JP2019081280A

JP2019081280A - 熱転写装置

Info

Publication number: JP2019081280A
Application number: JP2017209145A
Authority: JP
Inventors: 正志久保田; Masashi Kubota
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2017-10-30
Filing date: 2017-10-30
Publication date: 2019-05-30

Abstract

【課題】熱負荷が高い転写を行っても位置ずれの発生を防止し、印画ムラの発生を抑制することが可能な熱転写装置を提供する【解決手段】溶融熱転写記録に用いる、転写媒体１７と、被転写媒体１８と、を重ねた状態でサーマルヘッド１２と圧接するプラテンローラー１４を有する熱転写装置２０において、プラテンローラーが、７０℃以上に昇温した状態において、ＪＩＳＫ６２５３に準拠したタイプＡのデュロメータによる測定開始から１５秒後のショアＡ硬度９０以上を備えていることを特徴とする熱転写装置。【選択図】図１

Description

本発明は溶融型の熱転写で転写媒体上の転写物を被転写媒体の受像層に安定して転写して、受像層上に画像形成する熱転写装置に関する。

溶融型熱転写とは、特許文献１に記載されるように、基材にハクリ層と接着層を積層した構成、もしくはハクリ層と接着層の間に中間層が配置された構成、の転写媒体のハクリ層と接着層を積層した構成、もしくはハクリ層と接着層の間に中間層が配置される構成（以後、転写物と呼ぶ）を、被転写媒体に転写する印画方式である。この転写物を被転写媒体の受像層に接触させた状態で加熱することにより、転写物を被転写媒体に転写する。

転写時には、受像層に転写体を重ね、プラテンローラーとサーマルヘッドで挟んで押圧することで受像層と転写物の密着性を高め、かつ密着性が均一になるようにしている。

熱転写方式プリンターは、プリンターの高機能化により各種画像を簡便にフルカラーで形成することができるため、デジタルカメラのセルフプリント、身分証明書等のカード類の印刷、アミューズメント用出力物の印刷等に広く利用されている。

身分証明用途に関しては偽造防止の目的から特殊な転写媒体を使用することがある。特殊な転写媒体としては、転写物に回折格子を含む転写媒体がある。回折格子が形成している層は耐熱性が非常に高いため、転写するのに高い転写エネルギーが必要になる。この転写エネルギーはサーマルヘッドに備える微小抵抗体に瞬間的に大電流を流すことにより、瞬間的に高い熱を発することから得られる。転写で画像形成する手法としては転写媒体が昇華染料を含む昇華型、転写媒体上の転写体を被転写媒体に転写する溶融型がある。しかしこれらを印画する転写装置の構造は極めて似ている。

サーマルヘッドから発した熱エネルギーのごく一部が転写に使われ、ほとんどはプラテンローラーに通じていくため、プラテンローラーの温度は高くなっていく傾向にある。
通常のインク転写媒体の転写体を転写する場合は、プラテンローラーに通じる熱量の影響を問題にすることは少ないが、回折格子のような特殊な媒体を転写する場合は転写に高エネルギーが必要になるため、プラテンローラーに通じる熱が不具合を起こすこともある。

その一つがプラテンローラー表面の軟化である。プラテンローラーは、被転写媒体を精密に送る役目を持っているため、摩擦係数が比較的高く、耐摩耗性の高いポリウレタンが使われることが多い。しかし特殊な転写媒体を転写するような高エネルギーで転写すると、インク転写媒体を転写するより高い熱負荷で使用することになる。

このような環境であるとプラテンローラー表面の軟化が問題になることがある。さらに特殊な転写物は、通常のインク転写媒体に比べて厚いため、転写媒体の内部応力が高い。そのためプラテンローラー表面が軟化すると転写物の応力によって被転写媒体が変形し位置ずれを起こすため、印画ムラが発生する。

特開２００２−２１２８９０号公報

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、熱負荷が高い転写を行っても位置ずれの発生を防止し、印画ムラの発生を抑制することが可能な熱転写装置を提供することを課題とする。

上記の課題を解決する手段として、本発明の第一の態様は、溶融熱転写記録に用いる、転写媒体と、被転写媒体と、を重ねた状態でサーマルヘッドと圧接するプラテンローラーを有する熱転写装置において、
プラテンローラーが、７０℃以上に昇温した状態において、ＪＩＳＫ６２５３に準拠したタイプＡのデュロメータによる測定開始から１５秒後のショアＡ硬度９０以上を備えていることを特徴とする熱転写装置である。

本発明の第二の態様は、溶融熱転写記録に用いる、転写媒体と、被転写媒体と、を重ねた状態でサーマルヘッドと圧接するプラテンローラーを有する熱転写装置において、
プラテンローラーの直径が５０ｍｍ以下であって、且つプラテンローラーが、７０℃以上に昇温した状態において、ＪＩＳＫ６２５３に準拠したタイプＡのデュロメータによる測定開始から１５秒後のショアＡ硬度９０以上を備えていることを特徴とする熱転写装置である。

本発明の第三の態様は、溶融熱転写記録に用いる、転写媒体と、被転写媒体と、を重ねた状態でサーマルヘッドと圧接するプラテンローラーを有する熱転写装置において、
プラテンローラーの直径が５０ｍｍを超えることを特徴とする熱転写装置である。

本発明の熱転写装置によれば、プラテンローラーと被転写媒体のすべりの低減を図るとともに、高い転写エネルギーで熱転写した場合でも、熱によってプラテンローラーが軟化して変形しないため、転写画像のゆがみ等を防止することができるという効果を奏する。

本発明に係る熱転写装置の実施形態を例示する概要図である。本発明に係る転写媒体を例示する断面図である。本発明に係る被転写媒体を例示する断面図である。本発明の熱転写装置を使用した場合の転写サンプルの一例を示す顕微鏡写真である。従来の熱転写装置を使用した場合の転写サンプルの一例を示す顕微鏡写真である。

以下、本発明に係る熱転写装置の実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態における熱転写装置を示す図である。

＜熱転写装置＞
本発明の熱転写装置の装置構成の概要を図１に示す。本発明の熱転写装置２０は、転写媒体の巻出し部１１、サーマルヘッド１２、転写媒体巻取り部１３、プラテンローラー１４、ハクリ板１５を備えている。また、この熱転写装置２０を制御し、必要なデータを転送するＰＣ１６を備えている。この熱転写装置２０に画像形成のための転写媒体１７と被転写媒体１８を装着し、ＰＣ１６により必要なデータ処理が行われ、熱転写装置２０の制御が行われることにより、被転写媒体１８に転写媒体１７上の転写体を転写し、印画を行う。

巻出し部１１は一定のトルク抵抗がかかるような仕組みを持つ軸に転写媒体１７が巻いてあるコアを固定する。転写媒体１７が巻きだされるとトルク抵抗がかかるため、これにより転写媒体１７に張力を与える。トルクのかけ方は一般的な固定値型のトルクリミッターを使うが、中には摩擦力等を制御することで可変型のトルクリミッターを使う場合がある。また転写媒体再利用等の理由から巻出し軸にモーターを備える場合があり、この場合はモーターに流す電流を制御する等してトルクを制御する場合もある。

転写媒体巻取り部１３はモーター等媒体を巻き取る機構に転写媒体巻取り用コアを取りつけ、このコアに巻き取るようになっている。通常、巻取り軸と巻取りコア間にはトルクリミッターを備え、一定の力でまきとるようになっている。

なお、転写媒体１７の巻出し、巻取りのトルクの制御には巻出し、巻取りそれぞれの転写媒体巻き径を知る必要がある。通常巻出し、巻取り転写媒体にはロータリーエンコーダーを備えている。このエンコーダー出力を解析することにより、転写媒体１７の巻き径を算出し、適正なトルクとなるよう制御を行うことが好ましい。

被転写媒体１８もロール形態の場合は巻出し、巻取り共に転写媒体１７同様のトルク制御が行われる。被転写媒体１８と転写媒体１７の送り速度は完全に一致させる必要があるため、被転写媒体１８の巻出し側には転写媒体同様にロータリーエンコーダーを備え、巻き径を常に監視して、転写媒体１７の送り速度と同じになるような制御を行っている。被転写媒体１８が紙などある程度剛性がある場合は、被転写媒体１８が枚葉形態の場合がある。この場合でも搬送速度の制御をおこなわれる。

このように同期をとって搬送している転写媒体１７と被転写媒体１８をサーマルヘッド１２とプラテンローラー１４で挟み込み、熱圧を加えることで、転写媒体１７上の転写体を被転写媒体１８に転写する。

（サーマルヘッド）
サーマルヘッド１２は、微小抵抗体がアレイ状に並んでいる。抵抗体の大きさはおおよそ数１０〜数１００μｍである。この抵抗体一つ一つが電気的に独立して電流を流すことができ、データに従って抵抗体毎に制御された電流を流して抵抗体を瞬間的に加熱する。この熱で転写体を被転写媒体１８に転写する。抵抗体を保護するためにヘッド表面は数１０μｍ厚でセラミックが蒸着されている。蒸着材料としては、耐久性の高いＳｉＣ、ＳｉＯＮ、もしくはこれら材料をベースに他材料を配合したものがある。

（プラテンローラー）
プラテンローラー１４は通常金属軸に樹脂が巻いてある形態である。図１からわかるように、転写媒体１７と被転写媒体１８をサーマルヘッド１２とで挟む構造になっており、サーマルヘッド１２の熱がほぼ直接プラテンローラー１４に伝わる。このためプラテンローラー１４は耐熱性のある樹脂からできていることが望ましい。これに加えて、サーマルヘッド１２のようにライン印画で印画物を形成するには、転写媒体１７と被転写媒体１８を正確に送る必要があるので、プラテンローラー１４はモーター駆動になっていることがおおい。３００ｄｐｉのサーマルヘッドでは抵抗体の間隔が８４μｍなので、媒体を送る量も正確に８４μｍで送り続ける必要がある。そのためには、被転写媒体１８とプラテンローラー１４間の摩擦が高いことが望ましい。これらの要求からプラテンローラー１４にはウレタン系の材料が使われることが多い。

この他、摩耗度が低い方が好ましい。プラテンローラー１４表面は高い面精度を求めら
れるため、通常精密研磨を行う。しかし摩耗度が高いと研磨表面が荒れて表面に凹凸が発生してしまう。凹凸ができると、転写が安定しないだけでなく、被転写媒体との接触面積も下がるため、摩擦力も小さくなる。

先に説明した通り、サーマルヘッド１２、プラテンローラー１４共に高い面精度が要求される。転写媒体１７、被転写媒体１８はサーマルヘッド１２、プラテンローラー１４で挟まれて熱圧をかけられるため転写媒体１７と被転写媒体１８間で密着する。溶融転写の場合は、転写媒体１７上の転写物が被転写媒体１８に密着し、転写物の被転写媒体１８との密着性の方が、基材との密着性より高くなるため、この２つを引きはがそうとすると転写物は転写媒体１８より剥離して、被転写媒体１８上に残る。剥離は転写媒体１７と被転写媒体１８が流れる方向に進むのに伴い、ハクリ板１５が支点となって、転写媒体１７が被転写媒体１８から分離する方向に働く力を受ける事によって行われる。一般に９０度前後のハクリ角（転写媒体１７と被転写媒体１８がなす角度）が最も剥離力が大きくなるため、９０度程度の角度に設定する場合が多い。

また、熱転写プリンターなどの熱転写装置２０は、サーマルヘッド１２によるライン印画を連続的に行うことで印画をするため、ＰＣ１６では元々の画像をラインデータの集合体に変換し、そのラインデータを順次、サーマルヘッド１２に送って、印画物を形成する。熱転写装置２０によっては画像をラインデータの集合体に変換するように処理をするための専用ボードを熱転写装置２０内に備えるものもある。

（転写媒体）
次に転写媒体を説明する。本発明の熱転写装置で使用する転写媒体としては、従来から使用されてきた転写媒体を好適に使用することができる。転写媒体の断面を図２に示す。基材２１の一方にバックコート２２が一様に塗布してあり、反対側にはハクリ層２３が塗工してあり、その上にいろいろな機能を有する中間層２４（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）が、さらにその上に接着層２５が塗工してある。バックコート２２はおおむね０．２−２．０μｍ程度の厚さが好ましく、材料としてはワックスなどですべりをよくするもの、タルクやフィラーを混ぜることでサーマルヘッドとの接触面積を小さくするものがある。ハクリ層２３の厚さは０．２−２．５μｍ程度が好ましく、材料としてはアクリル系樹脂が最も使われている。接着層２５は０．２−１．５μｍ程度の厚さであることが好ましく、材料はエポキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂、塩化ビニル系樹脂など用途によっていろいろな樹脂が使われている。一つのリボンにいくつかのパネルが存在し、パネルごとに中間層２４の機能をまとめる構成が多々見られる。図２の場合には中間層２４ａ、２４ｂ、２４ｃをそれぞれ有する３つのパネルから構成されている。中間層２４ａ、２４ｂ、２４ｃの厚さは０．５−１．５μｍ程度であり、光硬化性樹脂やイソシアネート等反応性材料を混ぜたものが使われている。

（被転写媒体）
次に被転写媒体の断面を図３に示す。本発明の熱転写装置で使用する被転写媒体１８としては、従来から使用されてきた被転写媒体を好適に使用することができる。被転写媒体１８は基材３１上に受像層３２が塗工してある。基材３１と受像層３２の密着性が低い場合は基材３１と受像層３２間にアンカー層といれる場合がある。受像層３２は１．５−５．０μｍ程度の厚さが好ましく、材料はエポキシ系樹脂やポリエステル系樹脂などがよく使用されている。

以下、本発明にかかる実施例を説明する。説明した熱転写装置にロール状の転写媒体、被転写媒体を装着し、検証を行った。本検証では、下記材料構成の転写媒体、被転写媒体を使用したが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。

＜転写媒体＞
基材１２．０μｍ厚東レルミラーＳ１０
バックコート０．８μｍ厚東亜合成サイマックＵＳ３５２１００部
ハクリ層０．７μｍ厚大日本インキ化学工業株式会社ＭＣＳ５０４１
１００部
中間層０．７μｍ厚大日本インキ化学工業株式会社ＭＣＡ４０３９
１００部
接着層０．５μｍ厚東洋紡バイロン３０ＳＳ５０部
三菱ケミカルＥＰ１００１５０部

＜被転写媒体＞
基材２５．０μｍ厚東レルミラーＳ１０
中間層１．１μｍ厚アクリル
ポリエステル
ワックス
受像層３．５μｍ厚三菱ケミカルＥＰ１００７１００部

また転写機に関しては３００ｄｐｉで発熱体の平均抵抗が３５００Ωのサーマルヘッドに２５Ｖの印加電圧をかけて転写を行った。またプラテンローラーの温度はφ０．０５のＫ型熱電対がプラテンローラーに接するように配置し、温度を測定した。プラテンローラー表面の硬度の測定は、テクロック社のＪＩＳＫ６２５３に準拠したタイプＡのデュロメータ、ＧＸ−０１を使用し、測定開始から１５秒後の測定値とした。
た。

＜実施例１＞
プラテンローラーのゴムに以下の材料を使用して、上記媒体を使って印画して、ムラが発生したかを確認した。
プラテンローラー径４２ｍｍ
プラテンローラー表面材質耐熱ウレタンゴム
使用材料名ブルコラン９０（ショアＡ硬度：９０°、（株）前田シェルサービス製）
[物性１]
このローラーを使って媒体を転写したところ図４に例示したような印画ムラが無い、良好な印画結果が得られた。

＜実施例２＞
プラテンローラーのゴムに以下の材料を使用して、上記媒体を使って印画して、ムラが発生したかを確認した。
プラテンローラー径９５ｍｍ
プラテンローラー表面材質耐熱シリコーンゴム(ショアＡ硬度：６０°、会津ゴム工業（株）製)
[物性２]
このローラーを使って媒体を転写したところ図４に例示したような印画ムラが無い、良好な印画結果が得られた。

＜比較例１＞
プラテンローラーのゴムに以下の材料を使用して、上記媒体を使って印画して、ムラが発生したかを確認した。
プラテンローラー径４２ｍｍ
プラテンローラー表面材質耐熱ウレタン樹脂（ショアＡ硬度：７０°）
[物性３]
このローラーを使って媒体を転写したところ図５に例示したような印画ムラのある印画結果が得られた。

なお、実施例１、２および比較例１の実施中、プラテンローラーの温度は７０℃であった。これらの結果を表１にまとめた。印画ムラについては、印画ムラが認められたものを×、認められなかったものを○、で示した。

プラテンローラー径が５０ｍｍ以上のときには、プラテンローラーの硬度が柔らかくても印画ムラは顕著にならなかったが、プラテンローラー径が５０ｍｍより小さくなると印画ムラが顕著になった。プラテンローラー径が５０ｍｍより小さくなると転写媒体とプラテンローラーに巻きつく力が大きくなるため、プラテンローラーの変形に非常に敏感になるためと思われる。この時のプラテンローラー表面のショアＡ硬度を測定すると実施例１の材料は９２°、実施例２は７５°、比較例１は７３°であった。硬度以外の物性はこれら３つに関して大きな差は見られなかった。なお、ここでショアＡ硬度とは、ＪＩＳＫ
６２５３に準拠したタイプＡのデュロメータによる測定において、測定開始から１５秒後の値とした。

１１・・・巻出し部
１２・・・サーマルヘッド
１３・・・巻取り部
１４・・・プラテンローラー
１５・・・ハクリ板
１６・・・ＰＣ
１７・・・転写媒体
１８・・・被転写媒体
２０・・・熱転写装置
２１・・・基材
２２・・・バックシート
２３・・・ハクリ層
２４、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ・・・中間層
２５・・・接着層

Claims

溶融熱転写記録に用いる、転写媒体と、被転写媒体と、を重ねた状態でサーマルヘッドと圧接するプラテンローラーを有する熱転写装置において、
プラテンローラーが、７０℃以上に昇温した状態において、ＪＩＳＫ６２５３に準拠したタイプＡのデュロメータによる測定開始から１５秒後のショアＡ硬度９０以上を備えていることを特徴とする熱転写装置。
溶融熱転写記録に用いる、転写媒体と、被転写媒体と、を重ねた状態でサーマルヘッドと圧接するプラテンローラーを有する熱転写装置において、
プラテンローラーの直径が５０ｍｍ以下であって、且つプラテンローラーが、７０℃以上に昇温した状態において、ＪＩＳＫ６２５３に準拠したタイプＡデュロメータによる測定開始から１５秒後のショアＡ硬度９０以上を備えていることを特徴とする熱転写装置。
溶融熱転写記録に用いる、転写媒体と、被転写媒体と、を重ねた状態でサーマルヘッドと圧接するプラテンローラーを有する熱転写装置において、
プラテンローラーの直径が５０ｍｍを超えることを特徴とする熱転写装置。