JP4006794B2 - 画像形成装置及び画像形成方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平版印刷方式に関するものであり、特に、少部数の印刷に好適な画像形成装置及び画像形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
紙やフィルムへの画像出力方式として、一般的に印刷と呼ばれている方式がある。印刷方式は、多量に同一画像を複製することを目的としており、商業用途に使用されることが多い。また、印刷方式は、様々な画像出力方式の中でも高画質なものを得ることができることはよく知られている。
【０００３】
印刷方式は、印刷時に刷版と呼ばれるものを用いるが、刷版の版形成原理から大きく分離すると、画像部と非画像部とを付着力の差を利用して形成し、被転写物にインキを転写する平版方式（オフセット方式）、画像部が微妙な凹部であり、この凹部にインキを供給した後に被転写物にインキを転写する凹版方式、画像部が凸状でありその先端にインキを付着させた後に被転写物に転写する凸版方式、画像を形成するインキが膜やメッシュの間から浸透し被転写物に転写する孔版方式に分けらることができる。
【０００４】
しかし、これらの方式は、刷版を用いることが必要であり、その製造方法は、現在まで種々提案されてはいるものの、工程が複雑であるために、大がかりな装置と熟練した技術、及び製造するための長い時間が不可欠である。また、刷版は、一度作製された後はほとんど書き換えることが不可能であり、上述した製作時間とも合わせて、少ない出力枚数、とりわけ１枚の出力物を出す目的のために使用されることがほとんどない。
【０００５】
そこで、刷版製作工程を簡単にしようとする方式がいくつか提案されている。例えば、（１）ダイレクト平板作製方式、（２）ダイレクト水無し平板作製方式、（３）ダイレクトグラビア版作製方式である。
【０００６】
（１）ダイレクト平板作製方式は、文字画像出力を主眼においた簡易オフセット印刷方式で主流になっている方式である。この方式は、例えば、酸化亜鉛を感光体として用いた基板上に公知の電子写真方式で粉体若しくは液体トナーを付着させた後に定着させたものを刷版として用い、酸化亜鉛面を親水処理し、トナー部を疎水部とし一般的な平板オフセット方式の手法に従って、印刷するものである。この方式は、刷版の作製方法が比較的簡便であるものの、刷版が可逆性のものではないために少部数の印刷用途には不向きである。
【０００７】
（２）ダイレクト水無し平板作製方式は、親インキ性物質上に疎インキ性物質、例えばシリコーン樹脂を被覆し、放電やレーザーにより疎インキ性物質を飛散させ親インキ性物質が露出した部分をインキ付着部とした版を利用する方式である（特開平７−１６４７７３号公報）。しかし、この方法においても、刷版を再生することは不可能であり、また装置も大きく形成エネルギーも多く必要とするため、少部数の印刷、とりわけ１枚の印刷には適さない。
【０００８】
また、印刷後に刷版を再生する方法も提案されている（特開平７−３０９００１号公報）。この方法によれば、印刷後に同一の基材を用いて版材を再生し、新たに別の画像を形成することが可能であるが、装置が大がかりであり、再生に要する時間も長い。また、基本的には、版材の再生であって、書き換え可能な版ではないため、少部数の印刷、とりわけ１枚の印刷には適さない。
【０００９】
（３）ダイレクトグラビア版作製方式としては、レーザの熱により樹脂を分解し、凹版を形成する方法が提案されている（特開平２−１３９２３８号公報）。しかし、この方法においても、刷版は不可逆であるためにやはり少部数の印刷用途には不向きである。
【００１０】
一方、主にコンピューター等の静止画像出力装置として発展してきた印刷装置、いわゆるプリンターがある。プリンターは、上述した印刷方式とは対照的に１から数枚の出力を目的としており、デジタルデータへの対応も早くから行われてきた。代表的なプリンターの方式として、（４）電子写真方式（ゼログラフィー方式）、（５）インクジェット方式、（６）熱転写方式、（７）感熱方式がある。
【００１１】
（４）電子写真方式は、レーザーや発光ダイオード（ＬＥＤ）ヘッドといったデジタルデータから直接画像を書き込む方法が多く用いられるようになり、コンピューター画像を少部数出力するに適した形態をとることができるようになっている。
【００１２】
しかし、電子写真方式では、必ずトナーといわれる粉体、若しくは液体中に分散した粉体を用いることが必要である。この粉体トナーを使用した場合には、安定性、分散性等の問題からその粒子径を最小でも５μｍ程まで微細化できず、プリント後の画像は光の透過性が少なくくすんだ色になる。また、液体トナーを用いた場合には、トナーの粒子径を１μｍ前後まで微細化することが可能であるが、トナー分散溶媒として有機溶剤を用いるためにその回収プロセスが必要になる等の難しさがある。トナーを使うもう１つの問題点としては、トナーの付着量のランダムさがそのまま画質に影響し、出力物がノイジーであることが挙げられる。すなわち、静電潜像のばらつき、トナー粒径のばらつき、トナー帯電量のばらつき等によるトナー付着量の違いがそのまま濃度に反映し、出力物にざらつき感が生じ、特に多色物に関して安定感が低くなる。
【００１３】
電子写真方式のもう１つの問題点は、電子写真方式に使用される被転写物（紙、フィルム等）は一般的に普通紙（プレインペーパー）と呼ばれているが、これは決して普通紙ではなく専用に作られた紙であるということである。電子写真方式では、トナーが画像物と非画像部の付着力の差が非常に小さな状態で公知の感光体上に付着しており、これが被転写物に転写されるものである。従って、被転写物の表面状態、主に表面粗さの違いにより転写されるトナーの量が違ってくる。つまり、被転写物の違いにより画像濃度、均一性が異なるため、専用の紙を使わざる得ない。
【００１４】
（５）インクジェット方式は、粘度の低いインキ、若しくは溶融させて粘度を低くした状態のインキを非常に小さい穴から噴出させ、画像を形成するものである。
【００１５】
しかしながら、インクジェット方式では、公知のようにジェットノズルの目詰まり対策から、画像形成色素として染料を使用する場合が多く、出力後の色耐候性に問題がある。また、インクジェット方式は、インキを非接触で被転写物上に転写する方法であるため、インキに対して吸収性のよい被転写物を用いなければならず、どのような紙にも同等な画質で出力できるものではない。さらに、インクジェット方式は、インキを物理的に大きく空間を移動させる方式であるため、出力速度に限界がある。
【００１６】
（６）熱転写方式は、転写リボンと呼ばれる転写用の媒体に熱を部分的にかけ、被転写物に画像を形成するものである。
【００１７】
しかしながら、熱転写方式では、転写リボンの転写特性、発色性を活かすために、専用の被転写用紙が必要となる。また、転写リボンの使用率が非常に低いことも近年問題となっており、資源の有効活用の点からも問題となっている。
【００１８】
（７）感熱方式では、熱により発色する用紙に直接熱を部分的にかけて画像を形成するものである。したがって、感熱方式では、必ず専用の用紙を使う必要があるという大きな問題点がある。
【００１９】
以上、いずれのプリンターの方式をしても、上質に印刷された印刷物に比べ、同等の画質を得ることが不可能であり、用紙の選択性の幅、安定性の点からも印刷方式に劣っている。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
コンピューター技術の発展により、今まで専門的な知識をもった作業者により作成されていた文字・線画・画像の混在したフルカラー画像データが一般の家庭や会社でも比較的簡単に作成できるようになっている。このような状況のなか、最終的に求められている出力物は、我々に馴染みの深い印刷品質と同様の画質をもち、印刷と同じく広い用紙選択性をもつものである。これに求められる画像形成装置は、コンピューターの周辺機器としても、プリンターと同等の大きさ、操作性をもち、かつランニングコストの低い装置である。
【００２１】
そこで、本発明は、このような要求に応えるべく、平版印刷方式を用いながら、少部数とりわけ１枚から数枚の高画質な印刷物を簡単に得ることができる画像形成装置及び画像形成方法を提供することを目的とするものである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る画像形成装置は、嫌インキ性を有する表面層と透明電極で挟まれた波長変換層とを備えた記録体と、温度変化により粘弾性が変化し、かつ光反応硬化するインキを上記記録体の嫌インキ性を有する表面層に接触させるインキ供給機構と、上記インキ供給装置から上記記録媒体の表面層上に供給されたインキの温度を上昇させて粘弾性を低下させるとともに、上記波長変換層を透過して波長変換されることにより上記インキを硬化させるレーザー光を、上記記録体側から画像情報に応じて照射するレーザー光源と、上記記録体に被転写物を圧着し、上記記録体の表面層に付着されたインキを上記被転写物に転写する圧胴とを備える。
【００２３】
また、本発明に係る画像形成方法は、嫌インキ性を有する表面層と透明電極で挟まれた波長変換層とを備えた記録体の上記鏡面層上に、温度変化により粘弾性が変化し、かつ光反応硬化するインキをインキ供給機構により接触させ、上記インキ供給装置から上記記録媒体の表面層上に供給されたインキの温度を上昇させて粘弾性を低下させるとともに、上記波長変換層を透過して波長変換されることにより上記インキを硬化させるレーザー光を、上記記録体側から画像情報に応じてレーザー光源から照射し、上記記録体に被転写物を圧胴により圧着し、上記記録体の表面層に付着されたインキを上記被転写物に転写して、上記被転写物上に画像を形成する。
【００２４】
本発明によれば、温度変化によって粘弾性が変化し、光反応によって硬化するインキに対し、レーザー光を画像情報に応じて照射してインキの粘弾性を低下させて記録体の嫌インキ層に画像部を形成すると同時に、記録体の波長変換層を通過することにより一部波長が変換されたレーザー光によりインキを半硬化させて嫌インキ層でインキをはじきにくくし、その後インキを被転写物に転写してなることから、高画質な出力物を、少部数、とりわけ１枚から数枚の印刷であっても簡単に得ることができる。さらに、このような印刷方式を用いてなることから、被転写物、特に用紙の選択範囲が広い。
【００２５】
さらに、印刷手法を用いながらも、書き換え可能な版を有していることから、プリンターと同等の大きさ、操作性、メンテナンス性を有する。
【００２６】
さらに、書き換え可能な版を有することから、消耗品が減り、ランニングコストの低減につながる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２８】
本発明を適用した画像形成装置は、図１に示すように、インキ１を記録体２に供給するインキロール３を有するインキ供給装置４と、記録体２を外周に巻き付けた版胴５と、記録体２と接するインキ１に対して画像情報に応じたレーザー光を照射するレーザ光源６と、記録体２上のインキ１を被転写物７に転写する圧胴８とを備える。
【００２９】
本発明で使用されるインキ１は、温度変化により粘弾性が変化し、かつ光の照射により反応して硬化する性質をもつものである。
【００３０】
具体的には、例えば、一般に用いられている紫外線硬化型水なし平版用インキを用いることができる。この紫外線硬化型水なし平版用インキは、紫外光（波長：３００〜４００ｎｍ）が照射されると、インキの主な組成である高分子モノマーやオリゴマーが重合してポリマーが形成され硬化する性質をもっているため、適当な光量の紫外光が照射されると完全には硬化せず半硬化状態、すなわちある程度の粘度を保持した状態となる。また、この紫外線硬化型水なし平版用インキは、高分子モノマーやオリゴマーがある温度以上になると溶融する性質をもっているため、適当な温度以上になると、粘弾性が変化して凝集力が変わる。つまり、このインキは、ある温度以上で記録体に付着しやすい特性をもち、ある温度以下で記録体に非常に付着しにくい特性をもつ。
【００３１】
版胴５の外周に巻き付けられる記録体２は、図２に示すように、嫌インキ性を有する表面層２ａと、透明電極２ｂ，２ｃにより挟まれた波長変換層２ｄと、これらを支持する支持体２ｅより構成される。なお、この版胴５は、動力伝達歯車９を介して動力源１０により駆動されて図中矢印Ａ方向に回転している。
【００３２】
この表面層２ａは、インキが直接形成される層であり、シリコーン樹脂や高分子フッ素化合物等の表面エネルギーの小さい、嫌インキ性ものが好ましく用いられる。
【００３３】
この表面層２ａは、公知の塗布方法、例えば公知の溶剤により溶解、若しくは分散させ、スピンコーティング、ディップコーティング等で成膜することができる。また、蒸着等によって成膜してもよい。この表面層２ａの膜厚は、１〜１００μｍ、より好ましくは１〜２０μｍである。膜厚が１μｍより薄いと強度上の不都合が発生する。膜厚が２０μｍを越えると、光拡散と光吸収が多くなり、高解像度が得られなくなる、エネルギーの損失が大きくなる等の不都合が発生する。
【００３４】
また、透明電極２ｂ，２ｃには、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）やＩｎＯ等の透明導電膜を使用するとよい。これら透明電極２ｂ，２ｃは、イオンプレーティング法、スパッタ法、化学気相的成長法（ＣＶＤ法）により成膜するとよい。これら透明電極２ｂ，２ｃは、膜厚を１００〜３００オングストローム、比抵抗値を１０⁶Ω・ｃｍ以下とするとよい。
【００３５】
波長変換層２ｄは、非線形光学効果を利用し、入力光の周波数と異なる周波数の出力光を発生させる層である。例えば、周波数ωをもつ入力光に対し、周波数２ωをもつ出力光が得られる第２高調波発生を可能にする、或いは周波数３ωをもつ出力光が得られる第３高調波発生を可能とするものである。第２の高調波発生の非線形光学効果は、極性の大きな分子を反転対称中心が存在しないように配列したものを強電場においたときに得られる。
【００３６】
ここでは、透明電極２ｂ，２ｃ間に図示しない電源により電圧が印加され、波長変換層２ｄに強電界がかかっている。したがって、波長変換層２ｄを通過したレーザー光の一部は、非線形光学効果により波長の異なるレーザー光に変換される。
【００３７】
この波長変換層２ｄは、例えば、ポリ−ｐ−ニトロアニリン（ＰＰＮＡ）、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリビニエイデンシアニド、ポリフッ化ビニリデン等の高分子材料を公知の溶剤に溶解、又は分散した後、スピンコーティング法やディプコーティング法により塗布して成膜してもよいし、又は蒸着法により成膜してもよい。この波長変換層２ｄの膜厚は、０．１〜１０μｍが好ましい。波長変換層２ｄの膜厚は、０．１μｍより小さいと強電界下で放電し易く、１０μｍを越えると強電界をかけるのに高い電圧を必要とする。
【００３８】
支持体２ｅは、記録体を保持するためのものであり、レーザー光源６のレーザー光を透過するものであればよく、アクリル樹脂、ガラス等が好ましく用いられる。
【００３９】
また、レーザー光源６は、記録体２とインキロール３とが接した位置に、記録体２の支持体２ｅ側から画像情報に応じたレーザー光を照射する。
【００４０】
具体的に、このレーザー光源６は、半導体レーザー１１と、これを支持するレーザー支持体１２、レーザー光を集光するレーザー光学系１３、レーザー光偏光用ミラー１４、偏光用ミラー駆動装置１５、画像ゆがみ補正用レンズ１６、光路偏光ミラー１７により構成され、制御装置１８により半導体レーザー１１から出射されたレーザー光が、インキロール３と記録体２とが接する位置に照射されるようにされている。
【００４１】
この半導体レーザー１１には、上述した紫外線硬化型インキを用いる場合、赤外線レーザー、又は赤色レーザー等の一般的な半導体レーザーが好ましく用いられる。
【００４２】
また、圧胴８は、図示しない被転写物循環装置よって矢印Ｂ方向に給紙される被転写物７を記録体２の表面に圧着させる。圧胴８の外周には、剛体又は弾性体表面をもつものが巻き付けられる。
【００４３】
以下、上述した画像形成装置を利用し、インキに紫外線硬化型水なし平版用インキ、半導体レーザーに波長７８０ｎｍの赤外線レーザーを用いた場合について、その画像形成方法を説明する。
【００４４】
先ず始めに、インキロール３と記録体２とを接触させ、半導体レーザー１０からのレーザー光を画像情報に応じて変調しながら、インキ１に対して照射する。
【００４５】
これにより、インキ１は、半導体レーザー１１から出射された波長７８０ｎｍのレーザー光を吸収し、温度上昇と共に凝集力が低下して記録体２の表面層２ａに付着する。同時にインキ１は、記録体２の波長変換層２ｄを通過することによって一部波長が３８０ｎｍに変換されたレーザー光（第２高調波）も吸収する。これによって、記録体２の表面層２ａ近くのインキ１は、半硬化し、表面層２ａからはじかれることなく安定な状態で付着する。
【００４６】
このようにして記録体１の表面層２ａ上に付着したインキ１は、版胴５の回転に伴って移動し、版胴５と圧胴８とに挟まれた被転写物７へほぼ完全に転写される。その後、インキ１が転写された被転写物７は、インキの乾燥手段、例えば紫外線照射により完全にインキ１が硬化し、安定した画像が形成される。
【００４７】
一方、非画像部分、すなわちレーザー光が照射されず温度が上昇しなかった部分のインキは、記録体２に付着することがない。
【００４８】
このように、温度変化によって粘弾性が変化し、光反応によって硬化するインキ１に対し、画像情報に応じてレーザー光を照射してインキ１の粘弾性を低下させて記録体２の表面層２ａに画像部を形成すると同時に、記録体２の波長変換層２ｄを通過することにより一部波長が変換されたレーザー光によりインキ１を半硬化させる。これにより、インキ１は、嫌インキ層である表面層２ａにはじかれることなく安定した状態で保持されて、版胴上に良好な状態で版が形成される。本発明を適用した画像形成装置及び画像形成方法によれば、このように形成される版と通常の印刷インキを用いて画像を形成することができることから、上質に印刷された印刷物と同等の高画質画像を得ることができ、被転写物の材質に左右されることがない。
【００４９】
さらに、印刷手法を用いながらも、書き換え可能な版を有していることから、少部数、とりわけ１枚から数枚の印刷を簡単に行うことができ、プリンターと同等の大きさ、操作性、メンテナンス性を有する。
【００５０】
さらに、書き換え可能な版を有することから、消耗品が減り、ランニングコストの低減につながる。
【００５１】
なお、本実施の形態では、１色分の画像形成装置及び画像形成方法を示したが、本発明は、当然多色の出力を得る画像形成装置として成立させることが可能であり、例えば、図１に示した画像形成装置をシアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの４色分を連続させて使用することによりフルカラーの出力が得られる。また、図１中のインキ１、インキロール３、インキ供給装置４を必要な色の数、例えば、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの４色分を用意し、始めにシアンの画像を形成し被転写物７に転写し、次にマゼンタの画像を形成し被転写物７に重ね、さらに同様なことをイエロー、ブラックについても繰り返すことによりフルカラーの画像を得ることができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明によれば、平版印刷手法を用いることにより、高画質な画像、被転写物の広い選択性を得ることができ、かつ平版印刷手法を用いながらも、安易に書き換えが可能な版を用いることにより、プリンターと同様に少部数の印刷が簡単に短時間で得ることが可能となる画像形成装置及び画像形成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した画像形成装置の構成を示す模式図である。
【図２】同画像形成装置の記録体の構成を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１ インキ、２ 記録体、３ インキロール、４ インキ供給装置、５ 版胴、６ レーザー光源、７ 被転写物、８ 圧胴、

Claims (4)

1. 嫌インキ性を有する表面層と透明電極で挟まれた波長変換層とを備えた記録体と、
   温度変化により粘弾性が変化し、かつ光反応硬化するインキを上記記録体の嫌インキ性を有する表面層に接触させるインキ供給機構と、
   上記インキ供給装置から上記記録媒体の表面層上に供給されたインキの温度を上昇させて粘弾性を低下させるとともに、上記波長変換層を透過して波長変換されることにより上記インキを硬化させるレーザー光を、上記記録体側から画像情報に応じて照射するレーザー光源と、
   上記記録体に被転写物を圧着し、上記記録体の表面層に付着されたインキを上記被転写物に転写する圧胴とを備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 上記レーザー光は、赤外線レーザー又は赤色レーザーであることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 上記インキは、紫外線硬化型インキであることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
4. 嫌インキ性を有する表面層と透明電極で挟まれた波長変換層とを備えた記録体の上記鏡面層上に、温度変化により粘弾性が変化し、かつ光反応硬化するインキをインキ供給機構により接触させ、
   上記インキ供給装置から上記記録媒体の表面層上に供給されたインキの温度を上昇させて粘弾性を低下させるとともに、上記波長変換層を透過して波長変換されることにより上記インキを硬化させるレーザー光を、上記記録体側から画像情報に応じてレーザー光源から照射し、
   上記記録体に被転写物を圧胴により圧着し、上記記録体の表面層に付着されたインキを上記被転写物に転写して、上記被転写物上に画像を形成することを特徴とする画像形成方法。

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