JP4125796B2 - Ｕｖインクの架橋 - Google Patents

Description

本発明は感光インク、すなわち光線によって、とくに紫外線によって乾燥または重合が可能なインクを主とする印刷分野に関するものである。
水性、アルコール性または油性の従来のインクを吸収しないプラスチック材料のような媒体への印刷は、材料に適した溶剤性のインク、また同時に固化し材料に接着することのできるポリマー性のインクの開発によって可能になった。
溶剤性インクの致命的な欠陥は、アセトンタイプの、使用される溶剤の有害性にある。かかるインクで印刷するには、廃棄溶剤を回収する複雑な装置と、実施に慎重な注意が必要である。
ポリマー性インクには使用上の不便はなく、ドット印刷、とりわけインクジェット印刷にとくに適している。
液相については、これらのインクは、超微粒子のインク滴を、とくにオフセット法で、機械的に付着させるか、媒体上にドット単位でインク滴を吹き付けることができる流動性を有する。
ポリマー性インクの最終的定着はインク滴の付着に続く架橋と呼ばれる過程で実行される。
架橋はインクを重合または結晶化させることから成り、インクを構成するポリマーは互いに結合して、より長いポリマー鎖を形成して、媒体に定着される。したがって、架橋過程はインクを固化しそれを媒体に定着することを可能にする。
ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリ・エチル・テトラエチレン（ＰＥＴ）、ポリ炭酸塩（ＰＣ）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）などのプラスチック材料、およびその他の有機ポリマーで構成された媒体は、当然ポリマー性インクによる印刷に適し、インクのポリマーと媒体のポリマーは架橋の際に相互にしっかり定着する。
架橋はインク付けされた媒体を紫外線に露光することによって得られる。したがって、以下に紫外線によって架橋可能なインク、略してＵＶインクについて述べる。紫外線光子エネルギーはポリマー鎖同士の重合を可能にする。しかしながら、インクが媒体にしっかり定着し、完全に固化するために、媒体を強い紫外線に、十分な時間露光しなければならない。
図１と２は架橋性ＵＶインクを主成分とする印刷の既知の技術を模式的に示している。図１は媒体の多色オフセット印刷を模式的に示している。媒体１０は接触によって駆動シリンダー１５と印刷ローラー１１、１２、１３および１４の間を前進する。それぞれのローラー１１または１２または１３または１４は印刷するイメージの網目スクリーンを含んでいる。それぞれのローラーの網目スクリーンのくぼみには、黒またはシアン、マジェンタまたは黄色をはじめとする色でインク付けされる。このようにして複数の色の網目スクリーンが媒体の上に付着して多色の最終イメージが構成される。インク付け過程の後に、紫外線ランプ１８の下での媒体１０の連続露光１９による架橋過程が続く。もちろん、オフセット印刷は黒またはカラーのインク付けローラーを一本だけ備えて単色とすることができる。
図２はインクジェットによる多色印刷法を模式的に示している。黒およびその他の様々な色のポリマー性インクを入れた複数のタンク２１、２２、２３と２４が少なくとも一つのインク滴噴射ノズルに供給し、それぞれのタンクは好ましくはその固有の噴射ノズルラインを有し、印刷ラインは媒体移動方向に対して横断方向になる。インク滴はドット単位で媒体に付着し、媒体移動および印刷イメージ情報プログラム装置が、必要に応じて噴射滴量を制御しながら、ラインのそれぞれのノズルによるインク滴噴射を操作する。情報システムはインク付けを行うドットの空間位置を決定し、この位置決定に従って滴の噴射または非噴射を命令する。媒体２０のインク付けの後に、媒体は紫外線ランプの下を前進して、常に連続露光による、架橋過程が続く。図２は代替印刷法を示し、この場合それぞれのインク付け過程の後に、それぞれのインクを乾燥させてから次に異なる色のインク付けを行うために架橋過程が続く。図２の印刷装置はしたがって、この例では、それぞれのインクを個別に乾燥させるために４本の紫外線ランプ２５、２６、２７および２８を備えている。
印刷速度を上げるために、紫外線ランプの出力を上げ、それによって媒体露光時間を短縮することが提案されたが、この場合でも常に媒体はインクを乾燥させ、定着させるための十分なエネルギーを受ける。
しかしながら、紫外線ランプは大きな熱を発生する。したがって、重合可能なインクの印刷装置は、高価でかさばる冷却システムを備えなければならない。赤外線の放射量が少なく、したがって、放熱が少なくなるように設計された、いわゆる低温ＵＶランプを採用しても、印刷速度を上げたいときにはやはり冷却の準備は欠かせない。
紫外線によって架橋可能なインクによる既知の印刷装置の欠点は、したがって、架橋過程での放熱量が大きいことである。
別の欠点は架橋紫外線の影響による媒体の早期老朽化と黄ばみである。
本発明の目的は、上記の欠点のない、高速印刷を可能にするインク架橋法を実現することである。
本発明の主な目的は品質の安定した印刷を可能にするために媒体の黄ばみを防止することである。
本発明によれば、媒体表面に付着したインク滴の上に集中した紫外線レーザービームによって架橋を実施し、媒体の白い表面がレーザービームによって走査されないことを想定するすることによってこれらの目的は簡単に達成される。
本発明は媒体のドットのインク付け過程と、媒体のインク付けされていない表面をのぞいて、インク付けされたドットに集中して紫外線ビームを照射することから成る特殊過程とを含む感光インクの架橋法を備えることによって実現される。
インク付け過程は好ましくは、重合可能なインク滴を印刷媒体上にドット単位で付着させ、インクは紫外線によって重合可能であることから成る。
本発明は好ましくは紫外線レーザービームの照射によって実現される。
本発明の第一の実施態様は、媒体のドット単位の走査によって紫外線ビーム照射の実施が想定されている。
本発明の第二の実施態様によれば、光ファイバーまたは光ファイバー網を介して紫外線ビーム照射が実施が想定されている。
本発明の推奨される第一の特徴によれば、本発明の実現には媒体の連続走査を含めることができるので、媒体のインク付けされていない表面に向けられたときに、紫外線ビームを中断するようにする考えられている。
それに代わる特徴によれば、インク付けされたドットに集中する紫外線ビームの出力を調整するように考えられている。
本発明はとくにプラスチック製媒体へのインクの印刷および架橋に適用される。
有利には、本発明によるインクの架橋法はインクジェットによるドット印刷法および／または多色印刷法にとくに適用される。
本発明のその他の特徴、目的と利点は、単に非制限的な例として挙げられた、下記の説明を、図面を参考にして読むことによって明らかになるだろう。
−上述の図１は既知の方法によるＵＶインクの印刷と架橋を示している。
−上述の図２は別の既知の方法によるＵＶインクの印刷と架橋を示している。
−図３は本発明による感光インクの架橋法を示している。
−図４は本発明による感光インクの架橋法の第一の実施態様を示している。
−図５は本発明による感光インクの架橋法の第二の実施態様を示している。
本発明は有利には従来の印刷の過程に続いて実施することができる。
既知の各種の印刷方法は、図３に示したごとく、媒体３８の表面のインク付けを可能にし、インク付けは、とくにドット単位のインクジェット印刷の場合に、インク滴３６の加圧による機械的接触または噴射３７によってとくに実施することができる。
このように、本発明による方法は、媒体のインク付けの予備過程を有し、インク付けは紫外線による架橋インク型の感光性インクで実施される。好ましくは、本発明によればインク付けは印刷媒体上にドット単位で紫外線によって重合可能なインク滴を付着させて実現される。
印刷が終わったとき、あるいはもっと正確にはこのインク付け過程が終わったとき、媒体３８はインク付けされた表面とインク付けされていない表面３０を有し、インク付けされた表面は連続して、あるいは独立して配置されたインクドット３１で構成される。
インク付けされた表面の密接度を問わず、本発明による方法は、媒体のインク付けされていない表面をのぞいて、インク付けされたドットに集中して紫外線ビームを照射することから成る。
図３は紫外線源３３と、紫外線をインク付けされたドット３１に集中させるための、ビーム集線装置３４を備えた光学装置３３ ３４をこのように概略的に示している。
本発明による方法の利点は、紫外線源３３の光出力が単一のドット３１に集中して、よってその架橋が非常に早くなることである。したがって、完全に架橋するためにインクドットが受けなければならないエネルギーに対応する時間の間それぞれのドットに集中したビームを照射することによって、インク付けされたドットをきわめて高速に走査することができる。
本発明による方法では、インク付けされていない表面に紫外線ビームを照射しないことができる。
かかる配置の一つの利点は、とくにインク付けされていない表面について、媒体の老朽化と黄ばみが防止されることである。
もう一つの利点は、放射出力がインク付けされていない表面に対して無駄に分配されることはないので、照射される光エネルギーが紫外線ランプ式の露光法に比べて少ないことである。
このような配置はビーム３２がインク滴の表面にほぼ等しい面積に集中するようにして容易に実現できる。以下に、媒体走査手段とビーム配分手段を、本発明による方法を用いる装置の２つの推奨実施態様において、詳細に説明する。
本発明は紫外線レーザーを用いて実現されるが、アークランプまたは回転陰極ランプタイプの強い紫外線源を用いることもできる。
したがって、図４は紫外線のコヒーレントビーム４２を発射するレーザー４３を図示している。ビーム４２’は架橋させるインク付けされたドット４１’に集中させるために向きを変えられる。
レーザーの利点は、発射された光線ビーム４２’がほぼ平行のままで、きわめて縮小された寸法を容易に持つことができることである。このようにしてビーム４２は、図４に拡大表示したドット５１ａ、５１ｂ、５１ｃと５２ａから５５ｃのような多色オフセット印刷のドットと同じくらい微小な面積に集中させることができる。
くわえて、紫外線レーザーは非常に高い光出力を有することが可能で、それによって架橋するそれぞれのドットをきわめて高速に露光することができる。
インク付けされたドットの少ない媒体の架橋時間はこれによって、既知の方法に比べて有利に短縮される。
連続またはパルスビームを発射するレーザー発射装置４３を選択することができる。連続ビーム下の滴の露光時間、または滴に照射されるパルス数は、インク滴が架橋の光エネルギーを受けるように決定される。
本発明による方法の第一の実施態様によれば、紫外線照射は媒体のドット単位の走査によって実施される。
図４は、したがって、媒体のそれぞれのドットへレーザービーム４３を曲げるために鏡４６を方向付ける電動機を備えた走査装置４６を図示している。
図４に図示した配置によれば、ビーム４２を曲げる装置４５、４６は媒体４８の横断ラインのすべてのドット４１’、４１”、４１”’を架橋させるようにビーム４２’、４２”、４２”’による媒体４８の横断方向走査を保証する。次に媒体はドットの次のラインを架橋させるために長手方向に移動させられる。
好ましくは、走査装置４５、４６は印刷文書またはイメージのそれぞれのインク付けされたドットの正確な位置を走査装置に指示する、ドット単位印刷情報システムに接続されている。走査装置はとくにドット単位印刷のヘッドの位置決め命令と同様の命令を受けることができる。
第一の実施態様に備えられる走査は、２つの変型によって、連続して、または離散して実施することができる。
第一の変型において、紫外線ビーム４２の向きの角度は連続的に変化し、ビーム４２’は媒体の横断ライン全体に沿って次第に向きを変えられる。
「白い」表面４０へのレーザー照射を防止するために、インク付けされていない表面４０の方向に向きを変えられたときにビーム４２の中断されるように構成されている。
図４に模式的に示したビーム４２の遮断構成部品４４は、したがって、ビーム４２’がインク付けされていないドットに集中するのを防止する。この遮断構成部品は好ましくは、方向を変えられたビーム４２’がインク付けされていない表面４０に向けられるときに閉塞を起動するドット印刷情報システムに接続される。
超高速架橋のために、切断構成部品４４は例えば、オプトエレクトロニクスに用いられる「Ｑ−スイッチ」装置である。当業者には他のビーム４２中断手段も考えられるだろうが、それをもって本発明の範囲を逸脱することはできない。
さらに、ビーム中断手段はレーザー４３と一体とすることができることに留意する。このように、レーザーは走査装置４５、４６がインク付けされたドット４１’に向けられたときには命令通り紫外線パルスを供給し、走査装置４５、４６がインク付けされていないドット４０に向けられたときにはパルスを供給しないだろう。
第二の変型において、走査装置４５、４６は、ビーム４２’をインク付けされたドット４１’に向けて、別の向きの角度に直接移行させ、ビーム４２”が別のインク付けされたドット４１”に向かうようにプログラムされている。このとき走査装置４６の命令は不連続で、鏡４５の位置は遷移なしに、ある角度値から別の離散角度置に移行する。
ビーム４２”’が媒体上に小さな角度で入射するとき、すなわちビームの曲げが大きいときビームの広がりを補正することができる。この補正は、このような条件でビームの広がりを縮小し、それを一時的に収束させる平坦視野と呼ばれる補正光学装置を備えることによって得られる。
本発明による方法の第二の実施態様では走査過程の代わりに、媒体のドットへの紫外線の別の照射方式が備えられている。
第二の実施態様は図５に示したごとく、出口が架橋される媒体の表面と向かい合っている、平行な光ファイバー７１から７７の線形バレット７０を備えている。同等に、平行な出口付光ファイバーの２次元網を備えることもできる。レーザー８３のビーム８２は光ファイバー７１から７７の入口に入射する。ファイバー７１から７７は有利には入射レーザー光線がすべてのファイバーの間にほぼ等しく配分されるようにまとめられた入口を有する。
したがって、初期レーザービーム８２は多数の平行な光線に分割され、それぞれの光線は媒体６８のインク付けされたドットに向けられ、集中させられる。
通常のガラス製の光ファイバーは紫を越える波長を通さないが、使用される光ファイバーは石英または紫外線透過ガラス製である。
ビーム８２の配分装置７０はさらに紫外線ビーム中断手段を備え、それぞれの光ファイバー７１は、媒体６８のインク付けされていないドット６０の露光防止のために、例えば、光線遮断構成部品を備えている。
この第二の実施態様はドットの網目スクリーン製版を含む印刷法にとくに適している。線形バレット７０のファイバー出口の間隔ピッチを印刷の網目スクリーン製版のピッチに合わせることによって、印刷網目スクリーンのドットの正確な座標に集中した一連の光線が得られる。
図５に示したごとく、第二の実施態様は有利にはライン単位の印刷を可能にするインクジェット印刷法に適用され、ドットのラインが瞬間的にインク付けされる。
ラインインクジェットを用いる装置は一般的にインク滴を発生する線形バレット１００を備えている。一連のインク滴１０１、１０２、１０３はインク付けしたい媒体のドットの方向に同時に発射される。
かかる装置は、異なる色のインクのタンク１０９、１１９、１２９によって供給される複数の発生バレット１００、１１０、１２０を配備する多色オフセット印刷にとくに用いられる。色と色調のすべての濃淡はインク滴の量を調整し、基本色と、場合によって、黒に対応するインクを用いることによって得られる。図４に詳しく示したごとく、それぞれの着色済ドット５１は例えば、基本色または黒でインクを付けられた３つないし４つの基本ドット５１ａ、５１ｂ、５１ｃで形成される。
異なる色でインク付けされたドットは、本発明に従ってそれぞれの着色済ドットにレーザー光線を照射することによって架橋することができる。
一般的に微小な基本ドットは、きわめて近く、場合によっては重なり合うことができる。
多色の効果は、オフセット印刷の際に、可能なあらゆるの色を再現するためにそれぞれの微小な基本ドットの寸法を調整することによって得られる。変型によれば、それぞれのドットの重なりと寸法を調整することによって、多色効果も得られる。
有利には、本発明によれば、それぞれのドットが、ドットのインク量の架橋に十分なエネルギーを受けるようにかかるインク付けされたドットに照射される集中ビームを調整することができる。このときレーザービーム中断手段はビーム強度調整手段に代えられる。かかる手段は例えば、方向を変えられる回折薄板型の光学調節器を構成することができる。
一般的には、潜在的に紫外線ビームを調整することが可能なため、架橋過程を使用するインクにおよび媒体の印刷速度に適合したものとすることができる。
架橋法は図５に示したごとくカラーのインク付けの全過程の後に一度だけ適用することができる。このときビーム配分装置７０は光ファイバーの詰まった網を備え、ファイバーは印刷で形成可能なインク付けされたドットの最大網目スクリーンに従って空間的に配分される。
代替として、多色印刷の際に、一色のインク付けの終わる都度、本発明による架橋を実施することができる。
このとき印刷設備はそれぞれの単色インク付け装置の出口に配備された複数個の架橋装置を備えることができる。
本発明による方法は有利にはそれぞれのインク付け過程の間の架橋の際に、インクの完全な、または部分的な硬化を想定することができ、部分的硬化は例えば、紫外線レーザービームの出力を調整して得られる。
本発明による架橋法の本質的利点は、さきに述べたごとく、紫外線に固有の欠点、すなわち媒体を構成するポリマー上での退色または黄ばみ作用を解消することである。
もともとプラスチック製媒体に適用されるための、本発明による方法は、媒体のいっさいの褐変を防止しながら水性または溶剤性のインクの印刷に有利に代わるために紙、ボール紙、木などのあらゆる種類の印刷媒体上の感光インクの架橋にまで広げられる。
最後に、本発明による架橋光出力の合理的使用と、レーザーによって得られる高い光強度は従来の日照ＵＶランプと比べて架橋過程を高速にする利点を有する。
したがって、本発明による架橋法はそれが組み込まれた印刷装置の速度を有利に向上させる。
このように本発明による方法はインクジェットによるインク付け速度を越える架橋速度を有利に得ることを可能にし、それゆえ印刷速度はもはや架橋過程によって制限されない。
本発明の開示は紫外線に基づいているが、本発明は光の特定のスペクトルに限定されるものではなく、感光インクの重合と乾燥に適したあらゆる種類の光線に応用可能である。
くわえて、ポリマーのインク付けとポリマーの塗装に同じ成分と同じ顔料が使用されるので、架橋法は感光塗料にも使用可能である。
当業者は本発明のその他の利点、応用と展開を工夫することができるだろうが、それをもって次の請求の範囲によってのみ限定された本発明を逸脱することはできない。

Claims (9)

1. 媒体（３８）へのドット（３１）のインク付け過程（３５）を有し、媒体のインク付けされていない表面（３０）を除いて、インク付けされたドット（３１）に集中してコヒーレント紫外線ビームを照射することから成る後過程を含み、
   媒体（４８）のドット（４１’、４１”、４１”’）単位の走査（４２’、４２”、４２”’）によって紫外線ビーム照射が実施されることを特徴とする、感光インク架橋法。
2. インク付け過程が、重合可能なインク滴（３６）を印刷媒体（３８）上にドット（３７）（３１）単位に付着させることから成り、インクは紫外線で重合可能なインクであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 紫外線レーザー（４３）ビーム（４２）を照射することを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 光ファイバー（７１）または光ファイバー（７１−７７）網（７０）を介して紫外線ビーム照射が実施されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一つに記載の方法。
5. 媒体（４８）のインク付けされていない表面（４０）に向けられたときに、紫外線ビーム（４２）を中断する（４４）ことから成る過程を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の方法。
6. インク付けされたドットに集中した紫外線ビームの出力を調整することから成る過程を有することを特徴とする、請求項１から５のいずれか一つに記載の方法。
7. 媒体（３８、４８、６８）がプラスチック製であることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一つに記載の方法。
8. インクジェットによるドット単位の印刷法（１００）に組み込まれることを特徴とする請求項１から７のいずれか一つに記載の方法（７０）。
9. 請求項１から８のいずれか一つに記載の架橋方法の少なくとも一つの応用（７０）を含むことを特徴とする、異なる色の感光インクによる多色印刷法（１００、１１０、１２０）。

Images