JP7442146B2 - 飛翔体発生方法及び飛翔体発生装置、並びに画像形成方法 - Google Patents
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Description
例えば、前記ドナー基板と前記飛翔対象物の間にDynamic Release layer(DRL、吸収層とも称される)と呼ばれる中間層を設けた方法が知られている(例えば、非特許文献1参照)。前記レーザーを照射された前記DRLの一部は前記レーザーのエネルギーを吸収して蒸発(気化)し、前記レーザーが照射された前記DRLと同じ位置にある前記飛翔対象物を前記DRLが蒸発したエネルギーにより押し出して飛翔させる方法である。
また、例えば、レーザー吸収性材料と前記飛翔対象物とを混合し、前記ドナー基板上に配し、レーザー照射によってレーザー吸収性材料を蒸発させ、その蒸発エネルギーにより前記飛翔対象物を飛翔させるMAPLE-DW(Matrix-assisted pulsed laser evaporation-direct write)法などが知られている(例えば、非特許文献1参照)。
本発明の飛翔体発生方法は、基板と、前記基板上に光吸収材を配した光吸収材層と、前記光吸収材層の上に前記光吸収材の飛翔時の飛散を抑制する飛散抑制材を配した飛散抑制材層とをこの順で有するドナー基板に対して、前記ドナー基板の前記基板側から前記光吸収材層に光を照射して前記光吸収材を飛翔させる光吸収材飛翔工程を含み、更に必要に応じてその他の工程を含む。
本発明の飛翔体発生装置は、基板と、前記基板上に光吸収材を配した光吸収材層と、前記光吸収材層の上に前記光吸収材の飛翔時の飛散を抑制する飛散抑制材を配した飛散抑制材層とをこの順で有するドナー基板に対して、前記ドナー基板の前記基板側から前記光吸収材層に光を照射して前記光吸収材を飛翔させる光吸収材飛翔手段を有し、更に必要に応じてその他の手段を有する。
従来のLIFT法を用いた技術では、飛翔対象である飛翔対象物の粘度が高く(例えば、10Pa・s以上)、厚みが厚い(例えば、9μm以上)場合には、前記飛翔対象物の一部が前記ドナー基板から飛翔する際に、飛散してしまい、前記飛翔対象物を所望の位置へ配することが難しい場合があるという問題がある。
前記光吸収材飛翔工程は、前記ドナー基板に対して、前記ドナー基板の前記基板側から前記光吸収材層に光を照射して前記光吸収材を飛翔させる工程である。
前記光吸収材飛翔手段は、前記ドナー基板に対して、前記ドナー基板の前記基板側から前記光吸収材層に光を照射して前記光吸収材を飛翔させる手段である。
前記光吸収材飛翔工程は、前記光吸収材飛翔手段により好適に実施することができる。
前記ドナー基板は、基板と、前記基板上に光吸収材を配した光吸収材層と、前記光吸収材層の上に前記光吸収材の飛翔時の飛散を抑制する飛散抑制材を配した飛散抑制材層とをこの順で有し、更に必要に応じてその他の部材を有する。
本発明において、「飛翔」とは、空中を進むこと、又は空中を移動することを意味する。
本発明において、「飛散」とは、飛んで散乱することを意味する。
前記基板としては、その形状、構造、大きさ、材質などについ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。
また、平板状の前記基板としては、例えば、スライドガラスなどが挙げられる。
なお、前記透過率の測定方法としては、例えば、分光光度計(日本分光社製、V-660DS)などを用いて測定することができる。
前記表面粗さRaは、JIS B0601に従って測定することができ、例えば、触針式表面形状測定装置(Dektak150、ブルカー・エイエックスエス株式会社製)を用いて測定することができる。
前記光吸収材層は、光吸収材を含む層である。
前記光吸収材層は、単層であっても複層であってもよく、目的に応じて適宜選択することができる。前記光吸収材層が単層である場合には、単に、光吸収材膜と称することがある。
前記光吸収材層は、基板上に一体的(連続的)に層(膜)を形成していてよく、断続的に層(膜)を形成していてもよい。
前記光吸収材は、光吸収物質を有し、更に必要に応じて適宜選択した、その他の物質を有する。
前記光吸収材としては、光の波長に対する吸光度が1よりも大きいことが好ましく、2よりも大きいことがより好ましい。光吸収材が光の波長に対する吸光度が2よりも大きいと、エネルギー効率を高めることができる点で有利である。
前記光吸収物質としては、所定の波長の光を吸収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、顔料、染料などの着色剤が挙げられる。
また、光吸収性能を有する前記光吸収材により形成された塗膜において、前記光吸収材の膜厚における透過率(吸光度)としては、10%以下(1以上)が好ましく、1%以下(2以上)がより好ましく、0.1%以下(3以上)がさらに好ましく、0.01%以下(4以上)が特に好ましい。前記透過率が好ましい範囲内であると、基板に吸収された光のエネルギーが熱に変換されにくいため、前記光吸収材に乾燥や溶融などの変化を与えることが少ない点でも有利である。さらに、前記透過率が好ましい範囲内であると、前記光吸収材に与えるエネルギーが低下しにくいため、付与位置のバラつきが生じにくい点で有利である。
なお、前記透過率(吸光度)は、例えば、分光光度計(株式会社島津製作所製、UV3600)などを用いて測定することができる。
前記光吸収材の形態としては、例えば、液体、固体、粉体などが挙げられる。特に、高粘性体又は固体を飛翔可能としたことは、従来のインクジェット記録方式には成し得ない長所となっている。なお、前記固体とは、25℃において容器の形とは無関係にその形状を保持するものを意味する。
また、前記光吸収材が固体又は粉体であれば、前記光吸収材の形態としては、光を照射する際に前記光吸収材が粘性を有する状態であることが好ましい。具体的には、固体又は粉体を飛翔させたい場合には、例えば、光を照射する前に加熱して溶融状態にして粘性を有する形態にすることが好ましい。
液体の前記光吸収材の粘度としては、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、1Pa・s以上が好ましく、1Pa・s以上20Pa・s以下がより好ましい。
なお、粘度は、例えば、回転粘度計(東機産業株式会社製、VISCOMATE VM-150III)、レオメータ:HAAKE RheoStress 600(Thermo Fisher Scientific)などを用いて25℃の環境下で測定することができる。
前記導電体としては、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、銀、金、銅、ニッケル、ITO、カーボン、カーボンナノチューブ等の導電性を有する無機粒子;ポリアニリン、ポリチオフェン(例えば、ポリ(エチレンジオキシチオフェン)等)、ポリアセチレン、ポリピロール等の導電性の有機高分子からなる粒子などが挙げられる。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。
前記導電性ペーストの体積抵抗率としては、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、通常の電極用途として使用できる点から103Ω・cm以下が好ましい。
この場合、光が照射されると、顔料に光のエネルギーが付与され、顔料とともに結着樹脂がトナーとして飛翔する。なお、前記粉体の光吸収材としては、顔料のみとしてもよい。
前記金属薄膜を飛翔させて画像パターンを形成する方法としては、例えば、予めガラスやフィルムなどの基板上に金属薄膜を作成し、金属薄膜に光を照射して飛翔させることで画像パターンを形成させる方法が挙げられる。また、他の方法としては、非画像部を飛翔させることで画像パターンを形成させる方法などが挙げられる。
また、25℃における前記光吸収材層が液体の場合に、前記光吸収材層の平均厚みが9μm以上であると、前記光吸収材を層状にして供給した場合、連続して飛翔させたときであっても基板上の層の強度を確保することができるため、連臆して前記光吸収材を飛翔させることができる点で好ましい。
また、25℃における前記光吸収材層が液体の場合に、前記光吸収材層の平均厚みが50μm以下であると、前記光吸収材を飛翔させるのに必要な光のエネルギーが大きくなりすぎないため、特に光吸収材が有機物の場合、劣化や分解が発生しにくい点で有利である。
なお、塗布する方法によっては、一定のパターンを保持した層として供給することも可能となる。
前記光吸収材層の平均厚みとしては、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、25℃における前記光吸収材層が固体の場合には、40μm以下が好ましく、0.2μm以上20μm以下がより好ましく、5μm以上18μm以下が更に好ましい。25℃における前記光吸収材層が固体の場合に、前記光吸収材層の平均厚みが、40μm以下であると、比較的弱い光エネルギーで転写が可能なため、光吸収材へのダメージを抑制することができる。
平均厚みの測定機器としては、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、レーザー変位計やマイクロメータなどの非接触または接触方式の方法が挙げられる。
更に、UV硬化インキでも画像形成が可能であるため、定着工程において紫外線を照射して硬化することにより、重なった記録媒体が貼り付くブロッキングの防止、及び乾燥工程の簡略化ができる。
シアン顔料としては、色相、画像保存性の点から、銅フタロシアニンブルーであるC.I.ピグメントブルー15:3が好ましい。
記録媒体に浸透する液体の着色剤を用いた場合、記録媒体に付与した着色剤がフェザリングやブリーディングを発生することがあるが、本発明の飛翔体発生方法で取り扱いが可能である高粘度の着色剤にすると、記録媒体への浸透速度に対して乾きのほうが速いため、特にブリーディングの減少によって発色性の向上とエッジ部分の鮮鋭化が図れ、高画質の画像を形成することができる。また、着色剤を重ねて付与させる重ね打ちによる階調表現を行う場合にも、着色剤の量の増加による滲みも少なくすることができる。
更に、この飛翔体発生方法は、液体の着色剤を飛翔させて付与させるものであるため、例えば、フィルム状のドナー基板から熱により着色剤を溶融転写するいわゆる熱転写方式と比較すると、記録媒体に微小な凹凸が存在していても良好に記録を行うことができる。
なお、前記光吸収材の25℃における粘度η2は、例えば、前記基板上に付与する前の前記光吸収材を回転粘度計(東機産業株式会社製、VISCOMATE VM-150III)、レオメータ:HAAKE RheoStress 600(Thermo Fisher Scientific)などを用いて25℃の環境下で測定することができる。
前記光吸収材の25℃における静的(プレート法)表面張力σ2の測定方法としては、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、自動表面張力計DY-300(協和界面科学)などが挙げられる。
前記飛散抑制材層は、飛散抑制材を含有する層である。
前記飛散抑制材層は、前記光吸収材層の上に形成されていれば特に制限はなく、単層であっても複層であってもよく、目的に応じて適宜選択することができる。前記飛散抑制材層が単層である場合には、単に、飛散抑制材膜と称することがある。
また、前記飛散抑制材層は、基板上に一体的に層(膜)を形成していてよく、断続的に層(膜)を形成していてもよい。
前記飛散抑制材としては、前記光吸収材層に対して特定の物性を満足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る。
前記特定の物性としては、例えば、前記飛散抑制材の25℃における粘度η1と、前記光吸収材層の25℃における粘度η2とが、η2>η1を満たすこと、前記飛散抑制材の25℃における静的表面張力σ1と、前記光吸収材層の25℃における静的表面張力σ2とが、σ2<σ1を満たすこと、などが挙げられる。これらは全てを満たす必要はなく、少なくともいずれかを満たせばよい。
前記飛散抑制材の25℃における粘度η1は、例えば、前記基板上に付与する前の前記飛散抑制材をレオメータ:HAAKE RheoStress 600(Thermo Fisher Scientific)などを用いて25℃の環境下で測定することができる。
前記飛散抑制材の25℃における静的表面張力σ1の測定方法としては、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、自動表面張力計DY-300(協和界面科学)などが挙げられる。
本発明において、「飛翔させる」とは、光吸収材層の一部の光吸収材が前記ドナー基板から脱離することを意味する。
前記レーザービームとしては、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、一般的なレーザービームであるガウスレーザービーム、螺旋状の等位相面を有する光渦レーザービームなどが挙げられる。これらの中でも光渦レーザービームが、飛翔させる前記光吸収材を飛散させにくい点で好ましい。
一般的なレーザービームは、位相が揃っているため、図1Aに示すように平面状の等位相面(波面)を有している。レーザービームのポインティングベクトルの方向が平面状の等位相面の直交方向であることにより、レーザービームの照射方向と同じ方向となるため、レーザービームが光吸収材に照射された場合には、光吸収材に対して照射方向に力が作用する。しかし、レーザービームの断面における光強度分布が、図1Bに示すようにビームの中心が最も強い正規分布(ガウシアン分布)であるため、光吸収材が飛散しやすい。また、位相分布の観察を行うと図1Cに示すように位相差がないことが確認される。
これに対し、光渦レーザービームは、図2Aに示すように螺旋状の等位相面を有している。光渦レーザービームのポインティングベクトルの方向が螺旋状の等位相面に対して直交方向であるため、光渦レーザービームが光吸収材に照射された場合には、直交方向に力が作用する。このため、図2Bに示すように光強度分布がビームの中央が零となる凹んだドーナツ状の分布となり、光渦レーザービームを照射された光吸収材は、ドーナツ状のエネルギーを放射圧として印加される。すると、光渦レーザービームを照射された光吸収材は、光渦レーザービームの照射方向に沿って飛翔し、被付与物に飛散しにくい状態で付与する。また、位相分布の観察を行うと図2Cに示すように位相差が発生していることが確認される。
図3Aと図3Bとを比較すると、図3Aのほうが図3Bよりも光吸収材が飛散していることが確認できる。このことから、光渦レーザービームを照射された光吸収材は、ドーナツ状のエネルギーを放射圧として印加され、光渦レーザービームの照射方向に沿って飛翔し、被付与物に飛散しにくい状態で付与することがわかる。
干渉計測は、レーザービームプロファイラ(Spiricon社製レーザービームプロファイラ、浜松ホトニクス株式会社製レーザービームプロファイラなど)を用いて観察でき、干渉計測した結果の一例を図4A、図4Bに示す。
図4Aは、光渦レーザービームにおける干渉計測の結果の一例を示す説明図であり、図4Bは、中心に光強度0の点を有するレーザービームにおける干渉計測の結果の一例を示す説明図である。
光渦レーザービームを干渉計測すると、図4A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の点を持つレーザー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ービームを干渉計測すると、図4Bに示すように、図4Aで示した光渦レーザー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、光渦レーザービームとの差異が確認できる。
前記光吸収材飛翔手段は、 前記ドナー基板の前記基板側から前記光吸収材層に光を照射する、換言すると、前記光吸収材を表面に配した基板における、前記光吸収材が配された側とは反対側の基板の表面に光を照射することにより、光の照射方向に前記光吸収材を飛翔させる。
前記レーザー光源としては、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、レーザービームを発生させる固体レーザー、気体レーザー、半導体レーザーなどが挙げられ、パルス発振可能なものが好ましい。
前記固体レーザーとしては、例えば、YAGレーザー、チタンサファイアレーザーなどが挙げられる。
前記気体レーザーとしては、例えば、アルゴンレーザー、ヘリウムネオンレーザー、炭酸ガスレーザーなどが挙げられる。
これらの中でも、出力が30mW程度の半導体レーザーが、装置の小型化及び低コスト化の点で、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ーを使用した。
前記レーザービームの波長としては、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、300nm以上11μm以下が好ましく、350nm以上1100nm以下がより好ましい。
前記レーザー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、10μm以上10mm以下が好ましく、10μm以上1mm以下がより好ましい。
前記レーザービームのパルス幅としては、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、2ナノ秒以上100ナノ秒以下が好ましく、2ナノ秒以上10ナノ秒以下がより好ましい。
前記レーザービームのパルス周波数としては、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、10Hz以上200Hz以下が好ましく、20Hz以上100Hz以下がより好ましい。
なお、前記レーザー光源としては、光渦レーザービームを出力可能なレーザー光源でもよい。
前記光渦変換部としては、レーザービームを光渦レーザービームに変換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、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。
前記回折光学素子としては、例えば、螺旋位相板、ホログラム素子などが挙げられる。これらの中でも、螺旋位相板(Spiral Phase Plate)が好ましい。
なお、前記光渦レーザー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、例えば、レーザー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などが挙げられる。他の前記光渦レーザービームを発生させる方法としては、例えば、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ー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。
前記波長変換部としては、前記光渦レーザービームに円偏光を付与することにより、以下の式(1)で表されるトータルの回転モーメントJL,Sが、|JL,S|≧0となる条件を満たす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る。
前記波長変換部としては、例えば、1/4波長板などが挙げられる。1/4波長板の場合には、光学軸を+45°又は-45°以外に設置して光渦レーザービームに楕円状の円偏光(楕円偏光)を付与してもよいが、光学軸を+45°又は-45°に設置して前記光渦レーザービームに真円状の円偏光を付与し、上記の条件を満たすことが好ましい。これにより、飛翔体発生装置は、前記光吸収材を安定的に飛翔させ、飛散を抑制した形状で被付与物に付与させる効果を大きくすることができる。
なお、トポロジカルチャージとは、光渦レーザービームの円筒座標系における方位方向の周期的境界条件から現れる量子数を意味する。また、ビームウエストサイズとは、光渦レーザービームにおけるビーム径の最小値を意味する。
なお、光渦レーザービームにおけるトータルの回転モーメントをJとすると、J=L+Sと表すことができる。
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、出力調整部などが挙げられる。
ビーム径変更部材としては、レーザービーム又は光渦レーザー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。
光渦レーザービームのビーム径(照射径)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、100μm以下が好ましい。光渦レーザービームの照射径が100μm以下であると、高解像度の画像を形成しやすい点で好ましい。
なお、ビーム径は、例えば、レーザー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、光吸収材が分散体の場合、ビーム径としては、光吸収材の体積平均粒径の最大値以上が好ましく、分散体の最大値の3倍がより好ましい。ビーム径がより好ましい範囲内であると、光吸収材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。
ビーム波長変更素子としては、レーザービーム又は光渦レーザービームの波長を、光吸収材が吸収可能であり、かつ後述する基板を透過可能である波長に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る。ビーム波長変更素子としては、例えば、KTP結晶、BBO結晶、LBO結晶、CLBO結晶などが挙げられる。
出力調整部としては、レーザービーム又は光渦レーザービームを適正な出力値に調整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、ガラスなどが挙げられる。
光渦レーザービームの照射エネルギーとしては、光吸収材の粘度や膜厚によっても適正値が変化するため、適宜調整されることが好ましいが、具体的には、100μJ/ドット以下がより好ましく、60μJ/ドット以下が更に好ましい。光渦レーザービームの照射エネルギーが60μJ/ドット以下であると、照射方向を軸とした照射径の中心軸に回転運動をしながら照射径よりも小さい径に収束する液柱を生じ得る状態、あるいは一部が切り離され液滴を生じ得る状態を実現しやすい点で有利である。
前記その他の工程としては、例えば、光吸収材供給工程、光走査工程、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、光吸収材供給手段、光走査手段、制御手段などが挙げられる。
また、光吸収材飛翔手段、光吸収材供給手段、及び光走査手段を一体として光吸収材飛翔ユニットとして扱ってもよい。
前記光吸収材供給工程としては、前記光吸収材飛翔手段と前記被付与物との間の光路に、前記光吸収材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、例えば、前記光吸収材供給手段を用いて好適に行うことができる。
前記光吸収材供給手段としては、前記光吸収材飛翔手段と前記被付与物との間の光路に、前記光吸収材を供給する手段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。
より具体的には、前記光吸収材が液体であって、前記ドナー基板に光吸収材を供給する場合には、前記光吸収材供給手段として供給ローラ及び規制ブレードを設けることが、非常に簡単な構成で光吸収材を基板の表面に一定の平均厚みで供給することができるため好ましい。
この場合、前記供給ローラは、前記光吸収材を貯蔵する貯蔵槽に表面が一部浸漬し、前記光吸収材を表面に担持しながら回転して、前記ドナー基板に当接することにより前記光吸収材を供給する。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に配置され、前記供給ローラが担持した前記光吸収材を規制して平均厚みを均一にし、飛翔させる前記光吸収材の量を安定させる。供給する前記光吸収材の平均厚みを非常に薄くすることにより、飛翔させる前記光吸収材の量を低減できるため、前記光吸収材を飛散が抑制された微小なドットとして前記被付与物に付与可能とし、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、前記供給ローラ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。
なお、前記貯蔵槽は、前記光吸収材供給手段とは別に設け、ホース等で前記光吸収材を前記光吸収材供給手段に供給するようにしてもよい。
前記光走査工程としては、前記光を前記光吸収材に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、例えば、前記光走査手段を用いて好適に行うことができる。
前記光走査手段としては、前記光を前記光吸収材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。例えば、前記光走査手段は、光吸収材飛翔手段から照射された前記光を前記光吸収材に向けて反射させる反射鏡と、反射鏡の角度及び位置を変化させて前記光を前記光吸収材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。
前記制御工程は、各工程を制御する工程であり、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、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、シーケンサー、コンピュータ等の機器が挙げられる。
なお、本発明の飛翔体発生装置の部材の数、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5Aにおいて、飛翔体発生装置300は、光吸収材飛翔手段1と、光を吸収する光吸収材20と、被付与物30と、ドナー基板40とを有する。前記ドナー基板40は、図示しない飛散抑制材層を光吸収材20のドナー基板40とは反対側の上面に有している。
前記飛翔体発生装置300は、前記ドナー基板40に担持されている前記光吸収材20に、前記光吸収材飛翔手段1によりレーザービーム112を照射し、前記レーザービーム12のエネルギーにより前記光吸収材20を照射方向に飛翔させる。図5中、被付与物30は飛翔させた前記光吸収材20を付与させる対象である。被付与物30を前記光吸収材20の対面に配置しておくことで、前記被付与物30に前記光吸収材20を付与することができる。
前記ビーム径変更部材3は、例えば、集光レンズであり、前記レーザー光源2が発生させた前記レーザービーム11の光路におけるレーザー光源2の下流に配置され、レーザービーム11の径を変更する。
前記ビーム波長変更部材4は、例えば、KTP結晶であり、前記レーザービーム11の光路における前記ビーム径変更部材3の下流に配置され、前記レーザービーム11の波長を前記光吸収材20が吸収可能な波長に変更する。
前記光渦変換部5は、例えば、螺旋位相板であり、前記レーザービーム11の光路における前記ビーム波長変更部材4の下流に配置され、前記レーザービーム11を光渦レーザービーム12に変換する。
前記波長変換部6は、例えば、1/4波長板であり、前記光渦レーザービーム12に円偏光を付与する。
なお、飛翔した前記光吸収材20は、前記光渦レーザービーム12により付与された、適度なエネルギーによる前方推進とジャイロ効果により、ビーム径の中心軸近傍に収束しながら捩じ切られることにより、周辺への飛散を抑制されつつ前記被付与物30に付与する。
このとき、飛翔する前記光吸収材20の飛翔量は、前記光渦レーザービーム12が照射された前記光吸収材20の面積のうち一部であり、前記波長変換部6などにより調整することができる。
図5Bにおいて、飛翔体発生装置301は、図5Aに示した飛翔体発生装置300の各手段などに加え、光走査手段60とを有している。図5Bにおいては、前記ドナー基板40は、前記ドナー基板40の長軸方向がレーザービーム12の照射方向と直交する方向に配されている。この飛翔体発生装置301は、前記光吸収材飛翔手段1が発生させたレーザービーム12を、光走査手段60により前記ドナー基板40に走査する。これにより、飛翔体発生装置301は、前記ドナー基板40の任意の位置に照射し、光吸収材20を飛翔させることができる。これにより、前記被付与物30を前記光吸収材20の対面に配置し多場合に、前記被付与物30の任意の位置に前記光吸収材20を付与することができる。
前記反射鏡61は、反射鏡駆動手段により図5B中矢印Sで示す走査方向に可動し、レーザービーム12を前記光吸収材20の任意の位置に反射する。
なお、前記光走査手段60は、例えば、前記光吸収材飛翔手段1自体を移動させるか、前記光吸収材飛翔手段1を回動させて前記レーザービーム12の照射方向を変化させるようにしてもよい。あるいは、前記光走査手段60は、前記反射鏡61として前記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ービーム12を走査させるようにしてもよい。
また、前記光吸収材20が前記ドナー基板40に担持される段階で、層を形成した光吸収材20の平均厚みが一定となるように制御することにより、光吸収材20の飛翔量を安定させることができる。
なお、光吸収材飛翔手段1と、前記光走査手段60とを合わせたものをレーザービーム照射ユニット100と称する。
図5Cにおいて、飛翔体発生装置301aは、図5Bに示した前記飛翔体発生装置301における前記光走査手段60として、ガルバノスキャナ(ガルバノミラー)62a及び62bを有する。前記ガルバノスキャナ62a及び62bは、それぞれが独立した走査方向(2次元)に可動し、前記レーザービーム12を前記光吸収材20の任意の位置に反射することができる。前記光走査手段60として前記ガルバノスキャナ62a及び62bを用いることにより、前記レーザービーム12の走査スピード及び走査精度をより向上させることができる。
また、前記飛翔体発生装置301aにおいては、例えば、ガルバノスキャナ62bと基板40の間に、fθレンズを配置することも好ましい。
本発明の画像形成方法は、基板と、前記基板上に光吸収材を配した光吸収材層と、前記光吸収材層の上に前記光吸収材の飛翔時の飛散を抑制する飛散抑制材を配した飛散抑制材層とをこの順で有するドナー基板に対して、前記ドナー基板の前記基板側から前記光吸収材層に光を照射して前記光吸収材を飛翔させる光吸収材飛翔工程と、飛翔させた前記光吸収材を被付与物に付与させる付与工程とを含み、更に必要に応じてその他の工程を含む。
本発明の画像形成方法に係る画像形成装置は、基板と、前記基板上に光吸収材を配した光吸収材層と、前記光吸収材層の上に前記光吸収材の飛翔時の飛散を抑制する飛散抑制材を配した飛散抑制材層とをこの順で有するドナー基板に対して、前記ドナー基板の前記基板側から前記光吸収材層に光を照射して前記光吸収材を飛翔させる光吸収材飛翔手段と、飛翔させた前記光吸収材を被付与物に付与させる付与手段とを有し、更に必要に応じてその他の手段を有する。
前記光吸収材飛翔工程は、本発明の飛翔体発生方法における光吸収材飛翔工程と同様である。
前記光吸収材飛翔手段は、本発明の飛翔体発生装置における光吸収材飛翔手段と同様である。
前記付与工程は、飛翔させた前記光吸収材を被付与物に付与させる工程である。
前記付与手段は、飛翔させた前記光吸収材を被付与物に付与させる手段である。
前記付与工程は前記付与手段により好適に行われる。
なお、本発明において、「付与」は「付着」とほぼ同義の意味である。
前記付与手段としては、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、前記光吸収材層から生じさせた前記光吸収材の液柱乃至液滴を被付与物に接触させる機構を備える手段などが挙げられる。具体的には、前記付与手段としては、例えば、被付与物と光吸収材との間隙を調整する機構や、被付与物を搬送する機構などが挙げられる。
前記被付与物としては、光吸収材から生じさせた液柱乃至液滴が接触できれば、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、従来、画像形成装置で用いられている記録媒体や中間転写ベルト、立体造形物を形成するための造形物支持基板などが挙げられる。なお、本明細書においては、前記被付与物を被転写媒体と称することもある。
前記記録媒体としては、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、コート紙、上質紙、フィルム、布、繊維などが挙げられる。
更に、間隙は、例えば、被付与物の位置を一定に維持する位置制御手段などにより一定に保たれることが好ましい。この場合、光吸収材及び被付与物の位置変動、平均厚みのバラつきを考慮して各部位を配置することが重要となる。
また、前記平均ドット径は、例えば、マイクロスコープ等で前記光吸収材のドット画像を取得して画像輝度情報からドット領域を検出し、検出したドット領域のピクセル数から各ドットの面積を算出、円形に換算した時の直径をドット径とし、これを平均することにより求めることができる。
また、前記被付与物に付与された前記光吸収材の平均直径のばらつきの値は、例えば、マイクロスコープ等で光吸収材のドット画像を取得して画像輝度情報からドット領域を検出し、検出したドット領域のピクセル数から各ドットの面積を算出、円形に換算した時の直径をドット径とし、各ドットの粒径分布の平均粒径と標準偏差から算出することにより求めることができる。
例えば、マイクロスコープ等で前記光吸収材のドット画像を取得して画像輝度情報からドット領域を検出し、検出した各ドット領域の重心座標を算出、各重心の最小二乗法による近似直線からのずれを算出することにより求めることができる。
前記その他の工程としては、本発明の飛翔体発生方法におけるその他の工程の他に、例えば、被付与物搬送工程、定着工程などが挙げられる。
前記その他の手段としては、本発明の飛翔体発生装置におけるその他の手段の他に、例えば、被付与物搬送手段、定着手段などが挙げられる。
前記被付与物搬送手段としては、前記被付与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。
前記加熱加圧部材としては、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、加熱ローラ、加圧ローラ、加熱ローラ及び加圧ローラを組み合わせたものなどが挙げられる。他の加熱加圧部材としては、例えば、これらに定着ベルトを組合せたもの、これらのうち加熱ローラを加熱ブロックに代えたものなどが挙げられる。
前記シリコーン系の撥水性材料からなる前記撥水性表面層としては、例えば、シリコーン系離型剤の皮膜、シリコーンオイル又は各種変性シリコーンオイルの焼付皮膜、シリコーンワニスの皮膜、シリコーンゴムの皮膜、シリコーンゴムと各種金属、ゴム、プラスチック、セラミック等の複合物からなる皮膜などが挙げられる。
前記フッ素化合物からなる前記撥水性表面層としては、フッ素樹脂の皮膜、有機フッ素化合物の皮膜、フッ素オイルの焼付皮膜又は吸着膜、フッ素ゴムの皮膜、若しくはフッ素ゴムと各種金属、ゴム、プラスチック、セラミック等の複合物からなる皮膜などが挙げられる。
また、前記光吸収材が非常に高粘度であって、乾燥が遅くなり前記被付与物に対する付与速度の向上が困難な場合には、前記被付与物を追加で加熱し、乾燥を促進させてもよい。
更に、前記光吸収材の前記被付与物への浸透及び濡れが遅く、付与させた前記光吸収材が十分に平滑化していない状態で乾燥させた場合、前記光吸収材が付与した前記被付与物の表面が粗くなるため、前記被付与物の表面の光沢が得られない場合がある。前記被付与物の表面の光沢を得るためには、加圧して定着させる定着手段とすることにより、前記被付与物に付与した前記光吸収材をつぶしながら前記被付与物に押し込むよう定着させて、前記被付与物の表面粗さを小さくするようにしてもよい。
前記定着手段は、特に粉体を押し固めて形成した固体の前記光吸収材を用いた場合などに、前記被付与物に定着させるために必要となる。なお、必要に応じて、前記定着手段とともに公知の光定着器を用いてもよい。
前記定着工程としては、前記被付与物に付与させた前記光吸収材を、前記被付与物に定着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、例えば、定着手段を用いて好適に行うことができる。
例えば、前記光吸収材として色材を含有する着色剤を用いる場合における例を説明する。前記光吸収材飛翔ユニットを画像形成装置に4つ設け、プロセスカラーであるイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの前記着色剤を飛翔させるようにしてもよい。前記着色剤の色数としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、必要に応じて光吸収材飛翔ユニット(以下、着色剤飛翔ユニット)の数を増減させてもよい。また、記録媒体の搬送方向における、プロセスカラーの前記着色剤を有する前記着色剤飛翔ユニットの上流側に、白色の着色剤を有する前記着色剤飛翔ユニットを配置することで、白色隠蔽層を設けることが可能となるため、透明な記録媒体に色再現性に優れた画像を形成できる。ただし、特にイエロー、白色、透明の着色剤においては、レーザービームの波長の光の透過率(吸光度)が適正となるように、レーザー光源を、例えば、ブルーレーザービーム、紫外線レーザービームなどに適宜選択してしなければならない場合がある。
本発明の画像形成方法に係る画像形成装置の小型化などを目的として、着色剤飛翔ユニットを1つだけ設け、供給ローラ及びドナー基板に供給する着色剤自体を切り替えて複数色の画像を形成するようにしてもよい。
なお、本発明の画像形成方法に係る画像形成装置の部材の数、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6Aにおいて、画像形成装置302は、図5Bに示した画像形成装置301の各手段などに加え、光吸収材供給手段50と、被付与物搬送手段70とを有しており、平板状の基板40を円筒状の光吸収材担持ローラ41に変更したものである。また、光吸収材担持ローラ41の内側には、レーザービーム照射ユニット100が配置されており、光吸収材担持ローラ41が外周に担持する光吸収材20にレーザービーム12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、光吸収材20を貯蔵する。
供給ローラ52は、光吸収材担持ローラ41と当接するように配置され、貯蔵槽51の光吸収材20に一部が浸漬されている。供給ローラ52は、回転駆動手段により、又は光吸収材担持ローラ41の回転に従動して図6A中矢印R2で示す回転方向に回転しながら光吸収材20を表面に付与させる。付与した光吸収材20は、規制ブレード53により平均厚みを均一にされ、光吸収材担持ローラ41に転移することにより層として供給される。光吸収材担持ローラ41の表面に供給された光吸収材20は、光吸収材担持ローラ41が回転することにより、レーザービーム12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光吸収材担持ローラ41の上流側に配置され、供給ローラ52が表面に付与させた光吸収材20を規制し、光吸収材担持ローラ41に供給する光吸収材20の平均厚みを均一にする。
このとき、レーザービーム照射ユニット100は、画像情報に従って光吸収材担持ローラ41の内側よりレーザービーム12を照射し、被付与物30に光吸収材20を付与させる。被付与物30を被付与物搬送ベルト72により移動させながら、このような光吸収材20を被付与物30に付与させる付与動作を行うことにより、被付与物30に2次元の画像を形成することができる。
図6Bにおいて、画像形成装置303は、図6Aで示した画像形成装置302における円筒状の光吸収材担持ローラ41を、軸方向に沿って2分割した光吸収材担持部42とし、画像形成装置302の配置を変更したものである。
図7Aにおいて、画像形成装置305は、図6Aに示した画像形成装置302の各手段などに加え、定着手段80を有しており、被付与物30に付与させた光吸収材20を定着させて平滑にするようにしている。なお、被付与物搬送手段70の位置は、図6Aでは光吸収材担持ローラ41の側面としたが、図7Aでは説明の便宜上、光吸収材担持ローラ41の上方とした。
対向ローラ84は、加圧ローラ83と当接する位置に配置され、被付与物30を加圧ローラ83とにより被付与物搬送ベルト72を介して挟持する。
図7Bにおいて、画像形成装置306は、図7Aで示した画像形成装置305における加圧方式の定着手段80を加熱加圧方式の定着手段81に変更したものである。
定着手段81は、被付与物30の図7B中矢印Cで示す搬送方向において光吸収材担持ローラ41の下流側に配置され、加熱加圧ローラ85と、定着ベルト86と、従動ローラ87と、ハロゲンランプ88と、対向ローラ84とを有している。この定着手段81は、溶融が必要な材料を分散した分散液の光吸収材20として用いた場合で、加圧のみでは狙いの画像を得られないときに用いられる。
定着ベルト86は、無端のベルト状であり、加熱加圧ローラ85及び従動ローラ87に張架され、表面が被付与物30と接触する。
従動ローラ87は、加熱加圧ローラ85の下方に配置され、加熱加圧ローラ85の回転に従って従動する。
ハロゲンランプ88は、加熱加圧ローラ85の内部に配置され、被付与物30に光吸収材20を定着させるための熱を発生させる。
対向ローラ84は、定着ベルト86と当接する位置に配置され、被付与物30を加圧ローラ83とにより被付与物搬送ベルト72を介して挟持する。
図7Cにおいて、画像形成装置307は、図7Aで示した画像形成装置305における加圧方式の定着手段80をUV照射方式の定着手段82に変更したものである。
定着手段82は、被付与物30の図7C中矢印Cで示す搬送方向において光吸収材担持ローラ41の下流側に配置され、UVランプ89を有している。この定着手段81は、光吸収材20として紫外線硬化性材料を用いた場合に使用され、UVランプ89によりUVを照射して被付与物30に定着させる。
図8Aにおいて、画像形成装置400は、図7Bに示した画像形成装置306の各手段などに加え、光吸収材飛翔ユニット120を4つ有しており、光吸収材20として色材を含有する着色剤21を用いた場合に変更したものである。
また、光吸収材飛翔ユニット120は、光吸収材供給手段50と、光吸収材飛翔手段100と、図示しないビーム走査手段60と、光吸収材担持ローラ41と、光吸収材20(着色剤21)とにより構成される。
これにより、被付与物30としての記録媒体31上に各色の画像を順次形成し、カラー画像を得るカラープロセスに適用することができる。
図8Bにおいて、画像形成装置401は、図8Aに示した画像形成装置400の各手段などに加え、被付与物としての中間転写手段90を有している。
中間転写体91は、例えば、無端状のベルトであり、4つの光吸収材飛翔ユニット120の上方に配置され、中間転写体駆動ローラ92と、中間転写体従動ローラ93とにより張架されている。
中間転写体駆動ローラ92は、回転駆動手段により図8B中矢印R2で示す回転方向に回転し、中間転写体91を回転させる。
中間転写体従動ローラ93は、中間転写体駆動ローラ92の回転に従って従動する。
このように、まず中間転写体91に画像を形成し、これを所望の記録媒体31に転写するようにしてもよい。この画像形成装置201においても、画像形成装置400と同様に高画質のカラー画像を得ることができる。また、中間転写体91に形成した画像を記録媒体31に転写する際に中間転写体駆動ローラ92により押圧するので、画像形成装置200と同様に、着色剤21を付与させた記録媒体31の表面粗さを小さくすることができる。
このように、本発明の画像形成方法では、基板の表面へのレーザービームの照射方向が非重力方向であり、液柱乃至液滴が非重力方向に生ずるようにしてもよい。これにより、装置の設計において自由度を高めることができる。
立体造形物の製造方法は、基板と、前記基板上に光吸収材を配した光吸収材層と、前記光吸収材層の上に前記光吸収材の飛翔時の飛散を抑制する飛散抑制材を配した飛散抑制材層とをこの順で有するドナー基板に対して、前記ドナー基板の前記基板側から前記光吸収材層に光を照射して前記光吸収材を飛翔させる光吸収材飛翔工程と、飛翔させた前記光吸収材を被付与物に付与させる付与工程と、前記光吸収材を硬化する硬化工程とを含み、前記光吸収材が、立体造形剤であり、更に必要に応じてその他の工程を含む。
立体造形物の製造装置は、基板と、前記基板上に光吸収材を配した光吸収材層と、前記光吸収材層の上に前記光吸収材の飛翔時の飛散を抑制する飛散抑制材を配した飛散抑制材層とをこの順で有するドナー基板に対して、前記ドナー基板の前記基板側から前記光吸収材層に光を照射して前記光吸収材を飛翔させる光吸収材飛翔手段と、飛翔させた前記光吸収材を被付与物に付与させる付与手段と、前記光吸収材を硬化する硬化手段とを有し、前記光吸収材が、立体造形剤であり、更に必要に応じてその他の手段を有する。
前記立体造形物の製造方法は前記立体造形物の製造装置により好適に実施することができる。
前記立体造形物の製造方法及び立体造形物の製造装置において、本発明の飛翔体発生方法及び飛翔体発生装置、並びに画像形成方法及び画像形成装置と同じ文言については、本発明の飛翔体発生方法及び飛翔体発生装置、並びに画像形成方法及び画像形成装置で説明したものと同様である。
前記光吸収材飛翔工程は、本発明の飛翔体発生方法及び画像形成方法における光吸収材飛翔工程と同様である。
前記光吸収材飛翔手段は、本発明の飛翔体発生装置及び画像形成装置における光吸収材飛翔手段と同様である。
なお、前記立体造形物の製造方法における光吸収材飛翔工程は、被付与物に対して立体造形剤としての光吸収材を層として積み重ね、立体的に付与する。
前記立体造形剤としては、光吸収材と同様に、その形状、材質などについ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。以下、前記立体造形物の製造方法における光吸収材としての立体造形剤とした際に異なる点を説明する。
前記硬化性材料としては、活性エネルギー線(紫外線、電子線等)照射、加熱等により重合反応を生起し硬化する化合物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、活性エネルギー線硬化性化合物、熱硬化性化合物などが挙げられる。これらの中でも、常温で液体の材料が好ましい。
前記活性エネルギー線硬化性化合物は、分子構造中にラジカル重合可能な不飽和二重結合を有する比較的低粘度のモノマーであり、単官能モノマー、多官能モノマーなどが挙げられる。
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、水、有機溶剤、光重合開始剤、界面活性剤、着色剤、安定化剤、水溶性樹脂、低沸点アルコール、表面処理剤、粘度調整剤、接着性付与剤、酸化防止剤、老化防止剤、架橋促進剤、紫外線吸収剤、可塑剤、防腐剤、分散剤などが挙げられる。
前記付与工程は、本発明の画像形成方法における付与工程と同様である。
前記付与手段は、本発明の画像形成装置における付与手段と同様である。
前記硬化工程は、前記光吸収材としての立体造形剤を硬化する工程である。
前記硬化手段は、前記光吸収材としての立体造形剤を硬化する手段である。
前記硬化手段としては、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、立体造形剤が紫外線硬化性材料であれば、紫外線照射器などが挙げられる。
前記硬化工程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、立体造形剤が紫外線硬化性材料であれば、紫外線照射工程などが挙げられ、紫外線照射手段を用いて好適に行うことができる。
前記その他の工程としては、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、光吸収材供給工程、立体造形ヘッドユニット走査工程、被付与物位置調整工程、制御工程などが挙げられる。
前記その他の手段としては、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、光吸収材供給手段、立体造形ヘッドユニット走査手段、被付与物位置調整手段、制御手段などが挙げられる。
前記光吸収材供給工程は、前記光吸収材が立体造形剤であること以外は、本発明の画像形成方法における光吸収材供給工程と同様であるため、その説明を省略する。
前記光吸収材供給手段は、前記光吸収材が立体造形剤であること以外は、本発明の画像形成装置における光吸収材供給手段と同様であるため、その説明を省略する。
前記立体造形ヘッドユニット走査工程は、光吸収材飛翔ユニットと前記硬化手段とを一体とした立体造形ヘッドユニットを被付与物上の装置の幅(X軸)方向で走査させる工程である。
前記立体造形ヘッドユニット走査手段は、光吸収材飛翔ユニットと前記硬化手段とを一体とした立体造形ヘッドユニットを被付与物上の装置の幅(X軸)方向で走査させる手段である。
また、前記立体造形ヘッドユニットは複数設けるようにしてもよい。
前記被付与物位置調整工程は、装置の奥行き方向(Y軸)及び高さ方向(Z軸)に被付与物の位置を調整する工程である。
前記被付与物位置調整手段は、装置の奥行き方向(Y軸)及び高さ方向(Z軸)に被付与物の位置を調整する手段である。
前記被付与物位置調整手段としては、例えば、装置の奥行き方向(Y軸)及び高さ方向(Z軸)に被付与物の位置を調整可能な基体(ステージ)などが挙げられる。
制御工程は、前述した画像形成装置の制御工程と同様である。
制御手段は、前述した画像形成装置の制御手段と同様である。
なお、前記立体造形物の製造装置の部材の数、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9において、立体造形物の製造装置500は、被付与物としての造形物支持基板122と、ステージ123と、立体造形ヘッドユニット130とを有している。この立体造形物の製造装置500は、付与した立体造形剤22を硬化しながら積層して立体造形物124を製造する。
立体造形ヘッドユニット130は、立体造形物の製造装置500の上部に配置され、駆動手段により図中矢印Lで示す方向に走査することができる。この立体造形ヘッドユニット130は、光吸収材飛翔ユニット120と、硬化手段として紫外線照射器121とを有している。
紫外線照射器121は、光吸収材飛翔ユニット120の両側面に配置され、光吸収材飛翔ユニット120が飛翔させた光吸収材20に紫外線を照射して、光吸収材20を硬化する。
造形物支持基板122は、立体造形物の製造装置500の下部に配置され、立体造形ヘッドユニット130が立体造形剤22の層を形成する際の基板となる。
ステージ123は、造形物支持基板122の下方に配置され、駆動手段により造形物支持基板122を図中垂直方向に移動させることができる。また、このステージ123は、図中矢印Hで示す方向に移動させることができ、立体造形ヘッドユニット130と立体造形物124との間隙を調整することができる。
また、被付与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ーのみ動作してもよい。
以下、図5Bに示した飛翔体発生装置を備える画像形成装置を用いて、パルス発振させた光渦レーザービームを光吸収材としてのUVインクに照射して、被付与物にドットを形成するように付与させた実施例及び比較例について説明する。
<ドナー基板の製造例>
基板としてのスライドガラス(松浪硝子工業株式会社製、マイクロスライドガラスS7213;532nm波長光の透過率が99%)の片面上に、光吸収材として、以下の組成のUVインクを、バーコーターを用いて一様に塗布して、平均厚み20μmの光吸収材層(膜)を形成した。
このとき、膜状の光吸収材の532nm波長光の透過率は0.01%以下(吸光度は4以上)であった。
また、回転粘度計(VISCOMATE VM-150III、東機産業株式会社製)を用いて測定した前記UVインクの25℃における粘度η2は4Pa・sであった。
また、自動表面張力計DY-300(協和界面科学)を用いて測定した前記UVインクの25℃における静的表面張力σ2は、29.32mN/mであった。
上記UVインクで20μmの光吸収材料層を形成した後、UVランプを1~2時間程度照射し、表面を指でなぞってもインクが付着しない状態にまで硬化した。
-UVインク-
・UV Core TYPE-A紅(株式会社T&K TOKA製) 100質量部
・UVフレキソ500紅 (株式会社T&K TOKA製) 50質量部
このとき、膜状の飛散抑制材の532nm波長光の透過率は90%以上であった。
また、レオメータ:HAAKE RheoStress 600(Thermo Fisher Scientific)を用いて測定した前記3%CMC溶液の25℃、剪断応力1.0Paにおける粘度η1は、14Pa・sであった。
また、自動表面張力計DY-300(協和界面科学)を用いて測定した前記3%CMC溶液の25℃における静的表面張力σ1は、75.67mN/mであった。
-カルボキシメチルセルロース(3質量%)水溶液-
・カルボキシメチルセルロース(株式会社第一工業製薬製) 3質量部
・純水 100質量部
なお、被付与物と光吸収材との間隙(ギャップ)を1.5mmとした。
飛翔体発生装置における光吸収材飛翔手段は、レーザー光源と、ビーム径変更部材と、ビーム波長変更素子と、光渦変換部としての螺旋位相板と、波長変換部としての1/4波長板とを有する。
次に、ビーム径変更部材を経たレーザービームを、螺旋位相板(株式会社ルミネックス製、Vortexフェイズプレート)に通過させて光渦レーザービームに変換させた。
次に、螺旋位相板により変換させた光渦レーザービームを、螺旋位相板の下流に配置されている1/4波長板(QWP;株式会社光学技研製)に通過させた。このとき、上記の式(1)で表されるトータルの回転モーメントJが2となるように、螺旋位相板と1/4波長板の光学軸を+45°に設定した。
変換させた光渦レーザービームを、エネルギー調整フィルタ(シグマ光機株式会社製、NDフィルタ)に通過させることにより、光吸収材に照射したときのレーザー出力を調整し、219μJ/ドットとした。
光渦レーザービームを光吸収材としてのUVインクに照射したときの飛翔状態を、高速度ビデオカメラ(HyperVision HPV-X、株式会社島津製作所製)を用いて、光吸収材の飛翔方向に直交する方向から1フレーム100nsで撮影し、以下の基準で評価した。撮影画像を図10A~図10Dに示す。
[評価基準]
○: レーザービームの光路軸に収束し直進
△: レーザービームの光路軸に収束するが、直進性がやや乱れる
×: レーザービーム径以上に拡散して飛翔
飛翔させた光吸収材が付与した被付与物の付与状態について、被付与物を上方から観察し、レーザービームの光路と被付与物との交点を中心Aとし、中心Aから付与(着弾)した光吸収材の中心Bの最大距離をXとし、レーザービームの半径40μmを用いて、距離Xとレーザービーム半径(40μm)との比(X/40)を算出し、以下の評価基準で評価した。光吸収材の付与状態を、光学顕微鏡 ZEISS Imager A2m AXIO(カールツァイスマイクロスコピー株式会社製)で撮影し、撮影画像を図10E~図10Fに示す。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]
○:(X/40)の値が1.25以下
△:(X/40)の値が1.25超2.00以下
×:(X/40)の値が2.00超
実施例1において、レーザービームを螺旋位相板に通過させずにガウスレーザーを用いた以外は、実施例1と同様にして、飛翔状態及び付与状態を評価した。
基板としてのスライドガラス(松浪硝子工業株式会社製、マイクロスライドガラスS7213;532nm波長光の透過率が99%)の片面上に、光吸収材として、以下の組成の結晶性ポリオレフィン樹脂を、ホットプレート上で90℃に加熱した状態で、バーコーターを用いて一様に塗布し、平均厚み9μmの光吸収材層(膜)を形成した。
・HSクリスタ-4100(豊国製油株式会社) 99質量部
・真球状ナノフェライト粉(パウダーテック株式会社) 1質量部
次に、形成した光吸収材層の上に、飛散抑制材として、グリセリン(グリセリンPケンエー、健栄製薬株式会社)を、バーコーターを用いて一様に塗布して、平均厚み36μmの飛散抑制材層(膜)を形成し、ドナー基板を製造した。
このとき、膜状の飛散抑制材の532nm波長光の透過率は90%以上であった。
また、レオメータ:HAAKE RheoStress 600(Thermo Fisher Scientific)を用いて測定したグリセリン(グリセリンPケンエー、健栄製薬株式会社)の25℃、剪断応力1.0Paにおける粘度η1は、0.09Pa・sであった。
また、自動表面張力計DY-300(協和界面科学)を用いて測定したグリセリン(グリセリンPケンエー、健栄製薬株式会社)の25℃における静的表面張力σ1は、62.16mN/mであった。
次に実施例1と同様にして、飛翔状態及び付与状態を評価した。なお、飛翔状態を図11A~図11Dに示し、付与状態を図11Eに示した。
実施例3と同様にして、平均厚み9μmの光吸収材層(膜)を形成した。
次に、形成した光吸収材層の上に、飛散抑制材として純水を、バーコーターを用いて一様に塗布して、平均厚み30μmの飛散抑制材層(膜)を形成し、ドナー基板を製造した。
このとき、膜状の飛散抑制材の532nm波長光の透過率は90%以上であった。
また、レオメータ:HAAKE RheoStress 600(Thermo Fisher Scientific)を用いて測定した純水の25℃、剪断応力1.0Paにおける粘度η1は、0.002Pa・sであった。
また、自動表面張力計DY-300(協和界面科学)を用いて測定した前記純水の25℃における静的表面張力σ1は、71.17mN/mであった。
次に実施例1と同様にして、飛翔状態及び付与状態を評価した。
基板としてのスライドガラス(松浪硝子工業株式会社製、マイクロスライドガラスS7213;532nm波長光の透過率が99%)の片面上に、光吸収材として、以下の組成の結晶性ポリオレフィン樹脂を、ホットプレート上で90℃に加熱した状態で、バーコーターを用いて一様に塗布して、平均厚み16μmの光吸収材層(膜)を形成した。
-結晶性ポリオレフィン樹脂-
・HSクリスタ-4100(豊国製油株式会社) 90質量部
・SYMULER FAST RED 1022(東京色材工業株式会社)10質量部
次に、形成した光吸収材層の上に、飛散抑制材として、以下の組成のカルボキシメチルセルロース(6質量%)水溶液(以下、6%CMC溶液と称する)を、バーコーターを用いて一様に塗布して、平均厚み28μmの飛散抑制材層(膜)を形成し、ドナー基板を製造した。
このとき、膜状の飛散抑制材の532nm波長光の透過率は90%以上であった。
また、レオメータ:HAAKE RheoStress 600(Thermo Fisher Scientific)を用いて測定した前記6%CMC溶液の25℃、剪断応力1.0Paにおける粘度η1は、145Pa・sであった。
また、自動表面張力計DY-300(協和界面科学)を用いて測定した前記6%CMC溶液の25℃における静的表面張力σ1は、測定時プレートを測定対象に浸すことができず、測定できなかった。
-カルボキシメチルセルロース(6質量%)水溶液-
・カルボキシメチルセルロース(株式会社第一工業製薬製) 6質量部
・純水 100質量部
次に実施例1と同様にして、飛翔状態及び付与状態を評価した。
実施例5と同様にして、平均厚み16μmの光吸収材層(膜)を形成した。
次に、形成した光吸収材層の上に、飛散抑制材として、以下の組成のカルボキシメチルセルロース(5質量%)水溶液(以下、5%CMC溶液と称する)を、バーコーターを用いて一様に塗布して、平均厚み29μmの飛散抑制材層(膜)を形成し、ドナー基板を製造した。
このとき、膜状の飛散抑制材の532nm波長光の透過率は90%以上であった。
また、レオメータ:HAAKE RheoStress 600(Thermo Fisher Scientific)を用いて測定した前記5%CMC溶液の25℃、剪断応力1.0Paにおける粘度η1は、74Pa・sであった。
また、自動表面張力計DY-300(協和界面科学)を用いて測定した前記5%CMC溶液の25℃における静的表面張力σ1は、測定時プレートを測定対象に浸すことができず、測定できなかった。
-カルボキシメチルセルロース(5質量%)水溶液-
・カルボキシメチルセルロース(株式会社第一工業製薬製) 5質量部
・純水 100質量部
次に実施例1と同様にして、飛翔状態及び付与状態を評価した。
実施例5と同様にして、平均厚み16μmの光吸収材層(膜)を形成した。
次に、形成した光吸収材層の上に、飛散抑制材として、以下の組成のカルボキシメチルセルロース(3質量%)水溶液(以下、3%CMC溶液と称する)を、バーコーターを用いて一様に塗布して、平均厚み29μmの飛散抑制材層(膜)を形成し、ドナー基板を製造した。
このとき、膜状の飛散抑制材の532nm波長光の透過率は90%以上であった。
また、レオメータ:HAAKE RheoStress 600(Thermo Fisher Scientific)を用いて測定した前記3%CMC溶液の25℃、剪断応力1.0Paにおける粘度η1は、14Pa・sであった。
また、自動表面張力計DY-300(協和界面科学)を用いて測定した前記3%CMC溶液の25℃における静的表面張力σ1は、75.67mN/mであった。
-カルボキシメチルセルロース(3質量%)水溶液-
・カルボキシメチルセルロース(株式会社第一工業製薬製) 3質量部
・純水 100質量部
次に実施例1と同様にして、飛翔状態及び付与状態を評価した。
実施例5と同様にして、平均厚み16μmの光吸収材層(膜)を形成した。
次に、形成した光吸収材層の上に、飛散抑制材として、以下の組成のカルボキシメチルセルロース(2質量%)水溶液にドライウェル(富士フィルム株式会社)を添加し、静的表面張力を28.8mN/mに調整したもの(以下2%CMC溶液)を、バーコーターを用いて一様に塗布し、平均厚み17μmの飛散抑制材層(膜)を形成し、ドナー基板を製造した。
このとき、膜状の飛散抑制材の532nm波長光の透過率は90%以上であった。
また、レオメータ:HAAKE RheoStress 600(Thermo Fisher Scientific)を用いて測定した前記2%CMC溶液の25℃、剪断応力1.0Paにおける粘度η1は、2.0Pa・sであった。
また、自動表面張力計DY-300(協和界面科学)を用いて測定した前記2%CMC溶液の25℃における静的表面張力σ1は、28.8mN/mであった。
-カルボキシメチルセルロース(2質量%)水溶液(+ドライウェル)-
・カルボキシメチルセルロース(株式会社第一工業製薬製) 2質量部
・純水 100質量部
・ドライウェル(富士フィルム株式会社) 37質量部
次に実施例1と同様にして、飛翔状態及び付与状態を評価した。
実施例5と同様にして、平均厚み16μmの光吸収材層(膜)を形成した。
次に、形成した光吸収材層の上に、飛散抑制材として、以下の組成のカルボキシメチルセルロース(2質量%)水溶液(以下、2%CMC溶液と称する)を、バーコーターを用いて一様に塗布して、平均厚み45μmの飛散抑制材層(膜)を形成し、ドナー基板を製造した。
このとき、膜状の飛散抑制材の532nm波長光の透過率は90%以上であった。
また、レオメータ:HAAKE RheoStress 600(Thermo Fisher Scientific)を用いて測定した前記2%CMC溶液の25℃、剪断応力1.0Paにおける粘度η1は、3.4Pa・sであった。
また、自動表面張力計DY-300(協和界面科学)を用いて測定した前記2%CMC溶液の25℃における静的表面張力σ1は、74.17mN/mであった。
-カルボキシメチルセルロース(2質量%)水溶液-
・カルボキシメチルセルロース(株式会社第一工業製薬製) 2質量部
・純水 100質量部
レーザービームを螺旋位相板に通過させずにガウスレーザーを用いた以外は、実施例1と同様にして、飛翔状態及び付与状態を評価した。
実施例1において、飛散抑制材層を設けなかった以外は、実施例1と同様にして、飛翔状態及び付与状態を評価した。なお、飛翔状態を図12A~図12Dに示し、付与状態を図12Eに示した。
実施例3において、飛散抑制材層を設けなかった以外は、実施例3と同様にして、飛翔状態及び付与状態を評価した。なお、飛翔状態を図13A~図13Dに示し、付与状態を図13Eに示した。
実施例5において、飛散抑制材層を設けなかった以外は、実施例5と同様にして、飛翔状態及び付与状態を評価した。
一方、比較例1~3では、飛散抑制材層を設けなかったため、高粘度又は固形の光吸収材が飛散し、飛翔状態及び付与状態を安定させることが難しかった。
また、従来のDynamic Release laser(DRL)においても、飛散抑制材層を設けなかったため、高粘度の光吸収材が飛散し、飛翔状態及び付与状態を安定させることが難しかった。
<1> 基板と、前記基板上に光吸収材を配した光吸収材層と、前記光吸収材層の上に前記光吸収材の飛翔時の飛散を抑制する飛散抑制材を配した飛散抑制材層とをこの順で有するドナー基板に対して、
前記ドナー基板の前記基板側から前記光吸収材層に光を照射して前記光吸収材を飛翔させる光吸収材飛翔工程を含む、ことを特徴とする飛翔体発生方法である。
<2> 前記飛散抑制材の25℃における粘度η1が、0.002Pa・s以上145Pa・s以下である、前記<1>に記載の飛翔体発生方法である。
<3> 前記光吸収材の25℃における粘度η2が、20Pa・s以上である、前記<1>から<2>のいずれかに記載の飛翔体発生方法である。
<4> 前記飛散抑制材の25℃における粘度η1と、前記光吸収材の25℃における粘度η2とが、η2>η1を満たす、前記<2>から<3>のいずれかに記載の飛翔体発生方法である。
<5> 前記飛散抑制材の25℃における静的表面張力σ1が、29mN/m以上75mN/m以下である、前記<1>から<4>のいずれかに記載の飛翔体発生方法である。
<6> 前記飛散抑制材の25℃における静的表面張力σ1と、前記光吸収材の25℃における静的表面張力σ2とが、σ2<σ1を満たす、前記<5>に記載の飛翔体発生方法である。
<7> 前記光吸収材層の平均厚みが、9μm以上である、前記<1>から<6>のいずれかに記載の飛翔体発生方法である。
<8> 前記光吸収層が、固体である、前記<1>に記載の飛翔体発生方法である。
<9> 前記光吸収材層の平均厚みが、40μm以下である、前記<8>に記載の飛翔体発生方法である。
<10> 前記光が、光渦レーザーである、前記<1>から<9>のいずれかに記載の飛翔体発生方法である。
<11> 基板と、前記基板上に光吸収材を配した光吸収材層と、前記光吸収材層の上に前記光吸収材の飛翔時の飛散を抑制する飛散抑制材を配した飛散抑制材層とをこの順で有するドナー基板に対して、
前記ドナー基板の前記基板側から前記光吸収材層に光を照射して前記光吸収材を飛翔させる光吸収材飛翔手段を有する、ことを特徴とする飛翔体発生装置である。
<12> 基板と、前記基板上に光吸収材を配した光吸収材層と、前記光吸収材層の上に前記光吸収材の飛翔時の飛散を抑制する飛散抑制材を配した飛散抑制材層とをこの順で有するドナー基板に対して、
前記ドナー基板の前記基板側から前記光吸収材層に光を照射して前記光吸収材を飛翔させる光吸収材飛翔工程と、
飛翔させた前記光吸収材を被付与物に付与させる付与工程とを含む、ことを特徴とする画像形成方法である。
<13> 基板と、前記基板上に光吸収材を配した光吸収材層と、前記光吸収材層の上に前記光吸収材の飛翔時の飛散を抑制する飛散抑制材を配した飛散抑制材層とをこの順で有するドナー基板に対して、
前記ドナー基板の前記基板側から前記光吸収材層に光を照射して前記光吸収材を飛翔させる光吸収材飛翔手段と、
飛翔させた前記光吸収材を被付与物に付与させる付与手段とを有する、ことを特徴とする画像形成装置である。
<14> 基板と、前記基板上に光吸収材を配した光吸収材層と、前記光吸収材層の上に前記光吸収材の飛翔時の飛散を抑制する飛散抑制材を配した飛散抑制材層とをこの順で有するドナー基板に対して、
前記ドナー基板の前記基板側から前記光吸収材層に光を照射して前記光吸収材を飛翔させる光吸収材飛翔工程と、
飛翔させた前記光吸収材を被付与物に付与させる付与工程と、
前記光吸収材を硬化する硬化工程とを含み、
前記光吸収材が、立体造形剤であることを特徴とする立体造形物の製造方法である。
<15> 基板と、前記基板上に光吸収材を配した光吸収材層と、前記光吸収材層の上に前記光吸収材の飛翔時の飛散を抑制する飛散抑制材を配した飛散抑制材層とをこの順で有するドナー基板に対して、
前記ドナー基板の前記基板側から前記光吸収材層に光を照射して前記光吸収材を飛翔させる光吸収材飛翔手段と、
飛翔させた前記光吸収材を被付与物に付与させる付与手段と、
前記光吸収材を硬化する硬化手段とを有し、
前記光吸収材が、立体造形剤であることを特徴とする立体造形物の製造装置である。
11 レーザービーム
20 光吸収材
30 被付与物
31 記録媒体
32 基板
40 ドナー基板
300~307、400、401 画像形成装置
Claims (11)
- 基板と、前記基板上に光吸収材を配した光吸収材層と、前記光吸収材層の上に前記光吸収材の飛翔時の飛散を抑制する飛散抑制材を配した飛散抑制材層とをこの順で有するドナー基板に対して、
前記ドナー基板の前記基板側から前記光吸収材層にレーザー光を照射して、前記レーザー光のエネルギーにより前記光吸収材を飛翔させる光吸収材飛翔工程を含み、
前記飛散抑制材の25℃における粘度η 1 が、0.002Pa・s以上145Pa・s以下であることを特徴とする飛翔体発生方法。 - 前記光吸収材の25℃における粘度η 2 が、20Pa・s以下である、請求項1に記載の飛翔体発生方法。
- 前記飛散抑制材の25℃における粘度η 1 と、前記光吸収材の25℃における粘度η 2 とが、η 2 >η 1 を満たす、請求項2に記載の飛翔体発生方法。
- 前記飛散抑制材の25℃における静的表面張力σ 1 が、29mN/m以上75mN/m以下である、請求項1から3のいずれかに記載の飛翔体発生方法。
- 前記飛散抑制材の25℃における静的表面張力σ 1 と、前記光吸収材の25℃における静的表面張力σ 2 とが、σ 2 <σ 1 を満たす、請求項4に記載の飛翔体発生方法。
- 前記光吸収材層の平均厚みが、9μm以上である、請求項1から5のいずれかに記載の飛翔体発生方法。
- 前記光吸収材層が、固体である、請求項1に記載の飛翔体発生方法。
- 前記光吸収材層の平均厚みが、40μm以下である、請求項7に記載の飛翔体発生方法。
- 前記レーザー光が、光渦レーザーである、請求項1から8のいずれかに記載の飛翔体発生方法。
- 基板と、前記基板上に光吸収材を配した光吸収材層と、前記光吸収材層の上に前記光吸収材の飛翔時の飛散を抑制する飛散抑制材を配した飛散抑制材層とをこの順で有するドナー基板に対して、
前記ドナー基板の前記基板側から前記光吸収材層にレーザー光を照射して、前記レーザー光のエネルギーにより前記光吸収材を飛翔させる光吸収材飛翔手段を有し、
前記飛散抑制材の25℃における粘度η 1 が、0.002Pa・s以上145Pa・s以下であることを特徴とする飛翔体発生装置。 - 基板と、前記基板上に光吸収材を配した光吸収材層と、前記光吸収材層の上に前記光吸収材の飛翔時の飛散を抑制する飛散抑制材を配した飛散抑制材層とをこの順で有するドナー基板に対して、
前記ドナー基板の前記基板側から前記光吸収材層にレーザー光を照射して、前記レーザー光のエネルギーにより前記光吸収材を飛翔させる光吸収材飛翔工程と、
飛翔させた前記光吸収材を被付与物に付与させる付与工程と、を含み、
前記飛散抑制材の25℃における粘度η 1 が、0.002Pa・s以上145Pa・s以下であることを特徴とする画像形成方法。
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