JP2017209988A

JP2017209988A - リアルタイム表面エネルギ前処理システム

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Publication number: JP2017209988A
Application number: JP2017093457A
Authority: JP
Inventors: シン・ヤン; Xin Yang; ポール・ジェイ・マクコンビル; J Mcconville Paul; スティーヴン・アール・ムーア; Steven R Moore; アレクサンダー・ジェイ・フィオラヴァンティ; Alexander J Fioravanti; ヴィンセント・エム・ウィリアムズ; Vincent M Williams
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2016-05-27
Filing date: 2017-05-10
Publication date: 2017-11-30
Also published as: EP3248805A1; US20170341421A1; CN107433769A

Abstract

【課題】特定の種類の媒体へのインクの濡れおよび付着を制御するためのオフラインでの測定時間を短縮し、作業者のミスを低減できる処理システムの提供。【解決手段】印刷可能な基材１０６の基材表面エネルギを変化させることによって印刷可能な基材へのインクの濡れおよび付着を向上させるように構成された表面エネルギ変更装置１０２と、基材１０６上のインクの少なくとも１つの印刷品質特性を測定するように構成された全幅アレイセンサ１１６と、表面エネルギ変更装置１０２および全幅アレイセンサ１１６と通信し、少なくとも１つの印刷品質特性にもとづいて表面エネルギ変更装置への入力電力を調節するように構成されたシステム制御部１１８とを備えるリアルタイム表面エネルギ処理システム１００。【選択図】図２

Description

ここに開示される実施形態は、印刷可能な基材のためのリアルタイムの制御可能な表面エネルギ処理システムおよびそれに関する方法の提供に関する。

さまざまなデジタル印刷プロセスが、梱包の用途の生産に関連して存在する。いくつかの用途は、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、およびポリプロピレン（ＰＰ）などの種々の媒体へのさまざまな機能インクの印刷を必要とする。例えばコロナ前処理などの表面エネルギ前処理を取り入れることが、特定の種類の媒体へのインクの濡れおよび付着を制御するために必要であり、前処理のワット密度（出力）が、最終的な画像の品質において重要な役割を果たすことが、明らかになっている。しかしながら、異なるインクまたは媒体はもちろん、場合によっては異なるバッチにて製造された同じインクまたは媒体も、例えば色、濡れ、付着など、特性の大きなばらつきを示す。現時点において、許容しうる画像品質の達成には、オフラインでの測定が必要である。各々のインク−媒体の組み合わせについて、表面エネルギ処理の出力レベルが準備され、完全な印刷ジョブの実行の前に、オフラインで検討される。このプロセスは、時間がかかり、かなりの作業量を必要とし、作業者のミスにつながる可能性がある。

本開示は、種々のインクとの組み合わせにおける印刷可能な基材についてリアルタイムの制御可能な表面処理を提供するためのシステムおよび方法に関する。要約すると、本システムおよび方法は、印刷可能な媒体および基材へのインクの濡れおよび付着をリアルタイムで制御する。

広くには、本システムおよび方法は、画像の品質、とくには基材におけるインクの濡れを自動的に分析し、表面エネルギ処理システムへと入力される電力を変更することによって画像品質を最適化する制御システムへとデータを提供するために、印刷された画像を取得するための全幅アレイセンサを使用する。濡れ性および表面エネルギ前処理のレベルを印刷に先立ってオフラインで手作業にて検討する代わりに、本システムは、印刷の最中の表面エネルギ前処理の工程内リアルタイム検査および自動調節を可能にし、印刷のための準備時間を短縮する。さらに、新たなインクまたは媒体が印刷に使用される場合に、現在のプリンタは、最適な画像品質を達成すべく前処理および印刷システムを調節するために、特別な専門家を必要とする。検出、最適化、および調節のすべてがシステム内に統合されている本システムおよび方法によれば、濡れ、表面エネルギ処理、および画像の品質についての包括的知識がなくても、プリンタが最適な状態で動作する。このようにして、本システムおよび方法は、媒体におけるインクの濡れ性のリアルタイムでの検査および制御を提供し、印刷の最中の画像の品質の変動を最小にする。

広くには、以下で述べられるシステムは、印刷可能な基材のためのリアルタイム表面エネルギ処理システムであって、印刷可能な基材の基材表面エネルギを変化させることによって印刷可能な基材へのインクの濡れおよび付着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、基材上のインクの少なくとも１つの印刷品質特性を測定するように構成された全幅アレイセンサと、表面エネルギ変更装置および全幅アレイセンサと通信し、少なくとも１つの印刷品質特性にもとづいて表面エネルギ変更装置への入力電力を調節するように構成されたシステム制御部とを備えるリアルタイム表面エネルギ処理システムを提供する。

本明細書に示されるいくつかの態様によれば、印刷可能な基材の表面エネルギ処理のリアルタイム監視をもたらす方法であって、ａ）印刷可能な基材の表面エネルギを表面エネルギ変更装置で変更することと、ｂ）前記基材の一部分へとインクを配置し、印刷による画像を形成することと、ｃ）前記印刷による画像を硬化させることと、ｄ）前記印刷による画像の少なくとも１つの印刷品質特性を全幅アレイセンサで測定することと、ｅ）前記少なくとも１つの印刷品質特性にもとづいて前記表面エネルギ変更装置の入力電力を調節することとを含む方法が提供される。

１つ以上の実施形態の他の目的、特徴、および利点を、以下の詳細な説明ならびに添付の図面および特許請求の範囲から、容易に理解できるであろう。

種々の実施形態が、添付の図面を参照して、あくまでも例として開示され、添付の図面において、対応する参照符号は、対応する部分を指し示している。

図１は、熱成形可能な基材へと引き伸ばし可能なインクを印刷するための本システムの実施形態の概略図である。図２は、印刷可能な基材のリアルタイムの制御可能な表面エネルギ処理を含む本印刷システムの実施形態の概略図である。図３は、引き伸ばし可能なインクについて、低い表面エネルギを有する熱成形可能な基材との相互作用を示す断面図である。図４は、引き伸ばし可能なインクについて、図３に示し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可能な基材との相互作用を示す断面図である。図５は、低い表面エネルギを有する基材へと印刷された単一ピクセル幅の線の例である。図６は、図５に示した基材の表面エネルギよりも高い表面エネルギを有する基材へと印刷された単一ピクセル幅の線の例である。図７は、単一ピクセルの印刷による線幅を表面処理装置によって与えられた基材のワット密度に対してプロットした典型的なグラフである。図８は、単一ピクセルの印刷による線幅の標準偏差を表面処理装置によって与えられた基材のワット密度に対してプロットした典型的なグラフである。図９は、印刷された画像を検査し、次いで表面エネルギ処理装置を調節するための制御ループを示すフロー図である。

最初に、図面の種々の図における類似の図中の番号が、本明細書において説明される実施形態の同一または機能的に類似の構造要素を示していることを、理解すべきである。さらに、これらの実施形態が、説明される特定のやり方、材料、および変更に限られず、したがって、当然ながらさまざまであってよいことを、理解すべきである。また、本明細書において使用される用語が、あくまでも特定の態様を説明する目的のためのものにすぎず、開示される実施形態の技術的範囲を限定しようとするものではなく、開示される実施形態の技術的範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されることを、理解すべきである。

とくに定義されない限り、本明細書において使用されるすべての技術的および科学的な用語は、これらの実施形態が属する技術の当業者にとって一般的に理解される意味と同じ意味を有する。本明細書において使用されるとき、例えば「全幅アレイセンサ」および「全幅プリントヘッドアレイ」などの「全幅」は、基材のかなりの幅をカバーするあらゆる構造として広く解釈されるように意図される。例えば、いくつかの実施形態において、全幅アレイセンサの長さは、検査対象となる基材の幅の約半分である。

さらに、単語「プリンタ」、「プリンタシステム」、「印刷システム」、「プリンタ装置」、および「印刷装置」は、本明細書において使用されるとき、デジタルコピー機、本を制作する機械、ファクシミリ装置、多機能機械など、任意の目的で印刷出力機能を実行するあらゆる設備を包含する。さらに、本明細書において使用されるとき、「ウェブ」、「基材」、「印刷可能な基材」が、例えば情報またはマーキングを視覚化させることができ、かつ／または再現することができるウェブの形態の紙、スライド、羊皮紙、フィルム、布、プラスチック、写真現像紙、あるいは他のコーティング済みもしくはコーティングなしの基材媒体を指す一方で、「熱成形可能な基材」は、印刷後に熱成形されることが可能であり、すなわち熱および圧力の使用によって成形す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。「処理方向」は、本明細書において使用されるとき、プリンタシステムを通過する基材の移動の方向を意味するように意図される。本明細書において使用されるとき、用語「平均」は、これらに限られるわけではないが、加重平均、揺れる入力にもとづくイエスまたはノーの判断などを含むことができる複数の入力データにもとづいて結果としてのデータまたは決定を得るあらゆる計算を含むように、広く解釈されるべきである。

さらに、本明細書において使用されるとき、システムまたは要素との組み合わせにおける「のうちの少なくとも１つを備える」および「のうちの少なくとも１つを備えている」という表現は、そのシステムまたは要素が、この表現に先立って挙げられた要素のうちの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、第２の要素、および第３の要素のうちの少なくとも１つを備える装置は、以下の構造配置、すなわち第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の要素と第２の要素とを備える装置、第１の要素と第３の要素とを備える装置、第１の要素と第２の要素と第３の要素とを備える装置、または第２の要素と第３の要素とを備える装置、のうちの任意の１つとして解釈されるように意図される。同様の解釈が、「のうちの少なくとも１つにおいて使用される」という表現が本明細書において用いられるときにも意図される。さらに、本明細書において使用されるとき、「および／または」は、言及された要素または状態のうちの１つ以上が含まれてよく、あるいは生じてよいことを示すために使用される文法的な接続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、および／または第３の要素を備える装置は、以下の構造配置、すなわち第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の要素と第２の要素とを備える装置、第１の要素と第３の要素とを備える装置、第１の要素と第２の要素と第３の要素とを備える装置、または第２の要素と第３の要素とを備える装置、のうちの任意の１つとして解釈されるように意図される。

さらに、本明細書において説明される方法、装置、または材料と同様または同等のあらゆる方法、装置、または材料を、これらの実施形態の実行または試験に使用することができるが、方法、装置、および材料のいくつかの実施形態が、ここで説明される。

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）またはポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）などの熱成形用の品質の基材５２が、システム５０の第１の端部５４において繰り出し機５６から繰り出される。次いで、基材５２は、従来からのウェブ駆動および案内サブシステム、すなわちサブシステム５８を通過する。基材５２は、例えばコロナ放電、大気プラズマ、または火炎処理などの表面エネルギ変更装置６０へと暴露される。表面エネルギ変更装置６０は、基材５２へのインク６２の濡れおよび付着の両方を向上させる。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Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎ州ＭｉｌｗａｕｋｅｅのＥｎｅｒｃｏｎ社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、基材から余分な粒子および静電荷を取り除くためのウェブ清掃ステーション６４および静電気中和装置６６をさらに備えることができる。いくつかの実施形態において、ステーション６４および装置６６は、表面エネルギ変更装置６０とプリントヘッドアレイ６８との間の基材５２の両側に位置することができる。次いで、基材５２は、例えばプリントヘッドアレイ６８、７０、７２、および７４などの１つ以上のプリントヘッドアレイの傍らを通過する。いくつかの実施形態においては、各々のプリントヘッドアレイが、複数の圧電プリントヘッドからなり、複数の圧電プリントヘッドは、内側および外側の余白以外の基材５２の全幅に少なくとも１つのプリントヘッドによってプリントヘッドの移動または走査を必要とすることなく対処できるように配置される。プリントヘッドの以上の配置は、基材５２が印刷ゾーン７６、すなわち基材５２がプリントヘッドアレイ６８、７０、７２、および７４の隣を通過する領域を通って連続的に移動する「シングルパス」の印刷モードを可能にする。以上の実施形態は、毎分３０〜１２０フィートの速度範囲にわたって印刷が可能であることが、明らかになっている。システム５０の全幅プリントヘッドアレイは、不動であり、すなわち基材５２を横切って横方向に走査を行うことがなく、したがって従来からのプリンタよりもはるかに高い印刷処理能力を可能にする。

図１は、４つの従来からの色、すなわちＣＭＹＫとも一般的に称されるシアン、マゼンタ、イエロー、および黒の各々について１つのプリントヘッドアレイを示している。４つのプリントヘッドアレイは、ＣＭＹＫの各色のアレイ６８、７０、７２、および７４によって表されている。さらなるアレイまたは複数の追加のアレイが、例えば白色などの第５の色または複数のさらなる色のために含まれてよい。プリントヘッドアレイは、パッケージの図柄、指示などのデジタル的に定められた画像コンテンツの基材５２への付加を担当する。また、プリントヘッドアレイは、後の熱成形処理、切断作業、または印刷された画像への整列を必要とする他の印刷後処理のための位置決めマークなど、画像以外のマークを印刷することもできる。

各々のプリントヘッドアレイのための対応するインク供給サブシステムが、そのようなサブシステムは液体および固体インク印刷の技術において広く知られているがゆえに、図面に示されず、あるいは本明細書において詳しくは説明されないことを、理解すべきである。各々のインク供給サブシステムは、対応するプリントヘッドアレイに放射線硬化性の熱成形インクを供給する。適切なインクは、割れまたは基材への付着の喪失を生じることなく少なくとも４００％の伸長の引き伸ばしを許すように調製されるべきであることが、明らかになっている。しかしながら、必要な引き伸ばしの程度は、熱成形のプロセスに依存し、割れまたは基材への付着の喪失を生じない伸長が４００％未満であるインクも、いくつかの用途には適するかもしれない。

すべてのインクが基材へと配置された後で、ウェブは、放射線硬化ゾーンを通過し、そのような放射線源は、インクの完全な硬化のための要件にもとづいて選択される。いくつかの実施形態においては、複数の広スペクトルＵＶランプがインクの硬化をもたらすが、ＵＶスペクトルＬＥＤアレイなどの他の装置も使用可能であり、すなわち必要な放射線の出力は、インクの硬化の要件に依存する。このように、放射線硬化装置７８を、引き伸ばし可能なインクの要件に応じて、紫外放射線源、赤外放射線源、可視光放射線源、およびこれらの組み合わせで構成されるグループから選択することができる。基材５２は、硬化ゾーン８０を通過した後で、色間の位置合わせ、欠けているジェット、および他の印刷品質の基準を検出するために使用することができる検出サブシステム８２を通過する。いくつかの実施形態において、検出サブシステム８２は、全幅アレイセンサ８４を備える。次いで、基材５２は、巻き取り機８６へと移動し、印刷済みの基材５２が、例えばロール８８などのロールの形態へと戻される。印刷済みのロール８８を、熱成形プレスにおいて使用することにより、例えば食品梱包容器などの熱成形による物体へと変換することができる。

いくつかの実施形態において、ウェブ基材５２は、厚さ０．０１４インチの熱成形用の品質のＰＥＴであるが、他の熱成型可能なプラスチックも、使用可能である。いくつかの実施形態においては、６００ドット／インチ（ｄｐｉ）×６００ｄｐｉの印刷解像度を許容することができるが、例えば３００ｄｐｉ×３００ｄｐｉなど、他の印刷モードも使用することができる。

以上に照らし、システム５０が基材５２などの熱成形可能な基材へと少なくとも１つの引き伸ばし可能なインクを印刷できることを、理解すべきである。いくつかの実施形態において、システム５０は、繰り出し機５６、表面エネルギ変更装置６０、例えばプリントヘッドアレイ６８、７０、７２、および７４などの少なくとも１つの全幅プリントヘッドアレイ、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、全幅アレイセンサ８４、ならびに巻き取り機８６を備える。繰り出し機５６は、熱成形可能な基材５２を第１のロール９０からウェブ駆動サブシステム５８へと送るように構成される。表面エネルギ変更装置６０は、熱成形可能な基材５２に対する少なくとも１つの引き伸ばし可能なインクの濡れおよび付着を向上させるために基材の表面エネルギを変化させるように構成される。全幅プリントヘッドアレイは、熱成形可能な基材５２へと少なくとも１つの引き伸ばし可能なインクを付着させるように構成される。放射線硬化装置７８は、熱成形可能な基材５２上の少なくとも１つの引き伸ばし可能なインクを硬化させるように構成される。全幅アレイセンサ８４は、熱成形可能な基材５２上の少なくとも１つの引き伸ばし可能なインクを監視するように構成され、巻き取り機８６は、熱成形可能な基材５２を受け取り、熱成形可能な基材５２を第２のロール８８へと形成するように構成される。

いくつかの実施形態において、少なくとも１つの引き伸ばし可能なインクの各々は、紫外放射線硬化型インクであるが、他の種類のインクも使用可能である。さらに、いくつかの実施形態において、熱成形可能な基材５２は、ポリエチレンテレフタレート、グリコール変性ポリエチレンテレフタレート、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、およびこれらの組み合わせで構成されるグループから選択される。

上述のように、表面エネルギの変更を、さまざまな装置によってもたらすことができる。いくつかの実施形態においては、表面エネルギ変更装置６０が、コロナ処理ステーション、大気プラズマ処理ステーション、火炎処理ステーション、およびこれらの組み合わせで構成されるグループから選択される。いくつかの実施形態において、熱成形可能な基材５２は、第１の幅を有し、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／長さを有する。システムおよび印刷の要件に応じ、熱成形可能または印刷可能な基材５２の幅よりも小さい／短い表面エネルギ変更装置を有することも、特許請求の範囲の技術的範囲に包含される。

同様に、いくつかの実施形態において、各々の全幅プリントヘッドアレイは、独自の引き伸ばし可能なインクを送り出す。換言すると、各々の全幅プリントヘッドアレイは、そのプリントヘッドアレイに特有の特定の色を送り出す。すなわち、第１の全幅プリントヘッドアレイ６８が、シアンのインクを送り出すことができる一方で、第２のプリントヘッドアレイ７０は、マゼンタのインクを送り出し、第３のプリントヘッドアレイ７２は、イエローのインクを送り出し、第４のプリントヘッドアレイ７４は、黒色のインクを送り出す。いくつかの実施形態において、熱成形可能な基材５２は、第１の幅を有し、例えばアレイ６８、７０、７２、および／または７４などの少なくとも１つの全幅プリントヘッドアレイは、第１の幅よりも小さい第２の幅／長さを有する。システムおよび印刷の要件に応じ、熱成形可能または印刷可能な基材の幅以上のプリントヘッドアレイを有することも、特許請求の範囲の技術的範囲に包含される。しかしながら、熱成形可能な基材よりも大きい幅／長さを持つプリントヘッドアレイを有する実施形態においては、一部の圧電プリントヘッド、すなわち基材の外側となるプリントヘッドを、インクの浪費または全体としてのシステムの損傷を避けるために、オフにしなければならない。

図２が、印刷可能な基材のリアルタイムの制御可能な表面処理を含む本印刷システム、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。図２は、リアルタイムの自動調節表面エネルギ処理システム１０２と、１つの箱、すなわち箱１０４として示されたプリンタ５０の一部分とを備える印刷システム１００の実施形態の概略図を示している。箱１０４に含まれるプリンタ５０の一部分は、図１に示した要素を、ロール８８および９０と、表面エネルギ変更装置６０と、検出サブシステム８２とを除いて備えており、これらの要素またはその同等物は、図２において別に示されている。媒体／基材１０６が、システム１００の第１の端部１１２において繰り出し機１１０によってロール１０８から繰り出される。次いで、基材１０６は、例えばコロナ処理ユニットなどの表面エネルギ変更装置１０２によって前処理される。プリンタ１００が、基材１０６上に画像１１４を配置して硬化させ、次いで画像１１４は、全幅アレイセンサ１１６によって走査される。センサ１１６によって得られた情報が、分析および最適化の決定のためにシステム制御部１１８へと送り返される。システム制御部１１８が、画像走査データの受信および処理のための特別なプログラミングを有する従来からのコンピュータであってよく、あるいはシステム制御部１１８が、それを行うように構成されたプログラム済みのコントローラハードウェアであってよいことを、理解すべきである。得られるデータの種類およびそれを受信したときの考慮事項は、以下でさらに詳しく検討される。

従来からのプリンタにおいては、画像品質を改善するために、最適化信号が、プリントヘッドアレイを制御するために例えばプリンタ５０などの印刷エンジンへと送られる。しかしながら、従来からのプリンタは、媒体におけるインクの濡れ性を積極的に制御することがない。媒体におけるインクの濡れ性が、典型的に、例えば梱包材料の印刷などのプラスチックへの印刷時に、重要な役割を果たすことが明らかになっている。媒体／基材の表面エネルギレベル（ワット密度）が、特定のインク−媒体の組み合わせについてあらかじめ設定されるが、媒体またはインクにばらつきがあれば、表面エネルギ処理の調節が必要になると考えられる。上述のように、従来からのプリンタは、前処理のパラメータを更新するために専門家からのかなりの作業量を必要とし、これはきわめて時間がかかり、不便である。

印刷システム１００は、全幅アレイセンサによって取得された画像にて表面エネルギ処理後の基材におけるインクの濡れ性を積極的に分析することによってプリンタ５０の生産性および自動化を改善する。全幅アレイセンサ１１６による画像１１４の検査時に、この検査に関するデータが、システム制御部１１８へともたらされる。次いで、システム制御部１１８は、検査データを分析し、その分析にもとづいて、表面エネルギ変更装置１０２へと入力される出力を調節することで、基材１０６における最適なインクの濡れのために前処理のエネルギレベルを調節する。

以上に鑑み、例えばシステム１００などの印刷可能な基材のためのこのリアルタイムの表面処理システムが、表面エネルギ変更装置１０２と、全幅アレイセンサ１１６と、システム制御部１１８とを備えることを、理解すべきである。表面エネルギ変更装置１０２は、印刷可能な基材１０６に対するインク６２の濡れおよび付着を向上させるために印刷可能な基材１０６の基材表面エネルギを変化させるように構成される。全幅アレイセンサ１１６は、基材１０６上のインク６２の少なくとも１つの印刷品質特性を測定するように構成される。システム制御部１１８は、表面エネルギ変更装置１０２および全幅アレイセンサ１１６と通信し、少なくとも１つの印刷品質特性にもとづいて表面エネルギ変更装置１０２への入力電力を調節するように構成される。いくつかの実施形態において、少なくとも１つの印刷品質特性は、線幅、線幅の標準偏差、およびこれらの組み合わせで構成されるグループから選択される。

図３が、引き伸ばし可能なインク６２について、低い表面エネルギを有する熱成形可能な基材１０６との相互作用を示す断面図を示している一方で、図４は、引き伸ばし可能なインク６２について、図３に示し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可能な基材１０６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の変更は、印刷可能な基材の表面エネルギを高め、インクおよびコーティングの濡れ性および付着を改善する。例えばポリマーフィルムなどのいくつかの印刷可能な基材は、印刷インクおよびコーティングを受け付けにくくする表面張力の小さい化学的に不活性かつ多孔性でない表面を有する。表面張力は、ダインレベルとも一般的に称される表面エネルギを表す。コロナ処理などの表面処理は、印刷可能な基材の表面エネルギを高めることにより、インクの濡れ性および付着の改善を通じて印刷品質を改善する。一般に、基材は、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に濡れると考えられる。表面エネルギの変更のレベルは、これらに限られるわけではないが、用いられる処理の種類、基材およびインクの特性などの種々の因子に依存する。このようにして、必要とされる処理の強度、すなわち基材の表面積当たりの毎分のワット数

が、基材およびインクの各々の組み合わせについて最良に決定される。同じ決定は、最適な印刷結果を達成するために、同じ基材および／またはインクの異なる生産工程を使用する場合にも行われるべきである。

媒体／基材１０６におけるインク６２の濡れが、印刷される画像の品質において大きな役割を果たすことが、明らかになっている。いくつかの実施形態においては、媒体におけるインクの濡れの性能が、単一ピクセルの処理方向の幅を有する線を印刷することによって評価される。印刷の性能は、図５〜８に示されるように印刷された線幅および印刷された線幅の標準偏差（ＳＴＤＥＶ）の測定を用いて定量化される。線幅が、処理方向における測定された線のサイズを指すことを、理解すべきである。図５および６は、２つの異なる表面エネルギレベルにおいて得られた異なる線の品質の比較を示しており、すなわち図５は、比較的低い表面エネルギレベルであり、図６は比較的高い表面エネルギレベルである。インク６２が例えば約１００μｍの比較的大きな印刷後の線幅へと、例えば約３μｍの比較的小さい印刷後の線幅のＳＴＤＥＶで広がる場合に、良好な画像品質が達成されることが、明らかになっている。インク／基材の組み合わせの定量化の例が、図７および８に示されており、すなわち図７が、印刷後の線幅に対する表面エネルギレベルの掃引を示しており、図８が、印刷後の線幅のＳＴＤＥＶに対する表面エネルギレベルの掃引を示している。コロナ前処理ならびに他の種類の表面エネルギ変更処理が、種々の媒体におけるインクの濡れを制御するための効果的な方法である。図７および８に見られるように、コロナ処理機のエネルギレベルが、濡れの性能を大きく左右する。印刷後の線幅は、コロナワット密度が大きくなるにつれて増大するが、印刷後の線幅の最小のＳＴＤＥＶは、

の間においてのみ得ることができる。上述の範囲を上回るワット密度の増加および上述の範囲を下回るワット密度の減少はどちらも、印刷後の線幅のＳＴＤＥＶを増大させ、結果として印刷される画像の品質を低下させる。

ここで説明される表面エネルギ前処理のためのリアルタイムの自動調節制御は、線幅のＳＴＤＥＶを低いレベルに保ちつつ、平均線幅を改善する。提案される制御システムの実施形態が、図９に示されている。媒体１０６が、表面エネルギ変更装置１０２によって処理され、次いで印刷エンジンへと運ばれ、媒体１０６に例えば線１２０および１２２などの単一ピクセルの線が印刷される。線１２０および１２２は、全幅アレイセンサ１１６によって検出サブシステム１２４によって取得される。検出サブシステム１２４は、線１２０および１２２の画像を、線幅および線幅のＳＴＤＥＶの分析のためにシステム制御部１１８へと送信する。システム制御部１１８は、分析結果にもとづいて印刷システム１００の性能を最適化し、すなわちシステム制御部１１８は、表面エネルギ変更装置１０２へと供給される入力電力を増加または減少させることによって表面エネルギ変更装置１０２から出力されるワット密度を増加または減少させる。この閉ループ制御により、印刷システム１００における最適なインクの濡れが、リアルタイムかつ自動調節のやり方にて得られる。

以上に鑑み、印刷可能な基材の表面エネルギ処理のリアルタイムでの監視のための本方法のいくつかの実施形態が、以下の工程を含むことを理解すべきである。第１に、印刷可能な基材１０６の表面エネルギが、表面エネルギ変更装置１０２によって変更される。次いで、インク６２が、例えば線１２０などの印刷による画像１１４を形成するために基材１０６の一部分に配置される。印刷による画像１１４が硬化させられ、印刷による画像１１４の少なくとも１つの印刷品質特性が、全幅アレイセンサ１１６によって測定される。その測定のその結果に応答して、表面エネルギ変更装置１０２の入力電力が、少なくとも１つの印刷品質特性にもとづいてシステム制御部１１８によって調節される。以上の工程を、表面エネルギ変更装置１０２のための最適な入力電力が決定されるまで、繰り返すことができる。

印刷された画像のフィードバックに応答した表面エネルギ前処理のリアルタイム制御による媒体のインク濡れの自動的な調節のための本システムおよび方法が、上記で開示された。表面エネルギを変化させることによる濡れ性の改善のための表面エネルギ前処理は、技術分野において理解されているが、画像のフィードバックにもとづくリアルタイム制御は、予期も提供もされていない。本システムおよび方法は、印刷された線幅および印刷された線幅の標準偏差の測定を使用して、インク−媒体の組み合わせの濡れ性を特徴付ける。

本システムおよび方法の利益の一部として、表面エネルギ前処理のレベルを手作業で調節する段取り時間が、大幅に短縮されることが挙げられる。さらに、本システムおよび方法は、製造のばらつきまたは環境の変化に起因する印刷工程の全体を通しての材料特性の変化を補正することによって品質を改善し、すなわち調節が、印刷工程の全体を通してリアルタイムで行われる。

Claims

印刷可能な基材のためのリアルタイム表面エネルギ処理システムであって、
印刷可能な基材の基材表面エネルギを変化させることによって前記印刷可能な基材へのインクの濡れおよび付着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、
前記基材上の前記インクの少なくとも１つの印刷品質特性を測定するように構成された全幅アレイセンサと、
前記表面エネルギ変更装置および前記全幅アレイセンサと通信し、前記少なくとも１つの印刷品質特性にもとづいて前記表面エネルギ変更装置への入力電力を調節するように構成されたシステム制御部と
を備えるリアルタイム表面エネルギ処理システム。
前記少なくとも１つの印刷品質特性は、線幅、線幅の標準偏差、およびこれらの組み合わせで構成されるグループから選択される、請求項１に記載の印刷可能な基材のためのリアルタイム表面エネルギ処理システム。
前記インクは、引き伸ばし可能なインクである、請求項１に記載の印刷可能な基材のためのリアルタイム表面エネルギ処理システム。
前記引き伸ばし可能なインクは、紫外放射線硬化型インクである、請求項３に記載の印刷可能な基材のためのリアルタイム表面エネルギ処理システム。
前記基材は、熱成形可能な基材である、請求項１に記載の印刷可能な基材のためのリアルタイム表面エネルギ処理システム。
印刷可能な基材の表面エネルギ処理のリアルタイム監視のための方法であって、
ａ）印刷可能な基材の表面エネルギを表面エネルギ変更装置で変更することと、
ｂ）前記基材の一部分へとインクを配置し、印刷による画像を形成することと、
ｃ）前記印刷による画像を硬化させることと、
ｄ）前記印刷による画像の少なくとも１つの印刷品質特性を全幅アレイセンサで測定することと、
ｅ）前記少なくとも１つの印刷品質特性にもとづいて前記表面エネルギ変更装置の入力電力を調節することと
を含む、印刷可能な基材の表面エネルギ処理のリアルタイム監視のための方法。
前記少なくとも１つの印刷品質特性は、線幅、線幅の標準偏差、およびこれらの組み合わせで構成されるグループから選択される、請求項６に記載の印刷可能な基材の表面エネルギ処理のリアルタイム監視のための方法。
前記インクは、引き伸ばし可能なインクである、請求項６に記載の印刷可能な基材の表面エネルギ処理のリアルタイム監視のための方法。
前記引き伸ばし可能なインクは、紫外放射線硬化型インクである、請求項８に記載の印刷可能な基材の表面エネルギ処理のリアルタイム監視のための方法。
前記基材は、熱成形可能な基材である、請求項６に記載の印刷可能な基材の表面エネルギ処理のリアルタイム監視のための方法。