JP6457022B2 - 熱転写用光ペン及び熱転写装置 - Google Patents

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Description

本発明は、熱転写用光ペン及び熱転写装置に関する。詳しくは、熱転写シートを用いて被転写物に転写を行う熱転写用光ペン及び熱転写装置に関する。
従来より、意匠性の向上等を目的として、熱転写シート(転写箔等ともいう。)を利用した熱転写法による装飾加工が行われている。熱転写シートは、大まかには、基材と、装飾層と、接着層とがこの順に積層されて構成されている。そして熱転写に際しては、被転写物に、接着層側が当接するように熱転写シートを重ね、加熱された熱ペンでシートを上から押圧(箔押し)する。このことにより、熱転写シートの押圧体において接着層が溶解され、被転写物の表面に付着したのち、放熱により硬化する。その結果、被転写物から熱転写シート(基材)を剥離することで、箔押しした部分に対応する形状の装飾層を接着層とともに被転写物に付着させることができる。これにより、被転写物の表面に、任意の図柄等による装飾が施される。
例えば、特許文献1には、熱ペンを備える熱転写装置を用い、転写形状に関するデータに基づいて自動的に熱ペンを走査することで、この熱転写法を実施することが開示されている。
特開2013−220536号公報 特開2016−215599号公報
ところで、従来の熱転写法では、加熱された熱ペンにより熱転写シートを押圧することで、熱転写シートを直接加熱することが一般的であった。その一方で、最近になって、ペン先からレーザー光を出射するレーザーペンを用い、このレーザーペンにより熱転写シートを加熱・押圧することが行われてもいる。すなわち、レーザーペンにおいては、熱供給源としてレーザー光を利用し、光エネルギーを熱エネルギーに変換して熱転写を実現する。このレーザーペンのペン先は、レーザー光の屈折や散乱を抑え、レーザー光の直進性を維持する目的で、ガラス板等の平坦な部材により構成されている(例えば、特許文献2参照)。
かかるペン先を備えるレーザーペンは、例えば、平面や、平面を緩やかな凸状に湾曲させた弧面(典型的には、円柱状表面等の円弧面)などからなる被転写物に転写する場合には好適に使用することができる。しかしながら、被転写面が凹凸を備えていたり、レーザーペンに対して傾斜したりする場合は、ペン先が被転写面に対して十分に接触することができず、延いては熱転写シートを被転写面にムラなく押圧して所望の箔押しをすることができないという問題があった。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱転写シートへの熱供給源として光を用い、表面に凹凸のある被転写物に熱転写する場合であっても、熱転写を良好に行うことができる熱転写用光ペンおよび熱転写装置を提供することである。
本発明に係る熱転写用光ペンは、先端部を有する中空状のペン本体と、ペン本体の先端部に設けられ、先端に向けて凸状の曲面を有する押圧体と、一端部および他端部を有し、少なくとも一部がペン本体の内部に配置された導光体と、導光体の一端部に接続された光源と、を備える。そして導光体の他端部は、ペン本体の内部にて押圧体に対向するようにペン本体の先端部に配置され、押圧体は、光源から発せられる光に対して透明な材料からなっている。
上記の熱転写用光ペンによると、押圧体を直接加熱することなく、被転写物に光エネルギーを供給することで当該被転写物を加熱するタイプの光ペンにおいて、押圧体と被転写物とをより狭い面積で接触させることができる。これにより、例えば、表面に凹凸や傾斜等のある被転写物に熱転写する場合であっても、被転写物の凹部や傾斜部を押圧体で押圧することができ、転写ムラを低減することができる。また、より狭い線幅で被転写物を押圧することができる。これにより、転写ムラの発生を抑えるとともに、従来の光ペンとは異なる繊細な熱転写を良好に行うことができる熱転写用光ペンが実現される。
本発明に係る熱転写装置は、上記の熱転写用光ペンと、被転写物を載置する載置台と、載置台と熱転写用光ペンとを相対的に移動させる移動機構と、熱転写用光ペンに備えられた光源と、移動機構とに通信可能に接続され、光源と移動機構とを駆動する制御装置と、を備える。ここで制御装置は、熱転写用光ペンおよび載置台を移動機構によって相対的に移動させることにより、被転写物上に熱転写用光ペンの押圧体を押し当てるとともに、熱転写用光ペンの光源から被転写物上に光を供給するように構成されている。
上記の熱転写装置は、上記の熱転写用光ペンを備えている。したがって、この熱転写装置を用いることによって、上記熱転写用光ペンによる熱転写を自動的に実施することができる。これにより、例えば、予め用意した走査データに基づいて、熱転写用光ペンを走査することができる。また従来の光ペンとは異なる繊細で転写ムラの低減された熱転写を、繰り返し好適に実施することができる。
本発明によれば、熱転写シートへの熱供給源として光を用い、表面に凹凸のある被転写物に熱転写する場合であっても、転写ムラを抑制して熱転写を良好に行うことができる熱転写用光ペンおよび熱転写装置を提供することができる。
本発明の一実施形態に係る箔転写方法で使用する熱転写装置を模式的に示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る熱転写用光ペンの構成を模式的に示す断面図である。 一実施形態に係るホルダの先端部分の構成を模式的に示す斜視図である。 図3Aのホルダの先端の突部の上面図である。 図3Aのホルダの先端の突部の下面図である。 図3Bのホルダの先端の突部のA−A線断面図である。 図3Bのホルダ先端の突部のB−B線断面図である。 一実施形態に係る熱転写用光ペンの構成を示す模式図である。 他の実施形態に係るホルダと押圧体との配置を模式的に示す部分断面図である。
以下、適宜図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。なお、ここで説明される実施形態は、当然ながら特に本発明を限定することを意図したものではない。また、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は適宜省略または簡略化する。
図1は、ここに開示される技術の一実施形態に係る熱転写装置1を示す斜視図である。なお、以下の図面において、符号Yは、主走査方向を示している。符号Xは、主走査方向Yと直交する副走査方向を示している。符号Zは、上下方向を示している。また、符号F、Rr、U、Dは、それぞれ前、後、上、下を示している。ただし、これらは説明の便宜上の方向に過ぎず、熱転写装置1の設置態様を何ら限定するものではない。各方向は、熱転写装置1の形態などに応じて適宜に設定可能である。
熱転写装置1は、被転写物42に熱転写シート43を重ねた状態で加熱および押圧することにより、被転写物42の表面に熱転写シート43中の装飾層を付与する装置である。被転写物42と熱転写シート43との組み合わせによっては、熱転写シート43とともに、後述の光吸収シート43aを併用することもできる。以下の説明では、被転写物42、熱転写シート43および光吸収シート43a等の「加熱および押圧」の対象を、被処理物44と総称する場合がある。
熱転写装置1は、装置本体10と、装置本体10を支持する2本のスタンド11と、制御装置50とを備えている。装置本体10は、主走査方向Yに延設されている。装置本体10は、ベース部12と、左側壁部13Lおよび右側壁部13Rと、ガイドレール20と、載置台40とを備えている。ベース部12は、スタンド11に固定されている。ベース部12は、主走査方向Yに延びている。左側壁部13Lは、ベース部12の左端に配設され、装置本体10の左側壁を構成している。右側壁部13Rは、ベース部12の右端に配設され、装置本体10の右側壁を構成している。ガイドレール20は、左側壁部13Lおよび右側壁部13Rに固定されている。ガイドレール20は、主走査方向Yに延びている。左側壁部13Lおよび右側壁部13Rは、ベース部12やガイドレール20に直交するように設けられている。右側壁部13Rには、操作パネル14が設けられている。
ベース部12には、円筒状の複数のグリットローラ12aが設けられている。複数のグリットローラ12aは、その円筒面を上方に露出させた状態でベース部12に埋設されている。グリットローラ12aは、X軸方向フィードモータ(図示せず)に電気的に接続されている。X軸方向フィードモータは、制御装置50によって制御される。グリットローラ12aの上方Uには、ピンチローラ15が設けられている。ピンチローラ15は、グリットローラ12aに対向している。グリットローラ12aとピンチローラ15との間には、載置台40が挟み込まれる。載置台40には、被転写物42と熱転写シート43を含む被処理物44が載置されている。ピンチローラ15は、載置台40に載置されるこれら被処理物44の厚さに応じて、Z軸方向の位置を設定可能に構成されている。グリットローラ12aとピンチローラ15とは、被処理物44を載置台40とともに副走査方向Xに搬送可能なように構成されている。グリットローラ12a、ピンチローラ15およびX軸方向フィードモータは、被処理物44を副走査方向Xに移動させるX軸方向移動機構の一例である。
ガイドレール20は、ベース部12の上方に配置されている。ガイドレール20には、キャリッジ22が係合している。キャリッジ22の後方Rr側の面には、主走査方向Yに張られた駆動ワイヤー(図示せず)の一部が固定されている。駆動ワイヤーは、Y軸方向スキャンモータ(図示せず)と電気的に接続されている。Y軸方向スキャンモータは、制御装置50によって制御される。Y軸方向スキャンモータが駆動することで、駆動ワイヤーが主走査方向Yに移動する。キャリッジ22は、駆動ワイヤーの動きに合わせて、ガイドレール20に沿って主走査方向Yに移動可能なように構成されている。キャリッジ22の前方F側の面には、後述の垂直スライダ機構24を介して、熱転写用ツール30が設置されている。ガイドレール20、キャリッジ22、駆動ワイヤーおよびY軸方向スキャンモータは、熱転写用ツール30を主走査方向Yに移動させるY軸方向移動機構の一例である。
垂直スライダ機構24は、キャリッジ22に搭載されている。垂直スライダ機構24は、ボールねじ(図示せず)と、固定送りナット(図示せず)と、ナット回転モータ(図示せず)と、把持機構(図示せず)とを備える直線移動機構である。ボールねじは、ねじ軸が上下方向Zに一致するように設置されている。ボールねじには、熱転写用ツール30を把持する把持機構が接続されている。ボールねじには、固定送りナットがねじ構造によって嵌まり合って(螺合して)いる。固定送りナットは、キャリッジ22に対して回転可能に固定されている。固定送りナットには、ナット回転モータが接続されている。ナット回転モータが固定送りナットを順方向または逆方向に回転させることで、ボールねじが上方Uまたは下方Dに回転することなくスライドされる。このことにより、熱転写用ツール30の上下方向Zの位置を上方Uまたは下方Dに移動させることができる。垂直スライダ機構24は、熱転写用ツール30をZ軸方向に移動させるZ軸方向移動機構の一例である。
図2は、一実施形態に係る熱転写用ツール30を模式的に示す断面図である。熱転写用ツール30は、キャリッジ22に搭載されて、載置台40の上方Uに配置されている。熱転写用ツール30は、光源32と、ペン本体31と、このペン本体31の下方Dの端部に固定された押圧体36とを備えている。
光源32は、被処理物44に対して熱源となる光を供給するための装置である。光源32は、キャリッジ22に搭載されている。被処理物44に供給された光は、熱エネルギーに変換されて被処理物44を加熱する。本実施形態における光源32は、レーザダイオード(LD)および光学系等を備えるレーザー発振装置により構成されている。光源32は、制御装置50に接続されている。光源32からのレーザー光の出射(オン)および停止(オフ)の切り替えや、レーザー出力等は制御装置50により制御される。レーザー光は応答速度が速いため、光の照射と非照射との切り換えはもちろんのこと、上記出力等の変更を瞬時に行うことができる。これにより、所望の性状を備えるレーザー光を出射することができる。
ペン本体31は、長尺の円筒形状である。ペン本体31は、長手方向が上下方向Zに一致するように配置されている。ペン本体31の軸心は、上下方向Zに一致している。ペン本体31の内部には、光ファイバ34と、フェルール35とが収容されている。また、ペン本体31の下端には、後述するホルダ38が備えられている。
光ファイバ34は、光源32から出射された光を伝送するファイバ状の光伝送媒体である。光ファイバ34は、光が通過するコア部(図示せず)と、コア部の周囲を覆い光を反射させるクラッド部(図示せず)とを備えている。光ファイバ34は光源32に接続されている。光ファイバ34は、上方U側の端部e1がペン本体31の外部に延出されている。光ファイバ34の端部e1は、光源32に付属のコネクタ32aに挿入されている。このような構成によって、光ファイバ34は、光損失を低く抑えた状態で光源32に接続される。光ファイバ34の下方D側の端部e2には、フェルール35が装着されている。フェルール35は、円筒形の光接合用部材である。フェルール35には、円筒軸に沿って貫通穴35hが設けられている。光ファイバ34の端部e2は、フェルール35の貫通穴35hに挿入されている。これにより、光ファイバ34の端部e2における中心軸と、フェルール35の円筒軸とを一致させることができる。光ファイバ34およびフェルール35は、本発明における導光体の一例である。
ペン本体31の下方Dの先端部にはホルダ38が備えられている。ホルダ38は、ペン本体31の下端においてフェルール35を所定の位置に保持する保持部材である。ホルダ38は、キャップ形状を有している。ホルダ38の上部の形状はペン本体31に対応した外径の円筒形状である。ホルダ38の下方には、ペン本体31よりも外径が小さい円筒状の突部38g(図2参照)が備えられている。
ホルダ38の突部38gは、上方Uに、円筒形の凹部であるフェルール保持部38fを備えている。フェルール保持部38fは、フェルール35の外径に対応する内径を備えている。フェルール保持部38fには、フェルール35の下端が収容されている。光ファイバ34およびフェルール35は、一般に国際規格(IEC 61755−3−1:2006)に基づいた寸法に製造される。フェルール保持部38fは、かかる規格に基づいてフェルール35を嵌入して固定できるように設計されている。フェルール保持部38fにおけるフェルール35の保持性やグリップ力等を考慮して、ホルダ38は、弾性を有する材料によって構成されていることが好ましい。ホルダ38は、例えば樹脂材料からなっている。ホルダ38の材料は、例えば、ポリアセタールである。
フェルール保持部38fには、凹部の深さ(上下方向Zの寸法)を規制する底部38eが設けられている。また、底部38eには、上下方向Zに貫通する開孔部Pが備えられている。光ファイバ34の端部e2のコア部、フェルール保持部38fおよび開孔部Pは同軸O上に配置されている(図3Dおよび図3E参照)。このことにより、ホルダ38はレーザー光の光路Lに干渉しない。その結果、光源32から出射されたレーザー光をペン本体31の下端から外部に出射することができる。さらに、ホルダ38は、光ファイバ34の端部e2を所定の位置に位置決めして収容することができる。その結果、ペン本体31の下端から出射されるレーザー光の光路Lが所定の位置に固定される。
ホルダ38は、押圧体36をペン本体31の下端の所定の位置に保持する部材でもある。そこでまず、押圧体36について説明する。押圧体36は、被処理物44を押圧するための部材である。押圧体36は硬質な材料から構成されている。押圧体36の硬度は厳密には限定されないものの、例えば、ビッカース硬さで100Hv0.2以上(例えば、500Hv0.2以上)の材料により構成される。ホルダ38は、押圧体36を光ファイバ34の端部e2から照射されるレーザー光の光路L上に保持する。押圧体36は、光源32から発せられる光に対して透明な材料から構成されている。これにより、押圧体36がレーザー光の光路L上に配置されていても、レーザー光は、押圧体36を透過する。このことによって、光源32から発せられたレーザー光は、押圧体36に遮られることなく被処理物44に供給される。押圧体36は、例えば、ガラスにより構成することができる。本実施形態における押圧体36は、合成石英ガラスにより構成されている。
なお、本明細書において、押圧体36を構成する材料が光に対して「透明」であるとは、当該光とその材料からなる物体との間に、被処理物44に対する光(光エネルギー)の供給に際して問題となるような相互作用が起こらないことを意味する。例えば、透明とは、押圧体36に対する当該光の透過率が、50%以上であることを意味し、好ましくは70%以上、より好ましくは80%以上、特に好ましくは85%以上(例えば90%以上)であることを意味する。この透過率は、例えば、JIS R3106:1998に準拠して測定される、所定の厚さ(例えば10mm)の試料の表面反射損失を含む透過率を意味する。
押圧体36は、入光部36aと出光部36bとを有している(図3Dおよび図3E参照)。入光部36aは、押圧体36の表面のうち、光ファイバ34の端部e2から照射されたレーザー光を受ける部分である。出光部36bは、押圧体36の表面のうち、押圧体36内を通過してきたレーザー光が外部に放出される部分である。押圧体36は、少なくとも出光部36bを含む表面が、入光部36aから出光部36bへと向かう方向に突出した曲面により構成されている。出光部36bの曲面の曲率は特に限定されない。出光部36bの曲面の曲率半径は、例えば、0.5以上1mm程度とすることができる。本実施形態における押圧体36は、直径が1.5mmの球体である。したがって、出光部36bは半球面を備えている。押圧体36が球体からなる場合であって、球体に方向性がない場合は、球体の中心を維持したまま球体を回転させてもその特性等は何ら変化しないといえる。そのため、押圧体36が均質な球体からなる場合は、光ファイバ34の端部e2と反対側の部分を入光部36aとすることができる。また、この入光部36aに対し、球体の中心を基準として点対称となる位置を出光部36bとすることができる。
図3Aは、一実施形態に係るホルダ38の下端の円筒形の突部38gを示す斜視図である。図3Bおよび図3Cは、それぞれホルダ38の突部38gを上下方向Zで視たときの上面図と下面図である。図3Bにおいて、直線A−Aと直線B−Bとは、突部38gの中心(中心軸O)を通る直線である。直線A−Aと直線B−Bとは互いに直交している。以下、図3Bおよび図3Cにおいて突部38gの中心Oに向かう方向を半径方向という。図3Dは、図3BのA−A線断面図である。図3Eは、図3BのB−B線断面図である。図3Dと図3Eには、光路Lと、ホルダ38に保持された状態の押圧体36と、が二点鎖線で示されている。なお、必ずしもこれに限定されるものではないが、本実施形態のペン本体31の軸心は、中心軸Oに一致している。
突部38gの底部38eは押圧体36を保持している。底部38eには、上述のように上下方向Zに貫通する開孔部Pが形成されている。開孔部Pによって底部38e内に空間Qが形成されている。空間Qは、内壁により囲まれている。開孔部Pは空間Qを囲む内壁である。押圧部36の一部は空間Qに収容されている。押圧部36は開孔部Pと接触している。このことにより、押圧部36は空間Q内において上下方向Z、前後方向Xおよび左右方向Yへの移動が規制される。換言すると、押圧部36は、開孔部Pに接触することによって、空間Qにおける位置が固定されている。開孔部Pは、例えば、円筒形を基本として構成されている。当該円筒形の半径は、球形の押圧体36の半径rよりも大きい。そして開孔部Pは、押圧部36と接触するために、当該円筒位置から中心軸Oに向かって突出する突出壁部を備えている。
図3Bおよび図3Dに示されるように、底部38eの厚み方向(上下方向Z)の上方Uには、半径がR1の円筒形の壁面(図示せず)から半径方向の中心Oに向けて突出する一対の突出壁部38a、38bが設けられている。突出壁部38a、38bは、レーザー光路Lに干渉することなく、空間Qに収容された押圧体36が上方Uに移動することを抑止するよう構成されている。突出壁部38a、38bは、円形の底部38eを、平面視で中心Oを通る2つの直線(図3C参照)によって90度ずつ4つの領域a、b、c、dに分けたときの対向する2つの領域a、bに配置されている。突出壁部38a、38bは、図3Dに示されるように、半径がR1の円筒形の壁面からの突出寸法が、底部38eの厚み方向の下方Dから上方Uに向かうにつれて、徐々に大きくなるように形成されている。突出壁部38a、38bには、下方Dから上方Uに向かうにつれて空間Qが狭くなるように、傾斜(テーパ)が設けられている。傾斜は、底部38eの厚みの全体に亘って設けられている。
底部38eの最上面における突出壁部38aと突出壁部38bとの間には、半径R2の円形の開口が形成されている。底部38eの最上面における突出壁部38a、38bの半径方向の寸法は(R1−R2)である。底部38eの最上面において、突出壁部38aと突出壁部38bとの間隔は(2×R2)で表される。寸法R2は、最上面における突出壁部38aと突出壁部38bとの間隔(2×R2)が押圧体36の直径2rよりも小さくなるように設定されている。また、寸法R2は、突出壁部38aと突出壁部38bとの間隔(2×R2)が、中心Oを通過するレーザー光の光路L(スポット径)よりも大きくなるように設計されている。底部38eの最下面における突出壁部38a、38bの半径方向の寸法は、(R1−R2)よりも小さく、(R1−r)よりも小さい。本実施形態における最下面における突出壁部38a、38bの半径方向の寸法は、例えばゼロである。突出壁部38a、38bは、最上面から最下面に向けて両者の半径方向の間隔が、(2×R2)から(2×R1)へと徐々に広がるように形成されている。例えば、突出壁部38a、38bは、それぞれ、上面の半径がR2で下面の半径がR1の円錐台形の側面(傾斜面)の一部を構成している。突出壁部38a、38bは、ペン本体31の先端側に行くほど内径が大きくなる第1突出壁の一例である。
また、図3Cおよび図3Eに示されるように、底部38eの厚み方向(上下方向Z)の下方Dには、半径がR3Rの円筒形の壁面から中心Oに向けて突出する一対の突出壁部38c、38dが設けられている。R3と上記R1とは、同一であってもよいし、異なっていてもよい。突出壁部38c、38dは、レーザー光路Lに干渉することなく、空間Qに収容された押圧体36が下方Dに移動することを抑止するように構成されている。突出壁部38c、38dは、円形の底部38eを上記4つの領域a、b、c、dに分けたときの対向する2つの領域c、dに配置されている。図3Eに示されるように、突出壁部38c、38dは、下方Dに向かうにつれて半径がR3の円筒形の壁面からの突出寸法が徐々に大きくなるように形成されている。突出壁部38c、38dには、下方Dに向かうにつれて空間Qが狭くなるように傾斜(テーパ)が設けられている。傾斜は、底部38eの厚みの全体に亘って設けられている。
底部38eの最下面における突出壁部38cと突出壁部38dとの間には、半径R4の円形の開口が形成されている。底部38eの最下面における突出壁部38c、38dの半径方向の寸法は(R3−R4)である。底部38eの最下面において、突出壁部38cと突出壁部38dとの間隔は(2×R4)で表される。寸法R4は、突出壁部38cと突出壁部38dとの間隔(2×R4)が、押圧体36の直径2rよりも小さくなるように設定されている。また、寸法R4は、突出壁部38cと突出壁部38dとの間隔(2×R4)が、中心Oを通過するレーザー光の光路L(スポット径)よりも大きくなるように設計されている。底部38eの最上面における突出壁部38c、38dの半径方向の寸法は、(R3−R4)よりも小さく、(R3−r)よりも小さい。本実施形態において、最上面における突出壁部38c、38dの半径方向の寸法は、例えばゼロである。突出壁部38c、38dは、最上面から最下面に向けて両者の半径方向の間隔が、(2×R3)から(2×R4)へと徐々に狭まるように形成されている。例えば、突出壁部38c、38dは、それぞれ、上面の半径がR3で下面の半径がR4の逆円錐台形の側面(傾斜面)の一部を構成している。突出壁部38c、38dは、ペン本体31の先端側に行くほど内径が小さくなる第2突出壁の一例である。
本実施形態において、押圧体36と突出壁部38a、38bとは、それぞれ円弧状に接している。突出壁部38a、38bは直線A−A方向で対向している。このことにより、押圧体36は、突出壁部38a、38bによって、直線A−A方向の移動が規制されている。また、押圧体36と突出壁部38c、38dとは、それぞれ円弧状に接している。突出壁部38c、38dは直線B−B方向で対向している。したがって、押圧体36は、突出壁部38c、38dによって、直線B−B方向の移動が規制されている。
また、ホルダ38は、押圧体36の少なくとも出光部36bが底部38eの最下面より下方Dに突出するように各部の寸法が調整されている。具体的には、突出壁部38c、38dの突出寸法(R3−R4)は、突出壁部38a、38bの突出寸法(R1−R2)よりも小さく設定されている。また、突出壁部38a、38b、38c、38dの突出寸法(R1−R2)、(R3−R4)と、底部38eの厚みおよび突出壁部38a、38b、38c、38dのテーパ角等とは、底部38eの最下面より押圧体36の出光部36bが下方Dに突出するように調整されている。これにより、光源32から出射されたレーザー光は、光ファイバ34を介して熱転写用ツール30の内部を貫通し、熱転写用ツール30の下端の押圧体36の出光部36bまで導光される。また、熱転写用ツール30は、この押圧体36の出光部36bから被処理物44に対して光を供給できるとともに、被処理物44に対して接触することができる。
押圧体36は、被処理物44の表面を押圧可能なように構成されている。具体的には、熱転写用ツール30は、キャリッジ22に備えられた把持機構により、Z軸方向に摺動可能に把持されている。熱転写用ツール30は、ソレノイド式の電磁アクチュエータ(図示せず)と、スプリング(図示せず)とを備えている。電磁アクチュエータは、制御装置50によって制御される。制御装置50によってソレノイドに電流が流されると、その駆動力によって熱転写用ツール30が瞬時に下方Dに突出される。これにより、熱転写用ツール30が被処理物44に接触する。このとき、ソレノイドが発生する電磁力を制御することで、被処理物44に対する押圧力を調整することができる。スプリングは、電磁アクチュエータの下方Dに配置されている。スプリングは、熱転写用ツール30を上方Uに向かって付勢する。ソレノイドに流す電流を停止すると、熱転写用ツール30はスプリングの付勢力によって上方Uに移動する。これにより、熱転写用ツール30が被処理物44から離反する。電磁アクチュエータとスプリングとは、熱転写用ツール30をZ軸方向に移動させるZ軸方向移動機構の一例である。
熱転写装置1の全体の動作は、制御装置50によって制御されている。制御装置50は、X軸方向フィードモータ、Y軸方向スキャンモータ、光源32、電磁アクチュエータと通信可能に接続されており、これらを制御可能に構成されている。制御装置50は、典型的にはコンピュータである。制御装置50は、X軸方向フィードモータとY軸方向スキャンモータとを駆動して、被処理物44と熱転写用ツール30とを相対的に移動させるように構成されている。制御装置50は、電磁アクチュエータを駆動して、被処理物44の表面に熱転写用ツール30の押圧体36を接触させたり押圧したりできるように構成されている。制御装置50は、光源32を駆動して、熱転写用ツール30の押圧体36から被処理物44に向かって光を照射するように構成されている。
以上の熱転写装置1は、被処理物44に対して熱および圧力を加えることで、被転写物42の表面に箔転写する。具体的には、まず、ユーザーは、熱転写用ツール30を用意する。ここでは、熱転写用ツール30を備えた熱転写装置1を用意する。そして、図示しないホストコンピュータと熱転写装置1とを接続して、ホストコンピュータの電源をオンにする。また操作パネル14から、熱転写装置1の電源をオンにする。ホストコンピュータの記憶部には、熱転写用プログラムが記憶されている。
次に、ユーザーは、被処理物44として、熱転写する対象物である被転写物42と、被転写物42に転写するための熱転写シート43とを用意する。被転写物42としては、特に限定されない。被転写物42は、例えば、普通紙、画用紙、和紙等の紙類、布帛類、アクリル、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート等の樹脂類、ゴム類、皮革類、金属類、ガラス類、セラミック類等であってもよい。これら被転写物42の被装飾表面は、粗面化処理や、接着層の付与などの前処理が施されていてもよい。
熱転写シート43としては、例えばホットスタンプ箔等として熱転写用に一般に市販されている転写箔を特に限定なく用いることができる。熱転写シート43は、一般的には、基材と、装飾層と、接着層とがこの順に積層されている。ホットスタンプ箔における装飾層は、例えば、金箔、銀箔等のメタリック箔や、ハーフメタリック箔、顔料箔、多色印刷箔、ホログラム箔、静電気破壊対策箔等を包含する。なお、使用する熱転写シート43の構成によっては、上記光源32が発する光に対する光吸収性を有さないか、あるいは光吸収性の低いものが存在し得る。そのような場合、必要に応じて、ユーザーは、熱転写シート43の上面側に光吸収シート43aを重ねて用い、被処理物44とすることができる。光吸収シート43aとは、熱転写用ツール30の光源32から照射される所定の波長帯の光(レーザー光)を効率よく吸収して、熱エネルギーに変換可能なように構成されたシートである。
次いで、ユーザーは、熱転写装置1に接続されているホストコンピュータを操作して、熱転写用プログラムの実行を指示する。熱転写用プログラムは、ユーザーによって熱転写する文字や記号、図柄等(以下、単に「図柄等」という。)のデータが入力されると、このデータに基づいて熱転写用データを生成するように構成されている。ユーザーによって入力される図柄等のデータは、例えばベクタ形式で表される。入力された図柄等のデータは、熱転写用データに変換される。熱転写用データは、例えばラスタデータ形式で表される。熱転写用データは、熱転写装置1の制御装置50に出力される。
制御装置50は、上記出力された熱転写用データに基づいて熱転写を実行する。具体的には、制御装置50は、X軸方向フィードモータとY軸方向スキャンモータとを駆動して、被処理物44と熱転写用ツール30とを相対的に移動させる。例えば、制御装置50は、熱転写用データに基づいて、被処理物44の所定の位置の上方Uに熱転写用ツール30を配置する。制御装置50は、Y軸方向スキャンモータを駆動し、熱転写用データに基づき熱転写用ツール30を被処理物44に対して走査方向Yに移動させる。また、同時に、制御装置50は、熱転写用データに基づいて、電磁アクチュエータを所定のタイミングで駆動して、熱転写用ツール30の押圧体36を被処理物44の表面に押圧したり、離反させたりする。さらに、制御装置50は、熱転写用データに基づいて、所定のタイミングで光源32を作動させて、熱転写用ツール30の出光部36bから被処理物44に向かってレーザー光を照射する。
このとき、被処理物44のうち、レーザー光が照射された部分では、被処理物44がレーザー光を吸収して熱エネルギーに変換する。光エネルギーから熱エネルギーへの変換は、被処理物44のうち、被転写物42、熱転写シート43の基材、装飾層、接着層、および、光吸収シートを含む場合は光吸収シートのいずれか1以上において行われる。接着層がレーザー光を自ら吸収した場合は、接着層が直接加熱される。また、接着層以外の、被転写物42、基材、装飾層および光吸収シートのいずれかがレーザー光を吸収した場合は、これらが発熱し、その熱が接着層に伝導する。これにより接着層が軟化し、接着性を発現する。接着層は、装飾層と転写物42との表面に付着する。その後、熱転写用ツール30が移動するか、光の照射が停止されるかして、当該照射部分への光エネルギーの供給は終了する。すると接着層は放熱により冷却されて、硬化する。これにより、装飾層と被転写物42の表面とが固着される。その後、ユーザーが、被転写物42の表面から熱転写シート43の基材を取り除くことにより、被転写物42の表面に所望の図柄等が熱転写された被転写物品を得ることができる。
以上のように、本実施形態の熱転写装置1によれば、熱転写用ツール30に備えられる押圧体36はホルダ38(ペン本体31)から下方Dに突出している。そして押圧体36のうちの少なくとも出光部36bは、入光部36aから出光部36bへと向かう方向に突出する曲面を備えている。これにより、押圧体36が角部を備える板状部材から構成される場合と比較して、押圧体36と被処理物44との接触面積が小さくなる。このことにより、被処理物44の表面が凹凸を有する場合であっても、出光部36bはその凹凸表面に追随して押圧することができる。これにより、被処理物44の凹凸表面を万遍なく押圧することができ、転写ムラ等を抑制することができる。また、押圧体36が角部を有さないことによって、熱転写用ツール30を走査方向Yに移動させた場合に、押圧体36に被処理物44が引っかかることなくなり、熱転写用ツール30で被処理物44の表面を押圧しながらスムーズに移動させることができる。
本実施形態では、例えば、垂直スライダ機構24によって、熱転写用ツール30のZ軸方向の位置を制御することができる。これにより、電磁アクチュエータを作動させる前の熱転写用ツール30と被処理物44との間隔を調整することができる。よって、熱転写用ツール30は、電磁アクチュエータを作動させたときの被処理物44への押圧度合いを調整することができ、上記押圧度合いを任意かつ連続的に変化させることができる。ここで、本実施形態では、出光部36bが備える曲面は半球面である。そのため、上記押圧度合いを変化させるだけで、押圧体36と被処理物44との接触面積を変化させることができる。その結果、例えば、被処理物44を押圧するときの線幅を調整することができる。特に、被処理物44を押圧しながら押圧体36と被処理物44とを相対的に移動させたときの、押圧体36による押圧線の線幅を細くすることができる。
本実施形態において、押圧体36は球体である。押圧体36の入光部36aと出光部36bとは、レンズ作用を示し得る。これにより、レーザー光路Lを変化させることなく、レーザー径を収束させることができる。このことにより、より少ない光エネルギーで効率的に被処理物44を加熱することができる。また、押圧体36と被処理物44とが接触した面積よりも、光を照射する部分を狭くすることができる。このことにより、被処理物44において光エネルギーが熱エネルギーに変換された後、被処理物44内で発生した熱が周囲に伝導して、押圧された領域よりも加熱された領域が広がってしまうことを抑制することができる。
なお、押圧体自体を加熱して被処理物44に熱を供給するタイプのいわゆる熱ペンにおいては、押圧体から被処理物44への熱の供給を効率良く円滑に行うために、押圧体をボール形状にして、熱ペンの走査時に押圧体が回転するように構成されたものが存在し得る。しかしながら、ここに開示される熱転写用ツール30は、被処理物44に対して光エネルギーを供給し、被処理物44において光エネルギーを熱エネルギーに変えるため、押圧体36自体は加熱されない。したがって、熱転写用ツール30の走査時に押圧体36が回転する必要はない。押圧体36は、熱転写用ツール30の走査に伴い、回転するように構成されていてもよいし、回転しないように構成されていてもよい。底部38eにおいて押圧体36を回転させない場合は、例えば、第1突出壁部38a、38bおよび第2突出壁部38c、38dが押圧体36を押圧しながら狭持するように、第1突出壁部38a、38bおよび第2突出壁部38c、38dの突出位置やテーパ角等を調整すればよい。これにより、第1突出壁部38a、38bおよび第2突出壁部38c、38dによって押圧体36の回転が抑止される。
本実施形態において、ペン本体31の先端部である底部38eには、ペン本体31の軸心O上に位置する貫通孔である開孔部Pが形成され、ペン本体31の先端部は、この貫通孔を囲む内壁を有している。押圧体36の一部は、貫通孔の内部に配置されかつ内壁と接触している。そして押圧体36の曲面の少なくとも一部は、貫通孔の外部に配置されている。このような構成により、ホルダ38は、例えば接着剤等の組成物を使用することなく、押圧体36を熱転写用ツール30の先端部に安定的に固定することができる。このことにより、例えば、押圧体36が、例えばガラス等の滑らかな表面を有する材料によって構成される場合や、球体等のような回転し易く保持し難い形状を備える場合等であっても、ホルダ38は、形状や材質等に依らず押圧体36を安定して保持することができる。
なお、例えば、ガラス製の球体からなる押圧体36を、接着剤を使用してホルダ38の先端部に固定することも考えられる。しかしながら、この場合、球体とホルダとを接着剤を介して接触させても、接着剤が硬化するまでに球体が回転しまうことがある。すると、球体の表面に接着剤が塗り広げられ、接着に寄与する接着剤の量が少なくなってしまう。また、接着剤が押圧体36の入光部36aや出光部36bに付着して、レーザー光の散乱を招いたり、接着剤自体がレーザー光の影響で劣化して押圧体36の脱落を招いたりするという不都合が生じ得る。これに対し、本実施形態において、押圧体36は、内壁の第1突出壁部38a、38bおよび第2突出壁部38c、38dにより挟持されている。ペン本体31の先端部は、押圧体36と内壁とを接着する接着部を有していない。これにより、ここに開示される熱転写用ツール30は、上記接着剤の使用に由来する不都合の招来を回避することができる。
本実施形態において、開孔部Pを取り囲む内壁は、ペン本体31の軸心Oを通る第1の縦断面(図3D参照)において、ペン本体31の先端側に行くほど内径が大きくなる第1突出壁部38a、38bを有している。また、内壁は、ペン本体31の軸心Oを通る第2の縦断面(図3E参照)において、ペン本体31の先端側に行くほど内径が小さくなる第2突出壁部38c、38dを有している。このことにより、第1突出壁部38a、38bと第2突出壁部38c、38dとは、軸心Oに対して傾斜する面によって押圧体36をバランスよく挟持することができる。
また、第1の縦断面と第2の縦断面とは、互いに直交している。これにより、第1突出壁部38a、38bおよび第2突出壁部38c、38dは、押圧体36を四方からその中心軸Oないしは重心に向けてより一層バランスよく支えることができる。このことにより、熱転写用ツール30を走査しながら被処理物44を押圧しても、押圧体36がグラついたり空間Q内で移動したりすることを抑制することができる。
本実施形態において、第1突出壁部38a、38bは、円筒部の内壁の2以上の位置から、軸方向に直交する面に沿って突出する2以上の突出片を備えている。このことにより、例えば、フェルール保持部38fの底部38eには、突出壁部38aと突出壁部38bとの間には、半径方向に沿って隙間が備えられる。また、第2突出壁部38c,38dは、円筒部の内壁の2以上の位置から、軸方向に直交する面に沿いながら軸方向に向かって突出する2以上の突出片を備えていた。これにより、例えば、フェルール保持部38fの底部38eにおいて、突出壁部38cと突出壁部38dとの間には半径方向に隙間(開孔部P)が形成されていた。また、ホルダ38は、弾性を備えるポリアセタールにより構成されていた。このような構成によると、例えば、ホルダ38に固定していた押圧体36をホルダ38から取り外す際に、例えば、棒状の押出し部材を、フェルール保持部38fの側から押圧体36に向けて容易に挿入することができる。また、押出し部材によって押圧体36を押圧することで、突出壁部38cと突出壁部38dとを下方Dに向けて容易に撓ませることができる。その結果、押圧体36を、拡大された突出壁部38cと突出壁部38dとの間の隙間を通過してペン本体31の外部に取り出すことができる。換言すると、ホルダ38から押圧体36をワンタッチ(単一の操作)によって簡便に取り外すことができる。
また同様に、突部38g内の空間Qに押圧体36を収容する際は、ペン本体31の下端の第2突出壁部38c,38dに対して、押圧体36を押し当てるとよい。これにより突出壁部38c、38dを空間Qの内側に撓ませることができる。これにより、突出壁部38cと突出壁部38dとの間が拡大されて、押圧体36をその間を通過させることができる。これによって、ホルダ38に押圧体36をワンタッチ(単一の操作)にて固定することができる。
なお、以上の構成により、押圧体36は、ホルダ38に容易に装着することができ、また、ホルダ38から容易に取り出すことができる。このことにより、例えば、熱転写用ツール30の使用に伴って押圧体36に傷がついたり押圧体36が破損したりした場合などには、簡便に押圧体36を交換することができる。これにより、メンテナンス性の良好な熱転写用ツール30が提供される。また、押圧体36を取り出したり取りつけたりするために、ホルダ38を分解可能に構成する必要がない。その結果、ホルダ38を一体的に形成することができ、部品点数の低減を図ることができる。
また、本実施形態において、第1突出壁部38a、38bは、円筒部の内壁から突出する2つの突出片から構成されていた。しかしながら、ホルダ38の第1突出部の突出片の態様はこれに限定されない。例えば、第1突出部の突出片は、円筒部の内壁の全周から突出するドーナツ形状に形成されていてもよい。あるいは、第1突出部の突出片は、円筒部の内壁から突出する3つ、4つ、または5つ以上の突出片から構成されていてもよい。ホルダ38が第1突出部として2以上の突出片を備える場合、例えば、これらの突出片は、円周方向で均等に分散して(等間隔で)配置されていることが好ましい。これによっても、フェルール保持部38fの奥行きを規制するとともに、押圧体36をホルダ38に堅固に保持することができる。
また、本実施形態において、第2突出壁部38c、38dは、円筒部の内壁から突出する2つの突出片から構成されていた。しかしながら、ホルダ38の第2突出部の突出片の態様はこれに限定されない。例えば、第2突出部の突出片は、円筒部の内壁の全周から突出するドーナツ形状に形成されていてもよい。この場合、ドーナツ形状の突出片の内周側端部は、可撓性を有する材料により構成されていることが好ましい。あるいは、第2突出部の突出片は、円筒部の内壁から突出する3つ、4つ、または5つ以上の突出片から構成されていてもよい。ホルダ38が第2突出部として2以上の突出片を備える場合、例えば、これらの突出片は、円周方向で均等に分散して(等間隔で)配置されていることが好ましい。これによっても、押圧体36をホルダ38に堅固に保持することができる。
さらに、本実施形態において、第1突出壁部38a、38bおよび第2突出壁部38c、38dは、それぞれ、底部38eの厚み方向の全体に亘って設けられていた。しかしながら、突出壁部38a、38b、38c、38dの形態はこれに限定されない。突出壁部38a、38b、38c、38dは、それぞれが独立して、あるいは、連携して、底部38eの厚み方向の一部にのみ設けられていてもよい。例えば、開孔部Pは、半径R1の円筒形の空間に、比較的急なテーパ角を有する単数または複数のテーパ(突出壁部)を厚み方向の一部に設けることで構成してもよい。
なお、本実施形態において、上記の熱転写用ツール30は熱転写装置1に備えられ、熱転写装置1の一構成要素として用いられていた。しかしながら、熱転写用ツール30は、熱転写装置1に備えられることに限定されず、単独で使用することもできる。この場合、例えば図4に示すように、光源32と、ソレノイド式の電磁アクチュエータ(図示せず)およびスプリング(図示せず)とは、ペン本体31内に収容することができる。また、ペン本体31には、付加的に、光源32および電磁アクチュエータの駆動を独立してまたは同時に制御することができるスイッチ33aと、光源32および電磁アクチュエータに接続され、これらに電力を供給するための電源コード33bと、を備えるとよい。これにより、熱転写用ツール30単体による光の照射と押圧とを実現することができる。このことにより、例えば、ユーザーが自ら熱転写用ツール30を把持し、熱転写用ツール30を走査して、熱転写を行うことができる。
以上、本発明の好適な実施形態について説明した。しかし、上述の実施形態は例示に過ぎず、本発明は他の種々の形態で実施することができる。
上記実施態様において、光源32は、レーザー光を発振させるLDが備えられていた。ここで光源32は、赤外線、可視光線、紫外線を含むいわゆる光を発生するものであってよい。また、光源32は、これらの光よりも周波数が低いマイクロ波等の電波をも含む電磁波を発生させることができる各種の装置であってよい。例えば、被処理物44は、赤外線(電磁波)の振動数に対応した所定の固有振動数を有する材料により構成されている場合に、赤外線によって分子間運動が刺激されて熱を発生する。大まかに、一般的に、セラミック材料、樹脂材料、紙、木等の非金属材料は、波長が約1μm以上の赤外・遠赤外光の放射率(吸収率)が高くなる。そのため、被転写物42や熱転写シート43(特に接着層)等の被処理物44がこれらの材料を含む場合は、光源32は、例えば、1064nm近傍の赤外光や、波長帯域が約3μm以上(例えば、3μm以上1000μm以下)の遠赤外線等を発生させることができるものであってよい。一方で、金属材料は、波長が長い光ほど吸収率が低下するため、遠赤外線による加熱は効果的とは言えない。被処理物44が金属材料を含み、この金属材料の加熱を目的とする場合は、光源32は、例えば波長帯域が約3μm以下の近赤外線ないしは可視光線を発生させるものであることが好ましい。例えば、近赤外線を発生させる光源32の一例は、ハロゲンランプである。
また、光源32が発生する光は、特に限定されるものではないが、指向性や収束性に優れ、波長を一定に保たれたレーザー光であることが好ましい。したがって、光源32は、上記の波長のレーザー光を発生することが可能なレーザー発振装置を備えることが好ましい。本実施形態では、光源32は、LDを備えていた。このLDにおけるレーザー発生媒質は特に限定されない。レーザー光を発生するための媒質は、例えば、GaAs、InGaAsP等の半導体、ルビー、ガラス、YAG(Yttrium Aluminum Garnet)等の固体、CO、Ar、He−Ne等の気体、有機色素などの液体のいずれであってもよい。
上記実施形態において、押圧体36は球体であった。しかしながら、押圧体36の形状は、出光部36bの形状が曲面を備える限り、その形状は特に制限されない。例えば、図5に示すように、押圧体36は、上下方向Zの下方Dに突出するように配置された半球体であってもよい。このような構成によると、突出壁部38a、38bにテーパを設けることなく安定して押圧体36を保持することができる。
上記実施形態では、被処理物44をX軸方向に移動させると共に、熱転写用ツール30をY軸方向およびZ軸方向に移動させるようにしていたが、これには限定されない。熱転写装置1は、例えば、被処理物44のみを熱転写用ツール30に対して相対的に移動させるようにしてもよいし、熱転写用ツール30のみを被処理物44に対して相対的に移動させるようにしてもよい。
上記実施形態では、熱転写装置1が被処理物44の被転写物42や熱転写シート43、必要な場合は光吸収シートを密着させるための密着機構を有していなかった。しかしながら、熱転写装置1は、例えば、静電吸着やエアー吸着等の従来公知の密着機構を備えていてもよく、熱転写時にはかかる密着機構を使用することもできる。
1 熱転写装置
30 熱転写用ツール
31 ペン本体
32 光源
36 押圧体
38 ホルダ
44 被処理物

Claims (8)

  1. 先端部を有する中空状のペン本体と、
    前記ペン本体の前記先端部に設けられ、先端に向けて凸状の曲面を有する押圧体と、
    一端部および他端部を有し、少なくとも一部が前記ペン本体の内部に配置された導光体と、
    前記導光体の前記一端部に接続された光源と、を備え、
    前記導光体の前記他端部は、前記ペン本体の内部にて前記押圧体に対向するように前記ペン本体の前記先端部に配置され、
    前記押圧体は、前記光源から発せられる光に対して透明な材料からなる球体である、熱転写用光ペン。
  2. 前記ペン本体の前記先端部には、前記ペン本体の軸心上に位置する貫通孔が形成され、
    前記ペン本体の前記先端部は、前記貫通孔を囲む内壁を有し、
    前記押圧体の一部は、前記貫通孔の内部に配置されかつ前記内壁と接触し、
    前記押圧体の前記曲面の少なくとも一部は、前記貫通孔の外部に配置されている、請求項1に記載の熱転写用光ペン。
  3. 前記内壁は、前記ペン本体の前記軸心を通る第1の縦断面において、前記ペン本体の先端側に行くほど内径が大きくなる第1突出壁部と、前記ペン本体の前記軸心を通る第2の縦断面において、前記ペン本体の先端側に行くほど内径が小さくなる第2突出壁部と、を有している、請求項に記載の熱転写用光ペン。
  4. 前記第1の縦断面と前記第2の縦断面とは、互いに直交している、請求項に記載の熱転写用光ペン。
  5. 前記押圧体は、前記内壁の前記第1突出壁部および前記第2突出壁部により挟持されており、
    前記ペン本体の前記先端部は、前記押圧体と前記内壁とを接着する接着部を有していない、請求項3または4に記載の熱転写用光ペン。
  6. 前記ペン本体の少なくとも前記先端部は、弾性変形可能な材料によって構成されている、請求項1〜のいずれか1項に記載の熱転写用光ペン。
  7. 前記押圧体はガラスからなっている、請求項1〜のいずれか1項に記載の熱転写用光ペン。
  8. 請求項1〜のいずれか1項に記載の熱転写用光ペンと、
    被転写物を載置する載置台と、
    前記載置台と前記熱転写用光ペンとを相対的に移動させる移動機構と、
    前記熱転写用光ペンに備えられた前記光源と、前記移動機構とに通信可能に接続され、前記光源と前記移動機構とを駆動する制御装置と、
    を備え、
    前記制御装置は、
    前記熱転写用光ペンおよび前記載置台を前記移動機構によって相対的に移動させることにより、前記被転写物上に前記熱転写用光ペンの前記押圧体を押し当てるとともに、前記熱転写用光ペンの前記光源から前記被転写物上に光を供給するように構成されている、熱転写装置。
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