JP6731378B2 - 印刷装置及びその使用方法 - Google Patents

Description

本開示の実施形態は、熱成形基材における伸縮性及び／又は放射線硬化性インクの堆積又は印刷に使用する印刷システム及びその使用方法を提供することを目的としている。

熱成形プロセスに適合する印刷プロセスが当該技術分野において知られている。従来のディジタルプリンタは、ウェブの走行を索引付けしながら、すなわち、従来のインクジェットプリンタの機能のようなラスタと同様に、媒体ウェブにわたって反復的に印刷ヘッドのアレイを走査することによって動作する。この従来の印刷プロセスは、印刷されたロールが１つ以上の熱成形プレスに供給されなければならない製造環境において非常に時間がかかる。大抵の場合、印刷に要する時間は、熱成形に必要な時間を大幅に超える。

以下は、熱成形可能材料によって使用される印刷システムの２つの例である。エレクトロニクス・フォー・イメージング社のＶＵＴＥｋ ＧＳ Ｐｒｏ−ＴＦシリーズディジタルインクジェットプリンタは、カスタム成形看板、パッケージング、ＰＯＰディスプレイ、ベンディングパネル及び他の熱成形アプリケーションを製造することができるとされている。同様に、富士フイルム社のＡｃｕｉｔｙ Ａｄｖａｎｃｅ Ｓｅｌｅｃｔは、印刷された熱成形物を製造するために使用されるフラットベッドインクジェットプリンタである。残念ながら、双方のシステムは、システムスループットを厳しく制限する走査印刷ヘッドを利用するという欠点に悩まされており、例えば、富士フイルム社のシステムは、３２ｍ^２／時のみまでのスループットを宣伝している。

さらに、熱成形可能材料の印刷のプロセスを複雑にしているのは、その材料の光学特性である。多くの熱成形可能材料は、例えば透明プラスチック容器内のイチゴなどの消費者が購入前に確認したい製品を保持するために使用される場合に望ましい特徴である透明である。透明材料は、入射光がインクを透過することから、従来のＣＭＹＫ画像（シアン、マゼンタ、イエロー及びキー（ブラック））を印刷する際に問題となる。可視性を向上させるために、反射率の高い白色背景にＣＭＹＫ画像を印刷するのが一般的である。印刷システムの有用性を最大限にし且つコストを最小限にするために、好ましくは、ＣＭＹＫ印刷について使用されるのと同じ印刷プロセスを使用して白色背景が作成される。しかしながら、ＣＭＹＫ色分解の直前に白色が基材に印刷される場合、カラーインクは、白色に染み込んで混ざることがあり、印刷品質を許容不可能とする。

本開示は、許容できない色のブリード又は混合なしに熱成形基材上の高スループット印刷のためのシステム及び方法に対処する。

概して、本印刷システムは、例えば放射線硬化性インクなどの硬化性インクとともに使用することが意図されている。いくつかの実施形態において、印刷システムは、その後に容器などの有用な物体に熱成形される熱成形用プラスチック上にラベルをディジタル的に予め印刷することが意図されている。ＵＶ硬化性ＣＭＹＫＷインクセットによって印刷する場合、ＣＭＹＫインクとは異なる方法で白色インクを処理する必要があることが見出されている。

生産性の観点、すなわちスループットの観点から、以下の３つの主要要素が互いに独立しているシステムを提供することが望ましい：ａ）ウェブ形態への原材料の押出；ｂ）ウェブ上への印刷；及びｃ）容器などの最終物品へのウェブの形成。そのようなシステムは、より大きな柔軟性を提供することができ、これらの要素がインラインで統合されたシステムよりも高い稼働時間を提供することができる。上述したシステムは、熱成形用プラスチックのロールを受け入れ、適切なインクによってプラスチック上にディジタル的に印刷した後、その後に熱成形に変換するために印刷されたロールを供給することができる印刷アーキテクチャを必要とする。

概して、印刷された熱成形可能ウェブを提供するように構成された印刷システムの実施形態は、ａ）ウェブ巻き出し機と、ｂ）基材表面エネルギを変更するための処理ステーションと、ｃ）従来のウェブ駆動及び追跡サブシステムと、ｄ）印刷ヘッドの１つ以上の全幅アレイと、ｅ）インク供給サブシステムと、ｆ）熱成形中に少なくとも４００％だけ伸長することができる放射線硬化性インクセットと、ｇ）１つ以上の放射線硬化装置と、ｈ）ウェブ上の印刷品質を監視するインラインセンサと、ｉ）ウェブ巻き戻し機とを含む。

上記を考慮すると、熱成形基材上に少なくとも１つの伸縮性インクを印刷する本システムの実施形態は、熱成形基材を第１のロールからウェブ駆動サブシステムに供給するように構成された巻き出し機と、基材表面エネルギを変更して熱成形基材への少なくとも１つの伸縮性インクの濡れ性及び接着性を向上させるように構成された表面エネルギ変更装置と、熱成形基材上に少なくとも１つの伸縮性インクを堆積させるように構成された少なくとも１つの全幅印刷ヘッドアレイと、熱成形基材上の少なくとも１つの伸縮性インクを硬化させるように構成された少なくとも１つの放射線硬化装置と、熱成形基材上の少なくとも１つの伸縮性インクを監視するように構成された全幅アレイセンサと、熱成形基材を受け、熱成形基材を第２のロールに形成するように構成された巻き戻し機とを含む。

概して、上述した印刷システムの実施形態は、以下のステップを実行する：ａ）第１のコロナによって基材を処理すること；ｂ）白色背景層を印刷すること；ｃ）白色背景層を完全に硬化させること；ｄ）第２のコロナによって硬化した白色背景層を処理すること；ｅ）硬化した白色背景層上にＣＭＹＫ画像を印刷すること；ｆ）ＣＭＹＫ画像を完全に硬化させること。要するに、上述した方法は、ＵＶ硬化性インクについて記載された印刷プロセスを達成することができる２パス印刷法である。第１のパスにおいて、白色層が印刷されて硬化される一方で、第２のパスにおいて、白色層がコロナ処理されてＣＭＹＫインクが印刷されて硬化される。

概して、上記を考慮すると、熱成形基材上に画像を塗布する本方法の他の実施形態は、ａ）表面エネルギ変更装置によって熱成形基材の第１の表面エネルギを変更することと、ｂ）少なくとも１つの全幅印刷ヘッドアレイによって少なくとも１つの伸縮性インクを含む背景層を基材の一部に堆積させることと、ｃ）少なくとも１つの放射線硬化装置によって第１の印刷基材を形成するように背景層を硬化させることと、ｄ）表面エネルギ変更装置によって第１の印刷基材の第２の表面エネルギを変更することと、ｅ）少なくとも１つの全幅印刷ヘッドアレイによって背景層上に少なくとも１つの伸縮性インクを含む前景層を堆積させることと、ｆ）少なくとも１つの放射線硬化装置によって第２の印刷基材を形成するように前景層を硬化させることとを含む。

１つ以上の実施形態の他の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な説明及び添付図面並びに特許請求の範囲から容易に理解可能であろう。

様々な実施形態は、対応する参照符号が対応する部分を示す添付図面を参照しながら例としてのみ開示される。

図１は、熱成形基材上に伸縮性インクを印刷する本システムの実施形態の概略図である。 図２は、熱成形基材上に伸縮性インクを印刷する本システムの実施形態を含む概略的なプロセスフロー図である。 図３は、伸縮性インクと低表面エネルギを有する熱成形基材との相互作用を示す断面図である。 図４は、図３に示される表面エネルギよりも高い表面エネルギを有する熱成形基材と伸縮性インクとの相互作用を示す断面図である。 図５は、熱成形基材上に伸縮性インクを印刷する本システムからの印刷材料を使用して製造された例示的な熱成形品の平面図である。 図６は、第１の印刷ヘッドアレイの後に放射線ピンニング装置を含む熱成形基材上に伸縮性インクを印刷する本システムの他の実施形態の概略図である。 図７は、熱成形基材上に画像を塗布する本方法の実施形態のフロー図である。

最初に、異なる図面視野についての同様の図面符号は、本願明細書に記載された実施形態の同一の又は機能的に同様の構成要素を特定することが理解されるべきである。さらにまた、これらの実施形態は、記載された特定の方法論、材料及び変更例に限定されるものではなく、そのため当然のことながら変化することができることが理解される。本願明細書において使用される用語は、特定の態様のみを記載するためのものであり、添付した特許請求の範囲によってのみ限定される開示された実施形態の範囲を限定するものではないことが理解される。

他に定義しない限り、本願明細書において使用される全ての技術用語及び科学用語は、一般に、これらの実施形態が属する技術分野における当業者に理解されるのと同じ意味を有する。本願明細書において使用される場合、例えば「全幅アレイセンサ」及び「全幅印刷ヘッドアレイ」などの「全幅」は、基材の有意な幅をカバーする任意の構造として広く解釈されるように意図される。例えば、一部の実施形態において、全幅アレイセンサの長さは、それが検査する基材の幅の約半分である。

さらにまた、語「プリンタ（ｐｒｉｎｔｅｒ）」、「プリンタシステム（ｐｒｉｎｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍ）」、「印刷システム（ｐｒｉｎｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）」、「プリンタ装置（ｐｒｉｎｔｅｒ ｄｅｖｉｃｅ）」及び「印刷装置（ｐｒｉｎｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）」は、本願明細書において使用される場合、任意の目的のために印刷出力機能を実行するディジタル複写機、製本機、ファクシミリ装置、複合機などの任意の装置を包含する。さらに、本願明細書において使用される場合、「ウェブ」、「基材」、「印刷可能基材」は、例えば、紙、透明紙、羊皮紙、フイルム、布地、プラスチック、光仕上げ紙、又は、情報若しくはマーキングが視覚化及び／又は再生されることができるウェブの形態の他のコーティング若しくは非コーティング基材媒体を指すとともに、「熱成形基材」は、印刷後に熱成形されることができる、すなわち、熱及び圧力の使用によって成形されることができる任意の基材を意味するように意図される。本願明細書において使用される場合、用語「平均」は、限定されるものではないが、加重平均、ローリング入力に基づくはい又はいいえ判定などを含むことができる、結果データ又は判定が複数の入力データに基づいて得られる任意の計算を含むように広く解釈されるものとする。

さらに、本願明細書において使用される場合、システム又は要素と組み合わせた表現「のうちの少なくとも１つを備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ ｏｆ）」及び「のうちの少なくとも１つを備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ ｏｆ）」は、システム又は要素がその表現後に記載される要素のうちの１つ以上を含むことを意味するように意図される。例えば、第１の要素と、第２の要素と、第３の要素のうちの少なくとも１つを備える装置は、以下の構造構成のうちのいずれか１つとして解釈されるように意図される：第１の要素を備える装置；第２の要素を備える装置；第３の要素を備える装置；第１の要素及び第２の要素を備える装置；第１の要素及び第３の要素を備える装置；第１の要素、第２の要素及び第３の要素を備える装置；又は、第２の要素及び第３の要素を備える装置。同様の解釈は、表現「のうちの少なくとも１つにおいて使用される（ｕｓｅｄ ｉｎ ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ ｏｆ）」が本願明細書において使用される場合に意図される。さらにまた、本願明細書において使用される場合、「及び／又は」は、記載された要素又は条件のうちの１つ以上が含まれることができるか又は発生されることができることを示すように使用される文法上の結合詞を意味するように意図される。例えば、第１の要素、第２の要素及び／又は第３の要素を備える装置は、以下の構造的構成のうちのいずれか１つとして解釈されるように意図される：第１の要素を備える装置；第２の要素を備える装置；第３の要素を備える装置；第１の要素及び第２の要素を備える装置；第１の要素及び第３の要素を備える装置；第１の要素、第２の要素及び第３の要素を備える装置；又は、第２の要素及び第３の要素を備える装置。

さらに、本願明細書に記載されたものと同様の又は同等のいかなる方法、装置又は材料も、これらの実施形態の実施又は試験において使用されることができ、方法、装置及び材料のいくつかの実施形態がここで記載される。

図１は、本印刷システム、すなわち、印刷システム５０の実施形態の概略図を示している。例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）又はポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）などの熱成形基材５２は、巻き出し機５６においてシステム５０の第１の端部５４に巻き出される。そして、熱成形基材５２は、従来のウェブ駆動及び操作サブシステム、すなわちサブシステム５８を通過する。熱成形基材５２は、例えば、コロナ放電、大気圧プラズマ又は火炎処理などの表面エネルギ変更装置６０にさらされる。表面エネルギ変更装置６０は、熱成形基材５２に対するインク６２の濡れ性及び接着性の双方を向上させる。適切な表面エネルギ変更装置の例は、

の典型的な出力を有するウィスコンシン州ミルウォーキーのＥｎｅｒｃｏｎ社からのコロナ処理装置である。いくつかの実施形態において、印刷システム５０はまた、基材から過剰な粒子及び静電荷を除去するために、ウェブクリーニングステーション６４及び静的中和装置６６を含むことができる。いくつかの実施形態において、ステーション６４及び装置６６は、表面エネルギ変更装置６０と印刷ヘッドアレイ６８との間の熱成形基材５２の両側に配置されている。そして、熱成形基材５２は、例えば、印刷ヘッドアレイ６８、７０、７２及び７４などの１つ以上の印刷ヘッドアレイを通過する。いくつかの実施形態において、各印刷ヘッドアレイは、内側及び外側余白以外の熱成形基材５２の全幅が印刷ヘッドを移動又は走査させる必要なしに、少なくとも１つの印刷ヘッドによってアドレス指定されることができるように配置された複数の圧電印刷ヘッドから構成されている。印刷ヘッドの上記構成は、熱成形基材５２が印刷領域７６、すなわち、熱成形基材５２が印刷ヘッドアレイ６８、７０、７２及び７４に隣接して通過する領域を通って連続的に移動する「単一パス」印刷モードを可能とする。上記実施形態は、毎分３０−１２０フィートの速度範囲にわたって印刷することができることが見出された。システム５０の全幅印刷ヘッドアレイは、静止している、すなわち、熱成形基材５２を横切って走査せず、従来のプリンタよりもはるかに高い印刷スループットを可能とする。

図１は、４つの従来の色、すなわち、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック、また一般にＣＭＹＫとも称される色のそれぞれについての１つの印刷ヘッドアレイを示している。４つの印刷ヘッドアレイは、それぞれ、ＣＭＹＫカラーについてのアレイ６８、７０、７２及び７４によって表される。追加のアレイ又は複数の追加のアレイは、例えば白色などの第５の色、又は複数の追加の色を含めることができる。印刷ヘッドアレイは、パッケージグラフィック、命令などのディジタル的に定義された画像コンテンツを熱成形基材５２に追加する責を担う。印刷ヘッドアレイはまた、後続の熱成形処理、切断動作又は印刷画像への位置合わせを必要とする他の後処理プロセスのための位置合わせマークなどの非画像マークを印刷することもできる。

各印刷ヘッドアレイについての対応するインク供給サブシステムは、そのようなサブシステムが一般に液体及び固体インク印刷の技術分野において公知であることから、図には示されていないか又は本願明細書において詳細に記載されていないことが理解されるべきである。各インク供給サブシステムは、その対応する印刷ヘッドアレイに放射線硬化性熱成形インクを供給する。適切なインクは、基材への亀裂又は接着性低下なしに少なくとも４００％伸長の伸縮を可能とするように配合されるべきであることが見出されている。しかしながら、必要な伸縮の程度は、熱成形プロセスに依存し、基材への亀裂又は接着性低下なしに４００％未満伸長をもたらすインクはまた、いくつかの用途に適していることがある。

全てのインクを基材上に堆積した後、ウェブは、そのような放射線源がインクを完全に硬化させるための要件に基づいて選択される放射線硬化領域を通過する。いくつかの実施形態において、ＵＶスペクトルＬＥＤアレイなどの他の装置もまた使用されることができるものの、複数の広いスペクトルのＵＶランプは、インクの硬化をもたらす、すなわち、必要な放射出力はインクの硬化要件に依存する。それゆえに、放射線硬化装置７８は、これらに限定されるものではないが、以下からなる群から選択されることができる：伸縮性インクの要件に応じて、紫外線放射源；赤外線放射源；可視光放射源、及びそれらの組み合わせ。熱成形基材５２が硬化領域８０を通過した後、それは、カラー対カラー位置合わせ、欠落ジェット、及び他の印刷品質基準を検出するために使用されることができる検知サブシステム８２を通過する。いくつかの実施形態において、検知サブシステム８２は、全幅アレイセンサ８４を備える。そして、熱成形基材５２は、巻き戻し機８６内を通過し、印刷された熱成形基材５２が、例えばロール８８などのロール状に戻される。印刷されたロール８８は、熱プレスにおいて使用されることができ、それにより、例えば食品包装容器などの熱成形物体に変換されることができる。

いくつかの実施形態において、熱成形基材５２は、他の熱成形プラスチックも使用されることができるが、０．０１４インチ厚の熱成形用ＰＥＴである。いくつかの実施形態において、インチあたり６００ドット（ｄｐｉ）×６００ｄｐｉの記録解像度が許容可能であるが、例えば３００ｄｐｉ×３００ｄｐｉなどの他の印刷モードが使用されてもよい。

上記を考慮すると、システム５０は、例えば熱成形基材５２などの熱成形基材上に少なくとも１つの伸縮性インクを印刷することが可能であることが理解されるべきである。いくつかの実施形態において、システム５０は、巻き出し機５６と、表面エネルギ変更装置６０と、印刷ヘッドアレイ６８、７０、７２及び７４などの少なくとも１つの全幅印刷ヘッドアレイと、例えば硬化装置７８などの少なくとも１つの放射線硬化装置と、全幅アレイセンサ８４と、巻き戻し機８６とを備える。巻き出し機５６は、第１のロール９０からウェブ駆動サブシステム５８へと熱成形基材５２を供給するように構成されている。表面エネルギ変更装置６０は、基材表面エネルギを変化させて熱成形基材５２に対する少なくとも１つの伸縮性インクの濡れ性及び接着性を向上させるように構成されている。全幅印刷ヘッドアレイは、熱成形基材５２上に少なくとも１つの伸縮性インクを堆積させるように構成されている。放射線硬化装置７８は、熱成形基材５２上に少なくとも１つの伸縮性インクを硬化させるように構成されている。全幅アレイセンサ８４は、熱成形基材５２上の少なくとも１つの伸縮性インクを監視するように構成されており、巻き戻し機８６は、熱成形基材５２を受け、第２のロール８８に熱成形基材５２を形成するように構成されている。

いくつかの実施形態において、少なくとも１つの伸縮性インクのそれぞれは、紫外線硬化型インクである。しかしながら、他の種類のインクもまた使用されることもできる。さらに、いくつかの実施形態において、熱成形基材５２は、以下からなる群から選択される：ポリエチレンテレフタレート；ポリエチレンテレフタレートグリコール変性；ポリカーボネート；アクリル；ポリ塩化ビニル；アクリロニトリルブタジエンスチレン；ポリプロピレン；及び、それらの組み合わせ。

上述したように、表面エネルギ変更は、様々な装置によって提供されることができる。いくつかの実施形態において、表面エネルギ変更装置６０は、以下からなる群から選択される：コロナ処理ステーション；大気圧プラズマ処理ステーション；火炎処理ステーション；及び、それらの組み合わせ。いくつかの実施形態において、熱成形基材５２は、第１の幅を備え、表面エネルギ変更装置６０は、第１の幅よりも大きい第２の幅／長さを備える。システム及び印刷要件に応じて、また、熱成形基材５２の幅よりも短い／小さい表面エネルギ変更装置を有することは特許請求の範囲内である。

同様に、いくつかの実施形態において、各全幅印刷ヘッドアレイは、固有の伸縮性インクを分配する。換言すれば、各全幅印刷ヘッドアレイは、その印刷ヘッドアレイに固有の特定色を分配する。それゆえに、第１の全幅印刷ヘッドアレイ６８は、シアンインクを分配することができるとともに、第２の印刷ヘッドアレイ７０は、マゼンタインクを分配し、第３の印刷ヘッドアレイ７２は、イエローインクを分配し、第４の印刷ヘッドアレイ７４は、ブラックインクを分配する。いくつかの実施形態において、熱成形基材５２は、第１の幅を備え、例えば、アレイ６８、７０、７２及び／又は７４などの少なくとも１つの全幅印刷ヘッドアレイは、第１の幅よりも小さい第２の幅／長さを備える。システム及び印刷要件に応じて、熱成形又は印刷可能基材の幅以上の印刷ヘッドアレイを有することも請求項の範囲内である。しかしながら、熱成形基材のものよりも大きい幅／長さを有する印刷ヘッドアレイを有する実施形態において、一部の圧電印刷ヘッドは、オフにされなければならない。すなわち、印刷ヘッドは、システム全体に対するインクの浪費又は損傷を回避するために基材から外れる。

図２は、全熱成形製造プロセスの例内のプリンタ５０の実施形態の概略図を示している。ロール・ツー・ロールモードにおける印刷の利点は、完全に統合されたインラインシステムに比べて明らかである。例えば、押出機、プリンタ及び熱成形プレスのスループットレートに応じて、いずれかの要素が保守のために停止している場合又はプロセス全体への貢献に利用できない場合、高い稼働率を有する高度に柔軟で再構成可能な製造プロセスが可能である。

図３は、伸縮性インク６２と低表面エネルギを有する熱成形基材５２との相互作用を示す断面図を示している一方で、図４は、伸縮性インク６２と図３に示された表面エネルギよりも高い表面エネルギを有する熱成形基材５２との相互作用を示す断面図を示している。例えばコロナ処理などの表面エネルギ変更は、インク及びコーティングの濡れ性及び接着性を向上させるように印刷可能基材の表面エネルギを増加させる。例えばポリマーフイルムなどのいくつかの印刷可能基材は、印刷インク及びコーティングの受け不良を生じさせる低い表面張力を有する化学的に不活性及び非多孔性表面を有する。表面張力は、一般にダインレベルとも称される表面エネルギを示す。コロナ処理などの表面処理は、印刷可能基材の表面エネルギを増加させ、それにより、インクの濡れ性及び接着性の向上によって印刷品質を向上させる。一般に、基材の表面エネルギがインクの表面エネルギよりも高い場合、基材は濡れると考えられる。表面エネルギ変更のレベルは、限定されるものではないが、使用される処理の種類、基材及びインク特性を含む様々な要因に依存する。それゆえに、処理の必要な強度、すなわち、基材表面積あたりの分あたりのワット数

は、基材及びインクの各組み合わせについて最良に決定される。最適な印刷結果を達成するために同じ基材及び／又はインクの異なる生産ランを使用する場合、同じ決定がなされるべきである。

図５は、上述したプロセスを使用して製造されるような熱成形から印刷されたサンプル、すなわち熱成形品９２を示している。この例において、熱成形基材ロールを印刷した後、ロールは、異なる位置の熱成形プロセスにおいて使用された。

図６は、ロール状印刷熱成形基材の製造に使用するための本印刷システム、すなわち印刷システム１００の実施形態の概略図を示している。システム１００は、いくつかの付加的要素を有して上記システム５０と同様である。ＰＥＴ又はＰＶＣなどの熱成形基材５２は、巻き出し機５６において巻き出される。そして、熱成形基材５２は、従来のウェブ駆動及び操作要素、すなわちサブシステム５８を通過する。ウェブ駆動及び操作要素は当該技術分野において公知であることから、それらは、本願明細書においてはさらに詳細には記載されない。そして、熱成形基材５２は、表面エネルギ変更装置６０にさらされる。適切な表面エネルギ変更装置は、コロナ処理ステーション、大気圧プラズマ処理ステーション、及び火炎処理ステーションを含むが、これらに限定されるものではない。上述したように、装置６０の目的は、熱成形基材５２に対するインク６２の濡れ性及び接着性の双方を向上させることである。基材からの過剰な粒子及び静電荷を除去するために、ウェブクリーニングステーション及び静的中和装置の双方が、システム１００に含まれることができるが、この図には示されていない。

そして、熱成形基材５２は、複数の印刷ヘッドアレイ、すなわち、印刷ヘッドアレイ１０４、１０６、１０８、１１０及び１１２から構成された印刷領域１０２内を通過する。各印刷ヘッドアレイは、内側及び外側余白以外の熱成形基材５２の全幅が少なくとも１つの印刷ヘッドによってアドレス指定されることができるように配置された複数の圧電印刷ヘッドから構成されている。この構成は、熱成形基材５２が印刷領域１０２を通って連続的に移動する「単一パス」印刷モードを可能とする。印刷領域１０２内において、熱成形基材５２は、この実施形態において白色に関連付けられている印刷ヘッドアレイ１０４によって共通の印刷ベース層を最初に通過する。アレイ１０４は白色背景画像を印刷する。ＵＶピンニング装置１１４は、例えば白色背景層などの背景層／画像とインクのその後の混合を防止するために、アレイ１０４から堆積したインクが部分的に硬化又は「ピンニング」されるように、アレイ１０４の後であるがアレイ１０６の前に配置されている。上述したように、１つ以上の硬化装置及びピンニング装置は、紫外線以外の放射線を放射することができ、そのような放射線は、インクの要件に依存することが理解されるべきである。ピンニング装置、すなわちピンニング装置１１４を通過した後、ピンニングされた白色背景は、ＣＭＹＫ印刷ヘッドアレイ、すなわち印刷ヘッドアレイ１０６、１０８、１１０及び１１２によって重ね刷りされる。全てのインクが背景層／画像及び／又は熱成形基材５２上に堆積された後、熱成形基材５２は、硬化領域８０を通過する。いくつかの実施形態において、ＵＶスペクトルＬＥＤアレイ又は非ＵＶ放射線源などの他の装置もまた適しているものの、インクの要件に応じて、複数の広いスペクトルのＵＶランプがインクを硬化させるために使用される。熱成形基材５２が硬化領域８０を通過した後、カラー対カラー位置合わせ、欠落ジェット及び他の印刷品質基準を検出するための全幅アレイセンサ８４を備える検知サブシステム８２を通過する。そして、熱成形基材５２は、印刷された熱成形基材５２がロール状、例えばロール８８に戻される巻き戻し機８６内を通過する。

システム５０及び１００は、特定インク、放射線源などのために調整されなければならないことが見出されている。ＣＭＹＫを重ね刷りする前に背景層についてのピンニング硬化の最適な状態が決定されなければならない。背景層が硬化不足である場合、混色は、好ましくない欠陥を生じさせる。背景層が過度に硬化される場合、その表面エネルギは低下し、ＣＭＹＫインクは、許容可能な塗りつぶしを達成するために十分に広がらない。検知サブシステム８２は、印刷された熱成形基材５２の全体的な品質を定量化するために使用されることができ、それにより、システム５０及び１００の調整又は最適化を容易とする。そのような最適化は、限定されるものではないが、ウェブ速度を調整すること、例えばその入力電力を増加又は減少させることなどの表面エネルギ変更を調整すること、印刷されたインクの量を減少又は増加させること、硬化装置のうちの１つ以上を調整することなどを含むことができる。

上記を考慮すると、プロセス最適化の必要性のために本印刷システムへの変更が行われている。印刷システム及び方法の以下の実施形態は、低減されたプロセス最適化によって所望の印刷されたロール状熱成形基材を達成するために使用されることができる。図６は、印刷システム１００の概略図を示しており、例示的な実施形態は、全体的な印刷結果を向上させる。システム５０（図１）及びシステム１００（図６）の比較によってわかるように、システム５０は、背景層／画像印刷ヘッドアレイの直後に配置されたピンニング装置１１４、すなわちピンニング／硬化装置を含まない。システム１００は、上述した他の実施形態と同様に機能する。熱成形基材５２は、巻き出し機５６によって巻き出され、その後、表面エネルギ変更装置６０にさらすことによって処理される。そして、熱成形基材５２は、背景層／画像が熱成形基材５２上に堆積される印刷ヘッドアレイ１０４を通過する。背景層／画像は、硬化装置７８によって硬化領域８０において完全に硬化され、背景画像は、検知サブシステム８２によって検査され、その後、巻き戻し機８６によってロール８８に巻き戻される。ロール８８は、新たなロール９０となり、その後、数秒だけシステム１００を通って再供給される。その上に印刷された背景層を有する熱成形基材５２は、巻き出し機５６によって巻き出され、その後、表面エネルギ変更装置６０にさらすことによって処理される。この場合、表面エネルギ変更装置６０は、熱成形基材５２及びその上に硬化された背景層／画像の双方の表面エネルギを変化させる。そして、その上に硬化された背景層／画像を有する熱成形基材５２は、印刷ヘッドアレイ１０６、１０８、１１０及び１１２、すなわち印刷領域１０２を通過し、ＣＭＹＫ画像が熱成形基材５２及び／又は背景層上に堆積される。ＣＭＹＫ画像は、硬化装置７８によって硬化領域８０において完全に硬化され、完成した画像は、検知サブシステム８２によって検査され、その後、熱成形基材５２は、巻き戻し機８６によってロール８８に巻き戻される。

要するに、上記実施形態は、ピンニング装置１１４を使用することなくプリンタシステム１００によって熱成形基材５２の２つの独立したパスを介してＣＭＹＫＷ画像を堆積又は印刷する。他の観点において、材料のロール、すなわち熱成形基材のロールは、プリンタ１００を通って２回送られる。第１のパスにおいて、背景層／画像のみが印刷された後、完全に硬化される。例えば、白色以外の任意の位置合わせマーク又は背景層を作成するために、順番に基材上に直接限定された量のＣＭＹＫを印刷することは、本開示の範囲内であり、そのような印刷は、印刷システムを通過する第１パスの間に発生することができる。第１のパスから得られた印刷基材は、ロール状に巻き戻された後、第２のパスのために印刷システムに再導入される。第２のパスの間、硬化された背景層／画像は、その表面におけるインクの濡れ性を向上させるためにコロナ処理される。すなわち、背景層／画像は、表面エネルギ変更装置にさらされる。ＣＭＹＫ画像コンテンツは、任意の以前に印刷された位置合わせマークに並べられ、背景層／画像上に重ね刷りされた後、完全に硬化される。基材は、第２の時間にロールアップされた後、熱成形プレス上への設置のための状態にある。

上記印刷プロセスは、印刷プロセス１２０として図７に示されている。熱成形基材５２は、ロール９０から巻き出し機５６において印刷システム１００に供給される。熱成形基材５２は、ステップ１２２において、表面エネルギ変更装置６０によって処理される。例えば白白背景などの背景層／画像は、ステップ１２４において、印刷ヘッドアレイ１０４によって熱成形基材５２上に印刷される。必要に応じて、ＣＭＹＫ画像コンテンツは、ステップ１２６において、印刷ヘッドアレイ１０６、１０８、１１０及び１１２によって熱成形基材５２上に印刷されることができる。そのようなコンテンツは、限定されるものではないが、基準点、整列マーク、背景層／画像外の画像コンテンツなどを含むことができる。印刷システム１００によって第１のパスから熱成形基材５２上にまとめて印刷された画像は、ステップ１２８において、硬化装置７８によって硬化される。そして、熱成形基材５２は、ステップ１３０において、巻き戻し機８６によってロール８８に巻き戻される。そして、ロール８８は、システム１００の巻き出し機５６内に再度供給される新たなロール９０となる。ここでは背景層／画像及び任意のＣＭＹＫの第１のパス画像を含む熱成形基材５２は、ステップ１３２において、表面エネルギ変更装置６０によって処理される。背景層／画像の位置は、ステップ１３４において、直接検出されるか又は位置検出若しくは検知システム８２によって整列マークの位置を介して検出される。ＣＭＹＫ画像は、ステップ１３６において、印刷ヘッドアレイ１０６、１０８、１１０及び１１２によって背景層／画像上に全体的に又は部分的に熱成形基材５２上に印刷される。印刷システム１００を介した第２のパスからの熱成形基材５２上のＣＭＹＫ画像は、ステップ１３８において、硬化装置７８によって硬化される。そして、熱成形基材５２は、ステップ１４０において、巻き戻し機８６によってロール８８に巻き戻される。

上記を考慮すると、いくつかの実施形態において、熱成形基材上に画像を塗布する本方法は、以下を備えることが理解されるべきである。まず、熱成形基材５２の表面エネルギは、表面エネルギ変更装置６０によって変更される。そして、背景層は、少なくとも１つの全幅印刷ヘッドアレイ１０４によって熱成形基材５２の少なくとも一部上に堆積される。背景層は、例えば白色インクなどの少なくとも１つの伸縮性インクを含む。次に、背景層は、第１の印刷基材を形成するために少なくとも１つの放射線硬化装置７８によって硬化される。上記ステップ、すなわち、システム１００を最初に通過することは、ここで大きく繰り返される。すなわち、システム１００を２番目に通過する。第１の印刷基材の表面エネルギは、表面エネルギ変更装置６０によって変更される。次に、前景層は、少なくとも１つの全幅印刷ヘッドアレイ１０６、１０８、１１０及び／又は１１２によって背景層及び／又は基材上に堆積される。前景層は、例えば、シアン、マゼンタ、イエロー及び／又はブラックインクなどの少なくとも１つの伸縮性インクを含む。そして、前景層は、第２の印刷基材を形成するために少なくとも１つの放射線硬化装置７８によって硬化される。

いくつかの実施形態において、上記方法は、さらに、システム１００を最初に通過した後に巻き戻し機８６を使用して第１の印刷基材のロール８８を形成することを備える。同様に、いくつかの実施形態において、上記方法は、さらに、システム１００を２番目に通過した後に巻き戻し機８６を使用して第２の印刷基材のロール８８を形成することを備える。

上記開示された印刷システムは、高スループットのディジタル熱成形プリンタを提供する。印刷システムの実施形態の様々な実施形態及び組み合わせは、ウェブ巻き出し機と、基材表面エネルギを変更するための処理ステーションと、従来のウェブ駆動及び追跡サブシステムと、印刷ヘッドの１つ以上の全幅アレイと、インク供給サブシステムと、熱成形中に例えば少なくとも４００％だけ伸長することができる放射線硬化性インクセットと、１つ以上の放射線硬化装置と、ウェブ上の印刷品質を監視するインラインセンサと、巻き戻し機とを含む。本印刷システムの利点は、限定されるものではないが、熱成形可能材料についての高スループットディジタル製造能力と、粘着性裏紙又は樹脂ベースラベルの必要性を排除するディジタル（可変）印刷ラベルと、リサイクルの容易さとを含む。表面エネルギ変更部はまた、汚染を除去する。本印刷システムは、ラベルを製造して貼付するステップをなくすことによってラベル付き熱成形容器の製造に関連するコストを低減する

本開示はまた、熱成形されるべきウェブ又は基材上に印刷する２段階プロセスを含む。第１のパスにおいて、白色層などの背景層／画像が印刷されて硬化される。第２のパスにおいて、その表面エネルギを変更するように背景層／画像が処理された後、ＣＭＹＫインクが印刷されて硬化される。これらの実施形態の利点は、本方法が代替方法から明らかに改善された結果をもたらすことを含む。

Claims (11)

1. 熱成形基材上に画像を塗布する方法において、
   ａ）表面エネルギ変更装置によって前記熱成形基材の第１の表面エネルギを変更することと、
   ｂ）少なくとも１つの全幅印刷ヘッドアレイによって前記基材の一部に少なくとも１つの伸縮性インクを含む背景層を堆積させることと、
   ｃ）少なくとも１つの放射線硬化装置によって第１の印刷基材を形成するように前記背景層を硬化させることと、
   ｄ）前記表面エネルギ変更装置によって前記第１の印刷基材の第２の表面エネルギを変更することと、
   ｅ）少なくとも１つの全幅印刷ヘッドアレイによって前記背景層上に少なくとも１つの伸縮性インクを含む前景層を堆積させることと、
   ｆ）少なくとも１つの放射線硬化装置によって第２の印刷基材を形成するように前記前景層を硬化させることとを備える、熱成形基材上に画像を塗布する方法。
2. ｃ１）巻き戻し機を使用して前記第１の印刷基材のロールを形成することをさらに備える、請求項１に記載の熱成形基材上に画像を塗布する方法。
3. ｆ１）巻き戻し機を使用して前記第２の印刷基材のロールを形成することをさらに備える、請求項１に記載の熱成形基材上に画像を塗布する方法。
4. 前記少なくとも１つの伸縮性インクが紫外線硬化型インクである、請求項１に記載の熱成形基材上に画像を塗布する方法。
5. 前記熱成形基材が、ポリエチレンテレフタレートグリコール変性；ポリカーボネート；アクリル；ポリ塩化ビニル；アクリロニトリルブタジエンスチレン；及び、それらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１に記載の熱成形基材上に画像を塗布する方法。
6. 前記表面エネルギ変更装置が、コロナ処理ステーション；大気圧プラズマ処理ステーション；火炎処理ステーション；及び、それらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１に記載の熱成形基材上に画像を塗布する方法。
7. 前記熱成形基材が、第１の幅を含み、前記表面エネルギ変更装置が、前記第１の幅よりも大きい第２の幅を含む、請求項１に記載の熱成形基材上に画像を塗布する方法。
8. 前記少なくとも１つの全幅印刷ヘッドアレイのそれぞれの全幅印刷ヘッドアレイが複数の圧電印刷ヘッドを備える、請求項１に記載の熱成形基材上に画像を塗布する方法。
9. 前記少なくとも１つの全幅印刷ヘッドアレイのそれぞれの全幅印刷ヘッドアレイが前記少なくとも１つの伸縮性インクの固有の伸縮性インクを分配する、請求項１に記載の熱成形基材上に画像を塗布する方法。
10. 前記熱成形基材が、第１の幅を含み、前記少なくとも１つの全幅印刷ヘッドアレイが前記第１の幅よりも小さい第２の幅を含む、請求項１に記載の熱成形基材上に画像を塗布する方法。
11. 前記少なくとも１つの放射線硬化装置が紫外線放射源；赤外線放射源；可視光放射源、及び、それらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１に記載の熱成形基材上に画像を塗布する方法。

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