JP2018517596A - 印刷システムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(i)基材表面を処理して、基材表面の少なくとも選択された領域に対する粒子の親和性を、ドナー表面に対する粒子の親和性より大きくレンダリングするステップと、
(ii)ドナー表面に基材表面を接触させて、ドナー表面から基材表面の処理された選択された領域にのみ粒子が転写されることをもたらすことにより、基材上の対応する領域に粒子が転写される元となるドナー表面の領域を露出するステップと、
(iii)基材表面上への後続のイメージの印刷を可能にするために、コーティングステーションにドナー表面を戻して、粒子の単層を連続するようにレンダリングするステップと、
を繰り返し実施するステップとを含む、基材の表面上に印刷する方法が提供される。
(ii)アマニ油、ヒマワリ油、パーム油、大豆油およびヤシ油などの植物油、鉱油および合成油(これらに限定されない)を含む群から選択される油性物質、ならびに、(iii)コーティングされるコア粒子と同じまたは異なる材料でありうる酸化物、の1つまたは複数によってコーティングされてもよい。例えば、アルミニウム粒子は、酸化アルミニウムまたは二酸化ケイ素でコーティングされてもよく、雲母粒子は、例えば、二酸化チタンおよび酸化鉄でコーティングされてもよい。粒子コーティングは、コア粒子の着色効果を任意選択的に変更することができ、これは、例えば、いくつかの金属酸化物または顔料入りポリマー(例えば、無機または有機吸収顔料を含有するポリアクリレート)を用いて達成することができる。かかる着色効果は、コア粒子の選択、またはコア粒子の部分的な酸化からも生じる可能性がある。
連続的に循環する無端ドナー表面と、
ドナー表面に粒子を塗布するためのコーティングステーションであって、ドナー表面が、コーティングステーションを出るときに個々の粒子の単層コーティングを載せる、コーティングステーションと、
ドナー表面に対する粒子の親和性より大きな、ドナー表面上の粒子に対する親和性をもつ基材表面の選択された領域を生成するように基材表面が処理される処理ステーションと、
基材表面がドナー表面に接触して、ドナー表面から基材表面の選択された領域のみに粒子が転写されることをもたらすことにより、ドナー表面の対応する領域を露出するインプレッションステーションと、
を備え、
インプレッションステーションを通った後、ドナー表面の露出した領域に対する新たな粒子の塗布により、粒子の層が連続的にレンダリングされるように、ドナー表面が、動作中、コーティングステーションに戻る、
印刷システムが提供される。
図1は、ドナー表面として機能する外面12を有するドラム10を示した図である。ドラムが矢印で示されるように時計回りに回転するのに応じて、ドラムは粒子コーティング装置14の下を通過し、この粒子コーティング装置14において、ドラムは微粒子の単層コーティングを獲得する。続いて、この表面はインプレッションステーション18を通過し、このインプレッションステーション18において、印刷基材20はドラム10と圧胴22との間で圧縮される。粒子が転写される印刷基材20の面は、受像面と呼ばれてもよく、図1および図2において80と示されている。印刷基材20の表面の選択された領域は、ドナー表面12と接触する前に、例えば以下に記載される方法のいずれかにより粘着性とされる。これが、微粒子の単層を基材の粘着性領域に付着させ、ドナー表面12から分離させる。粘着性の区画に対応するドナー表面上の領域または受容層をもつ基材の選択された領域は、粒子の転写によって枯渇する。その後、ドナー表面12は、コーティング装置14に戻ってこのサイクルを完了することができ、コーティング装置14では、インプレッションステーション18において基材20の選択された領域に先に付与された粒子が転写された曝露された領域にのみ、新鮮な単層粒子コーティングが付与される。
図1の実施形態における粒子コーティング装置14は、ドラム10の軸に沿って互いに整列された複数のスプレーヘッド1401を備えており、したがって図面の部分には1つのみが示されている。スプレーヘッドのスプレー1402は、ベルハウジング1403内に閉じ込められており、その下側リム1404は、ベルハウジング1403とドラム10との間の狭い隙間のみを残してドナー面に近似するように成形されている。スプレーヘッド1401は、共通供給レール1405に接続されており、この共通供給レール1405は、スプレーヘッド1401に対して、ドナー表面12をコーティングするのに使用される微粒子が懸濁/浮遊した加圧流体担体(気体または液体)を供給する。必要であれば、懸濁/浮遊した粒子は、特にスプレーヘッドへの供給の前に、規則的にまたは常時混合されてもよい。粒子は、例えば、毎分0.1〜10リットルの流速範囲、または毎分0.3〜3リットルの範囲内で、コーティング装置内で循環させることができる。ハウジング1403の内部空間によって形成されたプレナム1406内に閉じ込められたスプレーヘッド1401からの流体および余剰粒子は、矢印で示される適切な吸引源に接続された出口パイプ1407を介して抽出され、スプレーヘッド1401に再循環させることができる。本明細書においてスプレーヘッドと呼ばれるが、流体に懸濁/浮遊した粒子を塗布することを可能にする共通供給パイプまたは管に沿った任意の他の種類のノズルまたはオリフィスが包含される。
コーティング粒子の形状および組成は、実際には、基材20の表面に付与される作用の性質に依存する。ホイル印刷と同様の効果を達成しようとする印刷システムでは、粒子は、好都合には、金属または金属様の材料である。高品質の印刷については、付与された単層コーティングの粒子間の隙間を最小にするために、粒子はできるだけ微細であることが望ましい。粒子サイズは、所望の画像解像度に依存し、いくつかの用途では、10μm(マイクロメートル)またはおそらくさらに大きい(すなわち、より大きなサイズを有する)粒子サイズ(例えば、直径または最大長さ寸法)が適切であることが判明しうる。不規則なプレートレットの最長寸法は、平均して100μmに達することさえある。しかし、画像品質を向上させるためには、粒子サイズが、マイクロメートルの小さい分数または分数、より好ましくは、数十または数百ナノメートルであることが好ましい。商業的に入手可能なフレークは、約60〜900nmの厚さと、約1〜5μmの代表平面寸法(例えば、ほぼ円形のフレークについては平均直径、または、より規則的でない平面投影をもつプレートレットについては平均「相当直径(equivalent diameter)」、これはまた最短/最長寸法によって特徴づけられる)とを有することがあるが、フレークは、15nm、20nm、25nm、30nm、40nm、または50nmというわずかな厚さおよび100〜1000nmまたは500〜800nm近辺の平均または相当直径を有するように調製することもできる。金属様の粒子を使用する場合、実用的なサイズ範囲の大部分にわたって、粒子サイズが小さいほど、達成可能な輝きの程度がより大きく、かかる粒子が実質的に同一の配向を有している場合(例えば、フレーク様粒子が、大部分が互いに整列して、比較的平坦な表面を形成して鏡面光反射を形成する場合)にはより近いものほど鏡面状の仕上がりに近づけることができると考えられている。しかしながら、粒子の化学的および/または物理的性質に典型的に依存する特定の閾値以下では粒子が望ましくないエッジ効果を示すことがあり意図された印刷にとって好適でなくなる可能性があるため、粒子のサイズはあまり小さくする必要はない。したがって、意図された視覚効果、ならびに他の印刷パラメータ(例えば、基材および/または受容層の粗さ)または印刷システムの動作パラメータ(例えば、印圧または艶出し剪断および同様の要因)に依存しうる理想的なサイズ決定は、印刷技術の当業者によって日常的な実験によって経験的に行うことができる。
(A)粒子の90%の流体力学的直径と粒子の10%の流体力学的直径との間の差が150nm以下、または100nm以下、またはさらに50nm以下であり、数学的には、(D90−D10)≦150nmなどで表すことができる。および/または、
(B)(a)粒子の90%の流体力学的直径と粒子の10%の流体力学的直径との間の差および(b)粒子の50%の流体力学的直径が2.0以下、または1.5以下、または1.0以下であり、数学的に(D90−D10)/D50≦2.0などで表すことができる。
粒子担体、すなわち粒子が懸濁/浮遊される流体は、液体であっても気体であってもよい。液体の場合、担体は好ましくは水をベースとし、気体の場合は、担体は好ましくは空気である。担体は水性液体であるが、粒子は担体に対して疎液性(すなわち親和性がまったくない)であってもよく、例えば疎水性であってもよい。その結果、粒子は液体中に部分的に分散され、部分的に相分離される(同種または異なる相の材料のかかる混合物のすべてのタイプは、本明細書中、用語「懸濁した/浮遊した(suspended)」によって包含される)。粒子に加えて、担体は、分散剤、界面活性剤、水混和性溶媒、共溶媒、安定剤、保存剤、粘度調整剤、pH調整剤などのような、粒子製剤の分野で公知の任意の添加剤を含むことができる。かかる添加剤およびそれらの典型的な濃度は、すべて、分散の技術分野の当業者に知られており、本明細書でさらに詳細に説明する必要はない。粒子およびドナー表面の疎水性に影響を与えない添加剤(またはその混合物)が好ましい。かかる薬剤、特に分散剤は、液体中の懸濁粒子の安定性を維持するか、または増加させるのを助長することができる(必要ならば、相分離した形態を含む)。液体担体はまた、必要に応じて付与可能な場合には、粒子被覆として作用する余剰非結合材料を含有することができる。かかる添加剤およびそれらの混合物は、好ましくは、ドナー表面に向かう液体担体の全体的な不活性に影響しない(例えば、粒子の付着による適切な被覆を防止する表面の有害な膨潤を回避または低減する)。
いくつかの実施形態において、ドナー表面12は、典型的にはシリコーン系材料から一般に調製されて、本明細書に開示された特性を有するように調整されたエラストマーで作成された疎水性表面である。シリコーンベースのポリ(ジメチルシロキサン)ポリマーが好適であることが見出されている。一実施形態においては、3つのシリコーン系ポリマー、すなわち全組成物重量(重量%)のうち約44.8重量%の量のビニル末端ポリジメチルシロキサン5000cSt(DMS V35、Gelest社、CAS No.68083−19−2)、末端ビニル基およびペンダントビニル基の両方を含む約19.2重量%の量のビニル官能性ポリジメチルシロキサン(Polymer XP RV5000、Evonik Hanse社、CAS No.68083−18−1)、および、約25.6重量%の分枝構造ビニル官能性ポリジメチルシロキサン(VQM Resin−146、Gelest社、CAS No.68584−83−8)を混合することによって流体硬化性組成物を調製した。ビニル官能性ポリジメチルシロキサンの混合物に対して、白金触媒、例えば約0.1重量%の量の白金ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体(SIP6831.2、Gelest社、CAS No.68478−92−2)、より良好に効果条件を制御するための抑制剤、例えば、約2.6重量%の量のEvonik Hanse社のInhibitor 600、および、最後に、約7.7重量%の量のメチルヒドロシロキサン−ジメチルシロキサンコポリマー(HMS301、Gelest社、CAS No.68037−59−2)のような、付加硬化を開始させる反応性架橋剤が添加された。この添加硬化性組成物を、直後に、ドナー表面の支持体上に滑らかなレベリングナイフ(例えば、ドラム10に取り付け可能なエポキシスリーブ)により短時間付与した。かかる支持体を、ドナー表面材料の支持体への粘着性を強化するため任意選択的に処理した(例えば、コロナまたはプライミング物質で)。塗布された流体を、ドナー表面を形成するために換気オーブン中で100から120℃で2時間硬化した。
上述したように、受容層(例えば、粘着剤または活性化可能な粘着剤)パターンを印刷基材に付与する多くの方法が知られており、特に、図2に概略的に示されている可能な代替的アナログ処理ステーション36に関連して説明した従来の非デジタル印刷システムにおいて知られている。図1に概略的に示されているイメージングシステム16は、ドナー表面12に塗布された粒子コーティングがインプレッションステーションで基材20に転写される基材上の領域を選択する1つの方法を提供する。かかるイメージングシステムは、デジタル印刷システムのためのデジタル処理ステーションの実施において必要とされる。
図面に示した印刷システムは、粒子が裸の基材(すなわち、適切な受容層がない領域)よりもドナー表面に対してより高い親和性を有する限り、特定の種類の基材に限定されない。基材は、紙またはカードの個々のシートであってもよく、または連続ウェブの形態を有してもよい。基材は、ファブリックまたは革製とすることもできる。粒子が基材に付与される方法のために、粒子は基材の表面上に存在する傾向がある。これにより、無関係な品質の用紙に高品質の印刷を実現することができる。さらに、基材の材料は、繊維状である必要はなく、任意のタイプの表面、例えばプラスチックフィルムまたは剛性ボードであってもよい。先に説明したように、基材は所望の外観に適合する任意の所望の粗さを有することもできるが、かかる意図された効果は受容層のレベルで調節することもできる。
図示されたインプレッションステーション18は、ドラム10およびその外部ドナー面12に押しつけられる滑らかな圧胴22のみを備える。圧胴22は、基材搬送システムの一部を形成してもよく、その場合、圧胴22は、個々の基材シートの前縁と係合するためのグリッパーを備えていてもよい。代替的には、圧胴は、粒子が転写されている印刷基材をさらにエンボス加工するための形状を有していてもよい。
図5Aから図5Dは、本教示にしたがって使用されて得られる印刷基材の写真を示す。これらの基材は、図2に概略的に示すような印刷システムを用いつつ、以下のように変更を行ったうえで印刷した。
公知の技術および本発明によって得られた印刷生成物の拡大図を、粒子によって覆われている面積の割合の評価に関連して先に説明した方法で、共焦点顕微鏡によって撮影した。本開示に係る印刷生成物は、紙からなる印刷基材上にシルクスクリーン印刷によって受容層を付与することによって得られた。ドナー表面およびアルミニウム粒子は前述のとおりであり、粒子は水性組成物の3重量%の重量濃度であった。印字中に粒子によって被覆される受容層のパターンを含む印刷基材は、線速0.5m/secで、周囲温度で印字し、インプレッションステーションのニップ部にかかる力は約12kg−f/cmであった。
受容層を、フレキソ印刷により合成紙基材(イスラエル国Nirotech Adhesives&Coating Technologies社の二軸延伸ポリプロピレンフィルム(BOPP)ホワイトマットP25合成54ガラスラインライナー60gsm)に塗布した同様の印刷実験を行った。スイスのSchmid Rhyner AG社のWessco(登録商標)3501 UV−ワニスを基材20に塗布して、十分な硬化の際に受容層26を形成した。得られた層の厚さは約3.6〜4.2μmであった。金属化イメージ(上記のようなアルミニウムの粒子で被覆された)の外観は、図5Aから図6Dに示されており、シルクスクリーン適用受容層で得られた画像と比較可能である(データは示さず)。さらに、かかる処理された基材上に形成された粒子の層は、シルクスクリーン適用された受容層で得られた画像の拡大図で以前に観察されたものと同様であった(データは示さず)(参考として図7Eを参照されたい)。
Claims (38)
- 基材の表面上に印刷する方法であって、
無端ドナー表面を提供するステップと、
コーティングステーションに前記ドナー表面を循環的に通すステップであって、各通過後、前記コーティングステーションから個々の粒子の単層によりコーティングされた前記ドナー表面が出る、ステップと、
(i)から(iii)のステップ、すなわち、
(i)前記基材表面を処理して、前記基材表面の少なくとも選択された領域に対する前記粒子の親和性を、前記ドナー表面に対する前記粒子の親和性より大きくレンダリングするステップと、
(ii)前記ドナー表面に前記基材表面を接触させて、前記ドナー表面から前記基材表面の前記処理された選択された領域にのみ粒子が転写され、前記基材上の対応する領域に粒子が転写される前記ドナー表面の領域を露出するステップと、
(iii)基材表面上への後続のイメージの印刷を可能にするために、前記コーティングステーションに前記ドナー表面を戻して、前記粒子の単層が連続的になるようにレンダリングするステップと、
を繰り返し実施するステップと、
を含む、方法。 - 前記基材表面の前記選択された領域に転写される前記粒子の割合が、前記選択された領域内における前記基材のベア表面が肉眼で実質的に知覚不能であるようにされる、請求項1に記載の方法。
- 粒子によりコーティングされた前記選択された領域内における前記基材表面の割合が、80%から100%の範囲内である、請求項1または2に記載の方法。
- 粒子によりコーティングされた前記選択された領域内における前記基材表面の割合が、50%から80%の範囲内である、請求項1または2に記載の方法。
- 粒子によりコーティングされた前記選択された領域内における前記基材表面の割合が、20%から50%の範囲内である、請求項1に記載の方法。
- 前記ステップ(i)が、前記基材表面の前記選択された領域に受容層を塗布するステップを含む、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記受容層が、間接印刷により前記基材表面に塗布される、請求項6に記載の方法。
- 前記受容層が、オフセット印刷、スクリーン印刷、フレキソ印刷、およびグラビア印刷からなる群から選択される間接印刷により前記基材表面に塗布される、請求項7に記載の方法。
- 前記受容層が、直接ジェッティングによることを含む、直接印刷により前記基材表面に塗布される、請求項6に記載の方法。
- 前記ステップ(i)が、前記基材に事前塗布される受容層を活性化するために、前記基材表面の前記選択された領域を放射線に晒すステップを含む、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記基材表面上において塗布または活性化された前記受容層が、約0.5μmから約500μmの間、任意選択的に約2μmから約100μmの間の厚さをもつ、請求項6から請求項10のいずれか一項に記載の方法、
- 前記基材表面上において塗布または活性化された前記受容層が、前記基材から遠位にある外表面を含み、前記外表面が、約2μm以下、任意選択的に1μm以下の表面粗さRaをもち実質的に滑らかである、請求項6から請求項11のいずれか一項に記載の方法。
- 前記基材表面上において塗布または活性化された前記受容層が、前記ドナー表面上にコーティングされた前記粒子に接触したときに、実質的に乾燥している、請求項6から請求項12のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ドナー表面上にコーティングされた前記粒子が、前記基材表面の選択された領域に接触したとき、実質的に乾燥している、請求項1から請求項13のいずれか一項に記載の方法。
- 前記粒子が、コーティングされたまたはコーティングされていない金属、合金、マイカ、または、金属の見た目または表面反射性をもつ高分子またはセラミック材料の粒子を含む、請求項1から請求項14のいずれか一項に記載の方法。
- 前記粒子が、フレークまたはプレートレット形である、請求項1から請求項15のいずれか一項に記載の方法。
- 前記粒子の少なくとも50%、または、前記粒子の少なくとも75%、または前記粒子の少なくとも90%が、100nm以下の厚さをもつ、請求項16に記載の方法。
- 前記粒子の少なくとも50%、または前記粒子の少なくとも75%、または前記粒子の少なくとも90%が、少なくとも10nm、任意選択的に少なくとも20nmの厚さをもつ、請求項16または17に記載の方法。
- 前記粒子が、場合に応じて最長寸法、平均直径、および等価直径のうちの少なくとも1つとプレートレットの厚さとの間において、少なくとも10:1、または少なくとも20:1、または少なくとも50:1、または少なくとも100:1の平均アスペクト比をもつ、請求項16から請求項18のいずれか一項に記載の方法。
- 前記アスペクト比が、最大200:1、または最大150:1、または最大120:1である、請求項19に記載の方法。
- 前記基材表面に転写された前記粒子が、実質的に一様な配向で前記受容層上に設けられ、前記プレートレットが、前記基材の遠位にある前記受容層の表面に実質的に平行である、請求項16から請求項20のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ドナー表面に接触した後、前記基材表面をさらに処理するステップを含む、請求項1から請求項21のいずれか一項に記載の方法。
- 前記処理するステップが、前記基材の前記表面に付着された前記粒子の見た目を変更するために、艶出しするステップ、または熱および圧力を加えるステップを含む、請求項22に記載の方法。
- 前記処理するステップが、前記受容層を硬化させるステップ、またはさらに硬化させるステップを含む、請求項22に記載の方法。
- 前記処理するステップが、ラッカーにより前記基材表面の少なくとも前記選択された領域または前記基材の表面全体をコーティングするステップを含む、請求項22から請求項24のいずれか一項に記載の方法。
- 連続的に循環する無端ドナー表面と、
前記ドナー表面に粒子を塗布するためのコーティングステーションであって、前記ドナー表面が、前記コーティングステーションを出るときに個々の粒子の単層コーティングを載せる、コーティングステーションと、
基材表面が処理されて、前記ドナー表面に対する前記粒子の親和性より大きな、前記ドナー表面上の前記粒子に対する親和性をもつ前記基材表面の選択された領域を作製する処理ステーションと、
前記基材表面が前記ドナー表面に接触して、前記ドナー表面から前記基材表面の前記選択された領域のみに粒子が転写され、前記ドナー表面の対応する領域を露出するインプレッションステーションと、
を備え、
前記インプレッションステーションを通った後、前記ドナー表面が、動作中、前記ドナー表面の前記露出した領域に対する新たな粒子の塗布により、前記粒子の層が連続的にレンダリングされるように、前記コーティングステーションに戻る、
印刷システム。 - 前記コーティングステーションが、
a)流体中に懸濁/浮遊した粒子の供給源であって、前記粒子が、互いに対してよりも前記ドナー表面により強く付着する、供給源と、
b)前記表面上に粒子コーティングを形成するために、前記流体中に懸濁/浮遊した前記粒子が前記ドナー表面に付着することをもたらす手法で、前記ドナー表面に前記流体を塗布するためのアプリケーション装置と、
c)前記コーティングステーションを出るときに前記表面に付着する粒子の単層のみを残すために、流体を抽出するように、および前記表面に直接接触しない余剰粒子を除去するように動作する余剰物抽出システムと、
を備える、請求項26に記載の印刷システム。 - 前記アプリケーション装置が、前記ドナー表面上に直接、前記流体と懸濁/浮遊した粒子とを噴霧するためのスプレーヘッドを備える、請求項27に記載の印刷システム。
- 前記アプリケーション装置が、前記ドナー表面上に前記流体と懸濁/浮遊した粒子とを塗りつけるように動作する回転可能アプリケータを備える、請求項27に記載の印刷システム。
- アプリケータが、円筒形スポンジまたは中央回転軸から放射状に延びた複数の可撓性ストリップを含むローラである、請求項29に記載の印刷システム。
- 前記スポンジまたは前記可撓性ストリップが、独立気泡発泡体により形成された、請求項30に記載の印刷システム。
- 前記アプリケーション装置が、前記ドナー表面に隣接した縁部をもつ筐体の内部プレナム内に収容され、前記縁部が、前記筐体の前記縁部と前記ドナー表面との間に規定されたシーリングギャップからの粒子の流出を防ぐように構成された、請求項27から請求項31のいずれか一項に記載の印刷システム。
- ワイパーブレードが、前記縁部に提供されて、前記コーティング装置からの粒子および/または流体の流出を防ぐ、請求項32に記載の印刷システム。
- 前記余剰物抽出システムが、余剰な噴霧された流体と前記噴霧された流体内に懸濁/浮遊した粒子とを前記プレナムから抽出するように前記筐体に接続された吸引源を含む、請求項32または33に記載の印刷システム。
- 前記流体が、液体であり、前記システムが、前記コーティングステーションを出るときに前記ドナー表面上に留まる任意の残留液体を除去するための、前記コーティングステーションと前記インプレッションステーションとの間に位置する乾燥ステーションをさらに備える、請求項26から請求項34のいずれか一項に記載の印刷システム。
- クリーニングデバイス、液体吸収デバイス、調整デバイス、および転写後デバイスのうちの少なくとも1つをさらに含む、請求項26から請求項35のいずれか一項に記載の印刷システム。
- 前記粒子が、コーティングされたまたはコーティングされていない金属、合金、またはマイカであるか、または、金属の見た目をもつ高分子またはセラミック材料により作られた、請求項26から請求項36のいずれか一項に記載の印刷システム。
- 前記粒子が、平らなプレートレットの形態をもつ、請求項26から請求項37のいずれか一項に記載の印刷システム。
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