JP5151560B2 - 紫外線蛍光画像可視化方法 - Google Patents

Description

本発明は、紫外線吸収無色トナーを用いた紫外線蛍光画像可視化方法に関する。

紫外線吸収剤をトナーに含有させる方法は以前から試みられている。（例えば、先行文献１及び２参照。）

ただし、先行文献１及び２の、トナーに紫外線吸収剤を含有させる目的は、トナー中の着色剤が光、特に紫外線によって劣化することを抑えることであった。つまり、この紫外線吸収剤を含有するトナーは有色トナーであった。

これら先行文献１及び２の技術思想の中では、紫外線吸収剤を含有する無色のトナーなどというものは、実現することはもちろん用途も考えられていなかったのである。

また、セキュリティー用トナーのひとつとして、トナーに紫外線を照射すると可視光を発光する蛍光材を含有させた蛍光トナーが既に知られている。（例えば、先行文献３及び４参照。）

蛍光トナーをセキュリティー用トナーとして用いる方法は有効な方法であり、また既に商品化もされている。しかし、このような蛍光トナーに用いられる蛍光材は、通常高価な材料であるため、蛍光トナーの製造費用が極めて高額になってしまうという欠点がある。

また、このような不可視光の機能を利用する方法としては、赤外線を吸収する材料によって、位置を特定するパターン印刷を、紙上にあらかじめドット印刷で行っておき、赤外線光源と赤外線センサを備えたペン（電子ベン）により、ドットパターン印刷された紙上に筆記を行いながら、一方で赤外線センサでドットパターンを読み取ることにより電子ペンの位置および動きをデジタル的に特定し、紙上の筆記と同時にその筆記データが電子データとして記録されるシステムが開発されている。（例えば、先行文献５参照。）

このシステムは、アナログ情報である人の手書き情報を、デジタル情報としてコンピュータに認識させることができる方法として有効である。

しかしながら、このシステムは、紙上に印刷してある赤外線吸収剤によるドット印刷が無色ではなく、目視で確認できるほどの有色であり、このため紙が白くなく黒っぼく見えるという欠点がある。
特開平０６−１１８６８４号公報 特開平０９−０８０７９７号公報 特開２００３−１０７８０３号公報 特開２００７−０１７７１９号公報 特表２００３−０５１１７６１号公報（段落[０１１５]）

本発明の課題は、上記従来の実情に鑑み、蛍光材を含有する見た目に無色の通常の記録媒体上に不可視光を吸収するトナー材で文字または画像を記録し、この記録した文字または画像を可視化するための紫外線吸収無色トナーを用いた紫外線蛍光画像可視化方法を提供することである。

先ず、本発明に用いられる紫外線吸収剤含有無色トナーは、紫外線吸収剤を含有し且つ無色であるように構成される。上記紫外線吸収剤は、例えばベンゾトリアゾール系化合物からなることが好ましく、また、例えば、最大吸収波長が２５０ｎｍ以上、４２０ｎｍ以下であることが好ましく、さらには、最大吸収波長が３００ｎｍ以上、４００ｎｍ以下であることが好ましい。

本発明の紫外線蛍光画像可視化方法は、透明シートに紫外線吸収剤含有無色トナーにより陰陽反転画像を印刷し、前記透明シートを、紫外線蛍光材を全面塗布した印刷媒体面に重ね、前記透明シート側から紫外線を照射し、前記透明シートの前記紫外線吸収剤含有無色トナーによる印刷部分を除く部分の前記印刷媒体面から蛍光を発光させて、前記透明シート側から陽画像として視認するように構成される。

本発明によれば、蛍光材を含有する見た目に無色の透明シート上に不可視光を吸収するトナーで文字または画像を記録し、紫外線蛍光材を全面塗布した印刷媒体面に重ねて紫外線を照射するだけで、記録した文字または画像を可視化するための紫外線吸収無色トナーを用いた紫外線蛍光画像可視化方法を提供することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。

（実施形態１）
先ず、実施形態１の、通常は無色であり紫外線を照射されると、その紫外線を吸収する紫外線吸収剤含有無色トナーの製造方法について説明する。

先ず、実施例１として、
１．結着樹脂としてポリエステル樹脂（花王製）９４質量％
２．帯電制御剤としてＬＲ−１４７（日本カーリット製）１質量％
３．ワックスとしてＮＰＯ５６（三井化学製）３質量％
４．紫外線吸収剤として、ベンゾトリアゾール系化合物からなるTINUVIN900（チバ・スペシャルテイ・ケミカルズ製）２質量％
をミキサーにて混合した後、２軸押出混練機にて高温下で混練を行い、得られた混練物を冷却後、フェザーミルにて２ｍｍ以下程度のサイズまで粗粉砕する。その後、さらに粉砕機により微粉砕を行ってから、気流式分級機により分散して、小粒子径まで粉砕し、目的の粒子径に分級を行った。

これで得られた微粒子１００質量部に対して疎水化表面処理をしたシリカ２質量部、アルミナ１質量部を外添し、得られた外添トナーをふるいにて異物を除去して、最終のトナーを得た。

次に実施例２として、
１．結着樹脂としてポリエステル樹脂（花王製）９１質量％
２．帯電制御剤としてＬＲ−１４７（日本カーリット製）１質量％
３．ワックスとしてＮＰＯ５６（三井化学製）３質量％
４．紫外線吸収剤としてTINUVIN900（チバ・スペシャルテイ・ケミカルズ製）５質量％
を、実施例１と同様の過程を経て最終のトナーを得た。

更に比較例１として、
１．結着樹脂としてポリエステル樹脂（花王製）９６質量％
２．帯電制御剤としてＬＲ−１４７（日本カーリット製）１質量％
３．ワックスとしてＮＰＯ５６（三井化学製）３質量％
４．紫外線吸収剤は無添加
を実施例１と同様の過程を経て採取のトナーを得た。

これら「実施例１、実施例２、比較例１」の３種類のトナーについての物性評価では、粒度分布、軟化点、ガラス転移点については、３種利いずれのトナーも同等の結果であった。

次に、透明シートに上記３種類のトナーをそれぞれ印刷して、その印刷部分について、３００ｎｍから７００ｎｍの光の透過率を測定した。

図１は、実施例１、実施例２、比較例１の３種類のトナーについて３００ｎｍから７００ｎｍの光の透過率を測定した結果を示す図表である。同図では、ＴＩＮＵＶＩＮ９００の最大吸収波長が３４６ｎｍであるため、３４６−３４８ｎｍの範囲の透過率を調べたことになる。

同図に示すように、実施例１では透過率４７％、実施例２では透過率２４％で、その結果からは吸収が測定され、比較例１ではピーク無しで、吸収が見られなかった。また、実施例１と実施例２を比較すると、ＴＩＮＵＶＩＮ９００の添加量が多い実施例２の方が透過率が低く、紫外線の吸収性能が強かったことがわかる。

続いて、紫外線の吸収性能が弱かった実施例１のトナーを用いて所定のパターン印刷を行って紫外線反射強度測定を行う。

図２は紫外線反射強度測定において用いられるパターン印刷に使用されたカシオ計算機株式会社製（以下、カシオ製と言う）の電子写真式のカラー画像形成装置の構成を示す断面図である。
図３はそのカラー画像形成装置によって印刷されたパターンの例を示す図である。
図４はその印刷されたパターンを対象として紫外線の反射測定を行った測定装置を模式的に示す図である。

先ず、図２のカラー画像形成装置１から説明する。同図に示すカラー画像形成装置（以下、単にプリンタという）１は、同図に示すように、画像形成部２、両面印刷用搬送ユニット３、及び給紙部４で構成されている。上記の画像形成部２は、４個の画像形成ユニット５（５−１、５−２、５−３、５−４）を多段式に並設した構成からなる。

上記４個の画像形成ユニット５のうち用紙搬送方向上流側（図の右側）の３個の画像形成ユニット５−１、５−２及び５−３は、通常の使用状態では、それぞれ減法混色の三原色であるマゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）の色トナーによるモノカラー画像を形成し、画像形成ユニット５−４は、主として文字等のブラック（Ｋ）のトナーによるモノクロ画像を形成する。

上記の各画像形成ユニット５は、現像容器に収容された現像剤（の色）を除き同じ構成である。したがって、以下、画像形成ユニット５−３を例にしてその構成を説明する。

画像形成ユニット５は、感光体ドラム６と、この感光体ドラム６の周面に沿って配設されたクリーナ７、帯電器８、現像容器９、この現像容器９の下部側面の開口部に組み付けられている現像ローラ１１を備えている。

感光体ドラム６の帯電器８と現像容器９の間に位置する上面に近接して、本体装置側の印字ヘッド１２が配置され、感光体ドラム６の下面に近接して搬送ベルト１３が配設されている。そして、この搬送ベルト１３を間に挟んで転写器１４が感光体ドラム６の下面に向けて押圧されている。

搬送ベルト１３は、駆動ローラ１５と従動ローラ１６に掛け渡されて、駆動ローラ１５により駆動され、図の反時計回り方向に循環移動する。

感光体ドラム６は、図の時計回り方向に回転する。そして先ず帯電器８からの電荷付与により感光体ドラム６の周面が一様に帯電して初期化される。次に、印字情報に基づく印字ヘッド１２からの光書き込みにより、感光体ドラム６の周面に静電潜像が形成される。

そして、この静電潜像は、現像ローラ１１による現像処理によって、現像容器９に収納したトナーによりトナー像化（現像）される。

このようにして感光体ドラム６の周面に現像されるトナー像は、感光体ドラム６の回転に伴われて、感光体ドラム６と転写器１４とが対向する転写部に到達する。

他方、給紙部４の給紙カセット１７には多枚数のカット状の用紙１８が収容されている。用紙１８は、給紙コロ１９の一回転によって給紙カセット１７から搬出され、搬送案内路２１を通って待機ローラ対２２に給送される。あるいは、開成された装着部２３に装着されたＭＰＦトレイ２４上から給紙コロ２５によって待機ローラ対２２に給送される。

待機ローラ対２２は、用紙１８の印字開始位置が紙搬送方向最上流の画像形成ユニット５−１の感光体ドラム６のトナー像の先端に一致するタイミングで搬送ベルト１３上に給送する。

用紙１８は、循環移動する搬送ベルト１３の上面に静電的に吸着されて搬送され、感光体ドラム６の直下を用紙搬送方向上流側から下流側へ搬送ベルト１３と共に移動する。

そして、用紙１８は、画像形成ユニット５−１の転写部で最初の色のトナー像を転写され、画像形成ユニット５−２の転写部で次に色のトナー像を転写され、画像形成ユニット５−３の転写部で３番目のトナー像を転写され、そして、画像形成ユニット５−４の転写部で、必要に応じて黒のトナー像を転写される。

このように３色または４色のトナー像を重ねて転写された用紙１８は、定着ユニット２６に搬入される。定着ユニット２６は、熱ローラ２６ａ、押圧ローラ２６ｂ、及びクリーナ２６ｃで構成され、用紙１８を上述の熱ローラ２６ａと押圧ローラ２６ｂ間に挟持して搬送しながら、トナー像を溶融し紙面に圧着して定着する。また、クリーナ２６ｃは熱ローラ２６ａに残留するトナーを除去する。

このように、定着ユニット２６によってトナー像を定着された用紙１８は、切換板２７が上に回動しているときは、搬出ローラ２８によって画像形成面を上にして機外に排出され、切換板２７が下に回動しているときは、搬送ローラ２９により上に案内され排紙ローラ３１によって画像形成面を下にして排紙部３２に排出される。

また、両面印刷用搬送ユニット３は、装置本体に対して着脱自在に構成され、本例のプリンタ１によって両面印刷を行う際に装着されるユニットである。この両面印刷用搬送ユニット３は、内部に複数の搬送ローラ３３ａ〜３３ｅが配設されている。

両面印刷の場合には、上記切換板２７によって一旦上方に用紙１８が送られ、例えば用紙１８の後端が搬送ローラ２９に達した時、用紙１８の搬送を停止し、更に用紙１８を逆方向に搬送する。

この制御によって、用紙１８は点線で示す位置に設定された切換板２７の左側を下方に搬送され、両面印刷用搬送ユニット３の用紙搬送路に搬入され、搬送ローラ３３ａ〜３３ｅによって用紙が返送される。

返送られた用紙１８は、再び搬送案内路２１を通って待機ローラ対２２に達し、前述と同様トナー像と一致するタイミングで転写部に送られ、トナー像が用紙の裏面に転写される。

本例では、上記４個の画像形成ユニット５−１、５−２、５−３及び５−４のうち、ブラックの画像形成ユニット５−４の現像容器９に、前述した実施例２の紫外線吸収剤を含有する無色トナー（以下、紫外線吸収無色トナーという）を収容して、その紫外線吸収無色トナーによる実験用のパターン印字（印刷）を行う。

図３は、上記のプリンタ１によって印刷されたパターンを示す図である。なお、同図は横にＡ〜Ｍまで１３個、縦に１〜９まで９個、全部で１１７個の２ｃｍ四方の大きさの升目を示している。

そして、本例では、これらの升目の一部をハッチングで埋めてＣＥＭと読める印刷パターンを示している。また、この印刷に用いられた用紙１８としては、International Paper Company 製のHAMMERMILL 241b 紙が用いられている。

また、同図には印刷パターンを判りやすく升目をハッチングで埋めて示しているが、実際には、紫外線吸収「無色」トナーで印刷しているので、見た目では、この印刷パターンは見えない。本例では、この印刷パターンを測定対象として紫外線の反射測定を行うことにした。

図４に示す測定装置３５は、測定台３６の上に上記のパターンを印刷した用紙１８を固定し、これから上方に１ｃｍ離れた位置に透明ガラスのカバー３７を配置して用紙１８からの測定距離を固定する。

このカバー３７に接して、紫外線照射ランプ３８により、ピーク波長３６５ｎｍの紫外線を照射しながら縦横に走査し、この紫外線照射ランプ３８に連設されている紫外線センサ３９により、用紙１８の面から図の矢印ａで示すように反射される紫外線を検出して、２ｃｍ角に区切った紫外線吸収トナーの印刷部と非印刷部の紫外線反射強度をそれぞれ測定した。

検出結果は、電気信号として配線４１を介してコンピュータ４２に送られて、解析される。図３の横にＡ〜Ｍまで１３個、縦に１〜９まで９個、全部で１１７個の升目に示されている白地の升目の数字２７．４、２６．５、２７．０等は、紫外線吸収トナーの非印字部の紫外線反射強度をμＷ／ｃｍ^2で示している。

また、ハッチング地の升目の数字７．９、６．１、５．６等は、紫外線吸収トナーの印字部の紫外線反射強度をμＷ／ｃｍ^2で示している。その結果を総合すると、紫外線吸収トナー印字部の紫外線反射強度の平均値は６．４μＷ／ｃｍ^2、非印字部の紫外線反射強度の平均値は２４．５μＷ／ｃｍ^2であった。

すなわち、紫外線吸収トナー印字部の紫外線反射強度に対して、非印字部の紫外線反射強度の比率は約４倍であった。

このように、目視ではいずれも白色で区別が困難ではあるが、紫外線反射強度を測定することで、紫外線吸収トナー印字部と非印字部を、容易にデジタル的に識別することができた。

（実施形態２）
以下に、上記の紫外線吸収トナーの利用方法の一例を実施形態２として説明する。
先ず、蛍光材を含有している用紙を用意する。このような蛍光材を含有している用紙は普通紙として安価に用意に手に入れることができる。

次に、この蛍光材を含有している用紙に、上述した紫外線吸収剤を含有する無色トナーを用いてプリンタで適宜の文字または画像を印刷する。この状態では、印刷された文字または画像は肉眼ではほとんど視認できない。

しかし、その用紙にピーク波長３６５ｎｍの紫外線を照射すると、文字や画像の印刷部分は、紫外線吸収剤を含有する無色トナーが紫外線を吸収するため蛍光発光強度が弱くなって印字部と非印字部の蛍光発光強度が異なるため、蛍光で浮き出る背景地の中に沈んだ無色の印字部を容易に識別することができるようになる。

また、印刷用紙自体が紫外線を吸収して強く蛍光発光する印刷用紙を用いるほど、これらの印刷用紙に紫外線吸収剤含有無色トナーで印刷を行った場合、トナーが無色であるため印刷していることを目視で確認することは困難であるものの、ピーク波長３６５ｎｍの紫外線を照射すると、紫外線吸収剤含有無色トナーによる印刷部分と非印刷部分のコントラストがはっきりとしており、紫外線照射時の視認性が良好であった。

印刷用紙の中では特に International Paper Company製 HAMMERMILL 241b紙、および富士ゼロックス製Ｐ紙を用いた場合に視認性が良好であった。また、これらの印刷用紙を予め例えば選別するに際して行った蛍光強度測定には、日本分光製ＦＰ−６５００を用い、励起光３６５ｎｍ、測定範囲は４００ｎｍから７００ｎｍの範囲で測定を行った。

このことを利用して、通常は視認できない隠し文字などを印刷しておくことができる。なお、紫外線吸収剤は、プラスチックの添加剤として大量に使用されており、材料費としては安価なものである。

尚、上述した実施形態においては、紫外線吸収剤としてベンゾトリアゾール系化合物であるのＴＩＮＵＶＩＮ９００を用いたが、他のベンゾトリアゾール系の紫外線吸収剤を用いてもよい。
更に、他のものとしては、ヒドロキシベンゾフェノン系、フェニルベンゾエート系、シアノアクリレート系、ヒドロキシフェニルトリアジン系、などの紫外線吸収剤を用いても良い。

また、紫外線吸収剤で位置を特定するパターンをドット印刷した用紙を用意し、更に紫外線光源と紫外線センサを搭載した電子ペンを用意し、この電子ペンに、電子ペンに使用している紫外線センサ感度の範囲内の紫外域に吸収を持たない、または紙上にドット印刷してある紫外線吸収剤の吸収よりも弱い吸収特性となる材料を用いた着色剤をインクとして用いて、電子ペンで用紙に記録しながら、その用紙の記録位置を紫外線光源で照射した紫外線の反射を紫外線センサで検出することによって認識する電子ペンシステムが実現できる。

従来技術で述べた赤外線吸収剤で特定パターンをドット印刷した用紙と、赤外線センサを取り付けた電子ペンによる記録システムでは、赤外線吸収材料が有色であるために、用紙のドット印刷が目視ではっきりと確認でき、用紙としても黒っぽい色の用紙とならざるを得なかった。

それに対して、本例の紫外線吸収剤で特定パターンをドット印刷した用紙と、紫外線センサ取り付けた電子ペンによる記録システムでは、ほとんど無色の紫外線吸収剤を使用することで、ドット印刷がほとんど目視できず、濁りの無い白地の用紙を使用することが可能となり、使い勝手がよくなる。

尚、紫外線吸収剤として異なる材料を用いると、紫外線の吸収波長が変化する。そのため、紫外線吸収波長に合った紫外線センサを用いるのが良い。

また、紫外線は短波長になるほど人体に有害であり、また、長波長になるほど紫外線吸収剤として有色のものを使用せざるを得なくなる。そのため、最大吸収波長が２５０ｎｍ以上、４２０ｎｍ以下、好ましくは３００ｎｍ以上、４００ｎｍ以下の紫外線吸収剤を用いるのが良い。

また、本例においては紫外線吸収剤を乾式電子写真方式のプリンタによって印刷するようにしているが、他の印刷方法でもよい。例えば、オフセット印刷、グラビア印刷、凸版印刷、インクジェット方式、熱転写方式、液体現像電子写真方式、シルク印刷などであっても良い。

（実施形態３）
続いて、上記の紫外線吸収トナーの利用方法の他の例を実施形態３として説明する。
先ず、用紙、白壁、その他の印刷媒体面に紫外線蛍光材を全面塗布する。次に、透明シートに上述した紫外線吸収剤含有無色トナーにより適宜の文字又は画像を陰陽反転させて印刷する。

この透明シートを、紫外線蛍光材を全面塗布した上記の印刷媒体面に重ねて透明シート側から紫外線を照射する。これにより、透明シートの紫外線吸収剤含有無色トナーによる陰画印刷部分が紫外線を吸収し、残りの陽画部分が紫外線を通すため、下に重なっている印刷媒体面の紫外線蛍光材が蛍光発光して、陽画部分が蛍光画として浮き出る。

これにより、何も描かれていない印刷媒体面に、これもまた何も描かれていないように見える透明のシートを重ねて、これも目には見えない紫外線を照射するだけで、印刷媒体面に蛍光画像が浮き出る。

異なる画像を陰陽反転印刷した複数の透明シートを用意して、上記のことを行えば、例えば「不思議館」などの催し物に使用できる。

実施形態１においける実施例１、実施例２、比較例１の３種類のトナーについて３００ｎｍから７００ｎｍの光の透過率を測定した結果を示す図表である。 紫外線吸収剤を含有する無色トナーを用いて行われた紫外線反射強度測定において用いられるパターン印刷に使用されたカシオ製のプリンタの構成を示す断面図である。 カシオ製のプリンタにより紫外線吸収剤を含有する無色トナーを用いて印刷されたパターンを示す図である。 印刷されたパターンを対象として紫外線の反射測定を行った実験装置を模式的に示す図である。

符号の説明

１ プリンタ
２ 画像形成部
３ 両面印刷用搬送ユニット
４ 給紙部
５（５−１、５−２、５−３、５−４） 画像形成ユニット
６ 感光体ドラム
７ クリーナ
８ 帯電器
９ 現像容器
１１ 現像ローラ
１２ 印字ヘッド
１３ 搬送ベルト
１４ 転写器
１５ 駆動ローラ
１６ 従動ローラ
１７ 給紙カセット
１８ 用紙
１９ 給紙コロ
２１ 搬送案内路
２２ 待機ローラ対
２３ 装着部
２４ ＭＰＦトレイ
２５ 給紙コロ
２６ 定着ユニット
２６ａ 熱ローラ
２６ｂ 押圧ローラ
２６ｃ クリーナ
２７ 切換板
２８ 搬出ローラ
２９ 搬送ローラ
３１ 排紙ローラ
３２ 排紙部
３３ａ〜３３ｅ 搬送ローラ
３５ 測定装置
３６ 測定台
３７ 透明ガラスカバー
３８ 紫外線照射ランプ
３９ 紫外線センサ
４１ 配線
４２ コンピュータ

Claims (4)

1. 透明シートに紫外線吸収剤含有無色トナーにより陰陽反転画像を印刷し、
   前記透明シートを、紫外線蛍光材を全面塗布した印刷媒体面に重ね、
   前記透明シート側から紫外線を照射し、
   前記透明シートの前記紫外線吸収剤含有無色トナーによる印刷部分を除く部分の前記印刷媒体面から蛍光を発光させて、前記透明シート側から陽画像として視認する
   ことを特徴とする紫外線蛍光画像可視化方法。
2. 前記紫外線吸収剤はベンゾトリアゾール系化合物からなることを特徴とする請求項１記載の紫外線蛍光画像可視化方法。
3. 前記紫外線吸収剤は、最大吸収波長が２５０ｎｍ以上、４２０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の紫外線蛍光画像可視化方法。
4. 前記紫外線吸収剤は、最大吸収波長が３００ｎｍ以上、４００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の紫外線蛍光画像可視化方法。