JP6856108B2 - 塗膜物製造方法、記録物製造方法及び製造装置 - Google Patents
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Description
しかし、スクリーン印刷法では、細かい画像の濃淡表現(グラデーション)や、多色刷りが比較的難しいこと等からインクジェット方式が注目されている。インクジェット方式は、塗膜特性(基材と膜の密着性、膜の硬さなど)を作像プロセスにより自在にコントロール可能であり、様々な分野での応用展開が期待されている。
なお、「活性エネルギー」とあるのは、電子線、赤外線の他、紫外線等のエネルギー光全般を示すものである。以下の実施形態では特に紫外線を例に挙げて説明する。
活性エネルギー硬化型インクとしては、特に制限されるものではなく、適宜変更することが可能である。例えば、公知の顔料、分散体、重合開始剤、界面活性剤、溶剤、樹脂等を用いることができる。
「同一である」というためには、特に制限されるものではないが、あるインクAとBを比較したときに、その成分の成分比率の差が±5重量%以下であることが好ましい。
また、本実施形態における活性エネルギー硬化型インクは、前記顔料成分を含んでいても含んでいなくてもよい。顔料成分を含む場合、カラーインクであり、顔料成分を含む場合、クリアインクであり、上記2種のインクが同一層内に存在してもよいし、クリアインクだけの層であってもよい。
(1)膜全体を硬くする
紫外線光量を多くあてることにより、膜自体の硬度を上げ、膜硬度を確保できる。ただし、硬い膜のため、加工性が非常に悪くなってしまう。
(2)膜全体を柔らかくする
紫外線光量を弱くあてることにより、膜自体の硬度を下げ、柔らかくすることができる。ただし、当然に表面の硬度の確保は難しい。
(1)Scan方向の変更(すなわち、片方向印字であるか双方向印字であるか)
(2)打ち順画像マスク(ドット滴の配置順の変更)
(3)Scan数の変更
(4)印字解像度の変更
(5)吐出滴量(着弾滴径)の変更
(6)UV照射タイミングの変更
(7)プロセス線速の変更(キャリッジの走査速度の変更等)
搬送ステージ18上にセットされた記録媒体20がステージ上を搬送され、画像形成部であるヘッドユニット12により画像形成される。本実施形態では、その際に吐出されるインクとして、活性エネルギー硬化型インクの1つである紫外線硬化型インクを用いる。
なお、活性エネルギー硬化型のインクを非浸透性記録媒体上に印字し、画像形成する場合、通常の水系インク等と比較して記録媒体の材質等を選ばないため、記録媒体の選択肢が広がる利点を有する。以下の実施形態の説明では、プラスチック材料を例に挙げて説明する。
以上のように、通常の有電極ランプは広い波長域の発光スペクトルを示すが、LEDランプは前述のように、それぞれの中心波長のまわりに狭い発光スペクトルを示すことが特徴と言える。
同一解像度の画像を作成する場合、上記双方向印字にすることで印字速度を上げる(生産性を上げる)ことができるという利点がある。一方、インクジェット方式の弱点である、双方向印字での着弾位置の精度の影響による双方向色差等が発生してしまい、画像品質を落としてしまうことが懸念される。
ただし、より高画質、生産性を考慮した多層膜を形成する場合は、下層を双方向印字、最上層を片方向印字によって形成することにより、総合的な生産性を最大限に発揮しながらも良好な画像品質を得ることが可能となる。
図3は、画像形成装置の一例における要部模式図であり、16Scan印字におけるヘッドの使用ノズル列について説明する図である。なお、図2に示されるBk色のインクジェットヘッド12Bのうちの1つを例として挙げて図示している。
16Scan印字の設定の場合、ヘッド全ノズル列を長手方向に16分割して印字を実施する。図3のヘッド分割図における右側1/16ノズル列群を使用して1Scan目を実施し、以降ヘッド分割図の右側2/16ノズル列群を使用して2Scan目を実施し、16Scan目まで行う。ここでは、ランダム打ち順マスクを用いたマルチパス印字となっている。これらの経時印字を図で示したものが図4となる。
図4では16スキャンの場合の例が示されているが、本実施形態においてはこれに限られるものではなく、適宜変更することが可能であり、例えばスキャン数を増やすことで高画質化を狙うことができる。そのため、16スキャン(同じ場所を16回スキャンして狙いの画像を形成する)は本発明に使用するシステムで設定できる印字方法の一例であり、図4は16スキャン印字設定時の特定スキャン時の描写例を示すものである。
前記インク硬化に用いる紫外線の発光波長〔nm〕、照射強度(ピーク照度)〔mW/cm2〕、積算光量〔mJ/cm2〕は、基材との密着性、あるいはインク層間の密着性に大きな影響を与えることはもちろん、形成される膜の特性にも大きな影響を及ぼす。具体的には膜強度やグロス感、膜表面状態は、上記各照射条件を変化させることにより制御することが可能である。この照射条件を決定することは、最終製品の画像品質を決めるため、精密な条件出しが必要と考えられている。
(1)1層目:基材との密着性
(2)2層目:下層インク層(1層目)との密着性
(3)3層目:高画質化のための理想ドット形成(ユーザーの目に見える部分)
これらすべてを満たすことで、製品としての機能、仕様を満たすこととなる。
まず、インク滴を基材に着弾させた後、基材上でドット形状のままでインク滴を硬化させることが挙げられる。これにより、高画質化、低光沢化された画像が得られる。この他として、インク滴を基材に着弾させた後、基材上でレベリング飽和させた後、インク滴を硬化させることが挙げられる。これにより、密着性を向上させることができる。このように、インク滴を基材に着弾させた後、どの段階で硬化させるかを制御することで、各形成層で必要とされる個別の機能を達成することができる。
0.5秒後以降に活性光を照射する場合、着弾滴のレベリングの状態は変化しないため、密着性のみに着目すれば問題はないが、記録物の生産性を考慮すれば可能な限り飽和状態直後に活性光を照射することが望ましい。
図7(A)は片方向印字で形成されたインク滴の概略断面を示し、図7(B)は双方向印字で形成されたインク滴の概略断面を示すものである。
図7(A)に示されるように、片方向印字ではインク滴の着弾位置の精度が良いため、隣り合ったインク滴とドット合一も少なく、インク滴が立った状態で硬化できる。そのため、インクジェット方式特有の高画質での画像形成を行うことができる。
一方、図7(B)に示されるように、双方向印字では、インク滴の着弾位置の精度が悪いため、隣り合ったインク滴とドット合一が多くなり、インク滴のレベリングが進んでしまう。これにより例えば、画像のエッジ部では滲みが生じて画像の画質が劣化しやすくなってしまう。
上記着弾滴の性質も考慮した上で、各層の機能を果たすために必要な塗膜について、作像プロセスを層ごとに変更して得ることは、目的の記録物を作製するために極めて重要となる。
(1)最上層は、塗膜特性として耐擦傷性の他、画像品質を確保するための高画質化が求められる。
(2)中間層は、最下層との密着性確保の他、インク滴着弾のための平滑性確保、その他厚膜製品の場合の膜厚確保が求められる。
(3)最下層は、基材との密着性確保が求められる。
図9に示す例では、基材上に形成される最下層のインク滴(ドット)の量は、例えば、14plであり、最上層のインク滴の量は、例えば、7plである。つまり、最下層のインク滴量と比較して最上層のインク滴量は半分(1/2)に制御されている。
インク滴量を制御することは、インク滴のサイズを制御することにもなる。この例では、最上層のインク滴量が少ないため、インク滴のサイズも小さくなり、画像を構成するドット径が小さくなっている。これにより、最上層のインク滴の膜で形成される画像の画質は向上するので、高画質化することができる。
上述したように、インク滴量(インク滴のサイズ)の制御、スキャン方向の制御、スキャン数の制御、更に解像度の制御などを組み合わせることで各層に必要な膜特性を持った多層の厚膜を得ることができる。
本実施形態で使用する打ち順マスクと、各打ち順マスクで作像した着弾滴の画像を上から見た図について図10及び図11に示す。図10は通常打ち順マスクでのドット形成パターンの例であり、図11はランダム打ち順マスクでのドット形成パターンの例である。使用するインクジェットヘッドの個別の解像度を有効に活かし、最低限の画像形成を行って印字速度を上げるためには、複雑な画像処理を行わない通常打ち順マスクが有効である。
そこで特に最上層では、通常打ち順マスクを使用するのではなく、ランダム打ち順マスクを使用することで、良好な画像を得ることが可能となる。
なお、上記Scan方向の変更、打ち順マスクの変更、Scan数変更の他、解像度や駆動波形の変更による吐出滴変更を組み合わせて層ごとに作像プロセスを変更することで、更なる効果が得られる。
なお、図12に図示されるA層は2層であるように見えるが、インク滴24の着弾位置が異なっているため1層となる。また、B層は細かく見ると、aの部分とbの部分とからなっている。B層のaの部分は、上記A層と同様にインク滴24の着弾位置が異なっている。B層のb部分はマット感を表現するために形成されるものであり、ここではaの部分とbの部分を合わせて1層として考慮される。
一方、図12に示される例では、上記通常2層作像の中の例えば1層目の1スキャン目の次に、2層目の1スキャン目を打ち、1層目の2スキャン目の次に、2層目の2スキャン目を打つ・・・・1層目の16スキャン目の次に、2層目の16スキャン目を打つということが行われる。どちらの打ち順でも、仕上がり時の層を構成するインク総量は変わらないが、打ち順が異なることにより、全く異なる塗膜が完成する。
なお、図12に示す例ではA層及びB層はそれぞれ16スキャンで形成されており、16スキャンで形成されたものが1層として考慮されている。
上記作像プロセスのように、必要な画質、塗膜機能を備えた多層膜の画像形成を、必要に応じ制御して行うことにより、目的の塗膜物を得ることが可能となる。
このように、2種の重要パラメーター(ピーク照度、積算光量)を詳細にコントロールすることにより、様々な種類の塗膜特性を得ることが可能である。
このため、塗膜全体を硬くする、もしくは柔らかくするような、どちらか一方の特性を達成するような作像プロセスでは、両塗膜特性を同時に満足させることは困難である。
そこで、本実施形態では、最上層を完全に硬化させ下層部を覆う膜を構成することにより、経時揮発を抑制することが可能となり上記問題は解決される。
12 ヘッドユニット
13a〜13p スキャンのマスク
14、14a、14b UV照射装置
16 光源
18 搬送ステージ
20 塗膜物
22 基材
24 インク滴
26、30 最下層
28、34 最上層
32 中間層
38 軟膜
39 硬膜
Claims (16)
- 活性エネルギー硬化型インクにより2層以上の多層膜構造の塗膜物を製造する方法であり、
該多層膜の各層を形成する活性エネルギー硬化型インクは、顔料成分以外のインク構成材料が同一であり、該インク構成材料の成分比率の差が±5重量%以下であり、前記顔料成分を含んでいても含んでいなくてもよく、
照射機により前記活性エネルギー硬化型インクに活性エネルギー線を照射し、
前記照射機の出力、前記照射機の走査速度、及び、前記照射機の照射面の開口範囲のうちの少なくとも一つ以上を変更して前記照射機のピーク照度及び/又は積算光量を変更し、前記多層膜のうち最上層の膜硬度を最も大きくすることを特徴とする塗膜物製造方法。 - 前記照射機は、照射面の開口範囲を調整可能なスリットを有し、照射面の開口部のスリット幅を調整することにより照射面の開口範囲を調整することを特徴とする請求項1に記載の塗膜物製造方法。
- 前記多層膜は、層を形成するドットのドット径が異なる層を少なくとも2層以上備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の塗膜物製造方法。
- 前記多層膜は、層を形成するドットのドット高さが異なる層を少なくとも2層以上備えること特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の塗膜物製造方法。
- 前記多層膜は、層を形成するドットにおいて隣接するドットとの接合状況が異なる層を少なくとも2層以上備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の塗膜物製造方法。
- 前記多層膜は、最下層を形成しているドットのドット径が、最下層より上の層を形成しているドットのドット径よりも大きいことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の塗膜物製造方法。
- 前記多層膜は、最下層を形成しているドットの体積が、最下層より上の層を形成しているドットの体積よりも大きいことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の塗膜物製造方法。
- 前記多層膜は、少なくとも2種類以上のドット配置パターンが用いられていることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の塗膜物製造方法。
- 前記多層膜はポリマーからなり、該ポリマーを構成するモノマーの反応率が異なる層を少なくとも2層以上備えることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の塗膜物製造方法。
- 前記活性エネルギーが紫外線であることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の塗膜物製造方法。
- 前記多層膜の各層を形成する活性エネルギー硬化型インクは、前記顔料成分を含まない、又は、前記顔料成分が各層で同一であることを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の塗膜物製造方法。
- 記録媒体上に、請求項1〜11のいずれかに記載の塗膜物製造方法を用いて記録物を製造することを特徴とする記録物製造方法。
- 活性エネルギー硬化型インクにより2層以上の多層膜構造の塗膜物を製造する装置であり、紫外線照射手段を備え、
該多層膜の各層を形成する活性エネルギー硬化型インクは、顔料成分以外のインク構成材料が同一であり、該インク構成材料の成分比率の差が±5重量%以下であり、前記顔料成分を含んでいても含んでいなくてもよく、
前記紫外線照射手段の出力、前記紫外線照射手段の走査速度、及び、前記紫外線照射手段の照射面の開口範囲のうちの少なくとも一つ以上を変更して前記照射機のピーク照度及び/又は積算光量を変更し、前記多層膜のうち最上層の膜硬度を最も大きくすることを特徴とする製造装置。 - 前記紫外線照射手段は、照射面の開口範囲を調整可能なスリットを有し、照射面の開口部のスリット幅を調整することにより照射面の開口範囲を調整することを特徴とする請求項13に記載の製造装置。
- 前記紫外線照射手段は、前記多層膜の各層の形成において、前記活性エネルギー硬化型インク吐出後に紫外線の照射を行うものであり、各層ごとに紫外線を照射することを特徴とする請求項13又は14に記載の製造装置。
- 前記紫外線照射手段は、UV−LEDランプを有することを特徴とする請求項13〜15のいずれかに記載の製造装置。
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