JP2023000527A - 飛翔体転写方法、飛翔体転写装置、画像形成方法、及び立体造形物の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の飛翔体転写方法は、基板と、前記基板上に光吸収材及び分散媒を含む転写対象材料を配したドナー基板に対して、前記ドナー基板の前記基板側から前記転写対象材料に光渦レーザービームを照射して前記転写対象材料を飛翔させる飛翔工程と、飛翔させた前記転写対象材料を被付与物に付与させる付与工程と、を含み、25℃で剪断応力が200Paにおける前記転写対象材料の複素粘度が88mPa・s以上4,300mPa・s以下であり、更に必要に応じてその他の工程を含む。
前記飛翔工程は、基板と、前記基板上に光吸収材及び分散媒を含む転写対象材料を配したドナー基板に対して、前記ドナー基板の前記基板側から前記転写対象材料に光渦レーザービームを照射して前記転写対象材料を飛翔させる工程であり、飛翔手段により実施することができる。
前記ドナー基板は、基板と、前記基板上に光吸収材及び分散媒を含む転写対象材料を配したものである。
本発明において、「飛翔」とは、空中を進むこと、又は空中を移動することを意味する。
本発明において、「飛散」とは、飛んで散乱することを意味する。
前記基板としては、その形状、構造、大きさ、材質などについては特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
また、平板状の前記基板としては、例えば、スライドガラスなどが挙げられる。
なお、前記透過率の測定方法としては、例えば、分光光度計(日本分光株式会社製、V-660DS)などを用いて測定することができる。
前記表面粗さRaは、JIS B0601に従って測定することができ、例えば、触針式表面形状測定装置(Dektak150、ブルカー・エイエックスエス株式会社製)を用いて測定することができる。
前記転写対象材料は、光吸収材及び分散媒を含み、更に必要に応じてその他の成分を含む。
前記転写対象材料は、25℃で剪断応力が200Paにおける前記転写対象材料の複素粘度が88mPa・s以上4,300mPa・s以下である。転写対象材料の複素粘度が88mPa・s以上4,300mPa・s以下であると、光吸収材を凝集させることなく転写することがで、転写対象材料中で均一に分散した光吸収材の空間分布が被付与物上においても維持される。そのため、転写対象材料の厚みは一定となり、転写対象材料の厚みムラが抑制され画像上の輝度ムラ、色ムラが改善される。
前記複素粘度は、動的粘弾性測定装置を用い、加える応力を変化させ、その時に生じたひずみ量を測定する応力制御法により、以下の条件に基づき測定することができる。
-測定条件-
・装置名:レオメータ、HAAKE RheoStress 600、Thermo Fisher Scientific社製
・温度:25℃
・剪断応力:200Pa
前記光吸収材としては、光の波長に対する吸光度が1よりも大きいことが好ましく、2よりも大きいことがより好ましい。光吸収材が光の波長に対する吸光度が2よりも大きいと、エネルギー効率を高めることができる点で有利である。
前記無機材料の形態としては、例えば、固体、粉体などが挙げられる。なお、前記固体とは、25℃において容器の形とは無関係にその形状を保持するものを意味する。
前記無機材料のメディアン径(D50)は、50nm以上500nm以下が好ましく、50nm以上240nm以下がより好ましい。
前記メディアン径(D50)は、例えば、走査型電子顕微鏡(SU8200シリーズ、株式会社日立ハイテクノロジーズ社製)を用いて測定を行う。得られた画像を画像処理ソフトA像君(旭化成エンジニアリング株式会社製)で二値化し、メディアン径(D50)を算出することができる。又は、例えば、透過型電子顕微鏡(JEM-2100、日本電子株式会社製)を用いて測定を行う。観察サンプルは、無機材料が0.4質量%のエタノール分散液を作製し、超音波洗浄機で1時間ほど分散させたものを、コロジオン膜貼付メッシュ(日新EM株式会社製)を用い測定を行う。得られた画像を画像処理ソフトA像君(旭化成エンジニアリング株式会社製)で二値化し、メディアン径(D50)を算出することができる。
前記分散媒としては、前記光吸収材を分散することができれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、水、有機溶剤、ワックス、樹脂ワニスなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、カルボキシメチルセルロース水溶液、グリセロール水溶液が好ましく、強熱残分が0.1%以下又は蒸発残分が1.0以下である分散媒が高純度での転写対象材料の転写が可能となる点から、グリセロール水溶液がより好ましい。
グリセロール水溶液におけるグリセロール濃度は、87質量%以上が好ましく、90質量%以上がより好ましい。
前記有機溶剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、グリセロール、エタノール、アセトンなどが挙げられる。
前記界面活性剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤、両性界面活性剤などが挙げられる。
前記カチオン性界面活性剤としては、例えば、アルキルトリメチルアンモニウムクロライド、アルキルジメチルベンジルアンモニウムクロライドなどが挙げられる。
前記ノニオン性界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル、ソルビタン脂肪酸エステルなどが挙げられる。
前記両性界面活性剤としては、例えば、アルキルベタイン、アミドベタインなどが挙げられる。
その他の成分としては、例えば、着色剤、分散剤、熱安定剤、酸化防止剤、還元防止剤、防腐剤、pH調整剤、消泡剤、湿潤剤、浸透剤などが挙げられる。
なお、粘度は、例えば、回転粘度計(東機産業株式会社製、VISCOMATE VM-150III)などを用いて25℃の環境下で測定することができる。
前記転写対象材料は、基板上に一体的(連続的)に層(膜)を形成していてよく、断続的に層(膜)を形成していてもよい。
また、25℃における前記転写対象層が液体の場合に、前記転写対象層の平均厚みが10μm以上であると、前記連続を層状にして供給した場合、連続して飛翔させたときであっても基板上の層の強度を確保することができるため、連続して前記転写対象材料を飛翔させることができる点で好ましい。
また、25℃における前記転写対象層が液体の場合に、前記転写対象層の平均厚みが50μm以下であると、前記転写対象材料を飛翔させるのに必要な光のエネルギーが大きくなりすぎないため、特に光吸収材が有機物の場合、劣化や分解が発生しにくい点で有利である。
なお、塗布する方法によっては、一定のパターンを保持した層として供給することも可能となる。
前記転写対象層の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、25℃における前記転写対象層が固体の場合には、40μm以下が好ましく、0.2μm以上20μm以下がより好ましく、5μm以上18μm以下が更に好ましい。25℃における前記転写対象層が固体の場合に、前記転写対象層の平均厚みが、40μm以下であると、比較的弱い光エネルギーで転写が可能なため、光吸収材へのダメージを抑制することができる。
平均厚みの測定機器としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、レーザー変位計やマイクロメータなどの非接触又は接触方式の方法が挙げられる。
本発明において、「飛翔させる」とは、転写対象材料の少なくとも一部が前記ドナー基板から脱離することを意味する。
光渦レーザービームを用いることによって、飛翔させる転写対象材料を飛散させにくくすることができる。
一般的なレーザービームは、位相が揃っているため、図1Aに示すように平面状の等位相面(波面)を有している。レーザービームのポインティングベクトルの方向が平面状の等位相面の直交方向であることにより、レーザービームの照射方向と同じ方向となるため、レーザービームが転写対象材料中の光吸収材に照射された場合には、光吸収材に対して照射方向に力が作用する。しかし、レーザービームの断面における光強度分布が、図1Bに示すようにビームの中心が最も強い正規分布(ガウシアン分布)であるため、転写対象材料が飛散しやすい。また、位相分布の観察を行うと図1Cに示すように位相差がないことが確認される。
これに対し、光渦レーザービームは、図2Aに示すように螺旋状の等位相面を有している。光渦レーザービームのポインティングベクトルの方向が螺旋状の等位相面に対して直交方向であるため、光渦レーザービームが転写対象材料中の光吸収材に照射された場合には、直交方向に力が作用する。このため、図2Bに示すように光強度分布がビームの中央が零となる凹んだドーナツ状の分布となり、光渦レーザービームを照射された光吸収材は、ドーナツ状のエネルギーを放射圧として印加される。すると、光渦レーザービームを照射された光吸収材は、光渦レーザービームの照射方向に沿って飛翔し、被付与物に飛散しにくい状態で付与する。また、位相分布の観察を行うと図2Cに示すように位相差が発生していることが確認される。
図3Aと図3Bとを比較すると、図3Aのほうが図3Bよりも転写対象材料が飛散していることが確認できる。このことから、光渦レーザービームを照射された転写対象材料中の光吸収材は、ドーナツ状のエネルギーを放射圧として印加され、光渦レーザービームの照射方向に沿って飛翔し、被付与物に飛散しにくい状態で付与することがわかる。
干渉計測は、レーザービームプロファイラ(Spiricon社製レーザービームプロファイラ、浜松ホトニクス株式会社製レーザービームプロファイラなど)を用いて観察でき、干渉計測した結果の一例を図4A、図4Bに示す。
図4Aは、光渦レーザービームにおける干渉計測の結果の一例を示す説明図であり、図4Bは、中心に光強度0の点を有するレーザービームにおける干渉計測の結果の一例を示す説明図である。
光渦レーザービームを干渉計測すると、図4Aに示すように、エネルギー分布がドーナツ状であって、図1Cと同様に中心に光強度0の点を持つレーザービームであることが確認できる。
一方、中心に光強度0の点を有する一般的なレーザービームを干渉計測すると、図4Bに示すように、図4Aで示した光渦レーザービームの干渉計測と類似しているが、ドーナツ状部のエネルギー分布が一様ではないことから、光渦レーザービームとの差異が確認できる。
前記飛翔手段は、前記ドナー基板の前記基板側から前記転写対象材料に光を照射する、換言すると、前記転写対象材料を表面に配した基板における、前記転写対象材料が配された側とは反対側の基板の表面に光を照射することにより、光の照射方向に前記転写対象材料を飛翔させる。
前記レーザー光源としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、レーザービームを発生させる固体レーザー、気体レーザー、半導体レーザーなどが挙げられ、パルス発振可能なものが好ましい。
前記固体レーザーとしては、例えば、YAGレーザー、チタンサファイアレーザーなどが挙げられる。
前記気体レーザーとしては、例えば、アルゴンレーザー、ヘリウムネオンレーザー、炭酸ガスレーザーなどが挙げられる。
これらの中でも、出力が30mW程度の半導体レーザーが、装置の小型化及び低コスト化の点から好ましい。ただし、本実施形態では、チタンサファイアレーザーを使用した。
前記レーザービームの波長としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、300nm以上11μm以下が好ましく、350nm以上1100nm以下がより好ましい。
前記レーザービームのビーム径としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、10μm以上10mm以下が好ましく、10μm以上1mm以下がより好ましい。
前記レーザービームのパルス幅としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、2ナノ秒以上100ナノ秒以下が好ましく、2ナノ秒以上10ナノ秒以下がより好ましい。
前記レーザービームのパルス周波数としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、10Hz以上200Hz以下が好ましく、20Hz以上100Hz以下がより好ましい。
なお、前記レーザー光源としては、光渦レーザービームを出力可能なレーザー光源でもよい。
前記光渦変換部としては、レーザービームを光渦レーザービームに変換できれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、回折光学素子、マルチモードファイバ、液晶位相変調器などが挙げられる。
前記回折光学素子としては、例えば、螺旋位相板、ホログラム素子などが挙げられる。これらの中でも、螺旋位相板(Spiral Phase Plate)が好ましい。
なお、前記光渦レーザービームを発生させる方法としては、前記光渦変換部を用いる方法に限らず、例えば、レーザー共振器から光渦を固有モードとして発振させる方法、ホログラム素子を共振器に挿入する方法などが挙げられる。他の前記光渦レーザービームを発生させる方法としては、例えば、ドーナツビームに変換した励起光を用いる方法、暗点を有する共振器ミラーを用いる方法、側面励起固体レーザーで発生する熱レンズ効果を空間フィルタとして用いて光渦モード発振する方法などが挙げられる。
前記波長変換部としては、前記光渦レーザービームに円偏光を付与することにより、以下の数式(1)で表されるトータルの回転モーメントJL,Sが、|JL,S|≧0となる条件を満たすことができれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記波長変換部としては、例えば、1/4波長板などが挙げられる。1/4波長板の場合には、光学軸を+45°又は-45°以外に設置して光渦レーザービームに楕円状の円偏光(楕円偏光)を付与してもよいが、光学軸を+45°又は-45°に設置して前記光渦レーザービームに真円状の円偏光を付与し、上記の条件を満たすことが好ましい。これにより、飛翔体転写装置は、前記光吸収材を安定的に飛翔させ、飛散を抑制した形状で被付与物に付与させる効果を大きくすることができる。
なお、トポロジカルチャージとは、光渦レーザービームの円筒座標系における方位方向の周期的境界条件から現れる量子数を意味する。また、ビームウエストサイズとは、光渦レーザービームにおけるビーム径の最小値を意味する。
なお、光渦レーザービームにおけるトータルの回転モーメントをJとすると、J=L+Sと表すことができる。
その他の部材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ビーム径変更部材、ビーム波長変更素子、出力調整部などが挙げられる。
ビーム径変更部材としては、光渦レーザービームのビーム径を変更できれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、集光レンズなどが挙げられる。
光渦レーザービームのビーム径(照射径)としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、100μm以下が好ましい。光渦レーザービームの照射径が100μm以下であると、高解像度の画像を形成しやすい点で好ましい。
なお、ビーム径は、例えば、レーザースポット径及び集光レンズにより変更することが可能である。
また、転写対象材料が分散体の場合、ビーム径としては、転写対象材料の体積平均粒径の最大値以上が好ましく、分散体の最大値の3倍がより好ましい。ビーム径がより好ましい範囲内であると、転写対象材料を安定して飛翔させることが可能となる点で有利である。
ビーム波長変更素子としては、光渦レーザービームの波長を、転写対象材料中の光吸収材が吸収可能であり、かつ後述する基板を透過可能である波長に変更できれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。ビーム波長変更素子としては、例えば、KTP結晶、BBO結晶、LBO結晶、CLBO結晶などが挙げられる。
出力調整部としては、レーザービーム又は光渦レーザービームを適正な出力値に調整することができれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ガラスなどが挙げられる。
光渦レーザービームの照射エネルギーとしては、転写対象材料の粘度や膜厚によっても適正値が変化するため、適宜調整されることが好ましいが、具体的には、100μJ/ドット以下がより好ましく、60μJ/ドット以下が更に好ましい。光渦レーザービームの照射エネルギーが60μJ/ドット以下であると、照射方向を軸とした照射径の中心軸に回転運動をしながら照射径よりも小さい径に収束する液柱を生じ得る状態、あるいは一部が切り離され液滴を生じ得る状態を実現しやすい点で有利である。
前記付与工程は、飛翔させた前記転写対象材料を被付与物に付与させる工程である。
前記付与手段は、飛翔させた前記転写対象材料を被付与物に付与させる手段である。
前記付与工程は前記付与手段により好適に行われる。
なお、本発明において、「付与」は「付着」とほぼ同義の意味である。
前記付与手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記転写対象材料の液柱乃至液滴を被付与物に接触させる機構を備える手段などが挙げられる。具体的には、前記付与手段としては、例えば、被付与物と転写対象材料との間隙を調整する機構や、被付与物を搬送する機構などが挙げられる。
前記被付与物としては、転写対象材料から生じさせた液柱乃至液滴が接触できれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、従来、画像形成装置で用いられている記録媒体や中間転写ベルト、立体造形物を形成するための造形物支持基板などが挙げられる。なお、本明細書においては、前記被付与物を被転写媒体と称することもある。
前記記録媒体としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、コート紙、上質紙、フィルム、布、繊維などが挙げられる。
更に、間隙は、例えば、被付与物の位置を一定に維持する位置制御手段などにより一定に保たれることが好ましい。この場合、前記転写対象材料及び被付与物の位置変動、平均厚みのバラつきを考慮して各部位を配置することが重要となる。
また、前記平均ドット径は、例えば、マイクロスコープ等で前記転写対象材料のドット画像を取得して画像輝度情報からドット領域を検出し、検出したドット領域のピクセル数から各ドットの面積を算出、円形に換算した時の直径をドット径とし、これを平均することにより求めることができる。
また、前記被付与物に付与された前記転写対象材料の平均直径のばらつきの値は、例えば、マイクロスコープ等で転写対象材料のドット画像を取得して画像輝度情報からドット領域を検出し、検出したドット領域のピクセル数から各ドットの面積を算出、円形に換算した時の直径をドット径とし、各ドットの粒径分布の平均粒径と標準偏差から算出することにより求めることができる。
例えば、マイクロスコープ等で前記転写対象材料のドット画像を取得して画像輝度情報からドット領域を検出し、検出した各ドット領域の重心座標を算出、各重心の最小二乗法による近似直線からのずれを算出することにより求めることができる。
前記その他の工程としては、例えば、供給工程、光走査工程、制御工程などが挙げられる。
前記供給工程としては、前記飛翔手段と前記被付与物との間の光路に、前記転写対象材料を供給する工程であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記供給手段を用いて好適に行うことができる。
前記供給手段としては、前記飛翔手段と前記被付与物との間の光路に、前記転写対象材料を供給する手段であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
より具体的には、前記転写対象材料が液体であって、前記ドナー基板に転写対象材料を供給する場合には、前記供給手段として供給ローラ及び規制ブレードを設けることが、非常に簡単な構成で転写対象材料を基板の表面に一定の平均厚みで供給することができるため好ましい。
この場合、前記供給ローラは、前記転写対象材料を貯蔵する貯蔵槽に表面が一部浸漬し、前記転写対象材料を表面に担持しながら回転して、前記ドナー基板に当接することにより前記転写対象材料を供給する。前記規制ブレードは、前記供給ローラの回転方向における前記貯蔵槽の下流側に配置され、前記供給ローラが担持した前記転写対象材料を規制して平均厚みを均一にし、飛翔させる前記転写対象材料の量を安定させる。供給する前記転写対象材料の平均厚みを非常に薄くすることにより、飛翔させる前記転写対象材料の量を低減できるため、前記転写対象材料を飛散が抑制された微小なドットとして前記被付与物に付与可能とし、網点が太るドットゲインを抑制することができる。なお、前記規制ブレードは、前記供給ローラの回転方向における前記供給ローラの下流側に配置されていてもよい。
なお、前記貯蔵槽は、前記供給手段とは別に設け、ホース等で前記転写対象材料を前記供給手段に供給するようにしてもよい。
前記光走査工程としては、前記光渦レーザービームを前記転写対象材料に走査させる工程であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記光走査手段を用いて好適に行うことができる。
前記光走査手段としては、前記光渦レーザービームを前記転写対象材料に対して走査可能であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、前記光走査手段は、飛翔手段から照射された前記光を前記転写対象材料に向けて反射させる反射鏡と、反射鏡の角度及び位置を変化させて前記光渦レーザービームを前記転写対象材料に対して走査させる反射鏡駆動部とを有するようにしてもよい。
前記制御工程は、各工程を制御する工程であり、制御手段により好適に行うことができ、前記制御手段としては、各手段の動きを制御することができる限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、シーケンサー、コンピュータ等の機器が挙げられる。
なお、本発明の飛翔体転写装置の部材の数、位置、形状等は本実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好ましい数、位置、形状等にすることができる。
図5Aにおいて、飛翔体転写装置300は、飛翔手段1と、転写対象材料(転写対象層)20と、被付与物30と、ドナー基板40とを有する。前記ドナー基板40は、転写対象層20のドナー基板40とは反対側の上面に有している。
前記飛翔体転写装置300は、前記ドナー基板40に担持されている前記転写対象層20に、前記飛翔手段1によりレーザービーム112を照射し、前記光渦レーザービーム12のエネルギーにより前記転写対象層20を照射方向に飛翔させる。図5A中、被付与物30は飛翔させた前記転写対象層20を付与させる対象である。被付与物30を前記転写対象層20の対面に配置しておくことで、前記被付与物30に前記転写対象層20を付与することができる。
前記ビーム径変更部材3は、例えば、集光レンズであり、前記レーザー光源2が発生させた前記レーザービーム11の光路におけるレーザー光源2の下流に配置され、レーザービーム11の径を変更する。
前記ビーム波長変更部材4は、例えば、KTP結晶であり、前記レーザービーム11の光路における前記ビーム径変更部材3の下流に配置され、前記レーザービーム11の波長を前記転写対象層20が吸収可能な波長に変更する。
前記光渦変換部5は、例えば、螺旋位相板であり、前記レーザービーム11の光路における前記ビーム波長変更部材4の下流に配置され、前記レーザービーム11を光渦レーザービーム12に変換する。
前記波長変換部6は、例えば、1/4波長板であり、前記光渦レーザービーム12に円偏光を付与する。
なお、飛翔した前記転写対象層20は、前記光渦レーザービーム12により付与された、適度なエネルギーによる前方推進とジャイロ効果により、ビーム径の中心軸近傍に収束しながら捩じ切られることにより、周辺への飛散を抑制しつつ前記被付与物30に付与する。
このとき、飛翔する前記転写対象層20の飛翔量は、前記光渦レーザービーム12が照射された前記転写対象層20の面積のうち一部であり、前記波長変換部6などにより調整することができる。
図5Bにおいて、飛翔体転写装置301は、図5Aに示した飛翔体転写装置300の各手段などに加え、光走査手段60を有している。図5Bにおいては、前記ドナー基板40は、前記ドナー基板40の長軸方向が光渦レーザービーム12の照射方向と直交する方向に配されている。この飛翔体転写装置301は、前記飛翔手段1が発生させた光渦レーザービーム12を、光走査手段60により前記ドナー基板40に走査する。これにより、飛翔体転写装置301は、前記ドナー基板40の任意の位置に照射し、転写対象材料(転写対象層)20を飛翔させることができる。これにより、前記被付与物30を前記転写対象層20の対面に配置し多場合に、前記被付与物30の任意の位置に前記転写対象層20を付与することができる。
前記反射鏡61は、反射鏡駆動手段により図5B中矢印Sで示す走査方向に可動し、光渦レーザービーム12を前記転写対象層20の任意の位置に反射する。
なお、前記光走査手段60は、例えば、前記飛翔手段1自体を移動させるか、前記飛翔手段1を回動させて前記光渦レーザービーム12の照射方向を変化させるようにしてもよい。あるいは、前記光走査手段60は、前記反射鏡61として前記ポリゴンミラーを用いることにより、任意の位置に光渦レーザービーム12を走査させるようにしてもよい。
また、前記転写対象層20が前記ドナー基板40に担持される段階で、層を形成した転写対象層20の平均厚みが一定となるように制御することにより、転写対象層20の飛翔量を安定させることができる。
なお、飛翔手段1と、前記光走査手段60とを合わせたものをレーザービーム照射ユニット100と称する。
図5Cにおいて、飛翔体転写装置301aは、図5Bに示した前記飛翔体転写装置301における前記光走査手段60として、ガルバノスキャナ(ガルバノミラー)62a及び62bを有する。前記ガルバノスキャナ62a及び62bは、それぞれが独立した走査方向(2次元)に可動し、前記光渦レーザービーム12を前記転写対象層20の任意の位置に反射することができる。前記光走査手段60として前記ガルバノスキャナ62a及び62bを用いることにより、前記光渦レーザービーム12の走査スピード及び走査精度をより向上させることができる。
また、前記飛翔体転写装置301aにおいては、例えば、ガルバノスキャナ62bと基板40の間に、fθレンズを配置することも好ましい。
本発明の画像形成方法は、本発明の飛翔体転写方法からなる工程を含み、更に必要に応じてその他の工程を含む。具体的には、飛翔工程と、付与工程とを含み、更に必要に応じてその他の工程を含む。
前記飛翔工程は、本発明の飛翔体転写方法における飛翔工程と同様である。
前記付与工程は、本発明の飛翔体転写方法における付与工程と同様である。
前記着色剤としては、その形状、材質などについては特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
更に、UV硬化インキでも画像形成が可能であるため、定着工程において紫外線を照射して硬化することにより、重なった記録媒体が貼り付くブロッキングの防止、及び乾燥工程の簡略化ができる。
シアン顔料としては、色相、画像保存性の点から、銅フタロシアニンブルーであるC.I.ピグメントブルー15:3が好ましい。
記録媒体に浸透する液体の着色剤を用いた場合、記録媒体に付与した着色剤がフェザリングやブリーディングを発生することがあるが、本発明の飛翔体転写方法で取り扱いが可能である高粘度の着色剤にすると、記録媒体への浸透速度に対して乾きのほうが速いため、特にブリーディングの減少によって発色性の向上とエッジ部分の鮮鋭化が図れ、高画質の画像を形成することができる。また、着色剤を重ねて付与させる重ね打ちによる階調表現を行う場合にも、着色剤の量の増加による滲みも少なくすることができる。
更に、この飛翔体転写方法は、液体の着色剤を飛翔させて付与させるものであるため、例えば、フィルム状のドナー基板から熱により着色剤を溶融転写するいわゆる熱転写方式と比較すると、記録媒体に微小な凹凸が存在していても良好に記録を行うことができる。
前記その他の工程としては、被付与物搬送工程、定着工程などが挙げられる。
前記被付与物搬送手段としては、前記被付与物を搬送することができれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、搬送ローラ対などが挙げられる。
前記加熱加圧部材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、加熱ローラ、加圧ローラ、加熱ローラ及び加圧ローラを組み合わせたものなどが挙げられる。他の加熱加圧部材としては、例えば、これらに定着ベルトを組合せたもの、これらのうち加熱ローラを加熱ブロックに代えたものなどが挙げられる。
前記シリコーン系の撥水性材料からなる前記撥水性表面層としては、例えば、シリコーン系離型剤の皮膜、シリコーンオイル又は各種変性シリコーンオイルの焼付皮膜、シリコーンワニスの皮膜、シリコーンゴムの皮膜、シリコーンゴムと各種金属、ゴム、プラスチック、セラミック等の複合物からなる皮膜などが挙げられる。
前記フッ素化合物からなる前記撥水性表面層としては、フッ素樹脂の皮膜、有機フッ素化合物の皮膜、フッ素オイルの焼付皮膜又は吸着膜、フッ素ゴムの皮膜、若しくはフッ素ゴムと各種金属、ゴム、プラスチック、セラミック等の複合物からなる皮膜などが挙げられる。
例えば、前記転写対象材料として色材を含有する着色剤を用いる場合における例を説明する。前記飛翔ユニットを画像形成装置に4つ設け、プロセスカラーであるイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの前記着色剤を飛翔させるようにしてもよい。前記着色剤の色数としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、必要に応じて飛翔ユニット(以下、着色剤飛翔ユニット)の数を増減させてもよい。また、記録媒体の搬送方向における、プロセスカラーの前記着色剤を有する前記飛翔ユニットの上流側に、白色の着色剤を有する前記飛翔ユニットを配置することで、白色隠蔽層を設けることが可能となるため、透明な記録媒体に色再現性に優れた画像を形成できる。ただし、特にイエロー、白色、透明の着色剤においては、レーザービームの波長の光の透過率(吸光度)が適正となるように、レーザー光源を、例えば、ブルーレーザービーム、紫外線レーザービームなどに適宜選択してしなければならない場合がある。
本発明の画像形成方法に係る画像形成装置の小型化などを目的として、飛翔ユニットを1つだけ設け、供給ローラ及びドナー基板に供給する着色剤自体を切り替えて複数色の画像を形成するようにしてもよい。
なお、本発明の画像形成方法に係る画像形成装置の部材の数、位置、形状等は本実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好ましい数、位置、形状等にすることができる。
図6Aにおいて、画像形成装置302は、図5Bに示した飛翔体転写装置301の各手段などに加え、供給手段50と、被付与物搬送手段70とを有しており、平板状の基板40を円筒状の担持ローラ41に変更したものである。また、担持ローラ41の内側には、レーザービーム照射ユニット100が配置されており、担持ローラ41が外周に担持する転写対象材料(転写対象層)20に光渦レーザービーム12を照射する。
貯蔵槽51は、供給ローラ52の下方の近傍に配置され、転写対象材料20を貯蔵する。
供給ローラ52は、担持ローラ41と当接するように配置され、貯蔵槽51の転写対象材料20に一部が浸漬されている。供給ローラ52は、回転駆動手段により、又は担持ローラ41の回転に従動して図6A中矢印R2で示す回転方向に回転しながら転写対象材料20を表面に付与させる。付与した転写対象材料20は、規制ブレード53により平均厚みを均一にされ、担持ローラ41に転移することにより層として供給される。担持ローラ41の表面に供給された転写対象材料20は、担持ローラ41が回転することにより、光渦レーザービーム12が照射される位置に連続的に供給される。
規制ブレード53は、図6A中矢印R2で示す回転方向における担持ローラ41の上流側に配置され、供給ローラ52が表面に付与させた転写対象材料20を規制し、担持ローラ41に供給する転写対象材料20の平均厚みを均一にする。
このとき、レーザービーム照射ユニット100は、画像情報に従って担持ローラ41の内側より光渦レーザービーム12を照射し、被付与物30に転写対象材料20を付与させる。被付与物30を被付与物搬送ベルト72により移動させながら、このような転写対象材料20を被付与物30に付与させる付与動作を行うことにより、被付与物30に2次元の画像を形成することができる。
図6Bにおいて、画像形成装置303は、図6Aで示した画像形成装置302における円筒状の担持ローラ41を、軸方向に沿って2分割した担持部42とし、画像形成装置302の配置を変更したものである。
図7Aにおいて、画像形成装置305は、図6Aに示した画像形成装置302の各手段などに加え、定着手段80を有しており、被付与物30に付与させた転写対象層20を定着させて平滑にするようにしている。なお、被付与物搬送手段70の位置は、図6Aでは担持ローラ41の側面としたが、図7Aでは説明の便宜上、担持ローラ41の上方とした。
対向ローラ84は、加圧ローラ83と当接する位置に配置され、被付与物30を加圧ローラ83とにより被付与物搬送ベルト72を介して挟持する。
図7Bにおいて、画像形成装置306は、図7Aで示した画像形成装置305における加圧方式の定着手段80を加熱加圧方式の定着手段81に変更したものである。
定着手段81は、被付与物30の図7B中矢印Cで示す搬送方向において担持ローラ41の下流側に配置され、加熱加圧ローラ85と、定着ベルト86と、従動ローラ87と、ハロゲンランプ88と、対向ローラ84とを有している。この定着手段81は、溶融が必要な材料を分散した分散液の転写対象材料20として用いた場合で、加圧のみでは狙いの画像を得られないときに用いられる。
定着ベルト86は、無端のベルト状であり、加熱加圧ローラ85及び従動ローラ87に張架され、表面が被付与物30と接触する。
従動ローラ87は、加熱加圧ローラ85の下方に配置され、加熱加圧ローラ85の回転に従って従動する。
ハロゲンランプ88は、加熱加圧ローラ85の内部に配置され、被付与物30に転写対象層20を定着させるための熱を発生させる。
対向ローラ84は、定着ベルト86と当接する位置に配置され、被付与物30を加圧ローラ83とにより被付与物搬送ベルト72を介して挟持する。
図7Cにおいて、画像形成装置307は、図7Aで示した画像形成装置305における加圧方式の定着手段80をUV照射方式の定着手段82に変更したものである。
定着手段82は、被付与物30の図7C中矢印Cで示す搬送方向において担持ローラ41の下流側に配置され、UVランプ89を有している。この定着手段81は、転写対象層20として紫外線硬化性材料を用いた場合に使用され、UVランプ89によりUVを照射して被付与物30に定着させる。
図8Aにおいて、画像形成装置400は、図7Bに示した画像形成装置306の各手段などに加え、飛翔ユニット120を4つ有しており、転写対象材料20として色材を含有する着色剤21を用いた場合に変更したものである。
また、飛翔ユニット120は、供給手段50と、飛翔手段100と、図示しないビーム走査手段60と、担持ローラ41と、転写対象材料20(着色剤21)とにより構成される。
これにより、被付与物30としての記録媒体31上に各色の画像を順次形成し、カラー画像を得るカラープロセスに適用することができる。
図8Bにおいて、画像形成装置401は、図8Aに示した画像形成装置400の各手段などに加え、被付与物としての中間転写手段90を有している。
中間転写体91は、例えば、無端状のベルトであり、4つの飛翔ユニット120の上方に配置され、中間転写体駆動ローラ92と、中間転写体従動ローラ93とにより張架されている。
中間転写体駆動ローラ92は、回転駆動手段により図8B中矢印R2で示す回転方向に回転し、中間転写体91を回転させる。
中間転写体従動ローラ93は、中間転写体駆動ローラ92の回転に従って従動する。
このように、まず、中間転写体91に画像を形成し、これを所望の記録媒体31に転写するようにしてもよい。この画像形成装置201においても、画像形成装置400と同様に高画質のカラー画像を得ることができる。また、中間転写体91に形成した画像を記録媒体31に転写する際に中間転写体駆動ローラ92により押圧するので、画像形成装置200と同様に、着色剤21を付与させた記録媒体31の表面粗さを小さくすることができる。
このように、本発明の画像形成方法では、基板の表面へのレーザービームの照射方向が非重力方向であり、液柱乃至液滴が非重力方向に生ずるようにしてもよい。これにより、装置の設計において自由度を高めることができる。
本発明の立体造形物の製造方法は、本発明の飛翔体転写方法からなる工程を含み、更に必要に応じてその他の工程を含む。具体的には、飛翔工程と、付与工程とを含み、更に必要に応じてその他の工程を含む。
前記飛翔工程は、本発明の飛翔体転写方法における飛翔工程と同様である。
なお、前記立体造形物の製造方法における飛翔工程は、被付与物に対して立体造形剤としての転写対象材料を層として積み重ね、立体的に付与する。
前記立体造形剤としては、転写対象材料と同様に、その形状、材質などについては特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。以下、前記立体造形物の製造方法における転写対象材料としての立体造形剤とした際に異なる点を説明する。
前記硬化性材料としては、活性エネルギー線(紫外線、電子線等)照射、加熱等により重合反応を生起し硬化する化合物であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、活性エネルギー線硬化性化合物、熱硬化性化合物などが挙げられる。これらの中でも、常温で液体の材料が好ましい。
前記活性エネルギー線硬化性化合物は、分子構造中にラジカル重合可能な不飽和二重結合を有する比較的低粘度のモノマーであり、単官能モノマー、多官能モノマーなどが挙げられる。
前記その他の成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、水、有機溶剤、光重合開始剤、界面活性剤、着色剤、安定化剤、水溶性樹脂、低沸点アルコール、表面処理剤、粘度調整剤、接着性付与剤、酸化防止剤、老化防止剤、架橋促進剤、紫外線吸収剤、可塑剤、防腐剤、分散剤などが挙げられる。
前記その他の工程としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、供給工程、立体造形ヘッドユニット走査工程、被付与物位置調整工程、制御工程などが挙げられる。
前記硬化工程は、前記転写対象材料としての立体造形剤を硬化する工程である。
前記硬化手段は、前記転写対象材料としての立体造形剤を硬化する手段である。
前記硬化手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、立体造形剤が紫外線硬化性材料であれば、紫外線照射器などが挙げられる。
前記硬化工程としては特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、立体造形剤が紫外線硬化性材料であれば、紫外線照射工程などが挙げられ、紫外線照射手段を用いて好適に行うことができる。
前記立体造形剤供給工程は、前記転写対象材料が立体造形剤であること以外は、本発明の画像形成方法における供給工程と同様であるため、その説明を省略する。
前記供給手段は、前記転写対象材料が立体造形剤であること以外は、本発明の画像形成装置における供給手段と同様であるため、その説明を省略する。
前記立体造形ヘッドユニット走査工程は、飛翔ユニットと前記硬化手段とを一体とした立体造形ヘッドユニットを被付与物上の装置の幅(X軸)方向で走査させる工程である。
前記立体造形ヘッドユニット走査手段は、飛翔ユニットと前記硬化手段とを一体とした立体造形ヘッドユニットを被付与物上の装置の幅(X軸)方向で走査させる手段である。
また、前記立体造形ヘッドユニットは複数設けるようにしてもよい。
前記被付与物位置調整工程は、装置の奥行き方向(Y軸)及び高さ方向(Z軸)に被付与物の位置を調整する工程である。
前記被付与物位置調整手段は、装置の奥行き方向(Y軸)及び高さ方向(Z軸)に被付与物の位置を調整する手段である。
前記被付与物位置調整手段としては、例えば、装置の奥行き方向(Y軸)及び高さ方向(Z軸)に被付与物の位置を調整可能な基体(ステージ)などが挙げられる。
制御工程は、前述した画像形成装置の制御工程と同様である。
制御手段は、前述した画像形成装置の制御手段と同様である。
なお、前記立体造形物の製造装置の部材の数、位置、形状等は本実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好ましい数、位置、形状等にすることができる。
図9において、立体造形物の製造装置500は、被付与物としての造形物支持基板122と、ステージ123と、立体造形ヘッドユニット130とを有している。この立体造形物の製造装置500は、付与した立体造形剤22を硬化しながら積層して立体造形物124を製造する。
立体造形ヘッドユニット130は、立体造形物の製造装置500の上部に配置され、駆動手段により図9中矢印Lで示す方向に走査することができる。この立体造形ヘッドユニット130は、飛翔ユニット120と、硬化手段として紫外線照射器121とを有している。
紫外線照射器121は、飛翔ユニット120の両側面に配置され、飛翔ユニット120が飛翔させた転写対象材料20に紫外線を照射して、転写対象層20を硬化する。
造形物支持基板122は、立体造形物の製造装置500の下部に配置され、立体造形ヘッドユニット130が立体造形剤22の層を形成する際の基板となる。
ステージ123は、造形物支持基板122の下方に配置され、駆動手段により造形物支持基板122を図9中垂直方向に移動させることができる。また、このステージ123は、図9中矢印Hで示す方向に移動させることができ、立体造形ヘッドユニット130と立体造形物124との間隙を調整することができる。
また、被付与物の全面の画像を同時に形成する場合などでは、少なくとも記録時には両者が静止しレーザーのみ動作させてもよい。
以下の組成の分散媒に、無機粒子として真球状ナノフェライト粉_M001(パウダーテック株式会社製)を、分散媒と無機粒子の合計100質量部に対して、1質量部添加し攪拌することにより、転写対象材料No.1(グリセロール濃度98質量%)を調製した。
[分散媒の組成]
・植物性グリセリン98%以上(株式会社自然化粧品研究所製):98質量部
・純水:2質量部
転写対象材料の製造例1において、無機粒子として真球状ナノフェライト粉_E001(パウダーテック株式会社製)を、分散媒と無機粒子の合計100質量部に対して、1質量部添加した以外は、転写対象材料の製造例1と同様にして、転写対象材料No.2(グリセロール濃度98質量%)を調製した。
以下の組成の分散媒に、無機粒子として真球状ナノフェライト粉_M001(パウダーテック株式会社製)を、分散媒と無機粒子の合計100質量部に対して、1質量部添加し攪拌することにより、転写対象材料No.3(グリセロール濃度87質量%)を調製した。
[分散媒の組成]
・植物性グリセリン98%以上(株式会社自然化粧品研究所製):87質量部
・純水:13質量部
以下の組成の分散媒に、無機粒子として真球状ナノフェライト粉_M001(パウダーテック株式会社製)を、分散媒と無機粒子の合計100質量部に対して、1質量部添加し攪拌することにより、転写対象材料No.4(グリセロール濃度94質量%)を調製した。
[分散媒の組成]
・植物性グリセリン98%以上(株式会社自然化粧品研究所製):94質量部
・純水:6質量部
以下の組成の分散媒に、無機粒子として真球状ナノフェライト粉_M001(パウダーテック株式会社製)を、分散媒と無機粒子の合計100質量部に対して、1質量部添加し攪拌することにより、転写対象材料No.5(CMC濃度2質量%)を調製した。
[分散媒の組成]
・カルボキシメチルセルロース(第一工業製薬株式会社製):2質量部
・純水:98質量部
以下の組成の分散媒に、無機粒子として真球状ナノフェライト粉_M001(パウダーテック株式会社製)を、分散媒と無機粒子の合計100質量部に対して、1質量部添加し攪拌することにより、転写対象材料No.6(CMC濃度3質量%)を調製した。
[分散媒の組成]
・カルボキシメチルセルロース(第一工業製薬株式会社製):3質量部
・純水:97質量部
転写対象材料の製造例3において、無機粒子としてMATB-SA4(戸田工業株式会社製)を1質量部添加した以外は、転写対象材料の製造例3と同様にして、転写対象材料No.7(グリセロール濃度87質量%)を調製した。
転写対象材料の製造例1において、無機粒子としてZeomic Type AJ(株式会社シナネンゼオミック製)を0.8質量部と、三菱カーボンブラック#44(三菱化学株式会社製)を0.2質量部添加した以外は、転写対象材料の製造例1と同様にして、転写対象材料No.8(グリセロール濃度98質量%)を調製した。
以下の組成の分散媒に、無機粒子として真球状ナノフェライト粉_M001(パウダーテック株式会社製)を、分散媒と無機粒子の合計100質量部に対して、1質量部添加し攪拌することにより、転写対象材料No.9(グリセロール濃度44質量%)転写対象材料を調製した。
[分散媒の組成]
・植物性グリセリン98%以上(株式会社自然化粧品研究所製):44質量部
・純水:56質量部
JIS K0067に基づき、以下のようにして、強熱残分又は蒸発残分の測定を行った。
-強熱残分-
るつぼを500℃で加熱後、冷めるまで待ち質量を測定した。そこに対象の試薬を計量して投入した後加熱し、液を蒸発させた。その後、硫酸を少量加えて徐々に加熱し白煙が生じなくなるまで行った。その後、500℃で熱した後、残留物の質量を測定し、残留量%を確認し、強熱残分が0.1%以下であった場合には「〇」と評価し、強熱残分が0.1%を超えた場合には「×」と評価した。
-蒸発残分-
試料10mgを計量し、300℃の熱板上で加熱蒸発させた。その後、残分の質量を測定し、グリセロールの残留量%を確認し、蒸発残分が1.0%以下であった場合には「〇」と評価し、蒸発残分が1.0%を超えた場合には「×」と評価した。
メディアン径(D50)は、走査型電子顕微鏡(SU8200シリーズ、株式会社日立ハイテクノロジーズ社製)を用いて測定を行う。得られた画像を画像処理ソフトA像君(旭化成エンジニアリング株式会社製)で二値化し、メディアン径(D50)を算出した。
複素粘度は、動的粘弾性測定装置を用い、加える応力を変化させ、その時に生じたひずみ量を測定する応力制御法により、以下の条件に基づき測定を行った。図10に、転写対象材料No.1、3、9におけるグリセロール濃度(質量%)と複素粘度(mPa・s)の関係を示した。
-測定条件-
・装置名:レオメータ、HAAKE RheoStress 600、Thermo Fisher Scientific社製
・温度:25℃
・剪断応力:200Pa
*M001:真球状ナノフェライト粉_M001、鉄フェライト、マンガンフェライト、パウダーテック株式会社製
*E001:真球状ナノフェライト粉_E001、鉄フェライト、マンガンフェライト、マグネシウムフェライト、ストロンチウムフェライト、パウダーテック株式会社製
*MATB-SA4:四酸化三鉄、カーボン、戸田工業株式会社製
*Zeomic Type AJ、ゼオライト、株式会社シナネンゼオミック製
*三菱カーボンブラック#44、三菱化学株式会社製
*グリセロール:植物性グリセリン98%以上、株式会社自然化粧品研究所製
*CMC:カルボキシメチルセルロース、第一工業製薬株式会社製
次に、得られた各転写対象材料をスライドガラス(松浪硝子工業株式会社製、マイクロスライドガラスS7213;532nm波長光の透過率が99%)の片面上にバーコーターで塗布し、平均厚みが125μmの転写対象層を有するドナー基板1~9を作製した。
次に、表2に示す転写対象材料とレーザー照射の組み合わせにより、転写方法を実施した。
図11に、実施例及び比較例で用いた光渦レーザービームを有するレーザー照射装置の概略図を示す。
レーザー光源として、波長532nm、ナノ秒パルス(10ns程度)のパルスレーザーを使用し、空間光変調器(SLM)、λ/4板(QWP)で軌道角運動量及びスピン角運動量を制御することにより光渦レーザービームを生成した。集光レンズ(Lens)で光渦レーザービームを集光して、ドナー基板の基板側から転写対象層に光渦レーザービームを照射した。
なお、比較例2及び3では、空間光変調器(SLM)で位相を変調せずにガウスビームのまま用いた。
光渦レーザービームは図12の下面より上方向に向けて照射され、図12中線Aは転写対象層表面を示す。
図12の結果から、レーザー照射後6.0μsec以降では、転写対象材料中の無機粒子が中央に集まり、自転しながら高い指向性で液柱が成長していく、いわゆる「スピンジェット」と呼ばれる現象が観察できる。この「スピンジェット」は、光渦レーザービームの有する円環状の強度プロファイルと、軌道角運動量の転写により発生すると考えられる。
図13Aは、No.9の転写対象材料(グリセロール濃度44質量%)の液滴画像、図14Aは、No.3の転写対象材料(グリセロール濃度87質量%)の液滴画像、図15Aは、No.1の転写対象材料(グリセロール濃度98質量%)の液滴画像である。
図13B~図15BにおけるヒストグラムのX軸は、転写対象材料の液滴の円相当半径を100%としたときの転写対象材料の液滴の重心位置から各無機粒子の重心位置までの距離を%で表している(RG/Rdrop*100)。
図13B~図15Bにおけるヒストグラムの第一Y軸は、転写対象材料の液滴の重心位置から5μmずつの円環状の領域に重心位置が存在する無機粒子の面積を合計し、該当する円環状領域の面積で割った面積率を示す。
図13B~図15Bにおけるヒストグラムの第二Y軸は、全ての重心距離における第一Y軸の値の総和を100[%]とした際の累積(転写対象材料の液滴中の無機粒子の面積割合)を示す。
図13B~図15Bの結果から、グリセロール濃度が大きくなるにしたがって、無機粒子の分布はX軸の全ての領域に広がり、第一Y軸の表す面積率も同程度の値に近づいていることから、無機粒子が転写対象材料の液滴中の空間に均一に分布していることがわかる。このことは、無機粒子には光渦レーザービームの前方散乱力による面内輻射力と、全角運動量による動径方向の輻射力によりらせん状の中心力が働き、無機粒子の動きを促すが、転写対象材料の複素粘度が大きくなることによって無機粒子の動きが妨げられるためであると考えられる。
図16Aは、転写対象材料No.3(グリセロール濃度87質量%)を転写して得られた、被付与物上の液滴を顕微鏡の暗視野観察法により得られた画像である。図16Bは、図16Aにおける液滴全体の面積領域SAll[μm2]とSAllの重心位置[XLG、YLG]を表す図である。図16Cは、図16Aにおいて液滴中に分散している各無機粒子の面積領域S(Area)[μm2]と重心位置[XG、YG]をそれぞれ示す。
図16Aにおける液滴全体の面積領域SAll[μm2]は、画像解析ソフトImageJの多角形選択ツールを用い、液滴の淵を選択することで面積領域SAll[μm2]とSAllの重心位置[XLG、YLG]を決定した。
図16Cにおける各無機粒子の面積領域は、ImageJの2値化画像作成機能、又は旭化成エンジニアリング社製画像解析ソフト「A像くん」の2値化処理機能を用いている。また、本液滴はドーム状の形状をしており、しきい値設定が困難な場合がある。その場合、「A像くん」の範囲指定機能を用い、濃度識別が可能な領域毎に2値化しきい値を設定し、面積領域を決定した。
得られた各無機粒子の面積領域をS(Area)[μm2]、重心位置を[XG、YG]とした。
使用した画像解析ソフトは、無料画像解析ソフトImageJと、旭化成エンジニアリング社製画像解析ソフト「A像くん」である。
S(r+1)-S(r)=(5×(r+1))2π-(5×r)2π
ただし、r=0,1,2,3・・・であり、液滴全体の重心位置[XLG、YLG]から5μm毎に区切った円環状の領域面積を示す。
上記数式は図13B~図15Bのヒストグラムを作成するために使用した式である。以下では、累積の算出方法、及びヒストグラムの算出方法についてそれぞれ説明する。
液滴重心[XLG、YLG]から、円相当径Rdropまでの長さ100%とし、無機粒子の位置を%表記とするため、RG/Rdrop*100(%)を定義する。
無機粒子の面積領域S(Area)[μm2]の総和を100%とし、RG/Rdrop*100(%)の値が小さいものから順に足していき、累積が90%となる粒子に該当するRG/Rdrop*100(%)の値を評価した。
5×r≦RG<5×(r+1)における各領域面積[μm2]を規格化するため、各無機粒子の面積領域S(Area)[μm2]を、該当する領域面積S(r+1)-S(r)で割って得られた値をS’(Area)とする。
ここで、液滴重心[XLG、YLG]から、円相当径Rdropまでの長さ100%とし、無機粒子の位置を%表記とするため、RG/Rdrop*100(%)を定義する。
S’(Area)を新たに定義した領域:5×n≦RG/Rdrop*100(%)<5×(n+1)(n=0,1,2,3・・・)において総和を取り、ヒストグラムに表すと、図13B~図15Bのヒストグラムが得られる。
図17の結果から、複素粘度が88mPa・s(グリセロール濃度87質量%)の条件において、転写対象材料の液滴中の無機粒子の分布はRG/Rdrop*100=70%の範囲に9割の無機粒子が存在していることとなる。
図17の結果から、転写対象材料の複素粘度が88mPa・s以上の領域に比べて、転写対象材料の複素粘度が88mPa・s未満の領域における複素粘度(mPa・s)の変化に対する無機粒子の空間分布の変化が顕著であることがわかる。このことから、転写対象材料中に分散させた無機粒子を凝集させることなく均一に転写するには、複素粘度が88mPa・s以上4,300mPa・s以下である転写対象材料を用いることが必要であることがわかった。
また、上記実験に用いた転写対象材料の分散媒は強熱残分が0.1%以下又は蒸発残分が1.0%以下である分散媒を選択しており、不純物を含まないので、非常に高純度での転写対象材料の転写が可能となる。
顕微鏡を用いて被付与物上の液滴を観察し、上記に示す累積が90%となる無機粒子に該当するRG/Rdrop*100(%)の値を算出し、以下の基準で評価した。結果を表2に示した。
[評価基準]
◎:80%以上
〇:70%以上80%未満
×:70%未満
<1> 基板と、前記基板上に光吸収材及び分散媒を含む転写対象材料を配したドナー基板に対して、前記ドナー基板の前記基板側から前記転写対象材料に光渦レーザービームを照射して前記転写対象材料を飛翔させる飛翔工程と、
飛翔させた前記転写対象材料を被付与物に付与させる付与工程と、を含み、
25℃で剪断応力が200Paにおける前記転写対象材料の複素粘度が88mPa・s以上4,300mPa・s以下であることを特徴とする飛翔体転写方法である。
<2> 前記光吸収材が無機材料である、前記<1>に記載の飛翔体転写方法である。
<3> 前記無機材料のメディアン径(D50)が50nm以上500nm以下である、前記<2>に記載の飛翔体転写方法である。
<4> 前記分散媒における強熱残分が0.1%以下又は蒸発残分が1.0%以下である、前記<1>から<3>のいずれかに記載の飛翔体転写方法である。
<5> 前記分散媒がグリセロール水溶液である、前記<1>から<4>のいずれかに記載の飛翔体転写方法である。
<6> 基板と、前記基板上に光吸収材及び分散媒を含む転写対象材料を配したドナー基板に対して、前記ドナー基板の前記基板側から前記転写対象材料に光渦レーザービームを照射して前記転写対象材料を飛翔させる飛翔手段と、
飛翔させた前記転写対象材料を被付与物に付与させる付与手段と、を有し、
25℃で剪断応力が200Paにおける前記転写対象材料の複素粘度が88mPa・s以上4,300mPa・s以下であることを特徴とする飛翔体転写装置である。
<7> 前記<1>から<5>のいずれかに記載の飛翔体転写方法からなる工程を含むことを特徴とする画像形成方法である。
<8> 前記<1>から<5>のいずれかに記載の飛翔体転写方法からなる工程を含むことを特徴とする立体造形物の製造方法である。
11 レーザービーム
12 光渦レーザービーム
20 転写対象材料(転写対象層)
30 被付与物
31 記録媒体
32 基板
40 ドナー基板
300、301、301a 飛翔体転写装置
302~307 画像形成装置
400、401 画像形成装置
500 立体造形物の製造装置
Claims (8)
- 基板と、前記基板上に光吸収材及び分散媒を含む転写対象材料を配したドナー基板に対して、前記ドナー基板の前記基板側から前記転写対象材料に光渦レーザービームを照射して前記転写対象材料を飛翔させる飛翔工程と、
飛翔させた前記転写対象材料を被付与物に付与させる付与工程と、を含み、
25℃で剪断応力が200Paにおける前記転写対象材料の複素粘度が88mPa・s以上4,300mPa・s以下であることを特徴とする飛翔体転写方法。 - 前記光吸収材が無機材料である、請求項1に記載の飛翔体転写方法。
- 前記無機材料のメディアン径(D50)が50nm以上500nm以下である、請求項2に記載の飛翔体転写方法。
- 前記分散媒における強熱残分が0.1%以下又は蒸発残分が1.0%以下である、請求項1から3のいずれかに記載の飛翔体転写方法。
- 前記分散媒がグリセロール水溶液である、請求項1から4のいずれかに記載の飛翔体転写方法。
- 基板と、前記基板上に光吸収材及び分散媒を含む転写対象材料を配したドナー基板に対して、前記ドナー基板の前記基板側から前記転写対象材料に光渦レーザービームを照射して前記転写対象材料を飛翔させる飛翔手段と、
飛翔させた前記転写対象材料を被付与物に付与させる付与手段と、を有し、
25℃で剪断応力が200Paにおける前記転写対象材料の複素粘度が88mPa・s以上4,300mPa・s以下であることを特徴とする飛翔体転写装置。 - 請求項1から5のいずれかに記載の飛翔体転写方法からなる工程を含むことを特徴とする画像形成方法。
- 請求項1から5のいずれかに記載の飛翔体転写方法からなる工程を含むことを特徴とする立体造形物の製造方法。
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