JP2021187725A

JP2021187725A - 陶磁器への絵付け方法

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Publication number: JP2021187725A
Application number: JP2020110933A
Authority: JP
Inventors: 洋二丸谷; Yoji Marutani
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-06-01
Filing date: 2020-06-01
Publication date: 2021-12-13

Abstract

【課題】デジタル化された文字や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】絵付け用絵具を絵付け対象物に塗布し、収束した放射エネルギーを強度変調しつつ走査して絵具の無機質成分を溶融・焼結して仮付着させた後、未付着部分を洗浄除去して焼成する。【選択図】図１

Description

本発明は電子的に表現されている文字、図形、画像などを高い解像度で陶磁器などに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絵具で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。

間接的絵付け手法ではまず絵具を含む素材による画像を転写シート上に形成し、それを絵付け対象物に転写して付着させた後にシートを剥離除去し、絵付け対象物を高温加熱して焼成する（特開昭６２−８０１００、特開昭６２−２３５３、特開平６−２７０５４８、特開２００６−１６２４６など）。

直接的絵付け手法には以下のものがある。顔料を含むインキをインクジェットで直接描画する（特開平８−２５３３５８２、特開２００４−２５６３１９、特開平１０−１３９５７１）、プリンタで粘着剤による画像を対象物表面に形成し、粉末状の絵具を散布する（特開２００５−１６１８２８）、ロボットで描画する（特開２００６−６２０５２）、表面に溝を形成し、そこに絵の具を埋め込む（特許第２７７５３９５号）などである。
このほかに、釉薬をレーザーで直接焼成する手法（２０１０精密工学会（春）Ｋ３６、レーザ加工学会誌２３−２，ｐ１３９）や、焼成済みの陶磁器表面をレーザー走査して釉薬を変色させる手法（京都市産業研究所研究報告Ｎｏ．８）もある。ただしこれらの手法では焼成炉での加熱焼成を予定していない。

発明が解決しようとする課題

転写シート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。インクジェットを用いる方式では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、などの問題がある。粘着層に粉末散布する方式では非粘着部分に散布された粉末の除去が困難であり、画像が汚れたものになる。表面溝形成方式や釉薬を変色させる手法、レーザーで顔料を焼成する手法では強力なレーザー光源が必要で装置コストや作業安全に問題がある。サーマルプリンタを用いる場合は発熱素子間の熱伝搬によって分解能が劣化する。陶磁器表面をレーザー走査して変色させる方式では着色が淡いうえに色彩の選択が困難である。

本発明では絵具を直接に絵付け対象物に仮固着して絵付けする。このとき使用する絵具として従来からの絵付け用絵具である顔料などの無機質粉末を用い、それを小出力の放射エネルギーで仮固着することが本発明の特徴である。すなわち表面に塗布した絵具を放射エネルギーで溶融あるいは焼結して絵付け対象物に固着させ、その後加熱炉を用いた焼成工程によって本格的な絵付け焼成を行う。絵具の固着工程は小出力の半導体レーザーなど簡易小型かつ安価な装置でよく、極めて高分解能の絵付けが可能である。また、カラー画像の絵付けも対応できる。なお、使用する絵具は従来から陶芸分野で用いられているものであり、在庫、入手価格ともに問題がない。

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粉末状の着色剤と焼成時に消失する固着剤および塗布時の流動性を付与するための水からなる。本発明で用いる絵具は、着色剤として一般に使用される陶芸用上絵の具、下絵の具などを用い、固着剤は水溶性の有機物質を、塗布時の流動性付与と膜厚安定をさらに増進したいときに添加する。

本発明の絵付けでは、まず絵付け対象物表面に絵付け絵具を均一に塗布し、乾燥させて水分を除去する。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収束した放射エネルギーで絵具塗布面を走査する。絵具の着色剤は照射された部分のみが選択的に高温加熱されて絵付け対象物表面に融着あるいは焼結して安定に付着する。その後塗布面全体を洗浄すると着色剤が付着した領域のみが絵付け対象物表面に残留する。これを焼成炉で焼成することで絵付け対象物に絵付け画像を形成する。絵具の固着剤は焼成時に消失する。

このように本発明の特徴は、最初に比較的小出力の放射エネルギーを照射して絵付け対象物表面に絵具粉末自体を溶融もしくは焼結して仮固着し、非照射部を洗浄・除去することで絵付けを行うことにある。絵付け後は加熱炉を用いた焼成工程によって本格的な絵付け焼成を行う。

指向性エネルギーとして収束したレーザー光を用いると、狭い範囲の着色剤が絵付け対象物表面に付着するので、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。

発色剤や固着剤の放射エネルギー吸収性が少ない場合には分解能が劣悪になる。加熱所要時間が過大となって周囲に伝熱し、また粉末成分のエネルギー散乱によって照射範囲の周辺も同時加熱されるためである。これの防止には絵具に放射エネルギー吸収性に優れた物質を添加することが有効である。レーザー光を用いる場合は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。光吸収率が向上するほか、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。

絵具仮固着と洗浄の工程が終了した後に、引き続いて別の絵具による絵付けを行うことができる。本発明による方法で仮固着された絵具部分は洗浄に対して安定なので、複数回の洗浄でも剥落することがないからである。例えばＣ，Ｍ，Ｙ，Ｋの４色の絵具による絵付けを行い、それらの終了後に焼成炉で焼成すれば、一回の焼成でカラー画像の絵付けが完了する。
なお、絵付け終了後にさらに透明釉薬を塗布してから焼成すれば強固な表面保護となる。

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る。粘着剤画像に粉末絵具を散布する方式では不要な部分に付着した絵具の除去が極めて困難であるが、本発明ではそのような欠点は存在しない。液状の絵具をノズル噴射する方式では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。さらに、画像の解像度の点ではサーマルプリンタを用いる方式よりも光束を用いる本発明が優る。

本発明では放射エネルギーによる加熱作用を利用しているが、加熱対象が無機物であり、しかも加熱エリアがデジタル画像の１画素程度とごく狭小であるので、発煙や臭気発生がほとんど見られない。塗装時の膜厚安定のために固着剤を用いても極めて少量のため、やはり発煙等への影響は極めて少ない。

図１（ａ）〜（ｄ）は絵付けの手順を示すもので、（ａ）は絵具塗布直後、（ｂ）は放射エネルギー照射状況、（ｃ）は非固着部分の除去後、（ｄ）は焼成炉による焼成後を示す一部断面図である。

以下に実施例を示す。
絵付けすべき原画像としてたとえばＪＰＥＧ、ＢＭＰ形式のように画素配列で表現されたデジタルデータを用いる。これを網点処理し、濃淡画素値を離散的に配置された網点の面積または配置密度に変換し、画像全体を２値表現形式に変換する。網点の形状は円、楕円、方形などが選択できる。なお、網点の代わりに一定方向を向く線分とし、原画像の濃淡に従ってその線幅や配置密度に変換してもよい。

着色剤として黒色上絵具「ジェットブラック」を、固着剤としてごく少量（重量比０．０５％程度）の粉末状ＣＭＣを混合して水溶したものを絵具とし、これを絵付け対象物である白色タイル（４７ｍｍ角、厚さ５ｍｍ）にスプレーガンで塗布し、自然乾燥した。固着剤のＣＭＣは乾燥後の付着性と膜平滑性向上のために用いた。なお、液状で市販されている陶芸用上絵の具・下絵具であれば、品種によっては水分調整することなく、ＣＭＣを添加するだけですぐに塗布できる。

本実施例では放射エネルギーとして半導体レーザーを用いた。レーザー光源は波長４５５ｎｍ、最大光パワー出力３Ｗの半導体レーザーで、通常は皮革や木材の模様入れに用いられている。
２値画像に変換した画像データをレーザー走査・露光装置に伝送した。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。光出力を約１Ｗとし、レンズで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。露光された領域では表面の光反射率の変化によって画像として視認できるようになった。拡大観察すると、絵具の無機質成分が溶融して白色タイル表面に強固に付着していた。

レーザー走査終了後、白色タイル全体を水洗浄して非露光部の絵具を除去し、付着した絵具のみ絵付け対象物表面に残留させた。洗浄には超音波洗浄や水彩用絵筆でのブラシ洗浄を用いた。この段階で画像が明瞭に視認できた。このとき、絵具の付着部分は通常の絵付け焼成後のような平滑な状態ではなく、粗い表面である。

その後、着色剤に適した焼成温度で焼成した。絵付け対象物である白色タイル表面において絵具が融解し、滑らかな表面が得られた。文字画像の場合はＭＳゴシック体で１．５ｍｍ角の漢字まで明瞭に判読できた。

画素値が濃淡表現（アナログ表現）のままであれば、レーザー照射強度が濃淡値に従ってアナログ的に変化するため絵具の付着強度もアナログ的に変化する。レーザー照射後の洗浄時に照射部分が剥落するか否かは付着強度に依存するので、洗浄作業時に剥落・除去される部分が条件によって不確定になり、洗浄後の画質が安定しない。ここでは画像の２値画像化の効果により、洗浄作業の強弱や時間の長短に対して画質の変化が軽減された。

なお、複数の着色剤を用いてそれぞれ独立して絵付けをおこなう場合には、毎回の露光・洗浄後にさらに別の絵具を塗布して上記と同様の工程を必要回数繰り返してから焼成炉による焼成を１回だけ行えばよい。絵付け完了後に透明釉薬を最後に塗布して焼成してもよい。

網点画像に変換するとき、モアレ縞が発生するとそのまま絵付けされるので、現画像の網点化処理の前にボカシ処理を行うことが望ましい。

絵具の絵付け対象物への付着は絵具の無機成分の溶融によって生起されるので、絵具が塗布された表面へ十分な密度のエネルギーが走査中に付与されなければならない。すなわち付着強度はレーザーパワーとその走査速度の組み合わせに影響される。しかし、レーザーパワーがある限界値以下であると、走査速度を落としてエネルギー密度を増加させても絵具の付着は起こらなかった。実施例では限界値がおおむね０．５Ｗであった。

また、レーザーパワーが過大の場合、絵具の付着範囲が網点ドットの範囲外に拡大し、良好な画質の絵付け結果とはならない。

放射エネルギーとしては、各種のレーザー光、電子ビームなどを用いることができる。

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。また、カラー画像の絵付けも可能である。
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…放射エネルギー束
４…絵付け対象物に仮固着した絵具部分
５…加熱・焼成された絵具部分

Claims

少なくとも着色用顔料を含む陶磁器の絵付け用絵具粉末を大気中で蒸発する性質を有する液体に分散してスラリー状とした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、前記液体を蒸発して乾燥する工程と、絵付けすべき画像に従って前記混合物に収束した放射エネルギーを照射してその加熱作用で前記絵付け用絵具粉末を選択的に前記絵付け対象物に溶着もしくは焼結して固着する工程と、未固着の前記絵具粉末を洗浄除去する工程と、前記洗浄後の絵付け対象物を絵付け用絵具の融点以上の温度で焼成する工程を有することを特徴とする絵付け方法。
前記放射エネルギーがレーザー光である請求項１記載の絵付け方法。
前記絵付け用絵具に光吸収性があり、かつ焼成時の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。
前記レーザー光の出力が５ワット以下０．５ワット以上である請求項２記載の絵付け方法。
複数回の絵付けを繰り返し、それらが終了した後に焼成を行うことを特徴とする請求項１記載の絵付け方法。
絵付けすべき画像を予め２値化画像に変換し、変換後の画像の画素値に従って前記放射エネルギーをオンオフして前記絵付け対象物に照射することを特徴とする請求項１記載の絵付け方法。