JP2019513585A - 印刷方法 - Google Patents

Abstract

本発明は蒸発を防ぐことにより印刷基材へのインクの吸収を改善する印刷システム及び方法に関する。印刷システムは印刷された印刷基材（２）を（調整された）画像形成モジュール（１）から乾燥／固定モジュール（２０）に搬送するために配置された調整された搬送モジュール（１０）を含む。

Description

本発明は、多孔性の印刷基材へのインク吸収を改善するための印刷システム及び印刷方法に関する。

調整された（conditioned）画像形成モジュール（例えば、温度及び相対湿度）において行われる印刷ステップと、調整された画像形成モジュールの下流に配置される乾燥／定着モジュールにおける乾燥及び／又は定着ステップとを含む印刷システム及び方法、例えばオセ社製ＶａｒｉｏＰｒｉｎｔ ｉ３００印刷システムが当該技術分野で知られている。そのような既知の印刷システムでは、印刷された印刷基材を画像形成モジュールから乾燥／定着モジュールに搬送するための搬送手段が設けられている。

そのような印刷方法及びシステムの欠点は、比較的高い印刷速度（毎分＞２００〜４００枚のＡ４画像）において乾燥ロバスト性（drying robustness）が劣った印刷物が得られる。これは、印刷基材へのインク組成物の吸収が限られていることに起因するものと考えられている。

本発明は上記欠点を解消するか又は少なくとも緩和することを目的とし、高印刷速度で乾燥ロバスト性が改善された印刷物を得ることができるように印刷基材へのインク組成物の吸収が改善された印刷システム及び方法を提供する。

上記の目的は、印刷システムであって、
−画像形成モジュールと、
−乾燥／定着モジュールと、
−画像形成モジュールと乾燥／定着モジュールとの間に配置されるとともに、印刷された印刷基材を画像形成モジュールから乾燥／定着モジュールに搬送するための搬送モジュールであって、該搬送モジュールは、該搬送モジュール内の相対湿度を少なくとも５０％、好ましくは５０％〜１００％、より好ましくは５５％〜９５％、より好ましくは６０％〜９０％に制御するように構成された制御システムと、
を含む印刷システムによって実現できる。

一実施形態では、搬送モジュール内に配置される制御システムは相対湿度センサ（ＲＨ）と相対湿度を上げるための手段（ＲＨ）とを含む。相対湿度を上げるための手段は当該技術分野で知られており、その例としてはアトマイザー、蒸発器、スチームユニット等が挙げられる。

一実施形態では、制御システムは温度を制御するように、好ましくは４０℃〜８０℃、より好ましくは４５℃〜７０℃、さらにより好ましくは５０℃〜６０℃に制御するように構成されている。そのため、本実施形態に係る制御システムは温度センサ及びヒーターを含み、任意で冷却装置を含む。

特定の実施例では、上記温度は５０℃±２℃に制御され、相対湿度はその温度で少なくとも６０％に制御される。

何ら理論に縛られることを望む訳ではないが、乾燥／定着段階に入る前の媒体の表面上に少量残る液体は改善され且つ最適な（乾燥）ロバスト性を得る必要がある。

液体の残存量はインク組成物中に存在する（水を含む）溶剤の蒸発及び印刷基材へのインク成分の吸収の結果であり、全ては１００〜１０００ｍｓ内である。この期間の後、インク組成物は蒸発により粘度が高くなり、それによってさらなる吸収が制限されるか又は場合によっては防止されるため印刷された印刷媒体の表面上の液体の残存量は満足のいく（乾燥）ロバスト性を得るのに高すぎることになる。

したがって、乾燥／定着段階に入る前に印刷基材の表面上の液体の残存量をさらに低減するためには、粘度の増加を抑えそれにより印刷基材へのインク成分の吸収を促進するためにインク成分の蒸発を防ぐべきである。

驚くべきことに、発明者らは（媒体の種類に応じて）１００〜２０００ｍｓの間に蒸発を防ぐか又は緩和することが印刷物の（乾燥）ロバスト性に大きな好ましい効果があることを見出した。

吸収特性が高い印刷基材を用いることにより及び／又は吸収係数が高いインク及び／又は蒸発係数が制限されたインク及び／又は（例えば蒸発に起因する）インクの粘度の変化への依存が少ない吸収係数を有するインクを用いることにより及び／又は蒸発の際に粘度の増加の影響をあまり受けないインクを用いることにより本発明の効果をさらに高めることができる。

一実施形態では、搬送モジュール（１０）は、下記式１を満たす長さを有する搬送路を提供する搬送手段（１１）を含む。
（式１） Ｌ≧（Ｖ_{ｐｒｉｎｔｉｎｇ}／６０×ｔ_ａｂｓ×Ｗ_{ｉｍａｇｅ}）
（式中、Ｖ_{ｐｒｉｎｔｉｎｇ}は１分当たりの画像の印刷速度であり、ｔ_ａｂｓは印刷基材及びインクのセットに依存する吸収時間であり、Ｗ_{ｉｍａｇｅ}、は画像の幅である。） 最悪の場合（本発明）、印刷基材へのインクの吸収には約２０００ｍｓ要し、画像形成後の蒸発は２０００ｍｓの間防止しなければならい。その間にＡ４幅（即ち２１ｃｍ）は２．１ｍ（３００画像／６０ｓ×２０００ｍｓ×２１ｃｍ）の距離を搬送される。プリンタの用紙搬送路を考慮して、発明者らは、印刷ユニットと乾燥／定着ユニットとの間の空間を調整することにより最良の形で実現できることを見出した。調整された搬送モジュールに媒体搬送手段が配置される。

一実施形態では、搬送手段は搬送ベルト、搬送ローラー及び搬送ドラムからなる群から選択される少なくとも１つの搬送手段を含む。

別の態様では、本発明は印刷方法に関する。係る印刷方法は、蒸発を防ぐことにより印刷された印刷基材へのインクの吸収を改善するための印刷方法であって、当該印刷方法は、
ａ）印刷基材に画像を印刷するステップと、
ｂ）ステップａで得られた印刷された印刷基材を搬送するステップと、
ｃ）ステップｂで得られた印刷された印刷基材上の画像を乾燥及び／又は定着させるステップと、を含み、
搬送ステップｂは調整された環境において行われ、前記相対湿度は少なくとも５０％に、好ましくは５０％〜１００％に、より好ましくは５５％〜９５％に、より好ましくは６０％〜９０％に制御される。

一実施形態では、搬送ステップｂは調整された環境で行われ、温度が好ましくは４０℃〜８０℃、より好ましくは４５℃〜７０℃、さらにより好ましくは５０℃〜６０℃に制御される。

特定の実施例では、温度は５０℃±２℃に制御され、相対湿度はその温度で少なくとも６０％に制御される。

一実施形態では、搬送ステップｂにおける相対湿度（ＲＨ）は少なくとも７０％に制御される。

本発明は、下記の詳細な説明及び添付の概略図からより完全に理解することができる。下記の詳細な説明及び添付の図面は例示にすぎず、本発明を限定するものではない。
図１は、本発明に係るインクジェット印刷システムの概略図を示す。 図２は、様々な印刷媒体上でのインクの液滴の正規化された落下体積（normalized drop volume）を時間の関数として（即ちｌｏｇ（ｔ））表す図である。 図３は、様々な印刷媒体上でのインクの液滴の正規化された体積減少（normalized volume loss）を時間の関数として（即ちｓｑｒｔ（ｔ））表す図である。 図４は、吸収／蒸発の比の関数として１ｓにおける正規化されたインクの残留分（residue）を表す図である。 図５は、ロバスト性スコアの関数として１ｓにおける正規化されたインクの残留分を表す図である。

図１は、画像形成モジュール１、搬送モジュール１０及び乾燥／定着モジュール２０を含む本発明に係る印刷システムを示す。

画像形成モジュール１は、印刷基材２が印刷モジュール１に入ってインクジェットプリントヘッドを含む画像形成装置４の下で印刷基材に画像が印刷されるように搬送する（矢印Ａで示す）ために配置された搬送手段３を含む。画像形成モジュールは、画像形成モジュール内部の環境条件、例えば温度及び（相対）湿度を制御するために制御システム５をさらに含む。高い湿度（例えば、＞７０％ＲＨ）を制御することにより、インクの蒸発が防止されるか又は少なくとも低減される。

搬送モジュール１０は、印刷された印刷基材を画像形成モジュール１から乾燥／定着モジュール２０に（矢印Ｂ及びＣでそれぞれ示す）搬送するように配置及び適合された搬送手段１１を含む。搬送手段１１に沿った搬送路の長さは、印刷された印刷基材の滞留時間が印刷基材へのインクの吸収促進に十分な長さになるように設計される。吸収は印刷基材の種類及び使用するインクセットに依存するため、所望の媒体の範囲及びインクセットは選択する必要があるとともに、搬送モジュールにおける搬送手段１１に沿った搬送路の最適な長さを算出しなければならない。上述した最悪ケースの場合、搬送路の最小長さは２．１ｍである。搬送モジュールは、搬送モジュール内部の環境条件、例えば温度及び（相対）湿度を制御するために制御システム１２をさらに含む。高い湿度（例えば、＞７０％ＲＨ）を制御することにより、印刷された印刷基材の搬送の間にインクが蒸発するのが防止されるか又は少なくとも低減される。

乾燥／定着モジュール２０は搬送手段２１（本件ではドラム（例えば時計回りに回転する（図示せず）））及び（例えば（輻射）ヒーター及び空気衝突モジュールを含む）乾燥／定着手段２２を含む。矢印Ｄで示すように、印刷された印刷基材は乾燥／固定モジュールを出る。印刷された印刷基材はさらに排紙トレイ、後処理モジュール（例えば折り機モジュール、冊子作成モジュール等）に搬送されるか又は印刷された印刷基材は両面印刷のためにひっくり返されて画像形成モジュールに再び導入され得る。

画像形成モジュール、搬送モジュール及び乾燥定着モジュールにおける搬送手段は１つ以上のドラム、１つ以上の搬送ベルト、１つ以上の搬送ローラー又はその組み合わせも含み得る。

モジュール内の環境条件を制御するための方法は当該技術分野で知られており、ここではさらなる説明は省略する。

なお、図１に示す実施形態は本発明の範囲を限定するものではない。例えば、本発明はインクジェット印刷技術を用いる連続フィードプリンタでも実施され得る。また、図１に示していない両面媒体搬送路を実施してもよい。

実施例
材料
実施例では以下の印刷媒体を用いた。
・ハローマット １１５ｇｓｍ（Ｂｕｈｒｍａｎｎ Ｕｂｂｅｒｎｓ社製）
・テラプリントシルク ８０ｇｓｍ（Ｓｔｏｒａ Ｅｎｓｏ社製）
・オムニグロス １１５ｇｓｍ（Ｉｇｅｐａ社製）
・デジファインネスプレミアムシルク １１５ｇｓｍ（ＵＰＭ社製）
実施例では、オセ社のｉＱｕａｒｉｕｓシアンインク用いた。

実験方法
インクジェット液滴の吸収／蒸発比は、様々な媒体上での〜１５ｐＬのインクジェット液滴の乾燥の高速カメラ動画を分析することにより求めた。高速カメラ動画は、印刷基材の表面上のインク液滴を室温で撮ったものであり、相対湿度は制御されず全ての実験で一定とした。時間ｔにおける液滴の体積は、液滴の端（２Ｄ画像）を検出し、発見された輪郭にわたって円形セグメントを適合し（fitting a circular segment through the found contour）、印刷基材上の液滴の形状は球状キャップ（spherical cap）であると仮定することによって求められる。そして、液滴の体積はＶ_{ｄｒｏｐｌｅｔ}＝π×ｈ／６×（３ａ^２＋ｈ^２）で算出できる（式中、Ｖ_{ｄｒｏｐｌｅｔ}は液滴の体積であり、ａは球状キャップのベース円の半径であり（即ち、発見した輪郭にわたって適合した円形セグメントの半径）、ｈは球状キャップの高さである。）。そして、（即ち、体積の算出に対する衝突直後の液滴の変形の変動の影響をなくすか又は少なくとも緩和するために約１ｍｓ後に）算出した体積を基材の表面に液滴を衝突させた直後の噴射液滴の体積に対して正規化する。図２においていくつかの印刷媒体の場合を例示するように、正規化した液滴の体積を時間の関数としてプロットした。７００ｍｓ後、正規化した液滴の体積のプラトー値が得られる（図２において線２０１で示す。正規化した体積のプラトー値は使用した印刷基材の表面上に残るインクの残留分量を示すものである。印刷基材は７００ｍｓの後インクを吸収しないか殆ど吸収しない。何故なら（何ら理論に縛られることを望むものではないが）、インクは粘度の低い成分（主に水）の蒸発によって粘度が高くなりすぎているからである。印刷基材上のインクの残留分は１ｓにおいて求められる（図２において線２０２で示す）。少なくとも部分吸収性の印刷基材での体積減少は蒸発及び吸収の組み合わせであり、非吸収性の媒体上での体積減少は蒸発のみに起因する。蒸発による体積減少を求めるために、非吸収性の面であるテフロン（登録商標）上で基準試験を行った。正規化した体積減少（即ち、蒸発及び吸収の組み合わせによって失われた液滴の体積の一部）をＶ_ｌｏｓｓ（ｔ）＝１−Ｖ_{ｄｒｏｐｌｅｔ}（ｔ）（式中、Ｖ_ｌｏｓｓ（ｔ）は時間ｔにおける正規化した体積減少（一部）であり、Ｖ_{ｄｒｏｐｌｅｔ}（ｔ）は時間ｔにおける液滴の体積である（図２参照））。そして、Ｖ_ｌｏｓｓ（ｔ）を時間の平方根の関数としてプロットし（図３参照）、２５０ｍｓ（ｓｑｒｔ（ｔ）＝０．５ｓｑｒｔ（ｓ））における正規化した体積減少を求めた（図３の線３０１参照）。全ての結果を表１に示す。

上記で開示した手順を、テラプリントシルク及びオムニグロスの２種類の媒体と非吸収性の基準としてのテフロン（登録商標）に行った。

そして、吸収／蒸発比を算出した。選択された印刷媒体上の液滴とテフロン（登録商標）上の液滴のとの間の２５０ｓにおける体積減少の差をテフロン（登録商標）上の体積減少（蒸発のみ）で除したものである（表１参照）。１ｓにおける正規化した残留分を２５０ｍｓにおける吸収／蒸発比の関数としてプロットした（図４参照）。

吸収が大きいインクと媒体との組み合わせ（テラプリントシルクのように高い吸収／蒸発比が高いもの（表１、図４参照））は残留分が少ないため、良好な印刷ロバスト性が得られた。吸収が良好ではないインクと用紙との組み合わせの場合（即ち、オムニグロスのように吸収／蒸発比が比較的小さいもの（表１、図４参照））、インクは数百ｍｓ後に粘度が非常に大きくなり、最初の数百ｍｓの間の吸収の欠如を回復できない。

いくつかの（シンプレックス（simplex））テストチャートで構成されるテストセットを目視検査することにより印刷ロバスト性を評価する。ロバスト性スコアは観察された損傷レベルに基づく。
５ テストセットに損傷が観察されなかった。
４ テストセットは最終的なスタックにおける次の用紙にインク転移を示す（スタックにおける１つの用紙から別の用紙への直接的な転移（ブロッキングに関する））。
３ テストセットはエンジンの汚れにより用紙から用紙への直接的なインク転移があった（即ち、搬送ホイールの汚れによるインク転移）。
２ テストチャートは損傷し、インクは依然存在するものの印刷領域にアーチファクトが見える（即ち搬送ホイールの跡）。
１ テストチャートが損傷し、インクが局所的に取り除かれていた（ホワイトスポット）。

上記の手順が下記の印刷媒体に対して繰り返された。
Ｎ２０＝オムニグロス １１５ｇｓｍ（Ｉｇｅｐａ社製）
Ｎ３８＝トップコートプラスシルク １１５ｇｓｍ（オセ社製）
Ｎ５４＝テラプリントシルク ８０ｇｓｍ（Ｓｔｏｒａ Ｅｎｓｏ社製）
Ｎ１５＝ハローマット １１５ｇｓｍ（Ｂｕｈｒｍａｎｎ Ｕｂｂｅｎｓ社製）
Ｎ５５＝デジファイネスグロス（ＵＰＭ社製）
Ｎ５６＝トップコートプログロス １１５ｇｓｍ（オセ社製）
図５に示すように、印刷ロバスト性は残留分と相関性が高い。残留分の差の値が＜２５％の場合は高速カメラ測定方法で上手く捕捉できなかった。これらの値について、残留分は主に粒子（例えば顔料）で構成され、いくつかの場合、この残留分は「乾燥」粒子のみで構成され、他の場合では、粒子の間の間隙に多量の液体がまだ存在していた。これは、液滴表面の滑らかさによりカメラ画像において可視的に見えるが分析器具では捕捉できない。

吸収性が良好な印刷媒体は高い印刷ロバスト性を示すと結論付けることができる。

本発明は上記の実験の教示に基づくものであり、実際に実験は吸収／蒸発比が低い程、印刷媒体の表面上の正規化されたインク残留分が高く、印刷ロバスト性が低くなることを示す。したがって、最初の数百ミリ秒、好ましくは１０００ｍｓ、より好ましくは２０００ｍｓの間、蒸発が低減できるか又は防ぐことができた場合、印刷媒体へのインク成分の吸収を促進することができ、インクの残留分が少なくなるとともに印刷ロバスト性が高くなる。係る時間窓の間の蒸発は、調整された搬送ユニットを通じて印刷された基材を（印刷が行われる）印刷ユニットから（印刷物が乾燥される）乾燥ユニットに搬送することにより、とりわけ蒸発を減らすために相対湿度（ＲＨ）を用いることができる（例えば搬送ユニット内のＲＨを７０％よりも高い値に制御することにより）。

本願で本発明の詳細な実施形態を開示した。しかしながら、開示した実施形態は本発明の例示にすぎず、本発明は様々な形で実施できる。したがって、本願で開示した特定の構造及び機能の詳細は限定的に解釈すべきでなく、特許請求の範囲のための根拠及び本発明を実質的に任意の好適な詳細な構造において様々な形で用いることを当業者に教示するためのものとして解釈すべきである。とりわけ、別々の従属請求項で提示及び記載の特徴は組み合わせで適用してもよく、そのような請求項の任意の有利な組み合わせがここに開示される。

さらに、本願で使用の用語及び表現は限定を意図するものではなく、むしろ本発明の理解可能な説明を提供するためのものである。本願で使用の１つのとは１つ以上と定義される。

本発明を説明してきたが、本発明は多くの方法で変更でき得るのが分かる。そのような変更は本発明の精神及び範囲からの逸脱とみなすべきでなく、そのような変更の全ては当業者に明らかであり、下記の請求項の範囲内に含まれることを意図するものである。

Claims (6)

1. 画像形成モジュールと、
   乾燥／定着モジュールと、
   前記画像形成モジュールと前記乾燥／定着モジュールとの間に配置されるとともに、印刷された印刷基材を前記画像形成モジュールから前記乾燥／定着モジュールに搬送するための搬送モジュールであって、該搬送モジュールは、該搬送モジュール内の相対湿度を少なくとも５０％に制御するように構成された制御システムを含む、搬送モジュールと、
   を含む印刷システム。
2. 前記制御システムは相対湿度センサと相対湿度を上げるための手段とを含む、請求項１に記載の印刷システム。
3. 前記搬送モジュールは、下記式１を満たす長さを有する搬送路を提供する搬送手段を含む、請求項１に記載の印刷システム。
   （式１） Ｌ≧（Ｖ_{ｐｒｉｎｔｉｎｇ}／６０×ｔ_ａｂｓ×Ｗ_{ｉｍａｇｅ}）
   （式中、Ｖ_{ｐｒｉｎｔｉｎｇ}は１分当たりの画像の印刷速度であり、ｔ_ａｂｓは印刷基材及びインクのセットに依存する吸収時間であり、Ｗ_{ｉｍａｇｅ}、は画像の幅である。）
4. 前記搬送手段は、搬送ベルト、搬送ローラー及び搬送ドラムからなる群から選択される少なくとも１つの搬送手段を含む、請求項３に記載の印刷システム。
5. 印刷された印刷基材へのインクの吸収を蒸発を防ぐことにより改善するための印刷方法であって、当該印刷方法は、
   ａ）印刷基材に画像を印刷するステップと、
   ｂ）前記ステップａで得られた印刷された印刷基材を搬送するステップと、
   ｃ）前記ステップｂで得られた前記印刷された印刷基材上の画像を乾燥及び／又は定着させるステップと、を含み、
   前記搬送ステップｂは調整された環境において行われ、相対湿度が少なくとも５０％に制御される、印刷方法。
6. 前記搬送ステップｂにおいて相対湿度は少なくとも７０％に制御される、請求項５に係る印刷方法。

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