JP2020037242A - 印刷方法 - Google Patents

Abstract

【課題】転写後の光硬化性インクの中間転写体等への再転写を抑えるとともに、中間転写体上のインクが光硬化するのを抑制し、また多層印刷を良好に行い得る技術を提供する。【解決手段】本発明に係る印刷方法は、光硬化性インクによる印刷パターンを中間転写体から被印刷物に転写し、被印刷物に転写された印刷パターンに第１の光を照射して光硬化性インクの粘度を増大させ、粘度が増大された印刷パターンに第２の光を照射して光硬化性インクを硬化させる。光硬化性インクは、重合により固化するポリマー材料と、第１の光に含まれる第１の波長の光に反応する第１の光重合開始剤と、第１の波長に反応せず第１の波長より短波長で第２の光に含まれる第２の波長の光に反応する第２の光重合開始剤とを含み、第１の光は第２の波長成分を実質的に含まず、第２の光は第２の波長成分の強度が第１の光より大きい。【選択図】図１

Description

この発明は、光硬化性インクを用いて中間転写体上に形成された印刷パターンを被印刷物に転写することにより印刷を行う印刷技術に関するものである。

印刷用インクのうちポリマー材料および光重合開始剤を含有して調製された光硬化性インクは、短時間の光照射により、乾燥や加熱による硬化よりも迅速な硬化が可能である。このため、印刷直後の被印刷物を直ちに次工程に供することができ、高速印刷処理に好適である。例えば特許文献１に記載の技術は、ブランケット（中間転写体）表面に形成した複数色の印刷パターンを被印刷物の表面で重ね合わせて多色印刷を実現する印刷方法に関するものである。この技術においては、インクの混色や被印刷物上の未硬化インクがブランケットに再転写されるのを防止するために、光硬化インクを用い、１色の印刷ごとに紫外線を照射することでインクを硬化させている。

また、この技術では、ブランケット上のインクに光が照射されることで硬化が開始されてしまうのを防止するために、光源とブランケットとの間に光を遮蔽するための部材が配置される。

なお、光硬化性インクとしては、複数種の光重合開始剤を含有させたものも提案されている。例えば特許文献２には、インクジェット印刷と光硬化とを組み合わせた印刷システムにおいて、インク膜の基材への接着性・追従性を向上させる目的のために、吸光波長の異なる２種以上の重合開始剤を併用することが記載されている。ただし被印刷物に直接インクを噴射するインクジェット印刷においては、上記したインクの再転写の問題は原理的に生じない。

特開２０１７−１９６８８７号公報（例えば段落００９２） 特開２００３−２５１９１０号公報（例えば段落００７８）

上記した特許文献１に記載の技術は、次のような解決すべき課題を含んでいる。まず、光源からブランケット上のインクに照射される光の遮蔽が十分とは言えない。というのは、被印刷物での反射や透過によりブランケット表面に入射する光を遮蔽することができないからである。特に、被印刷物が例えばガラスのような透明体である場合、その表面で反射しまたはその内部に透過した光がブランケット表面に回り込んでしまうことが避けられない。このような光がブランケット上のインクに照射されると、インク表面が硬化することで被印刷物への転写性が低下するという問題がある。

また、複数の印刷パターンを被印刷物上で重ね合わせる多層印刷において層間で高い密着性を得るためには、転写済みのインクがある程度以下の粘度を維持している状態での重ね合わせが望ましい。その一方で、被印刷物に転写されたインクが低粘度の状態を維持したままでは、被印刷物上のインクが中間転写体や周囲の部材に接触したときにそれらの部材に再転写されてしまうことがある。このような再転写を防止するためには、転写済みのインクの少なくとも表面において十分に高い粘度を有していることが望ましい。すなわち、転写後のインクは、転写直後の粘度よりは高く、かつ完全な硬化状態の粘度よりは低い適度の粘度を有する状態に維持されていることが求められる。しかしながら、特許文献１に記載の技術ではそのような硬化状態の制御が困難である。

インクジェット印刷に係る特許文献２には、このような問題の解消に資するような開示はなされていない。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、被印刷物への転写後の光硬化性インクの粘度を適切に制御し、これにより中間転写体等への再転写を抑えるとともに、中間転写体上のインクが光硬化するのを抑制し、また多層印刷を良好に行い得る技術を提供することを目的とする。

この発明に係る印刷方法の一態様は、上記目的を達成するため、光硬化性インクによる印刷パターンを中間転写体の表面に形成する第１工程と、前記中間転写体を被印刷物に当接させて。前記中間転写体表面の前記印刷パターンを前記被印刷物に転写する第２工程と、前記被印刷物に転写された前記印刷パターンに第１の光を照射して前記光硬化性インクの粘度を増大させる第３工程と、粘度が増大された前記印刷パターンに第２の光を照射して前記光硬化性インクを硬化させる第４工程とを備えている。

ここで、前記光硬化性インクは、重合により固化するポリマー材料と、前記第１の光に含まれる第１の波長の光に反応する第１の光重合開始剤と、前記第１の波長に反応せず前記第１の波長より短波長で前記第２の光に含まれる第２の波長の光に反応する第２の光重合開始剤とを含み、前記第１の光は前記第２の波長成分を実質的に含まず、前記第２の光は前記第２の波長成分の強度が前記第１の光より大きいものである。

この発明において、光重合開始剤が「光に反応する」とは、光重合開始剤が光の照射を受けてポリマー材料の重合反応を促進するような化学変化を生じることを意味する。また、「第１の光が第２の波長成分を実質的に含まない」とは、第２の波長成分に反応する第２の光重合開始剤に第１の光が与える影響が無視できることを意味する。つまり、第２の光重合開始剤は、第１の光照射によっては変化しない。

上記のように構成された発明では、第１および第２工程で中間転写体から被印刷物に転写された光硬化性インク（以下、単に「インク」ということがある）に対し、第３および第４工程で光が照射される。このうち第３工程では第１の光重合開始剤のみが反応し、第２の光重合開始剤は反応しない。このためインクは低度の重合状態となりその粘度が増大する。

第３工程における露光量が大きくなり第１の光重合開始剤が完全に反応したとしても、第２の光重合開始剤は実質的に反応していない。したがって、第３工程で到達し得るインクの最大粘度は第１の光重合開始剤の含有量によって制御可能であり、露光量によって粘度を調整する必要はない。このため、第３工程後のインクを適切な粘度に制御性よく維持することが容易である。

また、仮に第１の光が中間転写体上のインクに照射されたとしても、インクの粘度がある程度以上に増大することは確実に回避できる。したがって、中間転写体から被印刷物へのインクの転写性が大きく低下することは回避できる。

一方、第４工程では、第２の波長成分をより多く含む第２の光が照射されることで、これに反応する第２の光重合開始剤によりさらなるインクの硬化が進行する。これにより、転写後のインクを必要な硬度まで硬化させることができる。

このように、本発明では、被印刷物への転写後のインクを完全な硬化に至らない中間的な粘度に維持することができ、しかもそのときの粘度については第１の光重合開始剤の含有量によって制御可能である。そのため、被印刷物への転写後の光硬化性インクを適切な粘度に維持することで、中間転写体への再転写を抑えるとともに、中間転写体上のインクが光硬化するのを抑制することができる。また多層印刷時の層間の密着性についても良好な状態を実現することが可能である。そして、第２の光を用いた追加的な照射によってインクをより確実に硬化させることができる。

本発明によれば、反応波長の異なる２種類の光硬化開始剤をインクに含有させ、比較的長波長の第１の光を照射して粘度を増大させ、さらにより短波長の第２の光を照射してインクを硬化させる。このため、第１の光の照射後におけるインクの粘度の制御が可能であり、中間転写体等への再転写を抑えるとともに、中間転写体上のインクが光硬化するのを抑制することができる。また多層印刷についても良好に行うことができる。

本発明に係る印刷方法を実現可能な印刷システムの概略構成例を示す模式図である。 版ステージユニットおよびインク充填ユニットの構成を示す図である。 ボトル保持ユニットの構成を示す図である。 本発明に係る印刷方法の一実施形態を示すフローチャートである。 図４の印刷方法の実行過程における各部の動きを模式的に示す図である。 図４の印刷方法の実行過程における各部の動きを模式的に示す図である。 重ね印刷における各部の動きを模式的に示す図である。 ブランケットへの光の漏れの問題を説明する図である。 本実施形態において用いられるインクおよびＵＶ光を示す図である。 光照射によるインク硬化のメカニズムを模式的に示す図である。

図１は本発明に係る印刷方法を実現可能な印刷システムの概略構成例を示す模式図である。この印刷システム１００は、例えばガラスボトルや樹脂ボトル等、概略円筒形状の外形を有する被印刷物の表面、より具体的には円筒面である側面に印刷を行うためのシステムである。ここで、各図における方向を統一的に示すために、図１に示すようにＸＹＺ直交座標系を設定する。例えばＸＹ平面を水平面、Ｚ軸を鉛直軸と考えることができる。以下においては（−Ｚ）方向を鉛直下向きとする。

印刷システム１００は、版ステージユニット１、インク充填ユニット２、転写ユニット３、仮硬化ユニット４、本硬化ユニット５およびボトル保持ユニット６を備えている。これらの各ユニットは、（−Ｙ）方向側から（＋Ｙ）方向側に向けて上記の順番で並べて配置される。印刷システム１００はさらに、これらの各ユニット動作を制御する制御ユニット９を備えている。

印刷システム１００における印刷処理は、
（１）版ステージユニット１およびインク充填ユニット２による光硬化性インクを用いたインクパターンの形成、
（２）インクパターンの転写ユニット３への転写、
（３）インクパターンの転写ユニット３から被印刷物への転写、
（４）仮硬化ユニット４および本硬化ユニット５からの光照射によるインク硬化、
の各工程を含んでいる。以下、被印刷物が円筒状のガラスボトルまたは樹脂ボトル（以下、単に「ボトル」という）Ｂである場合を採り上げ、装置各部の構成および動作を順次説明する。

図２は版ステージユニットおよびインク充填ユニットの構成を示す図である。版ステージユニット１は、インクパターンを形成するための版（例えば凹版）Ｐを上面に載置するステージ１１を備えている。ステージ１１はアライメント機構１２を介してベース部１３に取り付けられている。アライメント機構１２は、制御ユニット９からの制御指令に応じて、ステージ１１をＸＹＺ方向およびＺ軸回りの回転方向に移動させる。例えばクロスローラベアリング機構をアライメント機構１２として使用することができる。

ベース部１３は、印刷システム１００の台座にＹ方向に延設されたガイドレール１４に係合され、ガイドレール１４に沿ってＹ方向に往復移動可能となっている。より具体的には、ベース部１３には制御ユニット９により制御される図示しない駆動機構が連結されており、駆動機構が作動することにより、ベース部１３は（−Ｙ）方向および（＋Ｙ）方向に移動する。ベース部１３の可動範囲のうち最も（−Ｙ）方向側に寄った位置（図２に実線で示す位置）がベース部１３のホームポジションである。

ホームポジションに位置決めされた状態におけるステージ１１の上方にはアライメントカメラ１５，１５が配置されている。アライメントカメラ１５，１５はステージ１１に載置された版Ｐの周縁部または版Ｐの上面に設けられたアライメントマークを撮像し、画像データを制御ユニット９に送出する。制御ユニット９はステージ１１上における版Ｐの位置を検出し、必要に応じてアライメント機構１２を動作させることで、版Ｐの位置を適正位置に調整する。

ベース部１３がホームポジションから（＋Ｙ）方向に移動する経路に沿って、インク充填ユニット２および転写ユニット３が設けられている。インク充填ユニット２は、直下を通過するステージ１１に載置された版Ｐの上面に対向するノズル２１を備えている。ノズル２１には、制御ユニット９により制御されるインク供給部２２から光硬化性インク（以下、単に「インク」ということがある）が供給される。供給されたインクはノズル２１の下端に設けられた吐出口から吐出され、版Ｐの上面に塗布される。

光硬化性インクは、顕色剤としての顔料、重合により強固なポリマー層を構成するポリマー材料（モノマーおよびオリゴマーの少なくとも一方を含む）、および光照射を受けて化学変化することで生じる活性種によりポリマー材料の重合反応を促進する光重合開始剤を含むものである。

ノズル２１の（＋Ｙ）方向側にはドクターブレード２３が設けられている。ドクターブレード２３はインクが供給された版Ｐの表面を摺擦してインクを掻き取る。これにより、版Ｐの上面に設けられた凹部にインクが充填される一方、それ以外の余剰インクが除去されてインクパターンが形成される。

こうしてインクが充填された版Ｐは、さらに（＋Ｙ）方向に移動して転写ユニット３の配設位置に到達する。図１および図２に示すように、転写ユニット３は、ブランケットロール３０とこれを回転させるモータ３３とを備えている。より詳しくは、ブランケットロール３０は、例えば金属製の円筒であるブランケット胴３１と、その表面に巻き付けられたブランケット３２とを備えており、全体として概略円筒形状をなしている。ブランケットロール３０は、図示しないフレームにより回転自在に支持されており、制御ユニット９により制御されるモータ３３により、図１に一点鎖線で示す中心軸回りに回転駆動される。

ブランケット３２は弾性を有する樹脂材料、例えばシリコン樹脂製であり、その表面にインクパターンを担持可能である。ブランケット３２は被印刷物であるボトルＢの表面に生じ得る凹凸よりも十分に大きな厚さを有している。図２に示すように、ステージ１１に載置された版Ｐがブランケットロール３０の直下位置を通過するとき、ブランケット３２の表面が版Ｐの上面に当接する。このとき、版Ｐの凹部に充填されているインクがブランケット３２の表面に移行する。こうして版Ｐ上のインクパターンがブランケット３２に転写される。

こうしていったんブランケット３２に転写（一次転写）されたインクパターンは、最終的な被印刷物であるボトルＢの表面に二次転写される。このように、ブランケット３２は、被印刷物に最終転写されるインクパターンを一時的に担持する中間転写体として機能するものである。

図３はボトル保持ユニットの構成を示す図である。より具体的には、図３（ａ）はボトル保持ユニット６をＹ方向に見た側面図であり、図３（ｂ）はボトル保持ユニット６をＸ方向に見た側面図である。

ボトル保持ユニット６は、側面Ｂ２が印刷対象面となる被印刷物であるボトルＢをその中心軸回りに回転自在に保持するものであり、図３に示すように、底板６１とそのＸ方向側両端部から上向きに延びる１対の側板６２，６２とを組み合わせた支持フレーム６０を有している。側板６２のうち一方には連結部材６２１が回転自在に取り付けられている。また、他方の側板６２にはバネ部材６２２が設けられている。ボトルＢの口部Ｂ１が連結部材６２１に連結される一方、ボトルＢの底面部Ｂ３がバネ部材６２２により口部Ｂ１側に付勢されることで、ボトルＢは、その中心軸を略水平にした姿勢で保持される。また、連結部材６２１は図示しないモータにより回転駆動され、ボトルＢをその中心軸回りに回転させることができる。

図１および図３に示すように、ボトルＢはＸ方向を軸方向とするバックアップロール６３１〜６３４により補助的に支持される。バックアップロール６３１〜６３４はそれぞれ両側板６２に対し回転自在に支持されている。このうち１対のバックアップロール６３１，６３２はボトルＢの下方に設けられ、ボトルＢの側面Ｂ２に下方から当接することで、重力方向、すなわち（−Ｚ）方向へのボトルＢの変位を規制する。また、もう１対のバックアップロール６３３，６３４はボトルＢの（＋Ｙ）方向側に設けられ、ボトルＢの（＋Ｙ）方向側側面に当接することで、（＋Ｙ）方向へのボトルＢの変位を規制する。一方、ボトルＢの側面Ｂ２のうち（−Ｙ）方向側側面については広く開放された状態となっている。

支持フレーム６０の底板６１はアライメント機構６５を介してベース部６６に取り付けられている。アライメント機構６６は、制御ユニット９からの制御指令に応じて、支持フレーム６０をＸＹＺ方向およびＺ軸回りの回転方向に移動させる。例えばクロスローラベアリング機構をアライメント機構６５として使用することができる。

ベース部６６は、印刷システム１００の台座にＹ方向に延設されたガイドレール６７，６７に係合され、ガイドレール６７に沿ってＹ方向に往復移動可能となっている。より具体的には、ベース部６６には制御ユニット９により制御される図示しない駆動機構が連結されており、駆動機構が作動することにより、ベース部６７は（−Ｙ）方向および（＋Ｙ）方向に移動する。したがって、ボトル保持ユニット６に保持されるボトルＢは、Ｙ方向において所定の可動範囲内で水平移動可能となっている。

図３（ｂ）に示すように、ボトル保持ユニット６がボトルＢをその可動範囲中（−Ｙ）方向側端部近傍まで移動させたとき、ボトルＢの（−Ｙ）方向側側面がブランケット３２の表面に押し付けられる。これにより、ブランケット３２の表面に担持されているインクパターンがボトルＢの側面Ｂ２に転写される。ボトルＢがブランケット３２に押し付けられることで生じるブランケット３２からの反力によるボトルＢの変位は、バックアップロール６３１〜６３４によって未然に防止されている。

また、図３では記載を省略しているが、後述するように、ボトル保持ユニット６に保持されたボトルＢに対しても、その位置を検出するためのアライメントカメラ６８（図６）が設けられている。制御ユニット９はアライメントカメラ６８の撮像結果に基づきアライメント機構６６を動作させ、ボトルＢの位置、より具体的にはブランケット３２に対するボトルＢの相対位置を適正な位置に調整する。

図１に示すように、ボトル保持ユニット６によるボトルＢの移動経路に沿って、仮硬化ユニット４および本硬化ユニット５が配置されている。これらはいずれも、ボトルＢに転写された光硬化性インクによるインクパターンに光（紫外線、ＵＶ光）を照射してインクを硬化させるためのものである。ただし、詳しくは後述するが両者の機能は異なっている。

仮硬化ユニット４は、インクを完全に硬化させるものではなく、ボトルＢに転写されたインクパターンの粘度を、後工程を実行するために支障のない程度まで増大させる機能を有する。このため出射光の強度は比較的低くてよく、光源として例えば紫外線を出力するＬＥＤ（Light Emitting Diode）を備えたものを用いることが可能である。仮硬化ユニット４は、ボトルＢに転写された直後のインクに光を照射する。このため、図３（ｂ）に示すように、ブランケット３２の表面に当接するように位置決めされたボトルＢの表面に対向する位置に配置される。

一方、本硬化ユニット５は、粘度の増大したインクをより強固に硬化させる機能を有するものである。このため、光源としては例えばＵＶランプのような大出力のものが好適である。本硬化ユニット５は仮硬化ユニット４よりもブランケット３２から離れた位置に配置されている。これは、本硬化ユニット５から出射される強い光がブランケット３２上のインクパターンに照射されるのを回避するためである。

図４は本発明に係る印刷方法の一実施形態を示すフローチャートである。また、図５および図６は図４の印刷方法の実行過程における各部の動きを模式的に示す図である。より具体的には、図４は本発明に係る印刷方法を適用した印刷処理の一例を示している。なお図５ないし図７において点線矢印は部材の移動方向を示すものとする。この印刷処理は、制御ユニット９が予め記憶されたプログラムを実行し装置各部に所定の動作を実行させることにより実現される。

この印刷処理では、最初に版ＰおよびボトルＢが印刷システム１００にセットされる。具体的には、版Ｐがシステムに搬入されてステージ１１にセットされ（ステップＳ１０１）、アライメントカメラ１５の撮像結果に基づく版Ｐのアライメント調整が行われる（ステップＳ１０２）。続いて、ステージ１１が（＋Ｙ）方向に移動を開始し、版Ｐの上面にインク充填ユニット２のノズル２１から光硬化性インクＩＫが塗布され、ドクターブレード２３により余剰インクが掻き取られることで、版面にインクが充填される（ステップＳ１０３）。ステージ１１がさらに移動し、回転するブランケットロール６０の直下位置を通過することで、版Ｐに形成されたインクパターンがブランケット３２の表面に転写される（ステップＳ１０４）。

図５は、版Ｐがステージ１１に載置されてから、アライメント調整およびインク充填を受け、インクパターンがブランケット３２に転写されるまでの各部の状態を模式的に示している。図５下部に示すように、最終的には版Ｐに形成されたインクパターンＩＰが全てブランケット３２に転写される。

上記のような版Ｐに対する処理と並行して、ボトル保持ユニット６では、ボトルＢに対する処理が実行される。すなわち、被印刷物であるボトルＢがセットされると（ステップＳ１０５）、図６に示すように、アライメントカメラ６８によりボトルＢが撮像され、その撮像結果に基づきボトルＢのアライメント調整が行われる（ステップＳ１０６）。そして、ボトル保持ユニット６が（−Ｙ）方向に移動し、ボトルＢをブランケット３２の表面に当接させる（ステップＳ１０７）。

図６に示すように、インクパターンＩＰが転写されたブランケット３２とボトルＢとが当接しながら互いにウィズ回転することにより、ブランケット３２表面のインクパターンＩＰが順次ボトルＢに転写されてゆく。なお、図５では版Ｐの搬入からブランケット３２へのインクパターン転写までの工程が示され、図６ではボトルＢの搬入からボトルＢへのインク転写までの工程が示されており、これらの工程は独立したものとして記載されている。しかしながら、実際の処理においては、ブランケット３２へのインクパターン転写とブランケット３２からボトルＢへのインクパターン転写とを、ブランケット３２の同一周回において連続的に実行することが可能である。

ここで、ボトルＢの表面はバックアップローラ６３１〜６３４に当接しており、ボトルＢの回転に伴いインクパターンＩＰがバックアップローラ６３１〜６３４との当接位置に到達すると、未硬化のインクがボトルＢからバックアップローラ６３１〜６３４に転写されることがある。また、ボトルＢが１周以上回転する場合、ボトルＢ表面のインクパターンＩＰがブランケット３２に再転写されてしまうことがある。これらはボトルＢ表面のインクパターンを乱すとともに、ブランケット３２やバックアップローラ６３１〜６３４をインクにより汚染することになる。

この問題を防止するために、比較的低露光量の紫外線照射による仮硬化処理が行われる（ステップＳ１０８）。すなわち、図６に示すように、ブランケット３２からインクパターンＩＰの転写を受けた直後のボトルＢの表面に向けて、仮硬化ユニット４から光（紫外線）ＵＶ１が照射される。後述するように、仮硬化ユニット４から照射される光ＵＶ１は、インクに含まれるポリマー材料の一部を重合させることでインクの粘度を増大させるが、インク全体を硬化させるには至らない性質を有するものである。

こうしてインクの粘度が増大することで他の物体への付着性が低下し、インクを担持するボトルＢの表面がバックアップロール６３１〜６３４またはブランケット３２に接触したときにインクがこれらに転写されてしまうことが防止される。仮硬化の終了時点では、インクは完全に硬化していない。これを完全に硬化させるために本硬化処理が行われる（ステップＳ１０９）。図６下部に示すように、本硬化処理は、ボトルＢをブランケット３２から大きく離間させた状態で、本硬化ユニット５から光（紫外線）ＵＶ２をボトルＢに照射することにより行われる。このときの光ＵＶ２の照射は、インクを完全に硬化させるのに十分な露光量で行われる。

こうして印刷処理が行われたボトルＢは外部へ搬出され（ステップＳ１１０）、次に印刷すべきボトルがある場合には（ステップＳ１１１においてＹＥＳ）、ステップＳ１０２、Ｓ１０５に戻って版Ｐのアライメント調整およびボトルＢの搬入から上記処理が繰り返される。なお、版Ｐを変更する必要がある場合にはステップＳ１０１に戻ればよい。

次に、重ね印刷を行う場合の動作について説明する。既にインクパターンが転写されているボトルＢに対し、さらなるインクパターンを重ねて印刷する場合がある。例えば同色のインクパターンを重ねることで印刷層を厚くした場合や、異なる色のインクパターンを重ねて多色印刷を行いたい場合等である。

このような重ね印刷を行う場合、ボトルＢに転写済みのインクパターンは完全に硬化していないことが好ましい。というのは、完全に硬化したインクパターンの層に新たなインクパターンの層を重ねた場合、層間の密着性が悪化することがあるからである。その一方で、転写済みのインクパターンの粘度が低すぎる場合、異なる色のインク同士が混じり合ってしまったり、ボトルＢからブランケット３２へのインクの再転写が起きたりすることで印刷品質を低下させてしまう。

本実施形態の印刷処理では、前記した仮硬化によって転写済みのインクの粘度を適度なものとしておくことで、これらの問題が生じるのを防止することができる。すなわち、転写済みのインクパターンが仮硬化された状態のボトルＢに新たなインクパターンを転写してゆくことにより、複数層の重ね印刷を良好に行うことが可能である。具体的には次のようにすることができる。

図７は重ね印刷における各部の動きを模式的に示す図である。まず同色のインクパターンを重ねる場合について考える。ブランケット３２に転写されるインクパターンの周方向長さがボトルＢの周長よりも大きければ、全てのインクパターンが転写されるまでにボトルＢは１周を超えて回転することになり、結果的に、２周目の周回で転写されるパターンが１周目の周回で転写されたパターンに重ねて転写されることになる。

すなわち、図７に示すように、ボトルＢの第１周目の周回においてインクパターンＩＰ１が転写された後でブランケット３２の表面に残存するインクパターンＩＰ２は、ボトルＢの第２周目またはそれ以降の周回においてボトルＢに転写されることになる。このとき、ボトルＢの表面のうち既にインクパターンＩＰ１が転写されている領域に新たなインクパターンＩＰ２が転写されることで、２層の重ね印刷が実現される。版ＰのＹ方向長さをボトルＢの周長より十分に大きくしておくことで、このような重ね印刷を容易に行うことが可能である。なお図７では、図における視認性向上のため、１周目に転写されるインクパターンＩＰ１と２周目に転写されるインクパターンＩＰ２とを異なる濃度で示している。

この場合、転写直後のインクに仮硬化ユニット４から光ＵＶ１が照射され仮硬化が行われているため、ボトルＢからブランケット３２へのインクの再転写は防止されている。また、このインクは完全には硬化していないため、新たに転写されるインクとの密着性についても問題がない。そして、重ね印刷の終了後に本硬化処理を行うことで、転写されたインクパターンＩＰ１，ＩＰ２の全体を完全に硬化させることができる。このようにして、品質の良好な重ね印刷を行うことができる。

一方、異なる色または種類のインクを重ねて印刷する場合には、版Ｐおよびインクを切り替える必要がある。この場合、図１の印刷システム１００において版Ｐおよびインクの切り替えを行うようにしてもよい。しかしながら、１種類のインクに特化された版ステージユニット１、インク充填ユニット２、転写ユニット３および仮硬化ユニット４の組をインクの種類数だけ準備し、これらの間でボトルＢを搬送しながら順次重ね印刷を行う方が、連続印刷における生産性という点では有利である。

この場合にも、１種類のインクを用いて仮硬化までを行った段階でボトルＢを切り替えて転写処理を繰り返すことで複数層を形成し、その後に一括して本硬化処理を行うことで重ね印刷を完結させることができる。

ところで、この印刷処理プロセスでは、ボトルＢに転写された直後のインクに対し光を照射し仮硬化を行う必要がある。したがって、仮硬化ユニット４についてはブランケット３２の近傍に配置する必要がある。このことに起因して、仮硬化ユニット４から出射される光ＵＶ１が漏れてブランケット３２に回り込み、ブランケット３２上に担持されたインクが光照射を受けてしまうことがある。

図８はブランケットへの光の漏れの問題を説明する図である。図８（ａ）に示すように、仮硬化ユニット４から直接ブランケット３２へ向かう光を低減するためには、両者の間に適宜の遮光部材Ｓを設ければよい。しかしながら、ボトルＢの表面が光反射性を有する場合や、ボトルＢの素材自体が光透過性を有する場合には、ボトルＢの表面や内部を介して光ＵＶ１がブランケット３２に入射することがある。特にボトルＢの素材が透明材料である場合、その影響が顕著である。また、ブランケット３２がシリコン樹脂製である場合、それ自体がある程度の紫外線透過性を有する。このような想定外の光照射によって、ブランケット３２上のインクの粘度が増大してしまうおそれがある。

ブランケット３２からボトルＢへのインク転写と、転写されたインクへの光照射を分離して行うことができるのであれば、転写が完了するまで光照射を行わないようにすることでブランケット３２上のインクへの光照射は回避することが可能である。しかしながら、このような印刷プロセスは生産性が低いため、現実問題としては、ブランケット３２からボトルＢへのインク転写と仮硬化のための光照射とが一時的にせよ重複することは避けられない。

図８（ｂ）は露光量とインクの粘度との関係を模式的に示す図である。実線で示すように、照射光の強度と照射時間との積で表される露光量が増加するにつれてインクの粘度も増加するが、インクが完全に硬化するとそれ以上に粘度は上昇しない。仮硬化の段階では、ブランケット３２等へのインク再転写が生じない程度に粘度が高く、かつ層間の密着性が低下するほどの粘度には達しない適正な粘度を維持する必要がある。しかしながら、上記のようにブランケット３２に担持された状態でインクに光が入射する可能性がある場合、仮硬化処理における露光量の調整でインクの粘度を管理することは事実上不可能である。

このため、点線で示されるように、光照射によりインク粘度が適正粘度まで上昇した後、それ以上に露光量を増加させても粘度が増大しないような粘度変化が理想的である。そのような粘度変化を実現するために、本実施形態では、インクに光吸収特性の異なる２種類の重合開始剤を含有させ、また仮硬化ユニット４と本硬化ユニット５との間でスペクトル分布が異なる光を発生させるようにしている。具体的には次の通りである。

図９は本実施形態において用いられるインクおよびＵＶ光を示す図である。本実施形態の光硬化性インクには、比較的長波長まで吸収特性を有する第１の光重合開始剤と、より短波長側の光のみを吸収する第２の光重合開始剤とが含まれている。そして、仮硬化ユニット４から照射される光ＵＶ１は、第１の光重合開始剤において高い吸収特性を有するが第２の光重合開始剤にはほぼ吸収されない波長λ１の成分を多く含む光が用いられる。さらに、光ＵＶ１は第２の光重合開始剤が吸収性を示す波長成分を実質的に含まないことが望ましい。つまり、仮硬化用の光ＵＶ１は、第２の光重合開始剤の吸収波長域よりも長波長側の成分のみを含むことが望ましい。

一方、本硬化ユニット５から出射される光ＵＶ２については、第２の光重合開始剤が高い吸収性を示す波長λ２の成分を多く含み、かつ発光強度がより大きいものが用いられる。第１の光重合開始剤がこの波長に対して吸収性を有することは必須ではないが、一般的に、長波長側で高い吸収性を有する材料はより短波長の光に対しても高い吸収性を有する。

このようにすると、仮硬化用の光ＵＶ１に対しては第１の光重合開始剤が反応するものの、第２の光重合開始剤は反応しない。ここで、インクへの第１の光重合開始剤の含有量を、インク全体を硬化させるのに必要な量よりも十分に小さくしておけば、第１の光重合開始剤が全て反応したとしてもインクは完全には硬化しない。したがって、積算露光量の増加に対して粘度の増大は飽和する。このときの粘度については第１の光重合開始剤の含有量によって制御可能である。

図１０は光照射によるインク硬化のメカニズムを模式的に示す図である。図１０（ａ）に示すように、転写直後のインクＩＫには、ポリマー材料と、第１および第２の光重合開始剤とが含まれている。図１０（ｂ）に示すように、ボトル表面Ｂ２に転写されたインクパターンＩＰに仮硬化ユニット４から光ＵＶ１が照射されると、第１の光重合開始剤が反応し、これによりポリマー材料の重合反応が始まる。ただし、第１の光重合開始剤の含有量が少ないため、重合反応は限定的であり、インク内では比較的低分子量のポリマーが分散した状態となっている。これにより転写直後よりも粘度は増大するが、完全な硬化には至っていない。

図１０（ｃ）に示すように、より短波長の成分を多く含む光ＵＶ２が本硬化ユニット５から照射されることで、第１の光重合開始剤に加えて第２の光重合開始剤も反応し、ポリマーの重合反応がさらに進行し、ポリマーがパターン内で強固に架橋しインクが完全に硬化した状態となる。

この間の粘度変化を図１０（ｄ）に模式的に示す。インクパターンに光ＵＶ１が照射されることにより、インクの粘度は増大するが、光照射を継続しても粘度の増大は飽和する。第１の光重合開始剤の含有量により、このときの粘度を適正粘度とすることができる。そして、次いで光ＵＶ２が照射されることにより、インクの粘度は再び上昇し、最終的に全体が硬化することで上昇が停止する。このときのインクパターンの機械的強度が求められる仕様を満たすように、インクにおけるポリマー材料および第２の光重合開始剤の含有量が定められる。第２の光重合開始剤については、少なくともインク全体を完全硬化させるために必要な量以上の量が含有されることが望ましい。

これらの現象は、ブランケット３２からインク転写を受けたボトルＢ上のみならず、ボトルＢを介した光の回り込みを受けるブランケット３２上でも起こり得る。すなわち、ブランケット３２に担持されたインクに光が当たることでその粘度が変化する。しかしながら、もともと光ＵＶ１による露光ではインク粘度の増大は限定的であり、しかもブランケット３２上での露光量は、ボトルＢ上で直接光照射を受けるインクに比べれば十分に小さい。したがって、ブランケット３２上のインクの粘度が、ボトルＢへの転写性が問題となるほどに増大することは回避される。したがって、仮硬化ユニット４からブランケット３２に入射する光を遮蔽するための措置は省かれてもよい。もちろん、より万全を期すために、仮硬化ユニット４については、ブランケット３２側への光の漏れを遮蔽するための手段（例えば遮光板）が講じられることが好ましい。

一方、光ＵＶ２がブランケット３２上のインクに照射されるとインクが硬化してしまうおそれがあるが、光ＵＶ２が照射されるときブランケット３２とボトルＢとは大きく離間されており、必要であればそれらの間に遮光部材を設けることに位置的制約はない。このため、光ＵＶ２によるブランケット３２上のインクの露光が大きな問題となることは容易に回避可能である。

なお、光反応開始剤として知られている各種材料の中で、比較的短波長側に高い光吸収特性を有し「第２の光重合開始剤」として好適に適用可能なものとして、例えばベンゾイン誘導体、ベンゾフェノンなどがある。また、より長波長側まで光吸収特性を有し「第１の光重合開始剤」として利用可能なものとしては、例えばミヒラーズケトン、アシルフォスフィンオキサイド系化合物などがある。

これまでの一般的な考え方では、インクの光硬化を効率よく行わせるため、広い帯域の光に感度を有する光重合開始剤をインクの完全硬化に必要な量以上添加することが行われる。これは、照射される光を効率よく吸収してポリマー材料の重合反応を促進させることを目的とするものである。

一方、上記実施形態の印刷処理では、広帯域の光吸収特性を有する少量の光重合開始剤（第１の光重合開始剤）と、より短波長側に偏った光吸収特性を有するより多量の光重合開始剤（第２の光重合開始剤）とがインクに添加されている。そして、被印刷物に転写されたインクに対し、第１の光重合開始剤のみが感度を有する波長の光を照射することでインクの仮硬化が行われる。このときの照射光に反応する第１の光重合開始剤は少量であり、インクを完全に硬化させるには至らない。したがって、このときの光照射における露光量が過大になったとしても、インクの粘度が適正範囲を超えて上昇することは回避できる。

また、照射光の一部がブランケット（中間転写体）上の未転写インクに入射してしまうことがあり得るが、これによる未転写インクにおける粘度の上昇も限定的であり、被印刷物への転写性が低下することは避けられる。また、こうしてインクが仮硬化により適度な粘度を維持した状態で重ね印刷が実行されることで、重ねられた層間でのインク同士の密着性も良好なものとなる。そして、被印刷物に転写されたインクが周囲の部材へ移ってしまうことも防止することができる。

以上説明したように、上記実施形態においては、ブランケット３２が本発明の「中間転写体」として機能しており、インクパターンＩＰが本発明の「印刷パターン」に相当している。また、仮硬化ユニット４から出射される光ＵＶ１が本発明の「第１の光」に相当しており、波長λ１が本発明の「第１の波長」の一例となっている。一方、本硬化ユニット５から出射される光ＵＶ２が本発明の「第２の光」に相当しており、波長λ２が本発明の「第２の波長」の一例となっている。

また、上記実施形態における印刷処理（図４）では、ステップＳ１０１〜Ｓ１０３が本発明の「第１工程」に相当する一方、ステップＳ１０４〜Ｓ１０７が本発明の「第２工程」に相当している。また、ステップＳ１０８、Ｓ１０９がそれぞれ本発明の「第３工程」、「第４工程」に相当している。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態の印刷システム１００は、転写後のインクの粘度を適度に増大させるための仮硬化ユニット４と本硬化ユニット５とを備えている。一方、例えば重ね印刷を前提とする印刷システムにおいては、仮硬化までの工程を実行する１つまたは複数の印刷装置と、それらの印刷装置で仮硬化まで実行された被印刷物を受け入れて本硬化を実行する１つの本硬化装置との組み合わせによる構成とすることも可能である。

また、上記実施形態の印刷システム１００では、固定されたブランケットロール３０に対し、版ステージ１１が版Ｐを、ボトル保持ユニット６がボトルＢをそれぞれ移動させることで印刷処理における互いの位置決めがなされる。しかしながら、これらの移動は相対的に実現されていればよく、どのユニットを可動とするかについては上記に限定されず任意である。

また、上記実施形態におけるインクパターンの形成は、凹版にインクを塗布しドクターブレードで掻き取ることにより行われている。しかしながら、インクパターンの形成方法はこれに限定されず任意である。例えば、平版にインクジェット印刷装置を使って形成したインクパターンをブランケットに転写する態様、あるいはインクジェット印刷装置によりブランケット表面に直接インクパターンを形成する態様であってもよい。

また、上記実施形態における仮硬化ユニット４の光源はＵＶ−ＬＥＤ、本硬化ユニット５の光源はＵＶランプである。しかしながら、光源はこれらに限定されず、必要な波長および強度の光を出射することのできるものであれば任意のものを使用可能である。

また、上記実施形態のボトル保持ユニット６は、連結部材６２１とバネ部材６２２とで被印刷物たるボトルＢを挟持し、さらにバックアップロール６３１〜６３４によりボトルＢを補助的に支持する構成となっている。しかしながら、被印刷物の保持形態はこれに限定されるものではなく任意である。例えば適宜の回転チャック機構で被印刷物を保持する構成であってもよい。

また、上記実施形態における被印刷物は略円筒形状のボトルＢであるが、被印刷物はこれに限定されるものではない。例えば両端部が開放された筒状の被印刷物や、円筒面に対し凹凸が設けられた被印刷物に対しても、上記した印刷処理システム１００を用いて印刷処理を実行することが可能である。

以上、具体的な実施形態を例示して説明してきたように、この発明に係る印刷方法において、例えば光硬化性インクにおける第１の光重合開始剤の含有量は、ポリマー材料の全体を硬化させるために必要な量よりも少なくてもよい。このような構成によれば、第１の光による露光量が大きくなってもインクを完全に硬化させず、適度な粘度に維持することが可能である。したがって露光量に対する感受性の低い印刷プロセスを構築することができる。

また例えば、被印刷物が光透過性を有するものであってもよい。この場合、被印刷物の内部を透過して中間転写体に入射する光を制御することが事実上不可能であるが、上記のように本発明では露光量の変動が粘度に及ぼす影響が小さいため、インクの再転写や転写不良など印刷品質の劣化を招くような不具合を回避することが可能である。

また例えば、本発明は、中間転写体は表面の形状が円筒面で弾性樹脂製のブランケットを有し、表面に印刷パターンを担持するブランケットが被印刷物に当接しながら回転することで、印刷パターンを被印刷物に転写するように構成されてもよい。このような構成によれば、印刷パターンを一時的に担持するブランケットを設けたことで、印刷パターンや被印刷物の変更にも容易に対応することが可能になる。また、弾性を有するブランケットの表面が被印刷物表面の凹凸に追従することができるので、完全な円筒体ではない被印刷物についても良好に印刷を行うことができる。

また、本発明に係る印刷方法では、第２工程における転写と第３工程における光照射とが、少なくとも一時期において同時に実行されてもよい。第３工程のための光照射において用いられる光の一部が第２工程におけるインク粘度の変化の原因となり得るが、本発明では光重合開始剤および照射光の波長の工夫でこの問題が解消されており、両工程を同時に実行する場合でも問題は生じない。

また、本発明に係る印刷方法は、同一の被印刷物に対し第１工程から第３工程までの処理を複数回実行して複数層の印刷パターンを被印刷物に転写した後、第４工程を実行するように構成されてもよい。このような構成によれば、新たに転写される印刷パターンは、先の工程で転写され粘度が適度に増大されたインクに重ねられることになる。このため、層間の密着性を良好にすることができる。そして、複数層の転写後に一括して第２の光が照射されることで、印刷パターン全体を硬化させて最終的な印刷物を得ることができる。

この発明は、ガラスボトルや樹脂ボトルなどの円筒形状を有する被印刷物の表面に印刷を施す印刷技術全般に適用することが可能であり、特に被印刷物が透明体であるなど光透過性を有する場合に有効である。

３ 転写ユニット
４ 仮硬化ユニット
５ 本硬化ユニット
３２ ブランケット（中間転写体）
１００ 印刷システム
Ｂ ボトル（被印刷物）
ＩＰ，ＩＰ１，ＩＰ２ インクパターン（印刷パターン）
Ｐ 版
Ｓ１０１〜Ｓ１０３ 第１工程
Ｓ１０４〜Ｓ１０７ 第２工程
Ｓ１０８ 第３工程
Ｓ１０９ 第４工程
ＵＶ１ 第１の光
ＵＶ２ 第２の光

Claims (6)

1. 光硬化性インクによる印刷パターンを中間転写体の表面に形成する第１工程と、
   前記中間転写体を被印刷物に当接させて、前記中間転写体表面の前記印刷パターンを前記被印刷物に転写する第２工程と、
   前記被印刷物に転写された前記印刷パターンに第１の光を照射して前記光硬化性インクの粘度を増大させる第３工程と、
   粘度が増大された前記印刷パターンに第２の光を照射して前記光硬化性インクを硬化させる第４工程と
   を備え、
   前記光硬化性インクは、
   重合により固化するポリマー材料と、
   前記第１の光に含まれる第１の波長の光に反応する第１の光重合開始剤と、
   前記第１の波長に反応せず、前記第１の波長より短波長で前記第２の光に含まれる第２の波長の光に反応する第２の光重合開始剤と
   を含み、
   前記第１の光は前記第２の波長成分を実質的に含まず、前記第２の光は前記第２の波長成分の強度が前記第１の光より大きい印刷方法。
2. 前記光硬化性インクにおける前記第１の光重合開始剤の含有量は、前記ポリマー材料の全体を硬化させるために必要な量よりも少ない請求項１に記載の印刷方法。
3. 前記被印刷物が光透過性を有する請求項１または２に記載の印刷方法。
4. 前記中間転写体は表面の形状が円筒面で弾性樹脂製のブランケットを有し、
   表面に前記印刷パターンを担持する前記ブランケットが前記被印刷物に当接しながら回転することで、前記印刷パターンを前記被印刷物に転写する請求項１ないし３のいずれかに記載の印刷方法。
5. 前記第２工程における転写と前記第３工程における光照射とが、少なくとも一時期において同時に実行される請求項１ないし４のいずれかに記載の印刷方法。
6. 同一の前記被印刷物に対し前記第１工程から前記第３工程までの処理を複数回実行して複数層の前記印刷パターンを前記被印刷物に転写した後、前記第４工程を実行する請求項１ないし５のいずれかに記載の印刷方法。

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