JP6762323B2 - 基板の選択された領域にフィルムをコーティングする印刷方法及び装置 - Google Patents
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Description
a) 画像化表面を有して連続的に移動する転写部材を準備するステップと、
b) 前記転写部材の前記画像化表面に、熱塑性ポリマーで形成若しくはコーティングした個別粒子をコーティングするステップと、
c) 前記画像化表面に直接的に接触しないほぼすべての粒子を除去して、前記画像化表面上に均一で単層の粒子コーティングを残すステップと、
d) 前記コーティングした画像化表面の選択された領域を十分なパワーの照射に露光させるステップであって、前記パワーは、前記選択された領域内で前記粒子を粘着性のあるものとするのに十分である、該露光ステップと、
e) 前記照射中又は照射後のいずれかで、前記コーティングした画像化表面及び前記基板の表面を互いに押し合わせ、粘着性のあるものにされた前記粒子コーティングの領域のみを前記基板の表面に転写するステップであって、前記粘着性領域がフィルムを形成する、該転写ステップと、並びに
f) 先に塗布した単層コーティングがステップe)で前記基板の表面に転写された前記選択された領域に新たな粒子の単層コーティングを塗布するため、前記ステップb)及びc)を繰り返して、前記画像化表面を再び粒子の単層で均一にコーティングされた状態が残るようにするステップと、
を備える。
・前記粒子を搬送するガスジェットを前記画像化表面に指向させるステップ、
・布、ブラシ、若しくは塗布ローラを用いて、前記粒子を前記画像化表面上に擦り込むステップ、
・疎水性材料の前記画像化表面及び粒子を形成し、また前記粒子を含む液体ジェットを前記画像化表面に指向させ、前記ジェットの液体は前記画像化表面を濡らさないよう選択したものであるステップ、又は
・前記粒子を含むガス若しくは液体のジェットを、前記粒子を受け取りまた前記画像化表面に転移させることができる中間アプリケータに指向させる、ステップ、
を含む、ことができる。
b) 熱塑性ポリマーで形成若しくはコーティングした個別粒子を前記画像化表面に塗布するコーティングステーションであって、前記画像化表面には直接接触しない粒子を前記画像化表面から除去する、又は付着できないようにし、これにより均一な単層粒子コーティングが前記画像化表面上に形成されるようにする、該コーティングステーションと、
c) 前記コーティングした画像化表面の選択された領域を十分なパワーの照射に露光させ、前記パワーは、前記選択された領域内で前記粒子を粘着性のあるものとするのに十分である、画像化ステーションと、並びに
d) 前記照射中又は照射後のいずれかで、前記コーティングした画像化表面及び前記基板の表面を互いに押し合わせ、前記単層粒子コーティングを照射で露光することによって前記画像化表面の前記選択された領域に形成された粘着性フィルムを前記基板の表面に転写させる印象ステーションと、
を備え、
前記画像化表面が前記コーティングステーションに復帰する際、動作中、画像化ステーション及び印象ステーションを通過した後、粒子が消尽された前記画像化表面の領域に新たな粒子を塗布することによって、前記画像化表面における前記粒子コーティングが再び均一な単層にされるものである。
t=(2γla(1−cosθ)/gρ)1/2 (式1)
に従い、ここでtは結果として生ずるフィルム厚さ、γlaは液化粒子と空気との間の表面張力、θは融合した液化粒子の画像化表面に対するぬれ角、gは重力定数、及びρはこの液体の濃度である。表面張力及びぬれ角の双方とも液体の温度に依存すると理解されたい。
・ 前記粒子が懸濁する流体流を直接的又は間接的に前記画像化表面に塗布する少なくとも1つのスプレーヘッドと、
・ 前記スプレーヘッドを包囲し、また前記流体流を閉じ込める内部プレナムを画定し、前記画像化表面に隣接するリムを有するハウジングであって、前記リムは、前記ハウジングのリムと前記コーティングすべき表面との間に画定される封止ギャップから粒子が流出するのを阻止するよう構成されている、該ハウジングと、及び
・ 前記ハウジングに接続された吸引源であって、スプレーされた前記流体及び前記スプレーされた流体に懸濁する前記粒子を前記プレナムから抽出する、該吸引源と、
を有し、前記吸引源は、前記表面に直接接触しない粒子のほとんどすべてを抽出し、前記装置から退出する際には前記表面に付着する単一粒子層のみが残るようにするよう動作可能である。
図1は画像化表面として作用する外表面12を有するドラム10を示す。ドラムが矢印で示すように時計方向に回転するとき、微粒子の単層コーティングを取得するコーティングステーション14の下方を通過する。コーティングステーション14を退出した後、画像化表面12は画像化ステーション16の下方を通過し、この画像化ステーション16において、画像化表面12の選択された領域が画像化装置によってレーザー照射で露光され、画像化表面12の選択された領域における粒子コーティングを粘着性のあるものにする。次に、画像化表面12は、基板(サブストレート)20がドラム10と圧胴(印象シリンダ)22との間で圧迫され、矢印で示されるニップを有する印象ステーション18を通過する。印象ステーション18で加わる圧力は、画像化ステーション16におけるレーザー照射での露光によって粘着性のあるものにされた画像化表面12のコーティングにおける選択された領域が画像化表面12から基板20に転写される。結果として基板に転写される選択した粘着性のエリアに対応する画像化表面12における領域は、粒子転写によって消尽して露出することになる。この後画像化表面は、コーティングステーション14に復帰することによってそのサイクルを完了することができ、このコーティングステーション14において、新たな単層粒子コーティングが、先に塗布された粒子が印象ステーション18で基板20に転写されて露出した領域にのみ塗布される。後に詳述するように、印刷基板とも称される基板は種々の材料(例えば、ペーパー、厚紙、プラスチック、織物等)で形成することができ、基板のうち幾つかは、随意的に、所望の品質に基づいてコーティングされた形態及び未コーティングの形態で存在することができ、また異なる形態(例えば、シート又は連続ウェブ)で印象ステーションに供給できる。
コーティングステーション14は複数個のスプレーヘッド1401を備え、これらスプレーヘッド1401はドラム10の軸線に沿って互いに整列し、したがって、図1の断面では1個のスプレーヘッドのみが見えている。スプレーヘッドのスプレー1402は、ベル状のハウジング1403内に閉じ込められ、ハウジングの下側リム1404は、画像化表面に対してぴったり合う形状にし、ベル状のハウジング1403とドラム10との間に狭いギャップのみが残るようにする。スプレーヘッド1401は共通の供給レール1405に接続し、この供給レール1405はスプレーヘッド1401に加圧流体キャリヤ(ガス状又は液体)を供給し、この加圧流体キャリヤ内には、画像化表面12をコーティングするのに使用すべき微粒子を懸濁させる。必要であれば、懸濁粒子は、とくに、スプレーヘッドへの供給前に定期的又は絶え間なく混合させることができる。粒子は、例えば、0.1〜10リットル/分又は0.3〜3リットル/分の流量範囲においてコーティング装置内で循環させることができる。ハウジング1403の内部空間によって形成されるプレナム1406内に閉じ込められるスプレーヘッド1401からの流体及び余剰粒子は、出口パイプ1407から抽出し、この出口パイプ1407は、矢印で示される適当な吸引源に接続し、スプレーヘッド1401に再循環させることができる。本明細書でスプレーヘッドに言及したが、共通供給パイプ又は導管に沿って流体懸濁粒子を供給できる任意な他のタイプのノズル又はオリフィスも含まれる。
コーティング粒子の形状及び組成は、基板20の表面に塗布される効果の性質に依存する。印刷システムにおいて、粒子は、好都合には色素性熱塑性ポリマーで形成することができる。レーザービーム発生素子の照射波長に対する応答として温度上昇及び軟化できるポリマー及び/又はポリマーに関連する顔料が好適である。これに限定すると解する必要はなく、なぜなら、代替的(及び付加的)に、粒子が塗布される画像化表面の温度上昇の結果としてレーザー素子によって粒子は粘着性のあるものにされ得るからである。
A) 粒子における90%の流体力学直径と粒子における10%の流体力学直径との間における差が150nm以下、又は100nm以下、又は50nm以下でさえもあり、数学的に(D90−D10)≦150nm等々で表現できる条件、及び/又は
B) a)粒子における90%の流体力学直径と粒子における10%の流体力学直径との間における差と、b)粒子における50%の流体力学直径と、の間における比が2.0以下、又は1.5以下、又は1.0以下でさえもあり、数学的に
(D90−D10)/D50≦2.0等々で表現できる条件
のうち少なくとも一方が適用される場合、比較的狭いと言える。
粒子が懸濁する流体と言える粒子キャリヤは、液体又はガスのいずれかとすることができる。液体である場合キャリヤは水をベースとするのが好ましく、またガス状である場合キャリヤは空気とするのが好ましい。経済性を考慮する場合、ハウジングのチャンバ内部から吸引される粒子は供給源及び/又はアプリケータ装置に再循環させることができる。
幾つかの実施形態において、画像化表面12は、代表的にはエラストマーで形成した疎水性表面とし、この表面は、概してシリコーンをベースとした材料から調合し、本明細書に記載の特性を有するよう調整することができる。シリコーンをベースとする表面は、意図された粒子と結合するのに適した任意の厚さ及び/又は硬さを有することができる。適当な硬さは、コーティングステーション14で粒子を画像化表面12に塗布するときに粒子に対して強力な結合を生じ、この結合は、粒子相互が付着する傾向よりも強力であるような硬さとする。比較的薄い画像化表面(例えば、100μm以下の厚さ)に関しては、シリコーンをベースとする材料は中位から低位にかけての硬度を有することができるとともに、比較的厚い画像化表面(例えば、約1mmまでもの厚さ)に関しては、シリコーンをベースとする材料は比較的高い硬度を有することができると考えられる。幾つかの実施形態において、約60ショアA〜約80ショアAの間における比較的高い硬度が画像化表面にとって好適である。他の実施形態において、60、50、40、30ショアA未満の中・低硬度、又は20ショアA未満の硬度でさえも満足のいくものである。特別な実施形態において、画像化表面は約40ショアAの硬度を有する。
図1における画像化ステーション16は、レーザービームを発生するVCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)チップ1602のようなレーザー源のアレイ、及びレーザービームを画像化表面12上に合焦させる対応のレンズ1603のアレイを担持する支持体1601を備える。図3〜5は、チップ、及びチップが支持体に備え付けられまたレンズ1603に整列させられる様態をより詳細に示す。
図面に示す印刷システムは、任意の特別な基板タイプには限定されない。基板は、ペーパー又はカードの個別シートとする、又は連続ウェブの形態を有することができる。インクの薄いポリマーフィルムを基板に塗布する方法に起因して、フィルムは基板の表面に存在する傾向がある。このことは、高品質の印刷を異なる品質のペーパー上で達成することができる。さらに、基板材料は、繊維質である必要はなく、任意なタイプの表面、例えば、プラスチックフィルム又は剛性ボードとすることができる。
図示の印象ステーションは、滑らかな圧胴(印象シリンダ)22のみを有し、この圧胴22はドラム10及びドラムの画像化表面12に押し付ける。圧胴22は基板移送システムの一部をなし、この場合、この基板移送システムは個別基板シートの先導端縁に係合するグリッパを装備することができる。上述したように、デジタル印刷システム以外では、圧胴は基板20に転写すべき粒子コーティングの領域を選択するエンボス加工表面を有することができる。
Claims (31)
- 基板の表面における選択された領域にフィルムを印刷する方法であって、以下のステップ、すなわち、
a) 画像化表面を有して連続的に移動する転写部材を準備するステップと、
b) 前記転写部材の前記画像化表面に、熱塑性ポリマーで形成若しくはコーティングした個別粒子をコーティングするステップと、
c) 前記画像化表面に直接的に接触しないほぼすべての粒子を除去して、前記画像化表面上に均一で単層の粒子コーティングを残すステップと、
d) 前記コーティングした画像化表面の選択された領域を十分なパワーの照射に露光させるステップであって、前記パワーは、前記選択された領域内で前記粒子を粘着性のあるものとするのに十分である、該露光ステップと、
e) 前記照射中又は照射後のいずれかで、前記コーティングした画像化表面及び前記基板の表面を互いに押し合わせ、粘着性のあるものとされた前記粒子コーティングの領域のみを前記基板の表面に転写するステップであって、前記粘着性領域がフィルムを形成する、該転写ステップと、並びに
f) 先に塗布した単層コーティングがステップe)で前記基板の表面に転写された前記選択された領域に新たな粒子の単層コーティングを塗布するため、前記ステップb)及びc)を繰り返して、前記画像化表面を再び粒子の単層で均一にコーティングされた状態が残るようにするステップと、
を備える、方法。 - 請求項1記載の方法において、前記ステップb)は、前記粒子を搬送するガスジェットを前記画像化表面に指向させるステップを含む、方法。
- 請求項1記載の方法において、前記ステップb)は、疎水性材料の前記画像化表面及び粒子を形成し、また前記粒子を含む液体ジェットを前記画像化表面に指向させる指向ステップであって、前記ジェットの液体は前記画像化表面を濡らさないよう選択したものである、該指向ステップを含む、方法。
- 請求項1〜3のうちいずれか一項記載の方法において、前記ステップb)における前記画像化表面のコーティングは、中間アプリケータによって実施する、方法。
- 請求項1〜4のうちいずれか一項記載の方法において、さらに、前記画像化表面を前記粒子でコーティングする前、コーティング中、又はコーティング後に前記画像化表面を冷却及び/又は加熱するステップを備える、方法。
- 基板の表面における選択された領域に熱塑性材料で形成されるフィルムを印刷する装置であって、
a) 画像化表面を有して連続的に移動する無端転写部材と、
b) 熱塑性ポリマーで形成若しくはコーティングした個別粒子を前記画像化表面に塗布するコーティングステーションであって、前記画像化表面には直接接触しない粒子を前記画像化表面から除去する、又は付着できないようにし、これにより均一な単層粒子コーティングが前記画像化表面上に形成されるようにする、該コーティングステーションと、
c) 前記コーティングした画像化表面の選択された領域を十分なパワーの照射に露光させ、前記パワーは、前記選択された領域内で前記粒子を粘着性のあるものとするのに十分である、画像化ステーションと、並びに
d) 前記照射中又は照射後のいずれかで、前記コーティングした画像化表面及び前記基板の表面を互いに押し合わせ、前記単層粒子コーティングを照射で露光することによって前記画像化表面の前記選択された領域に形成された粘着性フィルムを前記基板の表面に転写させる印象ステーションと、
を備え、
前記画像化表面が前記コーティングステーションに復帰する際、動作中、画像化ステーション及び印象ステーションを通過した後、粒子が消尽された前記画像化表面の領域に新たな粒子を塗布することによって、前記画像化表面における前記粒子コーティングが再び均一な単層にされる、印刷装置。 - 請求項6記載の印刷装置において、前記コーティングステーションは、前記粒子を前記画像化表面に塗布することができる中間アプリケータを有する、印刷装置。
- 請求項6又は7記載の印刷装置において、前記ポリマー粒子は、10μm未満、又は、5μm未満、又は1μm未満、又は100nm〜4μm、又は300nm〜1μm、若しくは500nm〜1.5μmのいずれかの範囲内における粒径を有する、印刷装置。
- 請求項6〜8のうちいずれか一項記載の印刷装置において、前記画像化表面は疎水性である、印刷装置。
- 請求項6〜9のうちいずれか一項記載の印刷装置において、前記粒子は疎水性である、印刷装置。
- 請求項6〜10のうちいずれか一項記載の印刷装置において、前記コーティングステーションは、
・ 前記粒子が懸濁する流体流を直接的又は間接的に前記画像化表面に塗布する少なくとも1つのスプレーヘッドと、
・ 前記スプレーヘッドを包囲し、また前記流体流を閉じ込める内部プレナムを画定し、前記画像化表面に隣接するリムを有するハウジングであって、前記リムは、前記ハウジングのリムと前記コーティングすべき表面との間に画定される封止ギャップから粒子が流出するのを阻止するよう構成されている、該ハウジングと、及び
・ 前記ハウジングに接続された吸引源であって、スプレーされた前記流体及び前記スプレーされた流体に懸濁する前記粒子を前記プレナムから抽出する、該吸引源と、
を有し、
前記吸引源は、前記表面に直接接触しない粒子のほとんどすべてを抽出し、前記装置から退出する際には前記表面に付着する単一粒子層のみが残るようにする、印刷装置。 - 請求項6〜11のうちいずれか一項記載の印刷装置において、前記画像化ステーションは、前記画像化表面が画像化装置に対して基準のX方向に移動するとき、前記画像化表面上に個別制御可能なレーザービームを投射する、該画像化装置を有し、前記画像化装置は、支持体に複数個のレーザービーム発生素子を備え付けた半導体チップを複数個有し、この備え付けは、連続的に作動するとき、発生したレーザーは、前記画像化表面にわたり前記X方向に延在し、またY方向にほぼ均一に離間する平行なラインのセットをトレースするように行う、印刷装置。
- 請求項12記載の印刷装置において、各半導体チップの前記個別制御可能な複数個のレーザービーム発生素子は、M行及びN列である2次元の主アレイに配列し、各行における素子は均一間隔Arを有し、各列における素子は均一間隔acを有し、前記チップは支持体に備え付け、この備え付けは、前記X方向に交差する基準のY方向に互いに隣接する各チップ対が、前記X方向に互いにオフセットし、また連続的に作動するとき、各対における2つの前記チップで発生したレーザービームが、前記X方向に延在し、また前記Y方向にほぼ均一に離間する2×M×N個の平行なラインのセットを前記画像化面上でトレースし、各チップにおけるレーザービームが他方のチップにおけるラインのセットとはオーバーラップしないM×N個のラインのセットをトレースするように行い、前記主アレイにおける素子が前記M行及び前記N列であることの他に、各チップは、前記主アレイのM行×N列に対する付加として、前記主アレイの少なくとも1つの側方サイドに付加的な列を有し、前記付加的な列のそれぞれは、前記支持体における隣接チップの相対位置決めに関する前記Y方向のいかなる誤整列をも補償できる少なくとも1つの選択的に動作可能なレーザー発光素子であって、前記補償は、2つのM×N個のラインセット間に存在する少なくとも1つの付加的ラインをトレースすることによって行う、該レーザー発光素子を有する、印刷装置。
- 請求項13記載の印刷装置において、前記付加的な2列のそれぞれは、2つ又はそれ以上の素子を有する、印刷装置。
- 請求項14記載の印刷装置において、前記付加的な列における素子によってトレースされるラインは、互いに均等に離間し、前記付加的な列における素子によってトレースされるライン間の間隔は、前記主アレイの素子によってトレースされるライン間隔及び各付加的な列における素子数の除算商にほぼ等しいものである、印刷装置。
- 請求項13〜15のうちいずれか一項記載の印刷装置において、前記各チップの各行における素子は前記Y方向に平行なライン上に存在し、また前記各チップの各列における素子は前記X方向に角度をなすよう傾斜する直線的ライン上に存在する、印刷装置。
- 請求項13〜16のうちいずれか一項記載の印刷装置において、前記チップは前記支持体上で行の対として配列し、2つの行それぞれにおけるチップすべての対応のレーザー発光素子は前記Y方向に互いに一列に整列する、印刷装置。
- 請求項17記載の印刷装置において、前記対の前記2つの行における前記チップの整列は、前記X方向及びY方向における3つの互いに隣接するチップの任意なグループの対応素子が、合同な正三角形の頂点に位置するように整列するものである、印刷装置。
- 請求項18記載の印刷装置において、各チップには、関連チップのすべての素子が発生するレーザービームを前記画像化表面上に合焦するレンズがそれぞれ設けられる、印刷装置。
- 請求項19記載の印刷装置において、各レンズは、単一GRINロッドによって形成される、印刷装置。
- 請求項19記載の印刷装置において、各レンズは、2個又はそれ以上の互いに傾斜する一連のGRINロッドによって形成される、印刷装置。
- 請求項21記載の印刷装置において、各GRINロッドからの光は、プリズムによって次のGRINロッドに直列的に指向される、印刷装置。
- 請求項22記載の印刷装置において、前記プリズムは、GRINロッドよりも高い屈折率を有する、印刷装置。
- 請求項19〜23のうちいずれか一項記載の印刷装置において、各レンズ又は一連のレンズは、+1又は−1の倍率を有する、印刷装置。
- 請求項20又は21に従属する請求項24記載の印刷装置において、前記GRINロッドは、各行の隣接チップにおける対応素子間の距離である2×N×Arに等しい直径を有する、印刷装置。
- 請求項13〜25のうちいずれか一項記載の印刷装置において、各チップは、主アレイにおけるレーザービーム発生素子が等しい行数及び列数を有する、印刷装置。
- 請求項12〜27のうちいずれか一項記載の印刷装置において、前記支持体は流体冷却される、印刷装置。
- 請求項12〜28のうちいずれか一項記載の印刷装置において、前記支持体は剛体金属又はセラミック構体で形成される、印刷装置。
- 請求項28記載の印刷装置において、前記支持体の表面は電気絶縁体で形成又はコーティングされることによって電気絶縁されており、また薄いフィルム導体が前記電気絶縁の表面上に形成され、電気信号及び電力を前記チップに供給できるようにする、印刷装置。
- 請求項12〜29のうちいずれか一項記載の印刷装置において、前記チップは、垂直キャビティ面発光レーザー(VCSEL)チップアレイである、印刷装置。
- 請求項12〜30のうちいずれか一項記載の印刷装置において、さらに、前記画像化表面の前記粒子によるコーティング前、コーティング中、又はコーティング後に、前記画像化表面の温度を変更するよう冷却器及び/又はヒータを備える、印刷装置。
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