JP2019523151A - 改善された印刷品質管理を有する印刷装置 - Google Patents

Abstract

本発明は印刷装置に関する。印刷装置は、フイードと、印刷機と、印刷機の動作を制御するように構成された制御装置と、印刷品質情報を取得するように構成された印刷品質センサと、を備え、制御装置は、印刷品質情報に基づいて前記印刷機の動作を適合させるように構成されている。本発明はさらに印刷方法に関する。印刷方法は、印刷動作内で基材に印刷するステップと、印刷品質情報を取得するステップと、印刷品質情報に基づいて印刷動作を適合させるステップと、を有する。【選択図】図６

Description

本発明は、改善された印刷品質管理を有する印刷装置に関する。印刷品質とは、印刷された物体上における印刷物の品質と解釈されている。

従来の印刷装置は、紙などの基材上に画像を印刷するために種々の方法でインクを使用する。市販の印刷装置は、トナーベースの印刷装置、液体インクジェット印刷装置、ソリッドインク印刷装置および、昇華型（dye-sublimation）印刷装置が含まれる。インクの
使用は幾つかの欠点を有する。そのうちの１つは、インクカートリッジの容量が限られていることである。別の欠点は、例えば、印刷装置が長期間使用されない場合には、液体インクが乾燥して印刷装置のノズルを詰まらせることである。

インクレス印刷装置を提供しようとする試みがなされてきている。先行技術のインクレス印刷装置は、例えば特殊感熱紙の選択的な加熱領域によって作動する感熱式印刷装置を含む。モノクロ感熱式印刷装置は、キャッシュレジスタ、ＡＴＭ、ガソリンディスペンサーおよび幾つかの古くて安いファックス機に使われている。

本出願人による国際公開公報第２０１４／１５８０１９号は、通常の紙物体と共に使用できるインクレス印刷装置を開示している。すなわちこれは、特殊感熱紙の使用を必要としない。この印刷装置は、紙物体の少なくとも表面部分、特に１枚の紙を選択的炭化するように構成されている。印刷装置は、紙物体を受容する受容手段と、表面の加熱部分が少なくとも部分的に炭化されて色が変わるレベルまで前記紙物体の前記表面の１または複数部分を選択的に加熱する少なくとも１つのレーザと、レーザを制御する制御手段とを備える。炭化反応は、一方では、紙物体上に黒色色素として働く炭化物を生成する。加えて、炭化反応によっても生成される揮発性有機物は、紙物体上に濃縮されて、炭化物の接着結合剤として機能し、こうして前記紙物体上に色素（pigment）を生成する。

本出願人による国際公開公報第２０１４／１５８０１９号に記載された印制装置は、制御された試験環境で良好な成績を上げた。しかしながら、商業用途においては、さらなる課題を解決する必要があった。印刷装置は、特に、異なる紙のタイプおよび紙の条件など種々の情況で使用できることが望まれる。加えて、印刷物の耐久性は、実際問題として出会う様々な環境に対しても高品質でなければならない。耐久性とは、印刷物が長期間に亘って持続すること、および摩耗によって除去されることへの耐性の双方を指す。

国際公開公報第２０１４／１５８０１９号の印刷装置は、炭素ベースの炭およびタール状化合物の形態の反応生成物を生成する。また、煙や揮発性有機物などの副産物が生成される。副産物は紙物体の上で凝縮されて、従って、紙物体の上に好ましくない色変化を引き起こす。加えて副産物は、反応生成物に接触するレーザ光学系または表面を汚染する。例えば、透明なカバーが低酸素環境を得るために用いられている場合には、この透明なカバーは副産物のために汚れる可能性があり、これによりまた、前記透明なカバーを通過するレーザビームの有効性を減少させる。制御装置が印刷品質を制御できるためには、一定のレーザ強度が望ましい。大事なことを言い忘れていたが、印刷装置は、例えば、臭気または煙の発生に起因するような不快感なく、安全に使用できることが望ましい。

米国特許公開公報第２００５／１０４９５４号が最も近い先行技術と考えられる。欧州特許公開公報第１３９６８１４号、米国特許公開公報第２００２／１９６４７３号および米国特許公報第５，９６３，２４４号は、更なる先行技術として知られる。

この用途においては、紙はセルロースを含む可能性が最も高く、レーザビームに曝されると炭化する能力を有する材料として解釈される。このことは、例えば、従来のプリンタに用いられる従来のコピー用紙のみならず、包装に使用される段ボール箱、または紙を含む任意の複合材料であってもよい。

本発明の目的は、先行技術よりも改善されており、前述の問題の少なくとも１つが除かれている印刷装置を提供することである。

前述したような目的、および／または他の利益または独創的な効果は、添付の装置の独立請求項の特徴構成の組み合わせ、および方法の独立請求項による本願開示によって達成される。さらに好ましい実施形態は、従属特許請求項による。

本発明は、フイードと、印刷機と、印刷機の動作を制御するように構成された制御装置と、印刷品質情報を取得するように構成された印刷品質センサと、を備え、制御装置は、印刷品質情報に基づいて前記印刷機の動作を適合させるように構成されている、印刷装置を提案する。

好ましい実施形態によれば、印刷装置は、基材を局部的に処理するように構成されたレーザをさらに備え、印刷品質センサは前記レーザによって少なくとも部分的に処理された基材の印刷品質情報を取得するように構成されている。

さらに好ましい実施形態によれば、基材は紙を含み、レーザは前記紙を局部的に炭化するように構成されている。

さらに好ましい実施形態によれば、印刷品質センサは、前記レーザによる基材の局部的な炭化の際の印刷品質情報を取得するように構成されている。

さらに好ましい実施形態によれば、前記制御装置は、所定の印刷品質が得られている場合には前記基材の炭化を停止するように構成されている。

さらに好ましい実施形態によれば、印刷品質センサは光センサである。

さらに好ましい実施形態によれば、印刷装置は光源をさらに備える。

さらに好ましい実施形態によれば、印刷品質センサは、赤外線センサ、画像センサ、および熱センサのうちの少なくとも１つである。

さらに好ましい実施形態によれば、印刷品質センサは、レーザが前記基材に当たるスポットまたは当たったスポットの印刷品質情報を取得するように構成されている。

さらに好ましい実施形態によれば、制御装置は、さらに、基材特性を取得するように構成されており、制御装置は前記基材特性に基づいて前記印刷機の動作を適合させるように構成されている。

さらに好ましい実施形態によれば、制御装置は、取得した基材特性および／または取得した印刷品質情報に基づいて参照データベースから前記印刷機の動作設定を検索するよう
に構成されている。

さらに好ましい実施形態によれば、前記制御装置は、前記印刷機の動作設定および前記参照データベース内に関係付けられた印刷品質情報を保管するように構成されている。

制御装置は、また、基材特性を取得するように構成されてもよく、前記基材特性に基づいて前記印刷機の動作を適合させるように構成されてもよい。ここで、印刷品質情報を取得するように構成された印刷品質センサを備える印刷装置と組み合わせることで、制御装置は印刷品質情報に基づいて前記印刷機の動作を適合するように構成されている。

さらに好ましい実施形態によれば、印刷装置は、基材内に形成された副産物および／または反応生成物の特性を検出するように構成された検出器をさらに備え、制御装置は前記基材内に形成された副産物および／または反応生成物の検出された特性に基づいて前記印刷装置の動作を適合させるように構成されている。

さらに好ましい実施形態によれば、検出器は副産物排出器内に配置されており、好ましくは、検出器は前記副産物排出器の吸引ユニットの下流に配置されている。

さらに好ましい実施形態によれば、検出器は、前記副産物排出器内に配置されたフィルタの下流に配置されている。

さらに好ましい実施形態によれば、印刷装置は、予熱器をさらに備え、予熱器は前記基材を前記基材が変色を始める温度と、それよりも２０℃未満、好ましくは１５℃未満、より好ましくは１０℃未満の温度との間、最も好ましくは前記基材が変色を始める前記温度よりも５℃未満の温度との間に予熱するように構成されている。

さらに好ましい実施形態によれば、レーザは動作波長を有し、印刷装置は前記レーザの動作波長とは異なる動作波長を有する少なくとも１つの更なるレーザを備える。

図面を参照して以下に本発明の好ましい実施形態の説明を行う。

本発明による印刷装置の概略図である。 図１による印刷産業用の印刷装置の側面図である。 図１によるコード印刷産業（coding industry）用の印刷装置の斜視図である。 本発明による印刷装置の動作フローチャート図である。 本発明による印刷装置の動作ステップの概要図である。 本発明による印刷装置の品質試験ユニットの概要図である。 連続的な炭化ステップにおける基材の概略図である。 図７の炭化ステップに対応するグラフである。 本発明による印刷装置の副産物排出の概要図である。

図１に示す印刷装置１はインクレス印刷装置１であり、紙物体２が前記紙物体２の炭化によって印刷される。図１はシート状の紙２の形態をした紙物体２を示しているが、紙物体２にはいかなる形態または形状の紙２、特にボール紙（cardboard）２、および段ボー
ル箱（cardboard boxes）２を含んでもよいことを注記する。さらに、本発明は、実施形
態に述べた紙基材２に限定されず、その上に熱または光が放射されると、その表面上および／または表面の下部のコントラストが変化する他の材料への印刷も含むことも注記する
。このコントラスト変化が、それらの材料における判読可能な印刷を可能にする。適切な材料は特に以下である。紙、ボール紙、木材および綿などのセルロースベースの材料、繊維（textiles）、ガラス、金属、プラスチックおよび、それらの処理が炭化を可能にする十分なコントラスト変化を導く十分な量の他の材料と前述の材料との混合物。

ほとんどの材料に対するレーザ２２による処理は、炭化を含む。

例えばフイードローラー１０を含むフイード８を用いて、基材２はフイード方向１２に運ばれる。段ボール箱の形態の基材２はローラー輪を用いて運ばれてもよいが、また、例えばコンベアーベルトのような異なるタイプのフイード８が用いられてもよい。

印刷装置１は制御装置１４をさらに備え、制御装置１４は参照データベース１６を有する、または参照データベース１６に接続する。ユーザは、ユーザ入力１８を用いて情報を制御装置１４に提供してもよい。

制御装置１４は、基材特性を取得するように構成されており、前記基材特性に基づいて印刷機、すなわちレーザ２２の動作を適合させるように構成されている。レーザ２２は、前記基材２を部分的に炭化させるレーザビームを放射するように構成されている。

予熱器２０は、基材２の炭化温度より低い所定の温度に基材２を予熱するために備えられている。この利点は、図４のステップ１２６および１２８に対する説明でなされる。予熱器２０は種々の方法で基材２を加熱でき、それらは（例えば光源を用いて基材を照射する）放射加熱、（例えば基材２を高温表面に接触させるように配置することによる）伝導加熱、および（例えば高温空気を用いる）対流加熱、などを介するような方法である。

前記基材２の予熱のオプショナルステップの後で、レーザの形態をした放射加熱源２２が基材２をその炭化温度に加熱するために用いられる。レーザ２２はレーザビーム２３を放射する。これは、また出願人の国際公開公報第２０１４／１５８０１９号に説明しているように、フォーカスレンズ２４および多面鏡２６を用いて前記基材２の被印刷部分の方に向けて行われる。

フォーカスレンズ２４および／または多面鏡２６を煙などの副産物８３による汚染から防ぐ目的で、副産物排出器７７が配置されてもよい。副産物排出器７７は、図９で詳細に説明する。本発明でいう副産物は、望ましくない反応生成物として解釈されなければならない。これらの望ましくない反応生成物は、また、紙内の望ましい反応生成物も含むが、炭素粒子、炭素ベース揮発性物質（carbon based volatiles）、ガスおよび他の粒子状物質などのように、紙から発散する場合には望ましくない。

レーザビーム２３が前記基材２の被印刷部分を基材２の炭化温度またはそれを上回る温度に加熱した場合、反応生成物３０が印刷物２８を形成する。反応生成物は、炭素ベースの炭（carbon based char）３２およびタール状化合物（tar like compounds）３４を含
む（図５）。

制御装置１４が基材２の特性および環境に関する関連情報を得るために、印刷装置１は例えば基材厚さ検出センサ４２および／または基材温度センサ４４などの、１または複数の基材特性センサ４０をさらに備える。１または複数の、湿度および／または温度センサである環境特性センサ４６を用いて、制御装置１４がさらなる情報を得てもよい。

基材２の厚さは、例えばフォイトＬＳＣキャリパーセンサ（Voith LSC Caliper Sensor）を用いて、異なる基材厚さに対応する磁気抵抗変化測定により測定してもよい。より薄
い基材２は、穴３８のないマーキング表面を確保するためにより低い電力でマーキングすべきである。

基材２の表面品質および材料は、例えばフォイトＬＳＣグロスセンサ（ Voith LSC Gloss Sensor）などの、所定の入射光に対する基材２からの反射測定に基づいて働く光沢ま
たは粗さセンサによって測定することができる。基材２の表面が非常に粗い場合には、印刷物２８の品質が一様でないという大きな危険性があり、基材２の印刷ステップで動的フイードバック制御（図４のステップ１５８）が用いられてもよい

基材２の密度は、フォイトＬＳＣ秤量センサ５１１２型（Voith LSC Basis Weight Sensor version 5112）などのクリプトン放射に基づく非接触吸収センサを用いて行われてもよい。基材２が低密度であれば、穴３８のないマーキング表面を確保するためにより低い電力でマーキングすべきである。

基材２の含水量は、フォイトセンサ５１２３型（Voith sensor version 5123）などの
伝送／反射ベースの含水量検出センサで測定することができる。含水量はまた、レーザビーム２３の出力および印刷速度を決定し、それに応じて調整される。

被印刷基材２の表面の色は、基材色センサを用いて測定することができる。基材色センサは、フォイトＬＳＣカラーセンサ（Voith LSC Color Sensor）などの入射光の反射を測定する反射センサであってもよい。基材２の色は、また、印刷品質を目標に到達させるために、レーザ出力および他のプロセス制御パラメータを変える。

制御装置１４が入力装置１８を介してユーザから得た情報、および１または複数の基材特性センサ４０および／または１または複数の環境特性センサ４６によって得た更なる情報に基づいて、制御装置１４はどの設定が所望の結果を提供するかを判定する。制御装置１４は参照データベース１６に尋ねてもよい。制御装置１４によって調整される典型的な設定は、とりわけ、レーザ出力、１ドット当たりのレーザの滞留時間、レーザのデューティサイクル、レーザ波長、予熱温度、基材とレーザとの間の相対速度、パルス繰り返し周波数、重なり距離および焦点である。

「レーザ出力」は、どれくらいの光学的出力をレーザ２２から基材２上に受け取るか、を決定する。レーザビーム２３の出力を増大または低減させることにより、すべての印刷品質目標を変えることができる。

「１ドット当たりのレーザの滞留時間」は、各ドットに対してレーザビーム２３が費やす時間の量を表す。レーザビーム２３の出力と滞留時間との組み合わせは、基材２が受け取る単位面積当たりのエネルギーを決定する。

「レーザのデューティサイクル」は、１期間中におけるレーザが使用されない時間に対するレーザが使用される時間の割合である。

使用される「レーザ波長」は、レーザビーム２３が基材２に与える影響を決定する。レーザビーム２３から吸収される電力の量は、基材２の吸収スペクトルに依存する。

「予熱温度」は、基材がより高い開始温度にあるので、印刷速度をより速くすることができる。加えて、予熱は炭化の深さを減少させることによって、基材２の表面により多くのマークを行うことができる。基材２の予熱の別の効果は、それが室温（約２０℃）から炭化温度（約２２０℃）への急激な温度上昇を防ぐことである。この程度の急激な温度上昇は、基材２の材料内に熱衝撃波を引き起こし、これにより材料を部分的に蒸発させる可
能性がある。このプロセスはアブレーション（ablation）と言われる。基材２から除去された材料は、もはや炭化には使用できない。その結果、アブレーションは、印刷プロセスで得るべき黒さを減少させる。予熱を使用することでアブレーションが防げて、結果的により黒い印刷が得られる。

アブレーションを最小限にするために、基材２は、前記基材２が変色を始める温度よりも数度低い温度まで予熱されることが好ましい。紙基材に対しては、色変化は典型的には約１８０℃で始まる。

「基材とレーザとの間の相対速度」は、レーザビーム２３が基材２を横切ってスキャンするレーザビーム２３の速度を表す。

「パルス反復周波数」は、レーザの動作周波数を決定する。

「重なり距離（overlapping distance）」は、レーザによって作られるドット（またはライン）と次の隣接するドット（またはライン）との中心間の距離を定義する。重なり距離を減少させることは、炭化の深さを減少させて印刷物の解像度および黒さを増加させる。

最後に「焦点」は、使用されるフォーカスレンズ２４の型式が印刷されるドットの大きさを決定し、従って、印刷の解像度を決定する。より高い解像度は、印刷物２８のより高い品質を可能にする。

図６〜８を用いて品質試験ユニット４８をより詳細に説明する。品質試験ユニット４８は、印刷物２８の品質を試験するために提供され、制御装置１４が実際の結果が所望の結果に一致しているかどうかのフイードバックを得る。参照データベース１６は、その結果に基づいて更新されてもよい。

示された実施形態においては、品質試験ユニット４８は、例えばＬＥＤアレイのような光源５０を備えており、光を印刷物２８の方へ放射する。幾つかの光は、印刷物２８によって反射される。印刷品質センサ５２は、反射された光ビーム５３の光の強度を測定する光センサであってもよい。反射された光ビーム５３の強度に基づいて制御装置１４が炭化を評価することができる。これは図７および８を用いて説明する。

光源５０を使用してより高い精度を得ることができるが、当業者は、反射された周囲光も使用できることを理解する。品質試験ユニット４８は通常、印刷装置１のハウジング内に包まれているので、印刷品質センサ５２が光センサ５２である場合には光源５０が望まれてもよい。しかしながら当業者は、印刷品質センサ５２が赤外線センサでもよいことを理解するだろう。これは印刷品質情報を得るために炭化された基材の熱プロファイルを測定する。この場合、光源５０は存在しなくてもよい。

印刷物２８の耐久性を増加させる目的で、電磁放射器５４がタール状化合物３４を重合および相互連結させるように用いられてもよい。重合化および相互連結したタール化合物３６は、図５において結合された三角形（linked triangles）として示される。電磁放射器５４は、紫外線（ＵＶ）源５６および／または電子ビーム発生器５８を含んでもよい。

印刷物２８の耐久性のさらなる増加は、圧縮ユニット６０を用いて反応生成物３０が基材２に圧縮される場合に得られる。圧縮ユニット６０は第１圧縮ローラー６２および第２圧縮ローラー６４を備えており、これらは圧縮バネ６６を用いて予め張力がかけられてもよい。圧縮ローラー６２、６４は、前記基材２に印刷物２８を形成する反応生成物３０に
圧縮力６８を及ぼす。

印刷物２８の耐久性をさらに増加させる最終ステップは、前記基材２に印刷物２８を形成する反応生成物３０にコーティング７６を追加する塗布器を用いるステップを有してもよい。コーティング７６は、好ましくは、反応生成物３０に対する結合剤（binder）として機能する。印刷装置１は、コーティングリザーバ７０を含み、そこから導管７２がコーティング７６をコーティングノズル７４に移動させる。コーティングノズルは、前記基材２上に印刷物２８を形成する反応生成物３０上にコーティング７６を噴霧するように構成されている。

塗布器は、印刷の前または後に使用できることを注記する。印刷の前に使用される場合には、塗布器は、引き続く印刷ステップ、すなわち炭化ステップにおける反応生成物３０の結合を促進させる薬剤を塗布してもよい。

フォーカスレンズ２４および／または多面鏡２６が煙などの副産物８３によって汚染されることを防ぐ目的で、副産物排出器７７（図９）が配置されてもよい。この副産物排出器７７は、例えば臭気または煙の発生などによるユーザの不快感さまたは健康上のリスクを防ぐためにも有用である。

図２および３は、印刷産業用（図２）およびコード印刷産業用（図３）の本発明による印刷装置１の実施形態をそれぞれ示す。図１と同じ参照番号が図２および図３に示す特徴にも用いられる。従って、これらの特徴の詳細な説明はここでは省略する。

図２の印刷装置１は、大量のシート状の基材２を印刷するように構成されている。紙のシートなどの基材２は、紙の入力スタック４から取り出されて印刷装置１を通ってフイード方向１２に沿って搬送される。印刷された紙のシートは、紙の出力スタック６に集められる。

他方、図３の印刷装置１は、基材２を形成する段ボール箱の上に印刷物２８を印刷するように構成されたコーディング印刷装置である。段ボール箱２は、コンベヤー１３を用いてフイード方向１２に搬送される。

本発明による印刷装置の動作を明りょうにするために、図４のフローチャートを用いて連続的な動作ステップを説明する。動作ステップは、「被印刷基材を前方へ移動させるフイードステップ」１１４から始まる。

印刷装置１の制御装置１４は、例えば厚さ、表面粗さ、温度、湿度などの基材特性に関する情報を得ることが必要である。選択された基材タイプなどの幾つかの情報は、オプション的な「基材特性のユーザ入力ステップ」１１６で示されてもよい。前記基材の湿度レベルや温度レベルなどの他の基材特性は「基材特性センサが情報を取得するステップ」１１８で得られてもよい。

動作ステップは、「環境センサが情報を取得するステップ」１２０をさらに含み、これはステップ１１８と同時にまたはその後に行われてもよい。１または複数の環境センサが、温度レベルや湿度レベルなどの環境に関する情報を取得する

実際の基材特性や環境に関する情報に基づいて、「制御装置が参照データベースからの情報を取得するステップ」１２２を行う。以前の試験結果や事前設定条件などの情報がこの参照データベース１６に格納されてもよい。

その後、「制御装置がレーザ速度、レーザ出力および重なり距離などの特性を設定するステップ」１２４を用いて動作ステップが続けられる。

「被印刷基材の予熱ステップ」１２６および「基材の炭化温度より低い所定の温度まで基材が予熱されているかどうかを点検するステップ」１２８は、基材２を所望の高温にすることが目的である。放射加熱源、すなわちレーザ２２は、予熱によって既に得られている高温から基材２の炭化温度まで基材２の温度を上昇させることが必要なだけである。印刷装置１の印刷速度は、基材２を約２０℃の室温から基材２の炭化温度まで加熱しなければならない印刷装置に比べて、予熱によって改善される。

予熱器２０は、好ましくは、基材２を前記基材が変色を始める温度と、それよりも２０℃未満、好ましくは１５℃未満、より好ましくは１０℃未満、最も好ましくは前記基材が変色を始める前記温度よりも５℃未満の温度との間に予熱するように構成されている。このような方法により、アビレーションが最小に低減されて高品質の黒い印刷物が得られる。しかしながら、予熱が基材２が変色を開始する温度を越えないので、また、基材２の最初の色と黒い印刷物との間の高いコントラストが得られる。

次に、動作ステップは、まず「試験ドットの印刷ステップ」１３０、その後「所望の黒さが得られているかどうかの測定および点検ステップ」１３２および「基材の穴がないかどうかの測定および点検ステップ」１３４を含む連続するステップに基いて印刷物２８の品質を試験する。

黒さの均一性（consistency）が良好であるかどうかの測定および点検ステップ」１３
６で肯定的な結果が得られた場合のみ、「（例えば、レーザ出力、重なり距離、印刷速度などの）決定および設定された印刷特性で全基材を印刷するステップ」１３８を用いて動作ステップを続ける。

「黒さの均一性が良好であるかどうかの測定および点検ステップ」１３６で否定的な結果が得られた場合には、フイードバック制御動作を続ける。このフイードバック制御は、さらなるステップ、つまり、「フイードバック制御されたドットを印刷するステップ」１４６、「制御装置がレーザ速度、レーザ出力および重なり距離などの特性を設定するステップ」１４８、「試験ドットを印刷するステップ」１５０、「所望の黒さが得られているかどうかの測定および点検ステップ」１５２および「基材の穴がないかどうか測定および点検ステップ」１５４を含む。最後に「黒さの均一性が良好であるかどうかの測定および点検ステップ」１５６が行われる。ここでも「黒さの均一性が良好であるかどうかの測定および点検ステップ」１５６で肯定的な結果が得られた場合のみ、「（例えば、レーザ出力、重なり距離、印刷速度などの）決定および設定された印刷特性で全基材を印刷するステップ」１３８が続けられる。

好ましくは、「副産物を排出するステップ」１４０（図９）および「耐久性を増加させるステップ」１４２（図５）のうちの１または複数が「印刷動作を終了させるステップ」１４４の前に行われる。

「黒さの均一性が良好であるかどうかの測定および点検ステップ」１５６で否定的な結果が得られたら、「動的フイードバック制御を用いて基材全体を印刷するステップ」１５８が続く。

好ましくは、「耐久性を増加させるステップ」１６０（図５）および「副産物を排出するステップ」１６２（図９）のうちの１または複数が、「印刷動作を終了させるステップ」１６４の前に行われる。

「耐久性を増加させるステップ」１４２、１６０は、基材２の印刷をすることに関し、共に「標準」すなわちステップ１３８、および「動的フイードバック制御」すなわちステップ１５８と同一であることを注記しておく。同様に、「副産物を排出するステップ」１４０、１６２は、基材２の印刷をすることに関し、共に「標準」すなわちステップ１３８、および「動的フイードバック制御」すなわちステップ１５８と同一である。

「耐久性を増加させるステップ」１４２、１６０を、図５を用いてさらに説明する。連続するステップは、好ましくは、予熱ステップ１０２、炭化ステップ１０４、照射ステップ１０６、圧縮ステップ１０８およびコーティングステップ１１０を含む。

予熱ステップ１０２においては、予熱器２０は、被印刷基材２の表面を前記基材２の炭化温度より低い所定の温度まで熱する。基材２を予熱することにより、基材２の炭化温度を得るまでにより小さな温度上昇しか必要とされないので、印刷の速度を高める。

次の炭化ステップ１０４においては、レーザ２２は基材２の温度をその炭化温度まで上昇させるレーザビーム２３を放射する。炭化工程が始まり、（図５に円で示す）炭素ベースの炭３２、および（図５に三角形で示す）タール状化合物３４が反応生成物３０として形成される。これらの反応生成物３０は、基材２に対してコントラストを有する黒い色彩を有しており、このような方法で、基材２上に印刷物２８が形成される。

照射ステップ１０６においては、紫外線源５６または電子ビーム発生器５８であってもよい電磁放射器５４が、電磁波を反応生成物３０の方へ放射する。これは、タール状化合物３４を重合させ、相互にリンクを形成する。化学反応は、基材２のマトリクス内で印刷物２８の密着度および接着性を増加させる生成物を生成する。重合化および相互連結したタール化合物３６（図５に結合された三角形で示す）は、結合しており、従って耐摩耗性がより良いので、印刷物２８の耐久性がさらに増加する。

圧縮ステップ１０８は、圧縮ユニット６０が基材２上で圧縮力６８を生じさせるステップを有し、これによりまた、反応生成物３０を圧縮する。圧縮は、反応生成物３０の密度を増加させて、反応生成物３０を基材２と相互連結させる。反応生成物３０は、炭素ベースの炭（carbon based char）３２のための結合剤として作用し、これにより前記基材２
上の印刷物２８の耐久性を向上させる。

好ましくは、圧縮機を形成する圧縮ユニット６０は、振動するように構成されている。振動する圧縮ユニット６０は、摩擦熱を発生させて、圧力と熱との組み合わせにより、印刷物の耐久性を向上させる。

本発明による印刷方法は、
−レーザ２２を用いて基材２を少なくとも部分的に炭化させるステップと、これにより、前記基材２内で炭化の反応生成物３０として少なくともタール状化合物３４を形成させるステップと、
−基材２上に反応生成物３０を圧縮するステップと、
−前記圧縮するステップと実質的に同時に、前記基材２上に押圧される前記反応生成物３０にエネルギーを供給するステップとを有する。
前記基材２上に反応生成物３０を圧縮する際にエネルギーを供給することにより、反応生成物３０として形成された前記タール状化合物３４が重合および相互連結する。このような方法により、印刷物２８の耐久性が増大する。

基材２上に押圧される反応生成物３０へエネルギーを供給するステップは、好ましくは
、電磁放射によって前記反応生成物へ照射するステップを有する。電磁放射は、紫外線（ＵＶ）光または赤外線（ＩＲ）放射を含む。

基材２上に押圧される反応生成物３０へエネルギーを供給するステップは、また前記基材２を振動させるステップを有する。前記基材２を振動させることは、基材２と圧縮ユニット６０との間に摩擦による摩擦熱を引き起こす。圧力と熱の組み合わせは印刷物２８の耐久性をさらに向上させる。

振動周波数は１０ｋＨｚより高くてもよく、好ましくは１５ｋＨｚより高く、さらに好ましくは２０ｋＨｚよりも高い。２０ｋＨｚ以上の周波数は人が聞き取れる音響の上限を超えるので、印刷装置の圧縮機の動作は人には静かであるという追加的な利益を有する。

圧縮ユニット６０の圧縮ローラー６２、６４は、好ましくは、基材２の弾性率以下の弾性率を有する材料を備える。この条件に適合する場合には、基材２を艶出しすることなく、反応生成物３０が基材２上に押圧されてもよい。基材２は、通常、紙またはボール紙であり、圧縮ローラー６２、６４の弾性率は好ましくは３ＧＰａ以下である。適切な材料はテフロン（登録商標）（Teflon）である。

圧縮ローラー６２、６４の外周面にコーティングをすることで、圧縮ローラー６２、６４への反応生成物３０の付着を防ぐことが出来る。このコーティングは、疎油性（oleophobic）コーティングとしてまたはアルミニウムシートとして形成してもよい。

最後にコーティングステップ１１０を実行してもよい。ここではコーティング７６を印刷物２８上に配置する。このコーティング７６は、反応生成物３０間の結合剤として機能し、それらを基材２に結合させて印刷物２８を汚れから防ぐためのバリヤーを生成する。

炭化ステップ１０４の後で、照射ステップ１０６、圧縮ステップ１０８およびコーティングステップ１１０の３つのステップ全てが続けられた場合に最良の結果が得られるとはいえ、当業者はこれらの各個別ステップが印刷物２８の耐久性の増大にすでに貢献していることを理解するだろう。また、印刷速度の増加に貢献する予熱ステップ１０２は、オプション的である。

図６は、品質試験ユニット４８を示す。例えば、ＬＥＤアレイのような光源５０が光を放射する。この光源５０から放射された光ビーム５１が印刷物２８上で反射して、反射された光ビーム５３が、光センサである印刷品質センサ５２によって受け取られる。光源５０から放射された光の強度と、光センサ、すなわち印刷品質センサ５２で受け取られた光の強度とを比較することにより、印刷物２８が吸収した光の量を決定することができる。この情報に基づいて、炭化ステップ１０４の異なるフェーズである１０４ａ−１０４ｄを判定することができる。

図６に示すように、炭化ステップ１０４の際に品質試験ユニット４８は試験をすることができる。すなわち、レーザ２２がレーザビーム２３を基材２の方へ放射して反応生成物３０が形成されて印刷物２８を規定する際に、試験をすることができる。

本発明による印刷方法は、印刷動作内で基材２に印刷するステップと、印刷品質情報を取得するステップと、印刷品質情報に基づいて前記印刷動作を適合させるステップと、を有する。

好ましい実施形態においては、基材２に印刷するステップは、レーザ２２を用いて基材２を局部的に処理するステップを有し、印刷品質情報は前記レーザ２２により少なくとも
部分的に処理された基材２について取得される。

さらに好ましい実施形態によれば、印刷品質情報を取得するステップは、基材２の局部的炭化の際に前記印刷品質情報を取得するステップを有する。

方法は、好ましくは、所定の印刷品質が得られている場合には、前記基材２の炭化を停止するステップをさらに有する。

好ましい実施形態においては、印刷装置は、少なくとも１つのさらなるレーザ７５を有する。レーザ２２は動作波長を有し、さらなるレーザ７５はレーザ２２の動作波長とは異なる動作波長を有する。印刷装置１は、それぞれが第１動作波長を有する第１タイプの２以上のレーザ２２を備えてもよく、１または複数の第１タイプのレーザ２２の動作波長とは異なる動作波長をそれぞれが有する１または複数のさらなるレーザ７５を備えてもよい。

紙とボール紙を含む基材２のほとんどのタイプに対して、前記基材２によるレーザエネルギーの吸収は、前記レーザの低動作波長ではより低い。結果的に、10600ｎｍなどのよ
り高い波長が11550ｎｍ波長よりもレーザマーキングに対してより適切である。なぜなら
ば、品質制御に基づいたフイードバックが必要でないからである。しかしながら、低動作波長のレーザは、より発達しており、しばしば安価である。

好ましい実施形態においては、印刷方法は以下のステップを有する。
すなわち、
−印刷品質情報を取得するために第１レーザ２２による印刷物２８を用いるステップと、
−前記第１レーザ２２による前記印刷物２８の印刷品質情報に基づいて印刷動作を適合化するステップと、
−望ましい印刷品質に到達させるステップと、
−望ましい印刷品質が得られた後で、第２レーザ７５を用いて印刷するステップと、を有する。

典型的には、第１レーザ２２は第２レーザ７５よりも高い波長を放射する。このような方法で高度なレーザ７５が印刷物２８の主要な部分に対して使用されてもよい。一方、より高い動作波長を有するレーザ２２の利点が印刷品質情報を効率的に取得するように用いられる。

炭化ステップ１０４は４つのフェーズを有する。これらは、第１フェーズ１０４ａ、第２フェーズ１０４ｂ、第３フェーズ１０４ｃおよび第４フェーズ１０４ｄである（図７）。

炭化ステップ１０４の第１フェーズ１０４ａにおいては、レーザビーム２３は、依然として基材２をその炭化温度まで温めている。

炭化ステップ１０４の第２フェーズ１０４ｂにおいては、炭化がちょうど始まった所であり、印刷物２８はまだ茶色であり、黒くなり始めている。すなわち、茶色から黒色へ変色しつつある。

炭化ステップ１０４の第３フェーズ１０４ｃにおいては、反応生成物３０が基材２内に深く到達し、印刷物２８はその最大の黒さを得ている。この第３フェーズ１０４ｃにおいて炭化を停止するのが好ましい。

炭化ステップ１０４の第４フェーズ１０４ｄにおいては、レーザビーム２３は基材２を焼き切って穴３８を残しており、これは望ましくない。

図８は３つのグラフを示しており、それぞれのグラフがｘ軸上に時間Ｔを有する。上のグラフにおいては、Ｖは光センサすなわち印刷品質センサ５２のフォトダイオードの電圧を示す。中央のグラフにおいては、Ｏはレーザの出力を示す。下のグラフにおいては、Ｂは印刷物２８の百分率黒さ（percentage blackness）を示す。

第１フェーズ１０４ａにおいては、基材２は、まだ最初の色、例えば白であり、光源５０によって放射される光ビーム５１のほとんどの光を反射する。第２フェーズ１０４ｂにおいては、印刷物２８は黒くなりつつあり、これは下のグラフにおいてＢが増加することで分かる。このため、より少ない光が印刷品質センサ５２すなわち光センサの方へ反射される。この結果、光センサのフォトダイオードの電圧Ｖが減少する。一旦、印刷物２８がこれ以上より黒くならなければ、電圧Ｖは再び一定になる（第３フェーズ１０４ｃ）。ＶとＢの双方が平坦な線を示す。

第３フェーズ１０４ｃにおいて、印刷物２８の最適な黒さが得られる。黒さＢがこれ以上増加しなくなり、電圧Ｖが一定になっているときには、制御装置１４はレーザビーム２３が基材２上の特定のスポットを加熱することを停止したかどうかを確認する。

「副産物の排出ステップ」１４０、１６２を、図９を用いてこれからさらに説明する。一方では炭化反応は、炭素のような物質などのガス状または空気中での混合状の反応生成物３０を生成し、および、煙および揮発性有機物（organic volatiles）などの副産物を
生成する。これらのガスおよび浮遊粒子は、基材２に戻って凝縮した場合には基材２を汚染する。副産物８３が基材２から発散した後で基材２に接触した場合には、凝縮されて印刷物の近くにくすんだ輝き（hazy glow）を生じうる。くすんだ輝きは、また副産物８３
内に熱エネルギーを蓄えることを生じさせ、このため、それらが印刷領域と交互作用することを許容することなく、印刷領域から除かれることが望ましい。好ましくは、除去は、交互作用の機会を除くために印刷領域の平面に対して実質的に垂直な方向に行われる。
加えて、それらガスおよび浮遊粒子物質は、フォーカスレンズ２４などのレーザ２２の光学要素の、およびこれに限定されないがそのような物の、表面を汚染する。副産物排出器７７は送気ポンプ８０を有するブロア７８を備えており、送気ポンプは実質的に清浄なガス８２を印刷物２８の方へ吹くように構成されており、これにより、基材２の被印刷領域から煙のような任意の副産物８３を遠く離すように動かす。副産物８３は、吸引ファン８６によって駆動される吸引ユニット８４内に引き込まれる。副産物８３は、吸引ユニット８４から導管８８を介して水集塵機９０の方へ搬送される。水集塵機９０は、副産物８３内に存在する粒子状物質を沈殿物にするように働く。これにより、後で印刷装置１から集めて清浄にすることができる。
副産物８３は、水集塵機９０から導管９２を介して、活性カーボンフィルタ９４の方へ輸送される。活性カーボンフィルタは副産物８３内に存在する揮発性有機物から生じるいかなる臭いをも除去するように働く。この方法で、臭いのない清浄なガスは排出導管９６を介して印刷装置１の外に運ぶことが出来る。追加的な工程ステップは、排出導管９６内のガスが、そのような印刷装置１が使用される、官公庁／相対的環境から要求される空気品質標準に適合しているかどうかを確保することが追加される。活性化カーボンフィルタ９４の代わりに、またはそれに加えて、（図示しない）静電フィルを適用してもよい。

追加的なガスがブロワ７８を通して送られる場合には、炭化の付近に存在する酸素や他のガスを除去し、低酸素環境を作ることを注記しておく。このことは、煙８３の形成を防ぐ追加的な望ましい効果も有する。低酸素環境はまた、吸引ユニット８４を用いて真空を
作ることにより、生成されてもよい。加えて、透明カバーは印刷装置１の構成要素が印刷領域から完全にシールドされるようにブロア７８および吸引ユニット８４の上面に設置されてもよい。

印刷装置１は、基材２内で生成された副産物８３および／または反応生成物３０の特性を検出するように構成された検出器９８、１００をさらに備えてもよい。基材２内で生成された副産物８３および／または反応生成物３０の検出された特性に基づいて前記印刷装置１の動作を適合させるように、制御装置１４を構成するのが好ましい。図９に示す検出器９８、１００の両方は、副産物排出器７７内に配置されている。第１検出器９８は前記吸引ユニット８４の下流に配置されており、第２検出器１００はフィルタ９４の下流に配置されている。

検出器９８、１００の機能は、煙、揮発性有機物および他のガスから構成された反応生成物３０および／または副産物８３の組成、温度および他の関連特性を理解することである。生成された副産物８３のレベルがフィルタ９４に対してフィルタが処理または検出するのには多すぎてフィルタ９４が詰まるまたは損傷する場合には、制御装置１４は、最小の量の副産物８３を生成させるように炭化反応を停止または最適化させてもよく、あるいは、印刷を完全に停止するように炭化反応を停止または最適化させてもよい。この後者の機能のために、フィルタ９４の下流に配置されている検出器１００が使用される。

本発明の好ましい実施形態を示しているが、前述の実施形態は本発明を説明することのみを意図しており、本発明の範囲を限定することを意図していない。従って、添付された特許請求の範囲に述べられた特徴の後に参照符号が続く場合、それらの符号は、単に特許請求の範囲の理解を容易にする目的のみで含まれており、特許請求の範囲を限定するものではない。加えて、当業者が、他のものを除外しながら、異なる実施形態を組み合わせることができることを特に注記する。本発明の範囲は、従って添付の特許請求の範囲によってのみ定義される。

Claims (27)

1. −フイードと、
   −印刷機と、
   −前記印刷機の動作を制御するように構成された制御装置と、
   −印刷品質情報を取得するように構成された印刷品質センサと、を備え、
   −前記制御装置は、前記印刷品質情報に基づいて前記印刷機の動作を適合させるように構成されている、印刷装置。
2. −基材を局部的に処理するように構成されたレーザをさらに備え、
   −前記印刷品質センサは前記レーザによって少なくとも部分的に処理された前記基材の印刷品質情報を取得するように構成されている、請求項１に記載の印刷装置。
3. 前記基材は紙を含み、前記レーザは前記紙を局部的に炭化するように構成されている、請求項２に記載の印刷装置。
4. 前記印刷品質センサは、前記レーザによる前記基材の局部的な炭化の際の印刷品質情報を取得するように構成されている、請求項１〜３のいずれかに記載の印刷装置。
5. 前記制御装置は、所定の印刷品質が得られている場合には前記基材の炭化を停止するように構成されている、請求項１〜４のいずれかに記載の印刷装置。
6. 前記印刷品質センサは光センサである、請求項１〜５のいずれかに記載の印刷装置。
7. 光源をさらに備える、請求項６に記載の印刷装置。
8. 前記印刷品質センサは赤外線センサである、請求項１〜５のいずれかに記載の印刷装置。
9. 前記印刷品質センサは画像センサである、請求項１〜５のいずれかに記載の印刷装置。
10. 前記印刷品質センサは熱センサである、請求項１〜５のいずれかに記載の印刷装置。
11. 前記印刷品質センサは、前記レーザが前記基材に当たるスポットまたは当たったスポットの印刷品質情報を取得するように構成されている、請求項２〜１０のいずれかに記載の印刷装置。
12. 前記制御装置は、さらに、基材特性を取得するように構成されており、前記制御装置は前記基材特性に基づいて前記印刷機の動作を適合させるように構成されている、請求項１〜１１のいずれかに記載の印刷装置。
13. 前記制御装置は、取得した基材特性および／または取得した印刷品質情報に基づいて参照データベースから前記印刷機の動作設定を検索するように構成されている、請求項１〜１２のいずれかに記載の印刷装置。
14. 前記制御装置は、前記印刷機の動作設定および前記参照データベース内に関係付けられた印刷品質情報を保管するように構成されている、請求項１３に記載の印刷装置。
15. −前記基材内に形成された前記副産物および／または前記反応生成物の特性を検出するように構成された検出器をさらに備え、
    −前記制御装置は前記基材内に形成された前記副産物および／または前記反応生成物の検出された特性に基づいて前記印刷装置の動作を適合させるように構成されている、請求項１〜１４のいずれかに記載の印刷装置。
16. 前記検出器は副産物排出器内に配置されている、請求項１５に記載の印刷装置。
17. 前記検出器は前記副産物排出器の吸引ユニットの下流に配置されている、請求項１６に記載の印刷装置。
18. 前記検出器は、前記副産物排出器内に配置されたフィルタの下流に配置されている、請求項１６または１７に記載の印刷装置。
19. 予熱器をさらに備え、前記予熱器は前記基材を前記基材が変色を始める温度と、それよりも２０℃未満、好ましくは１５℃未満、より好ましくは１０℃未満、最も好ましくは前記基材が変色を始める前記温度よりも５℃未満の温度との間に予熱するように構成されている、請求項１〜１８のいずれかに記載の印刷装置。
20. 前記レーザは動作波長を有し、前記印刷装置は前記レーザの動作波長とは異なる動作波長を有する少なくとも１つの更なるレーザを備える、請求項２〜１９のいずれかに記載の印刷装置。
21. −印刷動作内で基材に印刷するステップと、
    −印刷品質情報を取得するステップと、
    −前記印刷品質情報に基づいて前記印刷動作を適合させるステップと、を有する印刷方法。
22. −前記基材に印刷するステップは、レーザを用いて前記基材を局部的に処理するステップを有し、
    −前記印刷品質情報は前記レーザにより少なくとも部分的に処理された前記基材について取得される、請求項２１に記載の印刷方法。
23. −前記印刷品質情報を取得するステップは、前記基材の局部的炭化の際に前記印刷品質情報を取得するステップを有する、請求項２１または２２に記載の印刷方法。
24. 所定の印刷品質が得られている場合に前記基材の炭化を停止するステップをさらに有する、請求項２１〜２３に記載の印刷方法。
25. 前記基材に印刷するステップは、前記基材を予備加熱するステップの後であり、前記基材の予備加熱は、前記基材を前記基材が変色を始める温度と、それよりも２０℃未満、好ましくは１５℃未満、より好ましくは１０℃未満、最も好ましくは前記基材が変色を始める前記温度よりも５℃未満の温度との間に予熱する、請求項２１〜２４に記載の印刷方法。
26. −印刷品質情報を取得するために第１レーザによる印刷物を用いるステップと、
    −前記第１レーザによる前記印刷物の印刷品質情報に基づいて印刷動作を適合化するステップと、
    −望ましい印刷品質に到達させるステップと、
    −望ましい印刷品質が得られた後で、第２レーザを用いて印刷するステップと、を有する請求項２１〜２５に記載の印刷方法。
27. 前記第１レーザは前記第２レーザよりも高い波長を放射する、請求項２６に記載の印刷方法。
    

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