JP5189644B2 - 熱転写印刷 - Google Patents

Description

［発明の分野］
本発明は、熱転写印刷に関し、また、画像を再転写中間シートから物品上へ熱転写印刷するための装置、印刷方法、および、印刷画像を有する物品に関係する。

［発明の背景］
熱転写印刷は、１つ以上の熱転写可能な色素を使用して再転写中間シート上に画像を（反転して）形成することを伴う。その後、画像は、該画像を物品表面と接触させて熱および場合により圧力も加えることにより、物品の表面へ熱転写される。熱転写印刷は、簡単には直接に印刷できない物品、特に３次元物体上に印刷するのに特に有用である。昇華性色素を使用する色素拡散熱転写印刷による熱再転写印刷は、例えばＷＯ９８／０２３１５およびＷＯ０２／０９６６６１に開示されている。デジタル印刷技術を使用して画像を再転写中間シート上に形成することにより、短時間の作動であっても比較的簡便且つ安価に、高品質、場合によっては写真品質の画像を３次元（３Ｄ）物品上に印刷することができる。実に、そのような物体を安価に独自のものにすることができる。

好適な再転写中間シートを使用すると、場合により複合曲線などの曲線形状（凹状または凸状）を含む複雑な形状を有する３Ｄ物品上に良質の画像を形成することができる。３Ｄ物品に対する印刷時、シートは、一般に、物品に貼り付ける前に、シートを軟化させて変形可能にするために例えば８０〜１７０℃の範囲の温度まで予熱される。このとき、軟化されたシートは、物品に容易に貼り付けて物品の輪郭に適合させることができる状態にある。これは、真空を与えて軟化されたシートを物品に対してぴったりと付着させることにより簡便に達成される。例えば減圧状態の維持によってシートが物品と接触した状態に維持される間、シート、および場合により物品も、一般的には１４０〜２００℃の範囲の色素転写に適した温度まで、一般的には１５〜１５０秒の範囲の好適な時間にわたって加熱される。色素転写後、物品は、再転写中間シートの除去前に放冷または冷却される。再転写印刷ステップを行なうのに適した装置は、例えばＷＯ０１／９６１２３およびＷＯ２００４／０２２３５４に開示されている。

フィルムの加熱は、ファンおよびヒータ要素を備える加熱手段により生成される熱い空気流に晒すことによって簡便に達成される。シート予熱段階において、加熱されたシートは、軟化して粘弾性を有するようになり、降伏応力が非常に低くなる。このことは、熱い空気の力によりフィルムが変形して歪み、それにより、フィルムが下方へ膨出する危険があることを意味する。そのような歪みは、シート上の画像の物品への見当合わせおよび画像忠実度に悪影響を及ぼすため望ましくない。

一態様において、本発明は、画像を熱再転写シートから物品上へ熱転写印刷するための装置であって、加熱ガスを可変流量で供給するようになっている加熱手段を含む装置を提供する。

可変流量の加熱ガスを生成できることにより、シートの望ましくない歪みを引き起こすことなくシートを軟化状態まで加熱するに足る低流量でシートの予熱を行なうことによって装置を使用することができる。その後の色素転写ステップの間、（一般的には、真空形成手段の使用により）シートが物品と密接に接触された際に、物品の熱質量に（場合により、物品のための支持体の熱質量にも）対応する効率的で急速な熱注入をシートおよび物品に対して与えるために（場合により、より高温のガスの）高いガス流量を使用することができる。このように、予熱ステップでは、シートだけが比較的低い熱質量を有するため、シートを加熱するために低いガス流量が効率的であり、一方、色素転写ステップでは、シート、物品の熱質量、および、場合により支持体の熱質量もかなり高いため、急速な加熱、したがって色素転写のために、高いガス流量が有益である。

加熱手段は、好ましくは、加熱要素と可変速ファンとを備える。加熱手段は、望ましくは、ファンに供給される電力を変えるためのインバータを含む。

加熱手段は、シートを予熱（一般的には、８０〜１７０℃の範囲の温度まで）して軟化させる（低流量）ように作用することができるとともに、シートを加熱（一般的には、１２０〜２４０℃の範囲の温度まで、通常は約１６０℃）して色素転写（高流量）させるように作用することができる。加熱手段は、処理される物品の任意の予熱（一般的には、１００〜１２０℃の範囲の温度まで）（高流量）のために使用されてもよい。

加熱ガスは一般に空気である。

装置は、その他の点で、従来の構造を有していてもよく、また、従来の態様で使用されてもよい。

装置は、色素転写ステップの前にシートと物品とを密接に接触させるための手段を含む。そのような手段は一般に真空手段を備え、これにより、装置は真空プレスとなる。真空手段は、好ましくは、真空ポンプと、関連するブリード弁とを備える。

装置は、一般に、被印刷物に対して相補的となるように、被印刷物のための支持体としての機能を果たすように、および、設けられない場合に加熱時に歪み得る薄肉プラスチック物品などの品物の歪みを防止するために形成された任意のネストまたはモールドを含む、１つ以上の被印刷物品を保持するための支持体を含む。

装置は、好適には、被印刷物品を覆うように熱再転写シートを所定位置に保持するための手段を含む。

望ましくは、シート（予熱後の軟化状態にある）と物品とを接触させるために物品とシートとの間を相対的に移動させる手段が設けられ、支持体は、好ましくは、該支持体を昇降させるための昇降手段を含む。

装置は、好ましくは、一般的には物品およびシートを冷却するために印刷後に物品およびシート上に冷たい空気の流れを当てるためのファンの形態である冷却手段を含む。

装置は、好適には、加熱手段（温度およびガス流量）、真空手段、冷却手段、および、昇降手段の動作を調整するためのコンピュータ制御手段を含む。制御手段は、様々な異なる材料を印刷するのに適した多くのプリセットプログラムを有してもよく、また、他の要件に適するようにユーザによってプログラム可能であってもよい。

装置は、プラスチック、金属、セラミック、木材、複合材料などを含む幅広い範囲の材料から成る物品上へ画像を印刷するために使用することができ、その場合、物品は固体または薄肉構造を有する。画像が印刷される物品の表面の性質に応じて、表面コーティング剤またはラッカーの塗布によって表面を前処理して、転写される色素の吸い上げを向上させることが好適な場合もある。

装置は、特に、場合により複合曲線などの湾曲形状（凹状または凸状）を含む複雑な形状を有する３Ｄ物品上へ印刷することができるようになっている。

好適な熱再転写シートは、市販されており、例えばICI Imagedata社製のPictaflex媒体（Pictaflexは商標）などがある。

画像は、好適な熱転写可能な色素を用いて印刷することにより、好ましくはインクジェット印刷によって、再転写シート上に形成されてもよい。

更なる態様において、本発明は、画像を熱再転写シートから物品上へ印刷する方法であって、シートを第１の低い流量の加熱ガスに晒すことによって予熱し、予熱されたシートと物品とを接触させ、シートを第２の高い流量の加熱ガスに更に晒すことによって加熱してシートから物品へ色素転写させることを含む方法を提供する。

第１の低い流量は、好適には、第２の高い流量の５０％以下であり、望ましくは第２の流量の約４０％である。

ガス流量は、好ましくは、加熱手段の一部を形成するファンの速度を変えることによって変えられる。ファン速度は、例えば適切な制御下でインバータを介してファンに供給される電力または周波数を変えることによって容易に制御することができる。第１の流量において、ファンは、その意図される設計速度の４０％または２０％で作動されるのが好適であり、第２の流量において、ファンは、その意図される設計速度の１００％で作動されるのが好適である。

方法は、物品を予熱する任意のステップを含んでもよい。これは、効率化のため、高いガス流量で、例えば第２の流量で行なわれるのが好適である。

予熱されたシートおよび物品は、好ましくは、真空に晒すことによって接触される。真空は、大気圧よりも低い３０〜８５ｋＰａ（例えば、約５０ｋＰａ）の範囲のレベルが好適である。

方法は、一般に、最後に冷却ステップを含む。

物品の予熱は一般に１００〜１２０℃の範囲の温度で約３０秒間行われ、その条件は、高いガス流量を使用して印刷される物品の表面の材料によって決まる。

シートの予熱は、一般に、低いガス流量を使用して、８０〜１７０℃の範囲の温度で約３０秒間行なわれ、Pictaflex媒体においては３０秒間約１４５℃または１３０℃の温度が好適である。

色素転写は、一般に、高いガス流量を使用して、１２０〜２４０℃の範囲の温度、通常は約１６０℃の温度で１５秒〜５分の時間にわたって加熱することにより行なわれ、その条件は、色素、フィルム、および、物品を含むファクタによって決まる。

また、本発明は、本発明の装置または方法によって生成される印刷画像を有する物品をその範囲内に含む。

真空プレスの斜視図である。 真空プレスの斜視図である。 プレスの内部構成要素の概略断面図である。 異なる動作段階でのプレスの内部構成要素の概略断面図である。 異なる動作段階でのプレスの内部構成要素の概略断面図である。 異なる動作段階でのプレスの内部構成要素の概略断面図である。

次に、添付図面を参照して、熱再転写中間シートから３Ｄ物品上への画像の熱転写印刷のための本発明に係る真空プレスの一実施形態を例示として説明する。

図示の真空プレス１０は、Ａ３再転写シートと共に使用するように設計されたＡ３フォーマットデスクトップユニットの形態を成している。プレスは、略平行六面体形状であり、全体の寸法が奥行き８００ｍｍ、高さ６００ｍｍ、幅６００ｍｍである。プレスは、ベースユニット１２と、後部においてベースユニットにヒンジ接続された蓋ユニット１４とを有するハウジングを備え、蓋ユニットは、初期の開放位置（図１に示される）と使用のための閉位置（図２に示される）との間で手動で移動することができる。

ベースユニットは凹部１６を有し、凹部１６内には、印刷または装飾される一連の３Ｄ物品が載せられるテーブル１８が配置される。テーブル１８上には、一連のネストまたはモールド２２（簡潔にするため、図３〜図６にはそのうちの１つだけが示されている）を支持する多孔質のアルミニウムまたは繊維から成るネストプレート２０が載置されており、一連のネストまたはモールド２２は、被印刷物に対して相補的となるように形成されて、該被印刷物のための支持体としての機能を果たすとともに、ネストまたはモールドがない場合に加熱時に生じ得る薄肉プラスチック物品などの品物の歪みを防止する。ベースユニット内を密閉するためにネストプレート２０の上面に外周ゴムシール２４が設けられる。テーブル１８は、リフトシリンダ機構（図示せず）によってシャフト２６上で初期下降位置（図１、３、４に示される）から上昇位置（図５、６に示される）へと昇降させることができる。

凹部１６の外周はリニアフィルムガイド２７（図１に見られる）によって取り囲まれており、リニアフィルムガイド２７は、Ａ３再転写シートを凹部上の所定位置に正確に位置付けするとともに、シートを外周ゴムシート２８上に載置させた状態で所定位置で保持する。

ベースユニット１２は、テーブル１８を貫通するフレキシブルホース３０内に真空を形成してネストプレート２０の真下から空気を引き出すための真空ポンプおよびブリード弁（図示せず）を含む真空システムを有する。

また、ベースユニットは、関連する電気モータを有する冷却ファン３２を含む。

蓋ユニット１４は凹部３４を含み、凹部の外周は、蓋ユニットが閉位置にあるときにハウジング内においてベースユニットのシール２８と協働して該シールとの間で再転写シート３８を固定して密閉するゴムシール３６によって取り囲まれている。蓋ユニットを閉位置に固定するために磁気ロック３９（図１に見られる）が設けられている。

蓋ユニット１４は、関連するモータ４２を有する可変速ファン４０と、熱い空気流を蓋ユニット内で下方へ当てるための下流側電気加熱要素４４とを備える加熱手段を含み、チャンネル４６を上向きに通過する空気がハウジング内で再循環される。ファン４０は、コンピュータ制御下でファンに供給される電力を調整することができるインバータ（図示せず）から電力を受け取る。

装置は、コンピュータ制御手段（図示せず）と、ベースユニットの前面に表示手段を含む図１および図２に見られるコントロールパネル５０とを含む。

使用時、３Ｄ物品上に印刷される画像が好適な再転写中間シート３８上に（反転して）印刷される。一実施形態において、画像は、Artainium色素昇華型インク（Artainiumは商標）を使用してEpson４４００プリンタ（Epsonは商標）でインクジェット印刷プロセスによりICI Imagedata社製のPictaflex Ａ３＋ロール媒体（Pictaflexは商標）上に印刷されて、Ａ３シートサイズにカットされ、乾燥される。

物品５２に代表される被印刷物は、それぞれ、装飾される表面が最も上側に向けられた状態でそれぞれのネスト２２上に載置されてベースユニット１２内に配置される。画像が形成される物品の表面の性質に応じて、表面コーティング剤またはラッカーの塗布によって表面を前処理して、転写される色素の吸い上げを向上させることが好適な場合もある。

蓋ユニット１４は、手動で閉位置へ移動される。

加熱手段は、物品予熱ステップで作動される。このとき、ファン４０によって約１１０℃の温度の熱い空気がハウジング内で約３０秒間にわたって再循環される。ファンは、急速加熱用に意図された設計速度の１００％で作動される。これは、装飾される物品を予熱するように作用する。

その後、蓋ユニット１４が手動で開放位置へと移動される。

印刷されたＡ３Pictaflexフィルムシート３８が、印刷面を物品に向けた状態で、ガイドの内側の凹部１６を覆ってシール２８上に載置されてベースユニット１２上の所定位置に配置される。蓋ユニットが手動で閉位置へと移動され、この閉位置は、磁気ロックによって保持されるとともに、図３および図４に示されるようにシール２８とシール３６との間の所定位置でシート３８を密閉する。

フィルム予熱ステップにおいて、加熱手段が作動され、ファンによって約１４５℃の温度の熱い空気が装置内で約３０秒間にわたって再循環される。この温度では、フィルムシート３８は、軟化して粘弾性を有するようになり、降伏応力が非常に低くなる。ファン４０は、フィルム予熱ステップでは、その意図される設計速度の４０％で作動して、軟化したフィルムの望ましくない歪み及び膨張を防止する。

加熱を維持しつつ、図５に示されるように、軟化したフィルム３８を物品５２が通過するようにテーブル１８が上昇される。このとき、フィルムは、物品の周囲でゆるく垂れ下げられている。

その後、真空ステップでは、加熱を維持しつつ、ベースユニット１２内の真空システムが作動され、ホース３０を介して、大気圧よりも低い１５インチＨｇ（約５０ｋＰａ）の真空がフィルムの下側に形成される。これは、図５に示されるようにフィルムを物品に対して引き寄せるように作用し、このとき、シール２４、２８が真空を維持するように作用する。軟化したフィルムが物品５２の形状に適合される。色素転写ステップにおいて、加熱手段の温度は、約１６０℃の温度の熱い空気を生成するために上げられ、約１２０秒間にわたってこの温度に保たれるとともに、ファンは、効率的な熱転写のために意図された設計速度の１００％で作動される。この高温で、色素がフィルムから物品の隣接する表面へと拡散する。

本発明によれば、シートを予熱する際には、粘弾性があり且つ降伏応力が非常に低い軟化したシートの望ましくない歪み及び膨張を引き起こさないように、低いファン速度が使用される。懸架されたフィルムの熱質量が低いことは、低いガス流量であってもシートを所望の温度まで容易に急速に上昇させることができることを意味する。他の段階では、物品を予熱する際および色素転写時の両方において、物品および支持ネストの高い熱質量に対応しなければならないため、転写のために急速な熱注入を与えるためにファンの全速が使用される。

好適な時間の後に、テーブル１８が下降され、真空が解除される。冷却ステップでは、冷却ファン３２によって冷たい空気が約２０秒間にわたってベースユニット１２内で上向きに吹き出されて下側から物品５２に衝突する。これは、物品およびシートを冷却するように作用する。

その後、蓋ユニット１４が手動で開放位置へと移動される。フィルムシート３８が除去されて廃棄され、物品５２が取り除かれる。加熱手段（温度およびファン速度）、真空システム、および、冷却ファンの動作は、コンピュータ制御手段の制御下にある。装置は、様々な異なる材料を印刷するのに適した多くのプリセットプログラムを有し、また、他の要件に適するようにユーザによってプログラム可能である。

実施例１
均一な中間灰色背景上に濃度を上げていった（２５％、５０％、７５％、１００％）ブロックの試験画像が形成された。Mimaki JV5-130Sインクジェットプリンタ（Mimakiは商標）においてArtainium UV＋インクを使用してPictaflexフィルムのシートがこの試験画像で印刷された。この画像は、前述したプレス内でアルミニウムのポリエステルコーティングされた０．５ｍｍ厚シートへ転写された。プレス条件は以下の通りであった。

転写画像におけるステップの光学密度（ＯＤ）が測定され、平均値が以下のように記録された。

これは、画像転写中の空気温度に関係なく、最も高いファン速度でのみ高レベルの色素転写が可能であることを示している。

実施例２
細い垂直および水平の黒い実線が均一な半インチグリッドパターンで配置された試験画像が形成された。Mimaki JV5-130SインクジェットプリンタにおいてArtainium UV＋インクを使用してPictaflexフィルムのシートがこの試験画像で印刷された。この画像は、前述したプレス内でアルミニウムのポリエステルコーティングされた０．５ｍｍ厚シートへ転写された。プレス条件は以下の通りであった。

転写画像の幅および高さの増加率が測定された。

これは、フィルム軟化段階中の低いファン速度によって画像の歪みが回避されることを示している。

Claims (12)

1. 画像を熱再転写シートから物品上へ熱転写印刷するための装置であって、
   前記装置が、
   加熱要素と、加熱ガスを可変流量で供給するようになっている可変速ファンとを備えた加熱手段を含む装置。
2. 前記加熱手段は、前記ファンに供給される電力を変えるためのインバータを含む、請求項１に記載の装置。
3. 前記シートと物品とを接触させるための真空手段を含む、請求項１または２に記載の装置。
4. 被印刷物に対して相補的となるように形成された任意のネストまたはモールドを含む、１つ以上の被印刷物品を保持するための支持体を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記シートと物品とを接触させるために前記物品とシートとの間を相対的に移動させる手段を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
6. ガス流量を含む少なくとも前記加熱手段の動作を調整するためのコンピュータ制御手段を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
7. 画像を熱再転写シートから物品上へ印刷する方法であって、
   シートを第１の低い流量の加熱ガスに晒すことによって予熱することと、
   前記予熱されたシートと前記物品とを接触させることと、
   前記シートを第２の高い流量の加熱ガスに晒すことによって更に加熱してシートから物品へ色素転写させることとを含んでおり、
   加熱手段のファンの速度を変えることによってガス流量が制御される方法。
8. 前記第１の流量が前記第２の流量の５０％以下である、請求項７に記載の方法。
9. 前記第１の流量が前記第２の流量の約４０％である、請求項８に記載の方法。
10. 前記ファンに供給される電力を変えることによってファン速度が制御される、請求項７から９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記シートが８０〜１７０℃の範囲の温度で約３０秒間にわたって予熱される、請求項７から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記予熱されたシートと物品とを真空に晒すことによって接触させる、請求項７から１１のいずれか一項に記載の方法。