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