JP5639004B2 - 閃光加熱を用いて下地上のインクを平滑化する方法 - Google Patents

Description

印刷処理では、マーキング材が下地上に塗布されて画像を形成する。一部処理では、印刷画像はマイクロバンディングやプリントスルーを呈することがある。

下地上でインクを平滑化する方法と、異種の下地上に高品質の印刷画像を生成することのできる印刷における有用な装置を提供することが、望ましい筈である。

下地上にインクを平滑化する方法および印刷に有用な装置が、提供される。下地上にインクを平滑化する方法の例示実施形態は、少なくとも１個の閃光灯が照射する照射線を用いて多孔質下地の第１の面に付着させたインクを照射し、この照射線が少なくともインクの粘性閾値温度までインクを閃光加熱し、インクが第１の面を側方に流動するようにし、インクの平滑化をもたらす。インクを十分素早く加熱し、これにより平滑化期間中のインクから下地への熱伝達を十分小さくし、したがって下地界面上のインクを粘性閾値温度未満の温度へ冷却し、それによって第１の表面から下地内に相当量のインクが浸透しないよう阻止する。

ゲルインクに関する温度の関数としての粘性を示す曲線を示す。 印刷に有用な装置の例示実施形態を表わす。 異なる粘性を有するインク間でのインク平滑化処理期間中の時間の関数として波形構造を有するインク画像の高低差についてのモデル関係を示す。 インクの融解および凝固処理期間中の調合の異なる紫外線硬化ゲルインクに関する複合粘度と温度との間の関係を示す。 １ｍｓのエネルギパルスを用いて下地上に紫外線硬化ゲルインクのインク層を加熱するモデル結果で、加熱前のインク形状と温度とを示す。 １ｍｓのエネルギパルスを用いて下地上に紫外線硬化ゲルインクのインク層を加熱するモデル結果で、加熱から生ずる１ｍｓ時点でのインク形状と温度とを示す。 閃光灯からのエネルギパルスを用いたインク層の加熱から生ずる１ｍｓ時点での位置の関数としてのインク粘度のモデル結果を示す。 インク層の加熱から生ずる１ｍｓ時点での位置の関数としての厚さ方向の下地温度のモデル結果を示す。 閃光灯装置の例示実施形態を表わす。 セリウムドープガラス管を有するＡ型キセノン閃光灯の照射スペクトルを示す。 アクリライトＯＰ−３フィルタの透過スペクトルを示す。 濾波をしないセリウムドープガラス管を用いたＡ型キセノン閃光灯の照射スペクトルと、アクリライトＯＰ−３フィルタを用いて濾波した後の閃光灯のスペクトル照射量を示す。 Ｂ型キセノン閃光灯を用いた閃光平滑化から生ずる異なる下地材料上の６００ｄｐｉのシアン紫外線硬化単一画素線についての線幅成長を示す。 Ｂ型キセノン閃光灯を用いた閃光平滑化から生ずる異なる下地材料上の６００ｄｐｉのブラック紫外線硬化単一画素線についての線幅成長を示す。 標準的な液滴寸法で噴射されマゼンタ、イエロー、シアン、ブラックのそれぞれの単一６００ｄｐｉ層が吸着するアクリライトＯＰ−３フィルタを用いたＡ型キセノン電灯が照射する総エネルギフラックスの大きさを示す。 多孔質下地のインクプリントスルーのレベルを評価する例示標準画像基準（ＳＩＲ）チャートを示す。 図１７Ａと図１７Ｂは、シアンインク（図１７Ａ）とマゼンタインク（図１７Ｂ）用の第１種用紙についての線幅計測値に対するモデル適合を示す。 図１８Ａと図１８Ｂは、シアンインク（図１８Ａ）とマゼンタインク（図１８Ｂ）用の第２種用紙についての線幅計測値に対するモデル適合を示す。

図１は、下地上でインクを平滑化する開示方法の例示実施形態に適合する特性を有する典型的なゲルインクについての温度の関数としての粘度を示す曲線を表わす。図示の如く、ゲルインク用の粘度特性は鋭い閾値を有しており、インクは、比較的狭い温度範囲に亙って、比較的粘性があって（例えば、約約１０^６ｃＰの桁以上の粘度を有する）簡単に流動できない状態から、比較的粘性がなく（例えば、１０^１ｃＰの桁未満の粘度を有する）簡単に流動できる状態へ遷移する。この種のゲルインクは、例えば約４０℃未満、約３０℃未満、約２０℃未満、あるいは約１０℃未満の小さな温度範囲に亙って粘度が大きな変化を呈することがある。この種のゲルインクは十分な剛性のある状態に熱的に急冷し、下地温度に対して上昇した温度で十分急峻な融解遷移を持ち、下地上でインクを平滑化する開示方法の例示実施形態に適合する。

図１に示す曲線は粘性閾値温度Ｔ_０を示すものであり、これはインクの粘度がその最小値と最大値との中間にある温度として定義される。Ｔ_０において、インクの粘度は簡単に流動できるほど十分に低いものとなる。Ｔ_０は通常、例示ゲルインクでは約５５℃から約６５℃の範囲とすることができる。例示実施形態では、インクは少なくとも粘性閾値温度まで加熱し、下地面に対する表面／界面張力と界面毛管力の影響下でインクを十分に流動させて所望の熱的平滑化効果を達成することができる。

本方法と装置の実施形態は、下地上に形成された画像を平滑化し、平滑化期間中に画像との物理的な接触を伴うことなく画像のマイクロバンディングを緩和することができる。本方法と装置の実施形態は、インクの最小のプリントスルーをもって多孔質下地上でインクを平滑化することができる。多孔質下地は、インクが反対側の裏面（その上にもインクを付着させることができる）に向けて付着する前面から延在する開気孔を有する。開気孔は、前面と裏面により定義される下地の厚さ寸法を通って部分的あるいは完全に延在することがある。気孔は、インクが浸透可能である。

本方法と装置は、ゲルインク等のインクを、塗被紙、プラスチック、および金属フィルムや積層体等の普通紙以外の下地上で平滑化するのに用いることもできる。これらの下地は、インクに対し非浸透性であるインク付着面を含むことがある。下地は、感熱プラスチック等の感熱材料で構成することができる。装置の実施形態は、乾式複写、平版印刷、およびフレキソ印刷に使用することができる。

装置の実施形態には、下地上に塗布されたインクを加熱するために照射線を照射する少なくとも１個の閃光灯が含まれる。照射された照射線は、短い持続時間の露光をもたらす。照射線露光はインクに十分な熱エネルギを供給し、それらを十分に高い温度に加熱し、それらの粘度を低減し、下地面上の表面張力により駆動される側方リフローによりインクを平滑化する。側方リフローは、インクが形成する画像のマイクロバンディングを緩和する。

実施形態では、閃光灯から照射される照射線は、インクから下地への最小の熱伝達だけを生ずるよう十分に高温かつ十分に短い加熱をもたらす。閃光加熱時間は、Ｔ_ＲＡＤと呼ばれる。この熱伝達は望ましくは、インク融点を上回る温度までインクに接する下地を加熱するには不十分とされる。照射線露光は、普通紙等の多孔質下地上のゲルインクのプリントスルー等を効果的に最小化することができる。

多孔質下地の表面のインクを特定の温度とすると、インク粘度と表面張力による表面の側方リフローによりインクの表面積を低減させることができる。
このインクの側方リフローを達成する時間量が、ｔ_Ｌ−Ｒである。同様に、下地の気孔内の毛管力は下地内への浸透をもたらす。この種の気孔内を所与の距離に亙ってインクが浸透する時間量が、ｔ_ＰＥＲＭである。インクが吸収した熱は熱伝導によってより低温の下地に伝達され、下地の表面近傍領域を最も加熱し、結果的に下地の反対側の面へ伝わる。下地内でこの種の放熱を起こさせるべく、特性時間ｔ_ＤＩＦＦが存在する。ｔ_ＤＩＦＦの値は、下地の熱容量と熱拡散率に加えて温度勾配も含む要因に依存する。

平滑化処理の実施形態では、これらの時間値間には下記の関係が望ましく、すなわち、ｔ_ＲＡＤはｔ_Ｌ−Ｒおよびｔ_ＰＥＲＭと同等かそれよりも短く、ｔ_ＰＥＲＭはｔ_Ｌ−Ｒよりも長く、ｔ_Ｌ−Ｒはｔ_ＤＩＦＦよりもずっと短くする。これらの関係は、下記の如く書き表すことができる。すなわち、ｔ_ＲＡＤ≦ｔ_Ｌ−Ｒ＜ｔ_ＰＥＲＭ≪ｔ_ＤＩＦＦである。ｔ_ＤＩＦＦが十分に長いときは、たとえｔ_ＰＥＲＭが短い場合でも、下地内の熱勾配は十分大きく、インクは下地の上面近傍で急冷され、その表面に沿って主に側方にリフローすることになる。

図２は、印刷に有用な装置１００の例示実施形態を表わす。この装置１００は、インク１１２を下地上に付着させるマーキング装置１１０と、付着させたばかりのインクを選択されたスペクトルの照射線１２２で照射し、インクを平滑化する平滑化装置１２０とを含んでいる。例示した装置１００は、平滑化されたばかりの紫外線硬化インクを、画像を形成するのにこの種のインクを下地上に随意選択的に用いたときに、照射紫外線１３２で照射し、インクを架橋結合させて耐久性をもたらす随意選択的な紫外線硬化装置１３０もまた含んでいる。

図２は、プラテン１５０上に支持された下地１４０を示す。プラテン１５０は、静止したままとすることができる。他の実施形態では、プラテン１５０は平滑化装置１２０に対し処理方向Ａに沿って可動とすることができる。他の実施形態では、別個の印刷プラテン（図示せず）をマーキング装置１１０に配設することができ、別個のプラテン（図示せず）を平滑化装置１２０に配設することができ、別個のプラテン（図示せず）を硬化装置１３０に配設することができる。装置１００内のプラテンは、例えばプレートとすることができる。ローラ等の他種の装置を、下地１４０の移送に用いることもできる。塗布されたばかりのインク１４４の層が、下地１４０の上面１４２に図示してある。プラテン１５０は、マーキング装置１１０、平滑化装置１２０、および随意選択的な硬化装置１３０を通過して下地１４０を処理方向Ａに移送するように移動し、下地１４０上に画像を生成することができる。平滑化装置１２０は通常、処理方向Ａに沿って約１０ｃｍから約５０ｃｍの距離だけマーキング装置１１０から離間させることができる。

マーキング装置１１０には、１以上の印刷ヘッド（図示せず）を含めることができる。例えば、印刷ヘッドは被加熱圧電印刷ヘッドとすることができる。一般に、マーキング装置１１０はこのマーキング装置１１０内に通常互い違いに配列された複数の一連の印刷ヘッドを含む。印刷ヘッドは、ステンレス鋼等で構成することができる。印刷ヘッドは、異なる寸法の下地を用いて印刷を行なうモジュラー型拡張規模可変配列を提供することができる。印刷ヘッドは、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックのインクを用いて、異なる色のインクがそれぞれの上に印刷できるようにすることができる。

印刷ヘッドは、インクを十分に高い温度まで加熱し、ノズルからの噴射に向けインク粘度を所望粘度に低減することができる。高温のインクは、印刷ヘッドのノズルからマーキング装置１１０の静止あるいは可動下地上へ液滴として噴射される。

紫外線硬化ゲルインク等のゲルインクは、マーキング装置１１０の印刷ヘッドに用いることができる。他の実施形態では、ワックスインク等の適当な特性を有する他のインク種をマーキング装置１１０内に使用して画像を形成することができる。このインクは、冷却あるいは加熱期間中に温度の小さな変化に対し粘度の大きな変化を呈することがある。例えば、ゲルインクは印刷ヘッド内で粘度閾値温度を超える温度まで加熱することができる。紫外線硬化ゲルインクは通常、印刷ヘッド内で少なくとも約８０℃の温度まで加熱し、噴射用に所望の粘度を発現させることができる。紫外線硬化インクは通常、例えば約８０℃から約７０℃の如く、噴射温度から約１０℃だけ冷却したときに粘度の大幅な増大を呈することがある。インクが普通紙等の下地に衝突すると、より温度の低い下地へインクから熱が伝わる。付着させたばかりのインクは急速に冷却し、下地上にゲル稠度を発現させる。急速冷却のために、側方へのリフローあるいは下地上で平滑化するのにインクは十分な時間を持たない。その結果、インクを用いて下地上に形成された画像はマイクロバンディングを呈することがある。

平滑化装置１２０は、インク１４４に照射する照射線１２２を照射する少なくとも１個の閃光灯を含んでいる。一般に、通常の閃光灯は、閃光灯筺体から約２５ｍｍの距離（図９の長さｄ）にある下地上の約２５ｍｍ（図９に示す長さＸ_１）の幅狭の区域だけを照射する。平滑化処理を介する下地の処理量は、インクを効率的に平滑化する１パルス当たりの十分な光学エネルギをもって照射する区域の長さと閃光灯のパルス駆動レートとに依存する。処理量は、閃光灯の数および／またはそれらをパルス駆動するレートを増やすことで増大させることができる。通常、４個以上の閃光灯からなる一群を共通拡張反射器と共に用い、より長い平滑化域を均一に照らし、それによって平滑化装置の処理能力を増大させることができる。照射線には、電磁スペクトルの可視光−赤外線部分に含まれる照射スペクトルを持たせることができる。実施形態では、照射エネルギ源は例えば可視光域（約４００ｎｍから７００ｎｍ）を包含し、赤外線域（７００ｎｍ超）に亙る照射スペクトルを有する広帯域ＩＲ−ＶＩＳ（赤外線−可視光照射線）照射エネルギ源とすることができる。

平滑化装置に使用する閃光灯は、例えば約２５ｍｍから約２００ｍｍの範囲の露光域焦点幅を達成することができる。

実施形態では、閃光灯と下地は共に静止したままとすることができる。他の実施形態では、下地は下地の照射期間中に閃光灯に対し移動させることができる。原則として、平滑化装置に対する下地の所与の移送速度では、閃光灯の焦点幅を減らすことで下地上のインクの露光時間は減らされる。しかしながら、一般に閃光灯の露光時間は約１ｍｓである。したがって、１ｍ／ｓの下地速度では、下地は約１００ｍｍから約２００ｍｍの露光域内を閃光期間中に約１ｍｍだけ移動する。

下地１４０を支えるプラテン１５０は、平滑化装置１２０でのインクの照射期間中に下地１４０の底面から放熱するよう温度制御し、平滑化処理期間中にインクと下地の温度を制御し、プリントスルーを最小化することができる。下地１４０に当接するプラテン１５０の面は、例えば約２℃から約２２℃の温度に保つことができる。平滑化温度は、平滑化プラテン１５０上での水の凝縮を阻止するのに必要な環境制御量もまた最小化しつつ、許容可能なプリントスルーを達成するよう選択される。

他の実施形態では、インクの照射期間中に下地のいずれかの部分が十分な高温に達して多孔質下地内のインクの最小量の垂直移送を上回る結果を招くという懸念を伴わずに、下地上のインクの十分な側方リフローが達成できるときは、下地を支持するプラテンを温度制御しなくてもよい。実施形態では、多孔質下地にインクの充分な定着をもたらすには若干量のインクの垂直搬送が望まれる。非多孔質プラスチックや金属等の非多孔質下地では、下地面に対するインクの化学結合や下地面での微細孔が下地に対するインクの十分な固着をもたらすことができる。

図２に示す装置１００では、平滑化装置１２０の閃光灯が下地１４０上のインク１４４を照射する。閃光灯は、約５ｍｓ未満、約４ｍｓ未満、約３ｍｓ未満、約２ｍｓ未満、あるいは約１ｍｓ未満等の約１０ｍｓ未満のパルスをもって照射線を照射することができる。単一の閃光灯は、使用する特定の閃光灯と反射器装置とに応じて約２５ｍｍから約５０ｍｍの十分な総平滑化エネルギをもって処理方向Ａにおける一定距離を覆う照射線を照射することができる。

平滑化期間中にプラテン１５０により下地を移動させる実施形態では、下地１４０は閃光灯に対し通常約１ｍ／ｓから約２ｍ／ｓまでの速度で移動させることができる。移動する下地１４０上のインク１４４は、閃光灯によって短い時間量だけ照射される。原則として、下地の移送速度を増やすことで下地１４０上のインク１４４の露光時間が減る。しかしながら、一般的に、閃光灯の露光時間は約１ｍｓであり、共通拡張反射器内で約４個から８個の閃光灯を通常使用することができる。したがって、１ｍ／ｓの下地速度については、下地は約１００ｍｍから約２００ｍｍの露光域内での閃光期間中に約１ｍｍだけ移動することになる。

図９は、平滑化装置１２０に使用することのできる単一の閃光灯装置１６０の例示実施形態を示す。閃光灯装置１６０は、閃光灯１６２と、閃光灯１６２が照射する照射線１６５を反射するよう位置決めされた反射器１６４と、筺体１６６とを含んでいる。下地１７０は、閃光灯装置１６０の下側に配置して図示されている。閃光灯は、それが放射線を発する各時点で短い時間量だけ起動される電灯の一種である。下地上でインクを平滑化するのに用いることのできる例示的な種類の閃光灯は、キセノン閃光灯である。キセノン閃光灯は、極めて短い持続時間に亙って非常に強烈な非干渉性の全スペクトル白色光を生成する電気発光放電灯である。この電灯は、主にキセノンの気体混合物を充填した封止管、例えば融解水晶と、気体混合物に電流を搬送する電極とを備える。気体混合物に通電するのに、高圧電源が用いられる。この高電圧は通常コンデンサに蓄えられ、電灯のトリガー時に極めて高い電流の極めて高速の給電を可能にする。使用することのできる適当な例示閃光灯は、マサチューセッツ州ウィルミントン市のＸｅｎｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社から入手可能な型番ＲＣ８０２−ＬＨ８４０Ｉｎｔｅｒｗｅａｖｅ閃光灯である。この閃光灯は、直線形であり、１６インチの長さを有しており、例えば毎秒３パルスで稼働させることができ、閃光灯筺体から約１インチの距離ｄで下地上に１パルス当たり約１．２５Ｊ／ｃｍ^２の公称エネルギ密度を給送することができる。約１から４Ｊ／ｃｍ^２の１閃光当たりのエネルギ密度を給送することのできる他の閃光灯もまた、用いることができる。実施形態では、インクへのエネルギ入力は約０．１Ｊ／ｃｍ^２から約３Ｊ／ｃｍ^２、すなわち入来閃光エネルギの約１０％から約７５％の吸収率とすることができる。また、実施形態では、共通の拡張された反射器を有する４個以上の閃光灯が通常用いられ、被拡張域を照射して平滑化装置を介するより高い処理量を可能にする。

例示反射器１６４は、楕円反射器である。図９には、反射器に関する光線軌跡が示してある。図示の如く、楕円反射器１６４および直線閃光灯１６２は処理方向に沿って約１インチの露光域Ｘ_１上に集中露光をもたらすことができる。

装置１００では、閃光灯によりインク１４４に対し照射された照射線はインクを加熱するのに有効であり、インク粘度を十分に低下させて側方リフロー、すなわち下地１４０の上面１４２に対する熱によるインクのリフロー平滑化を可能にする。インクは、照射エネルギによって部分的に融解させるかあるいは完全に融解させることができ、完全融解ではより大きなリフロー被覆面積とより望ましい平滑化とがもたらされる。インクは閃光加熱器により十分高速に加熱し、これによりインクから平滑化期間中の下地１４０への熱伝達を十分小さなものとし、したがって下地界面でのインクを粘性閾値温度未満の温度に冷却し、それによって下地１４０への相当量のインクの浸透を阻止することができる。「下地界面」はインクが下地と接触する所として定義され、それは上面１４２または上面１４２の下側とすることができる。加熱から生ずる下地１４０内へのインク１４４の浸透は、例えば約２０μｍ未満、約１０μｍ未満、約５μｍ未満、約４μｍ未満、約３μｍ未満、あるいは約２μｍ未満の最大深度に限定することができる。その結果、垂直インク流による普通紙等の多孔質下地のプリントスルーを実質除去することができる。インク１４４の側方リフローは、下地１４０上のインク１４４のマイクロバンディングを緩和することによって光学密度を改善する。

本方法と装置の実施形態に使用することのできる異なるインクは、平滑化目標温度で異なる粘度と表面張力とを持たせることができる。平滑化時間と照射出力と閃光加熱器の照射スペクトルとを含む平滑化処理パラメータは、本方法と装置に使用するインクの特性に整合し、表面張力と毛管力とにより駆動されるインクの所望のリフローと平滑化とをもたらす。

図３は、インク平滑化処理期間中に時間の関数としての波形構造を有するインク画像の高低差間のモデル関係を示す。モデルは、平滑化期間中に、１ｃｐ、１０ｃｐ、１００ｃｐおよび１０００ｃｐのインク粘度と、２０μｍの波形寸法と、１０μｍの始端高低差と、３０ダイン／ｃｍのインク表面張力とを用いる。図示の如く、インク粘度が減少するにつれて、高低差の所与の低減を達成するのに必要な時間量は減少する。これらの結果は、平滑化処理に関する時間尺度が表面張力とインクの粘度の両方に加えて波形の長さ寸法にも依存することを示すものである。表面張力により駆動される粘性液体については、無次元時間ｔ_ＮＤにより時間依存度を特性解明することができる。ここで、ｔ_ＮＤ＝（表面張力×時間）／（粘度×長さ）約０．１の無次元化時間が、平滑化にとって望ましい。これらの結果は、インクに対する照射線の０．１ｍｓの持続時間が、表面張力３０ダイン／ｃｍを有する液体については１００ｃｐで２０μｍの波形あるいは１０ｃｐで２００μｍの波形の平滑化にとって十分であることを示すものである。

図４は、インクの融解処理と凝固処理期間中の異なる紫外線硬化ゲルインクの形成に関する複合粘度と温度との間の関係を示すものである。これらの曲線は、市販の血流計で直接計測した。インクＡからＥは、下記の重量組成を有しており、すなわち、インクＡ：低濃度ゲル（５％）−低濃度ワックス（２％）、インクＢ：低濃度ゲル（５％）−高濃度ワックス（１０％）、インクＣ：高濃度ゲル（１０％）−低濃度ワックス（２％）、インクＤ：高濃度ゲル（１０％）−高濃度ワックス（１０％）、インクＥ：７．５％ゲル−５％ワックスである。図４の結果は、平滑化を特性解明するのに融解処理を用いたときに粘度が３０℃で約１０^５ｃｐから８０℃で約１０ｃｐまで変化することを示すものである。

図５と図６は、短時間、すなわち１ｍｓのエネルギパルスを用いた下地に対する紫外線硬化ゲルインクのインク層の加熱に関するモデル結果を示す。パルスは、閃光灯により生成することができる。図５は加熱前のインク形状と温度とを示すものであり、図６は加熱から生ずる１ｍｓの時点でのインク形状と温度とを示す。モデルでは、インク層に対するエネルギ入力は、０．１２Ｊ／ｃｍ^２（入来閃光エネルギの約１２％の吸収率）である。図５と図６では、ｘ軸（幅次元）とｚ軸（深さ方向）はｃｍ単位を有し、温度はケルビンである。ゲル化した紫外線硬化インクの行ピーク間の間隔は、４２μｍ（６００ｄｐｉ印刷用の間隔）である。ゲル化したインクの行の開始高さは、下地上の５μｍの連続インク層上で２０μｍである。このインク高さは、約２層の印刷されたばかりのインク（例えば、シアンインク＋マゼンタインクの合成層等の等和色）に対応する。図６に示す如く、インク層の持続時間の短い加熱がインクを平滑化する。インクは、ピーク領域において最大温度に達する。

図７は、閃光灯からエネルギのパルスを用いたインク層の加熱から生ずる１ｍｓの時点での位置の関数としてのインク粘度を示す。図示の如く、インク粘度はピーク領域において最小値をとる。

図８は、インク層の加熱から１ｍｓ経過後の位置の関数としての厚さ方向における下地温度を示す。図示の如く、下地はインク層の加熱によって認め得るほどに加熱されることはない。用紙上部の約１μｍの厚さの極めて薄い層内の最も温暖な点は４８℃に過ぎず、ここではインク粘度は１０^３ｃＰを相当に上回るものとなる。

図１０は、セリウムドープガラス管を有するＡ型キセノン閃光灯の照射スペクトルを示す。ガラス管は、中波長紫外線（２９０から３２０ｎｍ）と短波長紫外線（２００から２９０ｎｍ）照射線を濾波除去し、これによりランプは長波長紫外線（３２０から４００ｎｍ）照射線のみを照射する。

紫外線硬化インクは、長波長紫外線に対し感度を有する光重合開始剤を含むことができる。紫外線硬化ゲルインクの重合を引き起こし得る閃光灯の長波長紫外線照射スペクトルの全ての部分を濾波除去することが、望ましい。この種の重合は、閃光灯が生成する熱リフローエネルギが生成する所望の平滑化を阻止することがある。図１０は、大量の長波長紫外線がＡ型キセノン閃光灯内のセリウムガラスにより３２０ｎｍから３５０ｎｍの範囲で取り除かれることを示すものである。照射スペクトルの相当部分が、３５０ｎｍから４００ｎｍの範囲内に残る。

図１１は、アクリライトＯＰ−３フィルタの透過スペクトルを示す。図示の如く、フィルタは４００ｎｍ未満の波長を有する照射線を取り除く。

図１２は、濾波をしないセリウムドープガラス管を用いたＡ型キセノン閃光灯とアクリライトＯＰ−３フィルタを用いて濾波した後のこの閃光灯の照射スペクトルとを示す。図示の如く、フィルタは４００ｎｍ未満の波長を有する電灯閃光の照射線を取り除く。Ａ型キセノン閃光灯の照射スペクトルの一部の濾波は、シアンとマゼンタとブルー（シアンの上にマゼンタ）を含む異なるインク色ごとに閃光灯の平滑化性能を改善することができる。この改善は、ブルーインクにとって意義深いものとなりうる。

線幅成長は、インクの閃光平滑化から生ずる下地面上のインクの拡散量の測度として用いることができる。図１３と図１４は、異なる下地材料上の６００ｄｐｉのシアン（図１３）とブラック（図１４）の紫外線硬化ゲルインクの単一画素線に関する線幅成長を示すものである。それらの全範囲を用いた線幅計測値が、異なる下地について、閃光灯平滑化を施したものと対比し閃光灯平滑化を施していないものについて図示してある。下地材料には、光沢紙、ポリウレタン被覆アルミニウム、アクリル被覆ポリエステル、およびアクリル被覆ポリプロピレンが含まれる。
図１３と図１４において、「オフ」は閃光平滑化を伴わないことを意味し、「オン」は閃光平滑化を伴うことを意味する。３Ｈｚで３インチ／ｓの処理量で作動する（ＤＮＡ基対を崩壊させる２５４ｎｍ紫外光までを通過させる）Ｇｅｒｍｉｃｉｌ型水晶管を有する直線形Ｂ型キセノンランプを用い、インクを照射した。４００ｎｍから１１００ｎｍの領域におけるＢ型キセノンランプの照射スペクトルは図１２のＡ型ランプのものと実質同一であるが、Ｂ型ランプは長波長紫外線（３２０から４００ｎｍ）と中波長紫外線（２９０から３２０ｎｍ）と短波長紫外線（２００から２９０ｎｍ）照射線もまた含むものである。図１３と図１４に示す結果は、一般にＢ型キセノン閃光灯がシアンよりもブラック線に対し大きな線幅成長を生み出すことを実証するものである。

図１３と図１４に示すシアン線を上回るブラック線に関するより大きな線幅は、シアンインクよりもブラックインクによるキセノンスペクトルの吸収が上回ることに起因するものである。図１５は、標準的な２１ｎｇ（ナノグラム）液滴寸法で噴射されたマゼンタ、イエロー、シアン、およびブラックの各インクの単一の６００ｄｐｉ層により吸収されるアクリライトＯＰ−３付きＡ型キセノンランプが照射する全エネルギフラックスの大きさを示す。波長全体に照射および吸収スペクトルを畳み込み積算することで得られた大きさは、下記の如くであり、すなわちブラックが８９％、シアンが５９％、イエローが３８％、マゼンタが３２％である。図１３と図１４に示す如く、閃光平滑化後の線幅の標準偏差は、閃光平滑化前の付着されたばかりの線を概ね上回るものとなる。この結果は、少なくとも部分的に直線形電灯からの閃光の非均一性に起因することは確かである。

インクを高速加熱する閃光灯を使用し、下地の若干の加熱しか伴わずに下地上での高速リフロー平滑化を可能にすることで、普通紙等の多孔質下地内へのインクの浸透を緩和し、最低要求から最高要求までの範囲のアプリケーション向けに許容可能なプリントスルーを達成することができる。実施形態では、平滑化用のインクの熱リフローの有効性はインクの加熱から生ずる線幅成長量に基づき評価することができる。例えば、熱リフローは、６００ｄｐｉの単一の画素線インクが約６０μｍの付着されたばかりの線幅から約１００μｍの拡散したばかりの線幅まで拡散するときの平滑化について許容可能であるとして評価することができる。固体インクでは、６０μｍから１００μｍの線幅成長は、完全に欠落した深刻な噴射／印刷線までの掠れや誤誘導された噴射の欠陥をマスクするのに十分である。実施形態では、１００μｍの幅の平滑化されたばかりの線幅は、６００ｄｐｉで印刷された照射線硬化ゲルインクを用いた単一パス印刷向けの許容可能な値として選択することができる。

下地上でインクを平滑化する方法の実施形態では、インクの同時硬化を実質一切伴うことなく下地面上でのインクの平滑化を生み出すことが望ましい。硬化は、下地衝突時にインク液滴の凝固により形成される波形構造の平滑化を妨げることになる。平滑化が妨げられた場合、マイクロバンディングは効果的に緩和されず、完全に欠落した線を効果的に隠せないことになる。インクの硬化は、インク内に架橋結合あるいは重合反応が行われる際に生ずる。実施形態では、インクの平滑化に用いる照射線源は平滑化期間中に硬化を実質的に生じないインクに照射線エネルギを照射するよう選択される。

インク平滑化方法の他の実施形態では、照射線源の照射スペクトルの一部分が平滑化対象であるインク組成物の硬化を引き起こすことがある場合、インクの平滑化期間中に比較的少量の硬化もまた生じ、濾波等ではこの部分は除去されない。しかしながら、これらの実施形態では、照射線源は、インクの架橋結合または重合がインク粘度を増大させることができるよりも高速でおよび／またはより大きな程度でインク粘度を低減させながら、平滑化を生み出すのに十分な温度までインクを加熱するのに有効な照射線エネルギを照射することができる。温度変化によってこうした態様にてインク粘度が低減される結果、平滑化期間中に生ずることのあるどのような硬化も実質的に平滑化を妨げず、インクに対する平滑化の所望の結果を依然として達成することができる。このことは図１４に見てとることができ、ここではブラックインクによるＢランプからの放射エネルギの高率吸収が、紫外線硬化照射線の相当の硬化線量がブラックインクに対しても入射したとしても、線幅（１００ｎｍを上回る）の十分な増大をもたらし、全ての下地に対する効果的な平滑化をもたらす。図１３のシアンインクには、同一線量の平滑化照射線と硬化照射線もまた入射させた。線幅は平滑化照射線により再び増大するが、シアンインクによる可視光および近赤外光平滑化照射線の低率吸収が故に、粘度はブラックインクほどに効果的に低減はされなかった。紫外線硬化照射線もまた吸収され、一部の重合／架橋結合が生じ、そのことがインクの粘度を上昇させるのに資する。本質的な影響は、マイクロバンディングを緩和し、あるいは欠落した線を完全に隠す上で、硬化が平滑化を妨げ、（１００ｎｍ未満の）不十分な線幅成長が達成される点にある。

下地上の画像の耐久性を達成するのにインクの硬化が望まれる実施形態では、インクの平滑化に続くインク組成物の所望の硬化を生み出すのに有効な放射線エネルギにインクを曝すことができる。

図１６は、普通紙等の多孔質下地のインクのプリントスルーのレベルを格付けするのに用いることのできる例示的な標準画像基準（ＳＩＲ）を示す。図示の如く、ＳＩＲチャートの数値レーティング目盛は０から４の範囲にあり、０は最小のプリントスルーを、４は最大を表わす。ＳＩＲ値０は、全てのアプリケーションについて許容可能と判断され、ＳＩＲ値１は、要求の最も厳しいものを除き全てのアプリケーションについて許容可能と判断され、ＳＩＲ値２は要求の最も低いものを除き全てのアプリケーションについて許容不能と判断され、ＳＩＲ値３は、全てのアプリケーションについて許容不能と判断され、ＳＩＲ値４もまた全てのアプリケーションについて許容不能と判断される。一般に多孔質下地内のプリントスルーは、ＳＩＲチャートに従い０または１のレーティングが達成された場合、許容可能であると判断することができる。

ＤＯＥ（実験計画法）を実行し、多孔質下地に付着させたインクの許容可能なライン幅成長と許容可能なプリントスルーを達成するための例示印刷処理条件を割り出した。Ｘｅｒｏｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社から入手可能な２種の普通紙、Ｘｅｒｏｘ ４２００（４２００番）とＸｅｒｏｘ Ｃｏｌｏｒ Ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｓ（白色度９８のＣＸ９８番）とを、使用した。Ｘｅｒｏｘ４２００番は相対的に有孔度の高い普通紙であり、ＣＸ９８番は相対的に有孔度の低い普通紙である。図２に表わした装置上で、ＤＯＥを実行した。装置では、マーキング装置１１０の静止した印刷プラテン上と平滑化装置１２０の静止した平滑化プラテン上とに用紙を支持した。印刷プラテンと平滑化プラテンを、再循環グリコール温度コントローラを用いて冷却した。マーキング装置１１０は、単一の画素線幅にて６００ｄｐｉの被加熱シアンおよびマゼンタのゲルインクを用紙に付着させる印刷ヘッドを含むものであった。シアンインクは、高濃度ゲル（１０％）−高濃度ワックス（１０％）インクであり、マゼンタインクは７．５％ゲル−５％ワックスを含む標準的な調合であった。平滑化装置１２０は、インクの非接触画像平滑化を生成するアクリライトＯＰ−３フィルタを有するＡ型キセノン閃光灯（図９）を含むものであった。閃光灯の濾波された照射スペクトルが、図１２に示してある。平滑化から生ずる画素線の線幅成長を、計測した。

４２００番用紙に関する線幅計測値に対するＤＯＥモデル適合は、シアンインクについて図１７Ａに、またマゼンタインクについて図１７Ｂに示してある。ＣＸ９８番用紙に関する線幅計測値に対するＤＯＥモデル適合は、シアンインクについて図１８Ａに、またマゼンタインクについて図１８Ｂに示してある。図１７Ａから図２０Ｆでは、「Ａ閃光」に関する値−１．０は閃光灯が消灯した（平滑化を伴わなかった）ことを意味し、「Ａ閃光」に関する値１．０は閃光灯が点灯した（平滑化を伴った）ことを意味する。図１７Ａから図２０Ｆの全てにおいて、「プラテンＴ」は印刷プラテン温度を指し、「赤外線プラテンＴ」は平滑化プラテン温度を指す。

図１７Ａ、１７Ｂ、１８Ａ、１８Ｂ内のＤＯＥモデル適合から見てとることのできる４２００番普通紙とＣＸ９８番普通紙上の閃光平滑化実験の結果に基づき、Ａ型キセノン閃光灯を用いた相当の線幅成長が達成される。シアンとマゼンタの線幅は、ＤＯＥの範囲全体でプラテン温度に対して極めて微かに依存するだけである。シアン線は、閃光平滑化の結果として、付着させたばかりの約６０μｍから約１２０μｍ〜約１３０μｍへ成長し、一方マゼンタ線は約６０μｍから約１１０μｍへ成長する。本願明細書に記載した規範によれば、シアンインクとマゼンタインク両方の線幅成長は、マイクロバンディングを緩和し、さらにまた完全に欠落した深刻な噴射／印刷線までの掠れや誤誘導された噴射の欠陥をマスクする上で許容可能である。マゼンタ用の若干より小さな線幅は、図１５に示す如く、シアンインクよりもマゼンタインクによるＡ型キセノン閃光灯の閃光エネルギのより低い吸着に起因することは確かである。シアンインクとマゼンタインクが吸着した閃光灯エネルギの合計の大きさは、５９％シアンと３２％マゼンタと既に算出されている。

Claims (4)

1. 下地上にインクを平滑化する方法であって、
   少なくとも１個の閃光灯が照射する照射線を用いて多孔質下地の第１の面に付着させるインクを照射する工程を含み、照射線の照射は少なくともインクの粘性閾値温度までインクを閃光加熱する一方でインクから下地への熱伝達を抑制するように短時間に設定され、前記加熱により第１の面上を側方にインクを流動させてインクの平滑化をもたらし、下地界面上のインクを粘性閾値温度未満の温度へ冷却して第１の表面から下地内へのインクの浸透を所与の深度に限定する、方法。
2. 下地の第１の面に付着させたインクが波形構造と印刷線幅とを有し、
   平滑化がインク幅を増大させる、請求項１に記載の方法。
3. 前記少なくとも１個の閃光灯によって照射された照射線を照射してもインクの硬化が実質的に生じない、請求項１に記載の方法。
4. 各閃光灯は、電磁スペクトルの可視光部分から赤外線部分までの範囲に含まれる照射スペクトルを有する、請求項１に記載の方法。
   

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