JP6658762B2 - 画像形成方法、画像形成装置、レーザ照射記録用インク、及び画像形成物の製造方法 - Google Patents
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- C03C2218/10—Deposition methods
- C03C2218/13—Deposition methods from melts
Description
本発明の画像形成方法は、画像形成工程を含み、焼成工程を含むことが好ましく、更に必要に応じて、その他の工程を含む。
本発明の画像形成装置は、画像形成手段を有し、焼成手段を有することが好ましく、更に必要に応じて、その他の手段を有する。
本発明の画像形成方法は、本発明の画像形成装置を用いて好適に実施することができる。
以下、本発明の画像形成方法の説明を通して本発明の画像形成装置の詳細についても明らかにする。
前記画像形成工程は、光を吸収するインクに、前記インクの光吸収波長に対応するレーザビームを照射し、前記レーザビームのエネルギーにより前記インクを前記レーザビームの照射方向に飛翔させ、被付着物に付着させる工程であり、前記画像形成手段により好適に行うことができる。
前記画像形成手段は、少なくともレーザ光源を有し、光渦変換部を有することが好ましく、更に必要に応じて、その他の部材を有する。
なお、前記インクは、後述する「レーザ照射記録用インク」とも称することがある。
前記レーザ光源は、前記インクの光吸収波長に対応する前記レーザビームを発生する光源であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記レーザビームを発生する固体レーザ、気体レーザ、半導体レーザなどが挙げられる。
前記気体レーザとしては、例えば、アルゴンレーザ、ヘリウムネオンレーザ、炭酸ガスレーザなどが挙げられる。
前記半導体レーザとしては、例えば、GaAs、InGaAsPなどで構成されるものが挙げられる。
これらの中でも、パルス発振可能なものが好ましい。また、出力が30mW程度の前記半導体レーザが、装置の小型化及び低コスト化が可能な点でより好ましい。ただし、本実施例では、実験的にチタンサファイアレーザを用いた。
なお、前記レーザ光源としては、後述する光渦レーザビームを出力可能なレーザ光源でもよい。
なお、前記一般的なレーザビームを、前記光渦変換部により前記光渦レーザビームに変換するようにしてもよい。
前記光渦変換部としては、前記レーザビームを前記光渦レーザビームに変換するものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、回折光学素子、マルチモードファイバ、液晶位相変調器などが挙げられる。
なお、前記光渦レーザビームを発生させる方法としては、前記光渦変換部を用いる方法に限らず、レーザ共振器から光渦を固有モードとして発振させる方法、ホログラム素子を共振器に挿入する方法、ドーナツビームに変換した励起光を用いる方法、暗点を有する共振器ミラーを用いる方法、側面励起固体レーザで発生する熱レンズ効果を空間フィルタとして用いて光渦モード発振する方法などが挙げられる。
前記光渦レーザビームを干渉計測すると、図3Aに示すように、エネルギー分布がドーナツ状であって、図1Cと同様に中心に光強度0の点を持つレーザビームであることが確認できる。
一方、中心に光強度0の点を有する一般的なレーザビームを干渉計測すると、図3Bに示すように、図3Aで示した前記光渦レーザビームの干渉計測と類似しているが、ドーナツ状部のエネルギー分布が一様ではないことから、前記光渦レーザビームとの差異が確認できる。
前記被付着物としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、耐熱性基体が好ましい。前記被付着物が前記耐熱性基体であれば、前記インクを付着させた後に焼成することができる点で有利である。
前記耐熱性基体としては、後述する焼成方法に耐えうる基体であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、タイル、ガラス、素焼き、陶磁器、琺瑯などが挙げられる。
前記その他の部材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ビーム径変更部材、ビーム波長変更素子、エネルギー調整フィルタなどが挙げられる。
前記ビーム径変更部材としては、前記レーザビームのビーム径を変更できれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、集光レンズなどが挙げられる。
前記レーザビームのビーム径としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記インクの飛翔が確認されている点で、数μm以上10mm以下が好ましい。なお、前記ビーム径は、レーザスポット径及び集光レンズにより変更することが可能である。
また、前記インクに分散体が含まれる場合、前記ビーム径としては、前記分散体の体積平均粒径の最大値以上が好ましく、前記分散体の前記最大値の3倍がより好ましい。前記ビーム径がより前記好ましい範囲内であると、前記インクを安定して飛翔させることが可能となる点で有利である。
前記ビーム波長変更素子としては、前記インクが吸収可能であり、かつ後述するインク担持体が透過可能である光の波長に、前記レーザビームの波長を変更できれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、KTP結晶、BBO結晶、LBO結晶、CLBO結晶などが挙げられる。
前記エネルギー調整フィルタとしては、前記レーザビームを適正な出力値に調整できれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、NDフィルタ、ガラス板などが挙げられる。
1ドット分の前記インクを飛翔させる際の前記レーザビームの前記エネルギー強度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、0.1mJ/ドット以上3.0mJ/ドット以下が好ましく、0.2mJ/ドット以上1.5mJ/ドット以下がより好ましい。
前記焼成工程は、前記被付着物に付着した前記インクを焼成させる工程であり、前記焼成手段により好適に行うことができる。
前記焼成手段は、前記被付着物に付着した前記インクを焼成させる手段である。
前記焼成手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、電気炉、ガス炉などが挙げられる。このとき、前記被付着物としては、前記耐熱性基体が好ましい。
前記耐熱性基体に付着した前記インクを焼成させる焼成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記耐熱性基体の表面近傍に前記インクを焼成させる焼成方法、前記耐熱性基体の表面からより深くに前記インクを焼成させる焼成方法などが挙げられる。
昇温時又は降温時における温度勾配としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、100℃/1時間以上300℃/1時間以下が好ましい。前記温度勾配が前記好ましい範囲内であると、前記耐熱性基体に割れ、形状変化などの不具合が発生しにくくなる点で有利である。
前記インクを焼き付ける際の温度勾配としては、50℃/1時間以上500℃/1時間以下が好ましい。前記温度勾配が前記好ましい範囲内であると、焼き付けの効率が向上するとともに、焼きムラ、前記耐熱性基体の形状変化などの不具合が発生しにくくなる点で有利である。
前記その他の工程としては、例えば、インク供給工程、ビーム走査工程、被付着物搬送工程、制御工程などが挙げられる。
前記その他の手段としては、例えば、インク供給手段、ビーム走査手段、被付着物搬送手段、制御手段などが挙げられる。
また、前記画像形成手段、前記インク担持体、前記インク供給手段、及び前記ビーム走査手段を一体としてレーザビーム照射ユニットとして扱ってもよい。
前記インク供給工程としては、前記画像形成手段と前記被付着物との間の前記レーザビームの光路上に、前記インクを供給する工程であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、前記インク供給手段を用いて好適に行うことができる。
前記インク供給手段としては、前記画像形成手段と前記被付着物との間の前記レーザビームの光路上に、前記インクを供給できれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、インク担持体を用いて前記インクを供給するようにしてもよい。前記画像形成手段は、前記インク担持体の一方の面に担持された前記インクに対し、前記インク担持体の他方の面から前記レーザビームを照射することが好ましい。
前記インク担持体の形状としては、例えば、平板状、円筒状などが挙げられる。
このような構成とした場合、前記供給ローラは、前記インクを貯蔵する貯蔵槽に表面を一部浸漬させて、前記インクを表面に担持しながら回転し、前記インク担持体に当接することにより前記インクを供給する態様が好ましい。また、前記規制ブレードは、前記供給ローラの回転方向における前記貯蔵槽の下流側、かつ前記インク担持体の上流側に配置されることにより、前記供給ローラが担持した前記インクを規制して平均厚みを均一にし、飛翔させる前記インクの量を安定させることができる。更に前記インクの前記平均厚みを非常に薄くすることにより、飛翔させる前記インクの量を低減できるため、飛散が抑制された前記インクを微小なドットとして前記被付着物に付着可能とし、網点が太るドットゲインを抑制することができる。なお、前記規制ブレードは、前記インク担持体の回転方向における前記供給ローラの下流側に配置されていてもよい。
前記ビーム走査工程としては、前記レーザビームを、前記インクを担持する前記インク担持体などに対して走査させる工程であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、前記ビーム走査手段を用いて好適に行うことができる。
前記ビーム走査手段としては、前記レーザビームを、前記インクを担持する前記インク担持体などに対して走査可能であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。前記ビーム走査手段は、例えば、前記画像形成手段から照射された前記レーザビームを前記インクに向けて反射させる反射鏡と、前記反射鏡の角度及び位置を変化させて前記レーザビームを前記インクに対して走査させる反射鏡駆動部とを有するようにしてもよい。
前記被付着物搬送工程としては、前記被付着物を搬送する工程であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、前記被付着物搬送手段を用いて好適に行うことができる。
前記被付着物搬送手段としては、前記被付着物を搬送することができれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、搬送ローラ対などが挙げられる。
前記制御工程は、前記各工程を制御する工程であり、前記制御手段により好適に行うことができる。
前記制御手段としては、前記各手段の動きを制御することができる限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、シークエンサー、コンピュータ等の機器が挙げられる。
本発明のレーザ照射記録用インクとしては、光を吸収し、前記光の波長に対応するレーザビームを照射されて飛翔するインクであって、粘度が2Pa・s以上100Pa・s以下であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、着色剤を少なくとも含有し、分散媒と、有機質バインダとを含有することが好ましく、更に必要に応じて、その他の成分を含有する。
前記着色剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、無機顔料及び釉薬フリットの少なくともいずれかを含有することが好ましい。
前記無機顔料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記焼成工程後に有色となる窯業用顔料などが挙げられる。
前記窯業用顔料としては、例えば、元素の周期表における1族のCu、Ag、Au、2族のCd、4族のTi、5族のV、Sb、6族のSe、Cr、Mo、W、U、7族のMn、8族のFe、Co、Ni、Ir、Pt等の元素の酸化物などが挙げられる。
具体的には、酸化チタン、硫化亜鉛、黒色系酸化鉄、黒色系銅酸化物、黒色系クロム酸化物、黄色酸化鉄、黄色系ニッケルチタン、硫化カドミウム、セレン、セレン化カドミウム、クロム酸鉛、モリブデン酸鉛、赤色酸化鉄、酸化コバルト、含水酸化クロム、酸化クロム、金、鉛アンチモン、酸化ニッケル、酸化マンガン、酸化ネオジム、酸化エルビウム、酸化セリウム、酸化アルミニウム、アルミニウム、ブロンズ、雲母、カーボンブラック、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、酸化亜鉛、三酸化アンチモン、硫化水銀カドミウム、紺青、群青などが挙げられる。
これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。また、混合物、複塩、又は錯塩にしてもよい。
前記釉薬フリットとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の炭酸塩、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の塩化物、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の塩化物のほう酸塩、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の塩化物のメタほう酸塩、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のリン酸塩、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のピロリン酸塩、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の珪酸塩、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のメタ珪酸塩、塩化アルミニウム、ほう酸、金属酸化物、金属フッ化物、ガラスレットなどが挙げられる。
これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記アルカリ金属又は前記アルカリ土類金属の炭酸塩としては、例えば、炭酸リチウムなどが挙げられる。
前記金属酸化物としては、例えば、珪酸ジルコニウム、骨灰、棚砂、メタバナジン酸アンモニウム、酸化タングステンや五酸化バナジウム、酸化スズ、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、酸化モリブデンなどが挙げられる。
前記金属フッ化物としては、例えば、フッ化カルシウム、フッ化アルミニウムなどが挙げられる。
これらの中でも、複数の金属を合金化処理した前記無機顔料と前記釉薬フリットとを所定量で混合し、650℃以上800℃以下の温度範囲で加熱溶融させ、その後冷却したものを粉砕する方法が好ましい。このような方法で前記着色剤に前記釉薬フリットを含有させると、画像濃度が高く鮮明なフルカラーのインク画像を窯業製品などの前記耐熱性基体の表面に焼き付けることができる点で有利である。
前記釉薬フリットは、前記焼成工程において、前記耐熱性基体の表面に前記インク中の前記無機顔料を焼結させる役割を果たすものであり、焼成時に溶解状態又は半溶解状態となり、室温に冷却されると硬化膜状になる。
また、前記分散体の体積平均粒径を、前記レーザビームのレーザスポット径よりも小さくすると、ドット粒状性を安定させることができる点で有利である。
前記長石類としては、例えば、石灰長石、カリ長石、ソーダ長石、ベタライト(リチウム長石)などが挙げられる。
前記天然鉱物としては、例えば、カオリン、珪石、アルミナ、シリカ、石英、酸化チタン、酸化鉛、シャモット、土灰類、石灰石、マグネサイト、タルク、ドロマイトなどが挙げられる。
前記分散媒としては、前記インク中において前記無機顔料及び前記釉薬フリットを分散できれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、水、有機溶剤、ワックス、樹脂ワニスなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、揮発成分の安全性、爆発の危険性がない点から、水が好ましい。また、前記分散媒には、例えば、界面活性剤、分散剤などを混合させてもよい。
前記カチオン性界面活性剤としては、例えば、アルキルトリメチルアンモニウムクロライド、アルキルジメチルベンジルアンモニウムクロライドなどが挙げられる。
前記ノニオン性界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル、ソルビタン脂肪酸エステルなどが挙げられる。
前記両性界面活性剤としては、例えば、アルキルベタイン、アミドベタインなどが挙げられる。
前記有機質バインダは、前記インクに含有させると、前記インク中において前記無機顔料及び前記釉薬フリットの分散状態をより安定して維持させることができる。
前記有機質バインダとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、天然ポリマー、半合成ポリマー、合成ポリマーなどが挙げられる。
前記半合成ポリマーとしては、例えば、エーテル型セルロース、エステル型セルロース、エーテル型澱粉、エステル型澱粉、加工天然ガムなどが挙げられる。
前記合成ポリマーとしては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルブチラート樹脂、ポリビニルアクリレート樹脂、ポリビニルメチル樹脂、架橋型ポリアクリル酸、ポリアクリル酸ソーダ、ポリアクリル酸エステル、ポリアクリルアミド、メタクリル酸ソーダ、ポリブタジエン、ポリウレタン、ポリエステル、ポリ乳酸などが挙げられる。
これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記その他の成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、熱安定剤、酸化防止剤、還元防止剤、防腐剤、pH調整剤、消泡剤、湿潤剤、浸透剤などが挙げられる。
前記粘度は、例えば、回転粘度計(VISCOMATE VM−150III、東機産業株式会社製)を用いて25℃の環境下で測定することができる。
本発明の画像形成物の製造方法としては、前記被付着物の表面に、本発明の画像形成方法により形成された画像を有する画像形成物を製造する方法である。前記被付着物としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記耐熱性基体が好ましい。
前記画像形成物としては、例えば、絵柄が付されたタイル、ガラス、素焼き、陶磁器、琺瑯などが挙げられる。
具体的には、所定の形状の素焼きに前記インクにより画像を形成して焼成することにより、例えば、花瓶、湯のみ、小鉢等の陶磁器などが製造できる。また、陶磁器に前記インクにより画像を形成して焼成することにより、上塗りされた陶磁器などが製造できる。
なお、下記構成部材の数、位置、形状等は本実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好ましい数、位置、形状等にすることができる。
図4Aにおいて、画像形成装置300は、画像形成手段1と、インク20と、被付着物30とを有しており、光を吸収するインク20に、画像形成手段1により前記光のレーザビーム11を照射し、レーザビーム11のエネルギーによりインク20を照射方向に飛翔させ、被付着物30に付着させる装置である。
ビーム径変更手段3は、例えば、集光レンズであり、レーザ光源2が発生させたレーザビーム11の光路におけるレーザ光源2の下流に配置され、レーザビーム11の径を変更する。
ビーム波長変更手段4は、例えば、KTP結晶であり、レーザビーム11の光路におけるビーム径変更手段3の下流に配置され、レーザビーム11の波長をインク20が吸収可能な波長に変更する。
エネルギー調整フィルタ6は、例えば、レーザビーム11の透過率が低いガラスからなり、レーザビーム11の光路におけるビーム波長変更手段4の下流に配置され、レーザビーム11を透過させると、インク20を飛翔させるために適正なエネルギーに変更する。
このとき、付着するインク20の付着量は、レーザビーム11が照射されたインク20の面積のうち一部又は全部であり、エネルギー調整フィルタ6などにより調整することができる。
図4Bにおいて、画像形成装置301は、図4Aに示した画像形成装置300の各手段などに加え、インク担持体40と、ビーム走査手段60とを有している。この画像形成装置301は、画像形成手段1が発生させたレーザビーム11を、ビーム走査手段60によりレーザビーム11の照射方向と直交する方向に走査させ、平板状のインク担持体40が担持するインク20の任意の位置に照射し、飛翔させたインク20を被付着物30に付着させることができる。
反射鏡61は、図示しない反射鏡駆動手段により図4B中矢印Sで示す走査方向に可動し、レーザビーム11をインク担持体40が担持するインク20の任意の位置に反射する。
なお、ビーム走査手段60は、例えば、画像形成手段1自体を移動させる、画像形成手段1を回動させてレーザビーム11の照射方向を変化させる、あるいは反射鏡61としてポリゴンミラーを用いることにより、任意の位置にレーザビーム11を走査させるようにしてもよい。
また、インク20がインク担持体40に担持される段階で、層を形成したインク20の平均厚みが一定となるように制御することにより、被付着物30に対するインク20の付着量を安定させることができる。
なお、画像形成手段1と、ビーム走査手段60とを組み合わせたものをレーザビーム照射ユニット100と称する。
図5Aにおいて、画像形成装置302は、図4Bに示した画像形成装置301の各手段に加え、インク供給手段50と、被付着物搬送手段70とを有し、更に平板状のインク担持体40を円筒状のインク担持ローラ41に変更したものである。また、インク担持ローラ41の内側には、レーザビーム照射ユニット100が配置されており、インク担持ローラ41が外周に担持する被付着物30にレーザビーム11を照射する。
貯蔵槽51は、供給ローラ52の下方の近傍に配置され、インク10を貯蔵する。
供給ローラ52は、インク担持ローラ41と当接するように配置され、貯蔵槽51のインク10に一部が浸漬されており、図示しない回転駆動手段により、又はインク担持ローラ41の回転に従動して図5A中矢印R2で示す回転方向に回転しながらインク10を表面に付着させる。付着したインク10は、規制ブレード53により平均厚みを均一にされ、インク担持ローラ41に転移することにより層として供給される。インク担持ローラ41の表面に供給されたインク10は、インク担持ローラ41が回転することにより、レーザビーム11が照射される位置に連続的に供給される。
規制ブレード53は、図中矢印R2で示す回転方向におけるインク担持ローラ41の上流側に配置され、供給ローラ52が表面に付着させたインク10を規制し、インク担持ローラ41に供給するインク10の層の平均厚みを均一にする。
このとき、レーザビーム照射ユニット100は、画像情報に従ってインク担持ローラ41の内側よりレーザビーム11を照射し、被付着物30にインク20を付着させる。被付着物30を被付着物搬送ベルト72により移動させながら、このようなインク20を被付着物30に付着させる付着動作を行うことにより、被付着物30に2次元の画像を形成することができる。
図5Bにおいて、画像形成装置303は、図5Aで示した画像形成装置302における円筒状のインク担持ローラ41を、軸方向に沿って2分割したインク担持部42とし、レーザビーム照射ユニット100の配置を変更したものである。
図5Cにおいて、画像形成装置304は、図5Aで示した画像形成装置302における規制ブレード53の位置を変更したものである。この画像形成装置304は、特にインク20が粉体の場合に好適に用いられる。
このように、インク20が粉体である場合、被付着物30の表面に付着したインク20を加圧又は加熱などの処理を施して被付着物30に定着させるようにしてもよい。
また、前記被付着物の全面の画像を同時に形成する場合などでは、少なくとも記録時には両者が静止し、レーザのみ動作してもよい。
<釉薬フリットの製造>
Al2O3(80g)、SiO2(370g)、Na2O(50g)、及びPbO(500g)を配合し、スタンプミル(ANS−143PL、日陶科学株式会社製)を用いて粉砕した後、ヘンシェルミキサー(日本コークス工業株式会社製)を用いて混合したものを1,200℃で焼成し、再度、前記スタンプミルで粉砕した後、遊星ボールミル(フリッチュ社製P−5)により5mm径のジルコニアビーズを用いて微粉砕し、前記釉薬フリットを製造した。
<ブラック着色剤の製造>
無機顔料成分としてCr2O3(110g)、MnO(270g)、Fe2O3(112g)、及びCo2O3(508g)を配合し、前記スタンプミルを用いて粉砕した後、前記ヘンシェルミキサーを用いて混合したものを1,100℃で焼成し、再度、前記スタンプミルを用いて粉砕してブラック無機顔料を得た。
得られた前記ブラック無機顔料300gと前記釉薬フリット500gとを前記ヘンシェルミキサーで混合した後、750℃で焼成し、再度、前記スタンプミルで粉砕した後、遊星ボールミル(フリッチュ社製P−5)により5mm径のジルコニアビーズを用いて微粉砕し、ブラック着色剤を製造した。
<イエロー着色剤の製造>
製造例2において、前記無機顔料成分をCuO(10g)、ZnO(190g)、及びSb2O3(800g)に変えた以外は、製造例2と同様にして、イエロー着色剤を製造した。
<マゼンタ着色剤の製造>
製造例2において、前記無機顔料成分をFe2O3(160g)、NiO(40g)、CuO(40g)、及びAu2O(760g)に変えた以外は、製造例2と同様にして、マゼンタ着色剤を製造した。
<シアン着色剤の製造>
製造例2において、前記無機顔料成分をCr2O3(170g)、Fe2O3(10g)、Co2O3(690g)、及びZnO(130g)に変えた以外は、製造例2と同様にして、シアン着色剤を製造した。
<水性インクの製造>
下記に示す原材料を混合し、各色の水性インクを製造した。
・得られた各色着色剤・・・100質量部
・ポリカルボン酸型界面活性剤(サンスパール(登録商標)PS−2、三洋化成工業株式会社製)・・・3質量部
・ポリエチレングリコール400(PEG#400、日油株式会社製)・・・10質量部
・純水・・・20質量部
得られた各色の水性インクの粘度は、水性インクBk(ブラック)が20Pa・s、水性インクY(イエロー)が50Pa・s、水性インクM(マゼンタ)が10Pa・s、水性インクC(シアン)が90Pa・sであった。
なお、粘度は、回転粘度計(VISCOMATE VM−150III、東機産業株式会社製)により25℃の環境下で測定した。
<油性インクの製造>
下記に示す原材料を混合し、各色の油性インクを製造した。
・得られた各色着色剤・・・100質量部
・エチルセルロース(エトセル(登録商標)10、ダウケミカル社製)・・・10質量部
・ブタノール・・・90質量部
得られた各色の油性インクの粘度は、油性インクBk(ブラック)が8.0Pa・s、油性インクY(イエロー)が15Pa・s、油性インクM(マゼンタ)が2.4Pa・s、油性インクC(シアン)が100Pa・sであった。
なお、粘度は、回転粘度計(VISCOMATE VM−150III、東機産業株式会社製)により25℃の環境下で測定した。
前記インク担持体としてのスライドガラス(マイクロスライドガラスS7213、松浪硝子工業株式会社製、532nm波長光の前記透過率が99%)上に、製造したインクをゴムローラにより塗布して、平均厚み25μmとした層を形成した。次に、前記インクを塗布した表面を下記の被付着物と対向させ、前記インクの裏面から前記レーザビームを垂直に照射できるように前記インク担持体を設置した。
前記被付着物としては、タイル(RS252/1001、株式会社LIXIL製、サイズ150mm×150mm×9mm)を用い、前記タイルと前記インクの塗布表面との間隙を1.5mmとした。
得られたインクを前記タイル上に以下の条件により飛翔させ、インク画像を形成した。
前記レーザ光源としてCLARK−MXR社製CPA−2001を用い、発生させたレーザビームにおける波長を1,064nm、ビーム径を1.25mm×1.23mm、パルス幅を2ナノ秒、パルス周波数を20Hzとした。発生させた1パルスの前記レーザビームを、前記ビーム径変更部材としての集光レンズ(YAGレーザ集光レンズ、シグマ光機社製)に照射することにより、前記インクに照射させたときのビーム径が400μm×400μmになるようにした。前記ビーム径変更部材を経た前記レーザビームは、前記ビーム波長変更素子として用いたKTP結晶(CESTECH社製)に照射され、前記波長が1,064nmから532nmに変更された。次に、前記レーザビームを、前記エネルギー調整フィルタ(NDフィルタ、シグマ光機社製)に通過させることにより、前記インクに照射させたときのレーザ出力を、0.5mJ/ドットとした。
前記タイル上にインク画像を形成した後、陶芸用電気炉を用いて100℃/1時間の温度勾配で800℃まで昇温させた後、800℃で1時間保ち、自然冷却させ、前記タイル上に形成した前記インク画像を焼結させて画像形成物1を製造した。
作製したインク1を30cm3、スクリューバイアル瓶(容量50cm3)に入れ、スクリューバイアル瓶に蓋をして、25℃で50%RHの環境下で1時間放置した後、前記無機顔料の沈降性を目視により以下の基準で評価した。なお、本評価が○であれば、実使用上問題ないレベルである。
〔評価基準〕
○:無機顔料の沈降が確認できない
×:無機顔料が沈降し、上澄み液と分離した
得られた画像形成物1における前記インク画像の滲み現象の有無を、目視により以下の基準で評価した。なお、本評価が○又は△であれば、実使用上問題ないレベルである。
〔評価基準〕
○:画像形成、焼成後も滲みが無くシャープな画像が保たれている
△:画像形成、焼成後若干の滲み現象が発生している
×:画像形成、焼成後滲みが激しく全く画像が保たれていない
得られた画像形成物1における前記インク画像の耐引っ掻き性を、JIS K 5600−5−4(ISO/DIN 15184)に準拠して評価した。なお、本評価が◎、○、又は△であれば、実使用上問題ないレベルである。
〔評価基準〕
◎:2H硬度以上で傷つきなし
○:H硬度で傷つきなし
△:HB硬度で傷つきなし
×:HB硬度未満で傷つきあり
得られた画像形成物1における前記インク画像を含む硬化膜にテープ(セロテープ(登録商標)、ニチバン株式会社製)を消しゴム(モノ(登録商標)消しゴム、株式会社トンボ鉛筆製)でこすることにより貼り付け、前記テープを剥がしてその後の状態を目視により確認して耐剥離性を、以下の基準で評価した。なお、本評価が○であれば、実使用上問題ないレベルである。
〔評価基準〕
○:硬化膜が耐熱性基体から剥がれない
△:硬化膜に亀裂が入る、又は耐熱性基体と硬化膜の間に気泡が入る
×:硬化膜が完全に剥がれてしまう
得られた画像形成物1における前記インク画像のドット粒状性を、目視により以下の基準で評価した。なお、本評価が◎又は○であれば、実使用上問題ないレベルである。
〔評価基準〕
◎:安定した円形ドットが形成されている
○:ドットまわりに微小な飛び散りがある
△:ドットまわりの飛び散りが顕著
×:ドットの再現性が無い
1時間連続画像形成を行った後のインクの付着量安定性を、目視により以下の基準で評価した。なお、本評価が○であれば、実使用上問題ないレベルである。
〔評価基準〕
○:インクの付着量が安定し、インク画像が鮮明である
△:インクの付着量が不安定となり、インク画像が不鮮明である
×:インクを飛翔させることができない
無機顔料の沈降性評価、滲み評価、耐引っ掻き性評価、耐剥離性評価、ドット粒状性評価、及びインクの付着量安定性評価の結果に基づいた総合的な評価を、以下の基準で評価を行った。
[評価基準]
○:すべて○以上
×:△以下(△、×)が1つ以上ある
実施例1において、図4Aにおけるレーザビーム11の光路中のビーム波長変更手段4とエネルギー調整フィルタ6との間に、前記光渦変換部としての螺旋位相板(Voltexフェイズプレート、ルミネックス社製)を配置させ、前記レーザビームを前記光渦レーザビームに変換させた以外は、実施例1と同様にして、実施例2の画像形成物を製造し、実施例1と同様に評価した。結果を表1に示した。
実施例1において、本発明の画像形成手段を有する画像形成装置をインクジェットヘッド(MH2820、株式会社リコー製)のノズル径変更品を有する画像形成装置に代え、下記の吐出条件で前記インクを吐出させて画像形成を行った以外は、実施例1と同様にして、比較例1の画像形成物を製造しようと試みたが、前記インクの粘度が高すぎるため吐出することができなかった。
〔吐出条件〕
方式:積層ピエゾプッシュモード方式
ノズル径:30μm
駆動周波数:10kHz
印加電圧:20V
実施例1において、比較例1の前記吐出条件により吐出可能となるまでインクを前記分散媒で希釈した後、本発明の画像形成手段を有する画像形成装置を前記インクジェットヘッドを有する画像形成装置に代え、前記吐出条件で前記インクを吐出させて画像形成を行った以外は、実施例1と同様にして、比較例2の画像形成物を製造し、実施例1と同様に評価した。結果を表1に示した。
なお、吐出可能となるまで希釈されたインクの粘度は、それぞれ30mPa・s以下であった。粘度は、回転粘度計(VISCOMATE VM−150III、東機産業株式会社製)により25℃の環境下で測定した。
<1> 光を吸収するインクに、前記インクの光吸収波長に対応するレーザビームを照射し、前記レーザビームのエネルギーにより前記インクを前記レーザビームの照射方向に飛翔させ、被付着物に付着させる画像形成工程を含むことを特徴とする画像形成方法である。
<2> 前記インクの粘度が、2Pa・s以上100Pa・s以下である前記<1>に記載の画像形成方法である。
<3> 前記レーザビームが、光渦レーザビームである前記<1>から<2>のいずれかに記載の画像形成方法である。
<4> 前記レーザビームのパルス周波数が、10Hz以上200Hz以下である前記<1>から<3>のいずれかに記載の画像形成方法である。
<5> 前記被付着物に付着した前記インクを焼成させる焼成工程を更に含む前記<1>から<4>のいずれかに記載の画像形成方法である。
<6> 前記被付着物が、耐熱性基体である前記<5>に記載の画像形成方法である。
<7> 前記耐熱性基体が、タイル、ガラス、素焼き、陶磁器、及び琺瑯の少なくともいずれかである前記<6>に記載の画像形成方法である。
<8> 前記インクが、着色剤を少なくとも含有し、前記着色剤が、無機顔料及び釉薬フリットの少なくともいずれかを含有する前記<1>から<7>のいずれかに記載の画像形成方法である。
<9> 前記無機顔料及び前記釉薬フリットの一次粒子の体積平均粒径が、0.1μm以上100μm以下である前記<8>から<9>のいずれかに記載の画像形成方法である。
<10> 前記無機顔料と前記釉薬フリットとの質量比(無機顔料/釉薬フリット)が、2/8以上6/4以下である前記<8>から<9>のいずれかに記載の画像形成方法である。
<11> 前記インクが、有機質バインダを更に含む前記<8>から<10>のいずれかに記載の画像形成方法である。
<12> 前記有機質バインダの含有量が、前記無機顔料及び前記釉薬フリットの合計質量100質量部に対して0.1質量部以上10質量部以下である前記<11>に記載の画像形成方法である。
<13> 光を吸収するインクと、前記インクの光吸収波長に対応するレーザビームを前記インクに照射し、前記レーザビームのエネルギーにより前記インクを前記レーザビームの照射方向に飛翔させ、被付着物に付着させる画像形成手段とを有することを特徴とする画像形成装置である。
<14> 前記インクの粘度が、2Pa・s以上100Pa・s以下である前記<13>に記載の画像形成装置である。
<15> 前記画像形成手段が、前記光を透過可能なインク担持体の一方の面に担持された前記インクに対し、前記インク担持体の他方の面から前記レーザビームを照射する前記<13>から<14>のいずれかに記載の画像形成装置である。
<16> 前記画像形成手段が、前記レーザビームを光渦レーザビームに変換する光渦変換部を更に有する前記<13>から<15>のいずれかに記載の画像形成装置である。
<17> 前記被付着物に付着した前記インクを焼成させる焼成手段を更に有する前記<13>から<16>のいずれかに記載の画像形成装置である。
<18> 前記被付着物が、耐熱性基体である前記<17>に記載の画像形成装置である。
<19> 光を吸収し、前記光の波長に対応するレーザビームを照射されて飛翔するインクであって、粘度が2Pa・s以上100Pa・s以下であることを特徴とするレーザ照射記録用インクである。
<20> 被付着物の表面に、前記<1>から<12>のいずれかに記載の画像形成方法により形成された画像を有する画像形成物を製造することを特徴とする画像形成物の製造方法である。
2 レーザ光源
11 レーザビーム
20 インク
30 被付着物
40 インク担持体
100 レーザビーム照射ユニット
300〜304 画像形成装置
Claims (10)
- 光を吸収するインクに、前記インクの光吸収波長に対応する光渦レーザビームを照射し、前記光渦レーザビームのエネルギーにより前記インクを前記光渦レーザビームの照射方向に飛翔させ、被付着物に付着させる画像形成工程と、
前記被付着物に付着した前記インクを焼成させる焼成工程と、
を含むことを特徴とする画像形成方法。 - 前記インクの粘度が、2Pa・s以上100Pa・s以下である請求項1に記載の画像形成方法。
- 前記被付着物が、耐熱性基体である請求項1から2のいずれかに記載の画像形成方法。
- 前記耐熱性基体が、タイル、ガラス、素焼き、陶磁器、及び琺瑯の少なくともいずれかである請求項3に記載の画像形成方法。
- 前記インクが、着色剤を少なくとも含有し、
前記着色剤が、無機顔料及び釉薬フリットの少なくともいずれかを含有する請求項1から4のいずれかに記載の画像形成方法。 - 光を吸収するインクと、
前記インクの光吸収波長に対応するレーザビームを前記インクに照射し、前記レーザビームのエネルギーにより前記インクを前記レーザビームの照射方向に飛翔させ、被付着物に付着させる画像形成手段と、
前記被付着物に付着した前記インクを焼成させる焼成手段と、
を有し、
前記画像形成手段が、前記レーザビームを光渦レーザビームに変換する光渦変換部を更に有することを特徴とする画像形成装置。 - 前記インクの粘度が、2Pa・s以上100Pa・s以下である請求項6に記載の画像形成装置。
- 前記画像形成手段が、前記光を透過可能なインク担持体の一方の面に担持された前記インクに対し、前記インク担持体の他方の面から前記レーザビームを照射する請求項6から7のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記被付着物が、耐熱性基体である請求項6から8のいずれかに記載の画像形成装置。
- 被付着物の表面に、請求項1から5のいずれかに記載の画像形成方法により形成された画像を有する画像形成物を製造することを特徴とする画像形成物の製造方法。
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