JP4790193B2 - 非平面の表面へのイメージ転写 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明はイメージ転写シート、およびこれを使用してイメージを非平面の表面に転写する方法に関する。
【０００２】
イメージを無数の表面に転写する多くの方法が存在するが、表面が平面でない場合には困難に遭遇する。ステッカー、ラベル、塗料および印刷インクを使用する既知の技術を使用して、従来の方法で３次元非平面の対称の表面にイメージを適用することができるが、このような方法は理想的ではない。
【０００３】
紙またはフィルムで作成したステッカーおよびラベルを、非平面表面に印刷し、適用して、高価な機械で自動的に、または手動の作業者により物理的に適用する。ステッカーおよびラベルは、一度に１つの表面にしか適用することができない。ステッカーおよびラベルを例えば玩具に適用する場合は、特に玩具市場に存在する、必要な改竄防止の規則に合致するため、ステッカーに予め形成されるか、ステッカーの高さよりわずかに上に配置された窪み区域を鋳型に入れるよう設計しなければならない。
【０００４】
ウォータースライド・ステッカーは、常に手で適用し、イメージの周囲の区域は大部分が透明であるが、採取的な完成製品を生成するため実行する必要がある、ある程度の後仕上げがある。これは時間がかかるプロセスであり、高度の手の器用さが必要となり、それでも屑が多い。
【０００５】
手描きを使用することができ、実際に場合によっては最も広く使用されている装飾技術である。しかし、手描きは非常に時間がかかり、労働集約的である。
【０００６】
パッド印刷は、１工程の色として適用されるが、大部分は生産ラインで比較的小さい玩具製品に使用される。この方法は信頼性が高いが、位置合わせ、費用およびイメージの汎用性、イメージの品質および処理時間など、幾つかの分野で欠点がある。
【０００７】
本発明は以上で挙げた問題に対処し、非平面の表面への高品質なイメージ転写を提供する便利で効果的な方法を提供する。
【０００８】
本発明の第１の態様によると、形状記憶ポリマ（ＳＭＰ）または同様の物質を備えたイメージ転写シートを使用した、非平面表面にイメージを転写する方法が提供される。
【０００９】
イメージ転写シートは、第１セットの所定の状態で表面と接触し、それによりイメージを表面に転写することができる。第１セットの所定の状態は、熱の適用、およびイメージ転写シートを表面と接触するよう促す力の適用を含む。力は、真空の適用によって与えることができる。
【００１０】
ＳＭＰまたは同様の物質は、第２セットの所定の状態で元の形状を取り戻すようにすることができる。第２セットの所定の状態は、力の減少を含むことができ、これは真空度の低下を含むことができる。
【００１１】
あるいは、ＳＭＰまたは同様の物質が、第２セットの所定の状態で表面の形状を採用するようにすることができる。第２セットの所定の状態は、ＳＭＰまたは同様の物質を表面に接着剤接着することを含むことができる。力は、真空度を維持することによって保持することができる。
【００１２】
形状記憶ポリマ、つまりＳＭＰとして知られる材料は、Mitsubishi Heavy Industries(630 Fifth Avenue, New York, NY 10111, USA）によって製造されている。処理と製造が容易で、加熱すると「硬質」から「軟質」へと迅速に変化し、冷却すると元の硬度を即座に回復することができるのは、ポリウレタン材料である。形状変化および形状保持を可能にするのは、ガラス転移温度（Ｔｇ）での弾性分子の大きく可逆的な変化の存在である。
【００１３】
硬質から軟質になる範囲はカスタマイズすることができ、広範囲の転移温度を選択することができる。所定の転移温度Ｔｇまで加熱すると、ＳＭＰは容易に再成形することができ、冷却すると新しい形をとる。ＳＭＰを再度、Ｔｇを上回る温度に暴露すると、記憶効果によってＳＭＰは元のプロセス形状を回復する。標準的なＳＭＰのガラス温度は２５、３５、４５および５５℃であるが、−３０と７５℃の間で特殊化された転移温度が可能である。
【００１４】
図１は、ＳＭＰの形状記憶特性を示す。ＳＭＰの組成を変更するか増大させることが可能であり、同様の特性を有する異なる材料を開発することさえできる。このような材料は本発明の範囲に入る。
【００１５】
本発明の第２の態様によると、ＳＭＰまたは同様の物質と、イメージを含む媒体とを備えるイメージ転写シートが提供される。
【００１６】
イメージ転写シートは、さらに、ＳＭＰまたは同様の材料とイメージを含む媒体との間に配置されたイメージ・リリース・システムを備えることができる。イメージ・リリース・システムはシリコン・コーティングを備えてよい。
【００１７】
イメージを含む媒体はインクまたはトナーを備えてよい。
【００１８】
イメージ転写シートは、リリース可能なキャリア層を備えてよい。
【００１９】
本発明の第３の態様によると、非平面の表面へのイメージ転写にＳＭＰまたは同様の物質を使用することが提供される。
【００２０】
次に、本発明による方法およびイメージ転写シートを、添付図面に関して説明する。
【００２１】
図３は、本発明のイメージ転写シートの可能な幾つかの実施形態を示す。当業者なら、多くのさらなる実施形態が可能であることが理解される。図３（ａ）は、リリース層４２上のＳＭＰ４４の層からリリース可能なキャリア層４０を備える第１の実施形態を示す。転写されるイメージは、イメージを含む媒体４６の層に存在する。驚くことに、イメージを含む媒体がＳＭＰと直接接触するこのような状態で、イメージ転写が可能であることが判明した。つまり、ＳＭＰは、これがｉ）イメージを含む媒体のキャリアとして働き、ｉｉ）イメージ転写を実行するようイメージを含む媒体をリリースすることができるという、これまで思いも寄らなかった表面特性を有することが判明したのである。
【００２２】
ポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）などのポリマ・フィルムを、キャリア層４０として使用してもよい。代表的なフィルム厚は１８から２４μｍである。キャリア層４０をシリコンのリリース層でコーティングすることは有利であることが分かっていたが、ラッカーやワックスなど、他のリリース・システムも当業者にはすぐに想起される。ＳＭＰ層４４は通常、３０から１００μｍの厚さであるが、この範囲は制限的な範囲と見なされない。イメージを含む媒体４６は、通常、トナーまたはインクである。
【００２３】
図３（ｂ）は、第１の実施形態とほぼ同様のイメージ転写シートの第２実施形態を示す。したがって、図３（ａ）で使用した数字と同じ数字を使用して、両方の実施形態に共通する要素を指す。図３（ｂ）に示す第２の実施形態では、イメージを含む媒体４６を適用する前に、ＳＭＰ層４４を、シリコンの層などのイメージ・リリース・システム４８でコーティングする。イメージ・リリース・システム４８により、付着および解放の状態を制御することができ、したがってＳＭＰ層４４からイメージを含む媒体４６を所期の標的表面に解放することの制御を改善することができる。
【００２４】
図３（ｃ）は、第２の実施形態とほぼ同様のイメージ転写シートの第３実施形態を示す。したがって、図３（ｂ）で使用した数字と同じ数字を使用して、共有の要素を指す。第３の実施形態は、さらに、可撓性硬質コートの追加の保護層５０を備え、完成し装飾した製品に耐摩耗性および耐擦り傷性を追加する。
【００２５】
好ましい（しかし非制限的な）実施形態では、転写されるイメージを、ソフトウェアを使用してディジタルで生成する。ディジタル・イメージをポスト・スクリプト処理して、適切なディジタル・カラー印刷プレスに送信する。場合によっては、正確な位置合わせを獲得するため、印刷する前にイメージを予め変形させる必要がある。
【００２６】
次に、ディジタル・イメージをイメージ転写シート上に生成することについて説明する。ディジタル・イメージは、Xeikon DCP 32/50Sなどのディジタル印刷プレスを使用してイメージ転写シートに印刷することができる。イメージ転写シートは、以下で説明する構造の１つを備えることができる。
【００２７】
図２は、シート・リリース材料２２およびイメージ層２４を備えるイメージ転写シート２０の逆溶融を示す。イメージ転写シート２０の進行方向を矢印で示す。シート・リリース材料２２は、溶融していない乾燥トナー媒体２６が自身上にある状態で、概ね２８で示す溶融装置に供給される。シート・リリース材料２２は、１２０から１７５℃、好ましくは１３５から１６０℃の範囲の温度で第１ローラ３０に接触し、この温度は、トナー媒体をリリース基質の背面に溶融させるために使用する。
【００２８】
トナー媒体の溶融ステップの後、リリース基質２２の前面２２ａが、第１ローラ３０より低い温度、好ましくは１２０℃未満、最も好ましくは１０５℃未満で第２ローラ３２に接触する。約９９℃の温度が非常に適切であることが判明している。トナー媒体と直接接触するこの第２ローラ３２の温度は、第２ローラ３２とリリース材料２２の間に熱可塑性インタフェースがないポイントまで低下させることができる。第２ローラ３２は、加熱したトナー粒子をリリース基質２２の表面上に圧縮する働きをする。
【００２９】
イメージ転写シート２０は、溶融装置２８を通って前進し、当技術分野でよく知られるさらなる処理ステップを受ける。
【００３０】
特に適切な溶融装置は、Xeikon DCP 32/50 Sディジタル印刷プレス（Xeikon, Vredebaan, Mortsel, Belgium）の改造版である。従来のDCP 32/50 Sプレスは、従来の前方溶融ゼログラフィに適合する。DCP 32/50 Sプレスは概ね図２のローラ３２の位置に加熱したローラを有し、これは主溶融ローラとして基質の前面に作用する。溶融ローラは、高温に、通常は１３５から１６０℃に維持される。さらに、DCP 32/50 Sプレスは、概ね図２のローラ３０の位置にある「事前溶融」ローラを有する。この「事前溶融」ローラは、基質の後部に穏やかな熱を与え、それによって溶融プロセスを補助し、主溶融ステップの前に基質を平滑化するため、通常、１００から１２０℃の温度に維持される。
【００３１】
「事前溶融」および「主」ローラの温度を適切に調節する、つまり前者の温度を上昇させ、後者の温度を低下させることにより、本発明の方法を実行するようXeikon DCP 32/50 Sを適合させることが可能であることが判明した。これは、DCP 32/50 Sプレス上で動作するソフトウェアを適合させることによって達成できるので、非常に都合がよい。
【００３２】
あるいは、国際特許第９８／３９１６６号に記載されているようなイメージ転写方式を、本発明に使用するよう適合させることができ、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【００３３】
イメージをＳＭＰフィルムに印刷した状態で、イメージ転写シートを再度巻き取り、リールを取り外してイメージ転写ステーションへと搬送する。例えば、場合によってはローラおよび／またはコンベヤ・システムを使用して、イメージ転写シートをイメージ転写ステーションに直接搬送することにより、この搬送ステップを自動化することが可能である。
【００３４】
イメージを非平面の物体に転写することができる幾つかの方法がある。以下で、その例について検討する。
非選択的印刷装飾：全体的なデザインまたはパターンを３次元物体の全面に適用し、ＳＭＰキャリアを外す。
選択的印刷装飾：イメージを３次元物体の一部に適用し、ＳＭＰキャリアを外す。
固定形状印刷装飾：イメージングしたＳＭＰを適用し、イメージとＳＭＰの両方を３次元物体の表面に付着させる。
手動プレス印刷装飾：選択的または非選択的イメージ区域を手で３次元物体の表面に適用し、ＳＭＰキャリアを外す。
【００３５】
次に、イメージ転写ステーションの例を図４に関して説明する。イメージ転写シート５２をステーションに搬送し、引取ローラ５４がキャリア・フィルム５６をイメージ転写シート５２から外す。ＳＭＰおよびイメージを含む媒体を備えるイメージ転写シート５２の残りの部分を、フィルム把持器５８およびフィルム引張り棒６０を使用してステーションに搬送し、イメージ転写シートを可撓膜６２に接触させる。加熱器６４が可撓膜６２の上に配置され、好ましくはそれと直接接触する。ステーションは、さらに、ハウジング６６、非平面の標的物体７０を搬送するコンベヤ６８、真空システム７２、およびイメージ転写シート５２の正確な位置合わせを可能にする電子センサ７３を備える。図４に示す非平面物体７０は自動車であるが、玩具や缶など、他の多くの非平面物体も自身上にイメージを転写できることが理解される。同時にイメージを転写するため、多くの品目をステーションに導入してもよい。ステーションの正確な設計および寸法は、想定される正確な用途によって決定されるようである。提示するために、図４では物体７０を３回、つまりイメージ転送の前、最中およびその後で図示する。
【００３６】
図４は、立ち上げ姿勢でハウジング６６および加熱器６４のアセンブリを示し、これによって物体７０をコンベヤ６８上で移動させ、ステーションに出し入れすることができる。ハウジング６６および加熱器６４アセンブリは移動可能であり、イメージ転写の実行前には、ハウジング６６がステーションの床とともに気密シールを作成するよう、アセンブリを下降させる。加熱器６４は、ＳＭＰのＴｇ温度より高い適切な温度まで加熱し、それによってＳＭＰが形成可能になるようこれを軟化させる。真空システム７２は、ステーション内に真空を生成し、これはイメージ転写シート５２および可撓膜６２を物体７０上に引き下げ、それによってイメージ転写の発生を可能にする。真空を除去し、したがって可撓膜６２が元の位置に復帰する。ＳＭＰの記憶特性のため、ＳＭＰは元の形状を回復し、イメージを物体７０上の所定の位置に残す。あるいは、接着剤を使用してＳＭＰを物体７０に接着させてもよい。この場合、ＳＭＰの構成は、物体７０の形状に固定される。
【００３７】
可撓膜６２は、ＳＭＰのＴｇより高い広範囲の温度に耐えられるとよく、好ましくは半透明またはほとんど不透明である。
【００３８】
可撓膜６２は、薄い可撓性ゴム・シートでよく、シリコン化したゴムであることが好ましい。代表的厚さは０．２から０．８ｍｍである。ＳＭＰは、部分積層法を使用して可撓膜６２に接触してよく、これによって真空プロセスが完了するまで、ＳＭＰおよび可撓膜を一体で移動させることができる。上述したように、１つの用途では薄膜形のイメージＳＭＰを永久的に物体に付着させ、別の用途では、ＳＭＰを除去し、イメージのみを所定の位置に残す必要があり、さらなる用途では、これもＳＭＰを除去する必要があるが、今回はイメージとトップ（擦り傷および摩耗）コートの両方を物体上の所定の位置に残す。
【００３９】
各用途は、真空形成プロセス中にイメージを標的物体の表面に付着させる必要があり、イメージ／基質付着プロセスに関して、様々な温度が生成される。
【００４０】
処理（接着および／またはコーティング）は以下の３つの方法で適用することができる。
【００４１】
１／標的物体へ。
【００４２】
２／イメージＳＭＰ表面へ。
【００４３】
３／物体とイメージングしたＳＭＰの両方へ。
【００４４】
処理は、用途および生産の要件に応じて、熱で作動させるか、紫外線硬化性か感圧性でよい。
【００４５】
様々な変形が可能である。例えば、ハウジングは固定位置に留まり、床および物体を相互に気密接触させてもよい。ＳＭＰを物体と接触させるよう、真空ではなく、機械的手段などの他の何らかの手段で力を加えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＳＭＰの構造的特性を示す。
【図２】イメージ転写シートへのイメージの印刷を示す。
【図３】図３ａは、イメージ転写シートの第１の実施形態を示す。
図３ｂは、イメージ転写シートの第２の実施形態を示す。
図３ｃは、イメージ転写シートの第３の実施形態を示す。
【図４】イメージ転写ステーションの模式図である。

Claims (16)

1. 非平面の表面にイメージを転写する方法で、形状記憶ポリマを備えるイメージ転写シートを使用して前記イメージを転写する方法。
2. イメージ転写シートを第１セットの所定の状態で表面に接触させ、それによってイメージを表面に転写する、請求項１に記載の方法。
3. 第１セットの所定の状態が、熱を加えることと、イメージ転写シートを表面に接触させる力を加えることとを含む、請求項２に記載の方法。
4. 真空の適用によって力を加える、請求項３に記載の方法。
5. 形状記憶ポリマが、第２セットの所定の状態で元の形状を回復するようにする、請求項２から４のいずれか１項に記載の方法。
6. 第２セットの所定の状態が力の減少を含む、請求項５に記載の方法。
7. 請求項４に依存する場合、第２セットの所定の状態が真空度の低下を含む、請求項６に記載の方法。
8. 形状記憶ポリマが、第２セットの所定の状態で表面の形状を採用するようになっている、請求項２から４いずれか１項に記載の方法。
9. 第２セットの所定の状態が、形状記憶ポリマを表面に接着する接着剤を設けることを含む、請求項８に記載の方法。
10. 請求項４に依存する場合、力が真空度を維持することによって保持される、請求項９に記載の方法。
11. イメージ転写シートで、形状記憶ポリマと、イメージを含む媒体とを備えるイメージ転写シート。
12. さらに、形状記憶ポリマとイメージを含む媒体との間に配置されたイメージ・リリース・システムを備える、請求項１１に記載のイメージ転写システム。
13. イメージ・リリース・システムがシリコン・コーティングを備える、請求項１２に記載のイメージ転写システム。
14. イメージを含む媒体がインクまたはトナーを備える、請求項１１から１３いずれか１項に記載のイメージ転写システム。
15. さらに、リリース可能なキャリア層を備える、請求項１１から１４いずれか１項に記載のイメージ転写システム。
16. 非平面の表面へのイメージ転写に形状記憶ポリマを使用すること。

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