JP2021109433A - 陶磁器への絵付け方法 - Google Patents

Abstract

【課題】デジタル化された文字、画像を陶磁器などに高い解像度で絵付けする方法を提供する。【解決手段】絵付け用顔料と光照射で難水溶化する水溶性物質からなる絵具を絵付け対象物に塗布し、収束した光線を強度変調しつつ走査して選択的に硬化させた後、未硬化部分を洗浄除去して焼成する。【選択図】図１

Description

本発明は陶磁器などに画素の配列として表現されている文字、図形、画像などを高い解像度で絵付けする方法に関する。

画素の２次元配列として表されたデジタル画像を絵付けする手法には従来、絵付け対象物とは別の媒体に画像を形成しこれを絵付け対象物の表面に転写する間接的絵付け手法と、絵付け対象物に直接絵具を付着して画像を形成する直接的絵付け手法とがある。

間接的絵付け手法には以下のものがある。熱転写によって転写シート作製（特開昭６２‐８０１００）、印画紙をそのまま転写（特開昭６２−２３５３）、レーザーで熱転写して転写フィルムを作製（特開平６−２７０５４８）、インクジェットで転写フィルムを作製（特開２００６−１６２４６）など。
また直接的絵付け手法には以下のものがある。顔料を含む絵具をインクジェットで直接描画（特開平８−２５３３５８２、特開２００４−２５６３１９、特開平１０−１３９５７１）、プリンタで粘着剤画像を対象物表面に形成し、粉末状の絵具を散布（特開２００５−１６１８２８）、ロボットで描画（特開２００６−６２０５２）、表面に溝を形成し、そこに絵の具を埋め込み（特許第２７７５３９５号）、レーザーで顔料を直接焼き付け（レーザ加工学会誌Ｖｏｌ．２３，Ｎｏ．２（２０１６）ｐｐ．１３９〜１４４）など。

発明が解決しようとする課題

転写紙を用いる間接手法は水を使った転写工程が必要なため煩雑で熟練を要する、あるいは画像の解像度に限界があるなどの難点がある。

直接的手法にも技術的・経済的難点がある。インクジェットプリンターを用いる方式では微細な発色剤を要するため高価、インク乾燥やインク中の固形成分によるノズルの目詰まり頻発、などの課題がある。表面溝形成方式では陶磁器やセラミックに対して強力なレーザーが必要でコスト高となる。粉末を散布する方式では不必要な部分（空白エリア）に散布された絵具粉末の除去が必須であるが、完全な除去は困難であり、残留した絵具材はそのまま焼結されるので仕上がり画像が汚れたものになる。またサーマルプリンタを用いる場合は発熱素子間や加熱表面での熱伝搬によって分解能が劣化する。また、特殊なプリンターリボンを要する。

本発明では絵付け対象物に直接に絵付けを行う。この目的を達成するため、光照射による硬化性と加熱による焼失性の両方を備えた固着剤と一般に用いられる絵付け用発色剤とからなる特別な絵付け絵具を使用する。

課題を解決するための手段

一般に陶磁器の絵付け用絵具は焼成後に絵付け対象物に残留する着色剤と焼成時に消失する固着剤からなる。前者はピグメントまたは顔料、後者はメデウムまたはバインダーとも呼ばれる。本発明で用いる絵具においては、着色剤として一般に使用される上絵の具、下絵の具、金属粉などを用いるが、固着剤に特徴がある。

本発明の絵付け方法では、まず絵付け対象物表面に絵付け絵具を均一に塗布する。絵付けすべき画像は画素の配列体として表現されたデジタルデータであり、このデータに基づいて絵付けすべき表面を収束した光束で走査する。絵具の固着剤は光照射によって難水溶化する性質が付与されているので、光照射された部分のみを選択的に難水溶性に変質させる。その後塗布面全体を洗浄して、光走査時に難水溶化された領域のみが絵付け対象物表面に残留する。絵具はまた着色剤、具体的には上絵の具や下絵具を含んでいるので、焼成によって着色剤のみが該表面に残留し、絵付け画像を形成する。絵具の固着剤成分は焼成時に蒸散あるいは消失する。

本発明の特徴は固着剤として光照射によって難水溶化する水溶性物質を用いることにある。具体的には、光の化学作用で固化する水溶性光硬化性物質、または光の熱作用で固化する水溶性熱硬化性物質、または光の熱作用で溶融する粉末物質を水溶性バインダーに分散したもの、またはマイクロカプセル化された難水溶物質を水溶性バインダーに分散したものを固着剤とする。すなわち、前記光による難水溶化は光の化学作用による光硬化と光の熱作用による熱硬化、および光の熱作用による熱溶融性粉末の溶融固化、さらに光の熱作用によるマイクロカプセルの被膜破壊を含む。

前記マイクロカプセル化された難水溶物質は、光照射によってマイクロカプセル外被が破壊されることにより周辺の物質に浸透して周囲を難水溶化する。高粘度油脂を用いた油脂パウダーがその一例である。

光照射において収束したレーザーを用いると狭い範囲を難水溶化できるので、収束レーザー光を強度変調しつつ走査すれば極めて高解像度の露光・固化が可能となる。これは従来のいかなる絵付け技術も達成不可能な高精細の画像の絵付け方法である。

これらの物質は５００℃以下で熱分解あるいは燃焼によって気化・消失するものを選択する。着色剤の主成分である顔料は７００℃以上が焼成温度であるので、絵付け後の焼成工程で着色剤のみが絵付け対象物表面に残留し、画像を形成する。

発色剤や固着剤の光吸収性が少ない場合には分解能が劣悪になる。光散乱によって照射範囲の周辺も光硬化するためである。この場合には絵具に光吸収性に優れた水溶性物質または粉末、例えば有機色素あるいは炭素粉あるいは無機顔料粉を添加すれば、分解能が向上する。散乱した光成分が周辺に拡散する際にこの物質によって吸収され、光照射される範囲が制限されるからである。

上記の絵具塗布工程は陶芸で使用される一般的な施釉法を用いる。例えばスピナー、どぶずけ（ｄｉｐ）、ひしゃくかけ、エアブラシ、スプレーガン、静電塗布、ドクターブレード、ローラー、扁平ノズル押し出しなどである。

なお、透明釉薬を塗布して焼成すればさらに強固な表面保護となる。露光された部分は難水溶性であるから、洗浄工程の直後にこれを行うことが可能で、この場合は絵付け部分と透明釉薬との焼成を同時に行うことができる。

本発明では転写紙方式のような転写工程が不要で作業が簡略になり、転写紙など廃棄する資材も減少する。粘着剤で形成した画像に粉末状の絵具を散布する方式では不要な部分に付着した粉末絵具の十分な除去が極めて困難であるが、本発明による方式ではそのような欠点は存在しない。また塗布作業で粉末が周囲に散乱して環境汚染することもない。液状の絵具をインクジェットプリンターなどでノズル噴射する方式では、絵具固形物によるノズルの目詰まりやインク乾燥によるノズル目詰まりが生じて動作不安定になるが、本発明ではそのような不具合は存在しない。また、ノズル噴射用絵具よりも粒度の粗い素材が使用できるので、素材微細化のコストが低減できる。サーマルプリンタを用いる方式では発熱体相互の伝熱によって発熱体間隔の短縮に限界があり、画像の解像度は光束の収束を用いる本発明に劣る。

（ａ）〜（ｄ）は絵付けの手順を示すもので、（ａ）は絵付け前、（ｂ）は露光・硬化後、（ｃ）は非硬化部分の除去後、（ｄ）は焼成後を示す一部断面図である。

以下に実施例を示す。着色剤として粉末状の黒色上絵具「ジェットブラック」、固着剤として水溶性光硬化樹脂「プロクリスタルＵＶ」を使用し、容器内で両者を攪拌混合して得られたものを絵具とし、これを絵付け対象物である白色タイルにスピナーあるいは刷毛塗で塗布した。

一方、パソコンで生成した漢字まじり文を画像化（ピクセル配列化）してレーザー走査機構に伝送した。レーザー光源は波長４０５ｎｍの半導体レーザーで、画像データにしたがってレーザーをオンオフ制御しつつメカニカルなラスター走査を行った。光出力約１００ｍＷのレーザー光を半径約０．０１ｍｍに収束し、走査速度を約１０ｍｍ／ｓｅｃとした。露光された領域は水溶性光硬化樹脂が硬化して上絵具粉末とともにタイル表面に強固に付着した状態になった。

露光終了後、非露光部の絵具を水洗除去し、レーザー露光されて硬化した文字ストローク部分の絵具のみ絵付け対象物表面に残留させた。この段階で画像が明瞭に視認できた。その後、着色剤に適した焼成温度で焼成した。約８００℃で焼成した結果、絵付け対象物である白色タイル表面においてＭＳゴシック体で１．５ｍｍ角の漢字まで明瞭に判読できた。

なお、多色の絵付けを行う場合など、複数の着色剤を用いて各色独立して絵付けをおこなう場合には、毎回の露光・洗浄後であって焼成する前あるいは焼成終了後にさらに絵具を塗布して上記と同様の工程を必要回数繰り返す。この方法は絵付け後に透明釉薬を重ねて焼成する際にも応用できる。

以下に別の実施例を示す。絵具の構成を粉末状熱可塑性樹脂（アクリル樹脂微粉末）と粉末状の黒色上絵具「ジェットブラック」とごく少量の粉末状ＣＭＣを水溶し、さらに光吸収材として墨汁を添加したものとした。この実施例ではＣＭＣが水溶性固着剤の機能を持つ。この絵具をアルミナセラミック基板に塗布・乾燥ののち、上記光硬化による実施例と同じく収束した半導体レーザー光で走査・露光した。レーザーの波長４０５ｎｍ、光出力約９００ｍＷで、走査条件は上記光硬化による実施例と同様とした。露光された部分ではレーザーの加熱作用によってアクリル樹脂微粉末が溶融固化して、粉末状の黒色上絵具とともに基板上に強固に付着した。非露光部分はＣＭＣのみで固定されていて水溶性なので、容易に洗浄・除去でき、露光部分のみが前記基板表面に残留した。これを焼成することにより熱可塑性樹脂が焼失して、楽焼釉薬のみが前記基板上に溶融・焼結された。解像度はＭＳゴシック体で２．５ｍｍ角の漢字まで明瞭に判読できた。

本発明を高温環境、腐食環境、放射エネルギー環境などで使用する部材の絵付けに用いれば、絵具の退色がきわめて少なく、もとの画像を長期間保持できる。具体的には、一品生産の食器、式典の寄贈品、記念樹のプレート、完工記念プレート、メモリアルプレート、事績・経歴肖像などの永久記録媒体などへの文字や画像の絵付け、あるいは耐熱性のある産業部材のロット番号やバーコード記録などに用途がある。絵付け対象物の素材として、金属、宝飾品、セラミック、陶磁器、自然石、耐熱コンクリート、耐熱ガラス、煉瓦などがある。

１…塗布状態の絵具
２…絵付け対象物
３…露光光束
４…露光され、難水溶化した絵具部分
５…焼成された絵具部分

Claims (7)

1. 少なくとも光照射によって難水溶化する性質と加熱により消失する性質とを備えた水溶性物質もしくは水溶性混合物と、前記水溶性物質もしくは水溶性混合物の消失温度よりも高温度で溶融もしくは焼結する顔料とを含む混合物を絵付け用絵具として絵付け対象物に塗布する工程と、絵付けすべき画像に従って前記混合物を収束した光束で選択的に難水溶性に変質させる工程と、未変質の前記混合物を洗浄除去する工程と、前記洗浄後の絵付け対象物を焼成して前記溶融もしくは焼結する物質を前記絵付け対象物に溶融あるいは焼結する工程を有することを特徴とする絵付け方法。
2. 前記光照射によって難水溶化する性質と加熱により消失する性質とを備えた水溶性物質が未硬化の光硬化性樹脂を含み、前期選択的に難水溶性に変質させる工程が光の化学作用による光硬化である請求項１記載の絵付け方法。
3. 前記光照射によって難水溶化する性質と加熱により消失する性質とを備えた水溶性物質が未硬化の熱硬化性樹脂を含み、前期選択的に難水溶性に変質させる工程が光の熱作用による熱硬化である請求項１記載の絵付け方法。
4. 前記光照射によって難水溶化する性質と加熱により消失する性質とを備えた水溶性物質が熱可塑性粉末樹脂を含み、前期選択的に難水溶性に変質させる工程が光の熱作用による熱溶融である請求項１記載の絵付け方法。
5. 前記光照射によって難水溶化する性質と加熱により消失する性質とを備えた水溶性混合物が水溶性固着剤とマイクロカプセル化された難水溶性流動物質との混合物であって、前期選択的に難水溶性に変質させる工程が光の熱作用によるマイクロカプセルの外被破壊である請求項１記載の絵付け方法。
6. 前記光束がレーザー光である請求項１記載の絵付け方法。
7. 前記絵付け用絵具にさらに光吸収性があり、かつ加熱で消失あるいは焼失する物質を添加して絵付け用絵具とする請求項１記載の絵付け方法。

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