JP2003154644A - 受像体への機能性材料射出方法及びその装置 - Google Patents

受像体への機能性材料射出方法及びその装置

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ジャガナサン ラメッシュ
Glen C Irvin Jr
シー アービン ジュニア グレン
Seshadri Jagannathan
ジャガナサン セシャドリ
Sridhar Sadasivan
サダシバン スリドハー
Suresh Sunderrajan
サンダーラジャン シュレシュ
John E Rueping
イー ルーピング ジョン
Gary E Merz
イー マーツ ゲイリー
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 無溶剤の機能性材料を受像体に高速、正確、
かつ精密に被着させる方法および装置、並びに該機能性
材料の被着深さを制御する方法を提供する。 【解決手段】 機能性材料を受像体に供給する装置10
は、機能性材料との熱力学的に安定な混合物中の溶媒の
フォーミュレーションタンク12を含む。溶媒はこのフ
ォーミュレーションタンク12中で液体状態である。注
入口および排出口を有する放出装置13は注入口の位置
でフォーミュレーションタンク12に接続されて、熱力
学的に安定な混合物が排出口から放出されるようになっ
ている。裏材50を有する受像体14は、放出装置13
の排出口から所定の距離を置いた位置に配置される。熱
力学的に安定な混合物中の溶媒は、放出装置13の排出
口を越えたある所定位置で蒸発し、所定量の機能性材料
が受像体14の裏材50から所定の距離を置いた位置で
受像体に接触する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、被着技術に関
し、特に無溶剤の機能性材料の受像体中での被着深さを
制御する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】一般のインクジェット記録または印刷シ
ステムにおいては、インク滴がノズルから受像体(記録
媒体、記録素子等)に向けて排出されることで受像体に
像が形成される。一般にインク滴すなわち記録液は、染
料、顔料またはポリマーなどのマーキング材料すなわち
機能性材料に加えて多量の溶媒を含んでいる。溶媒すな
わち担体液は、水、一価アルコールや多価アルコールな
どの有機材料、またはそれらの混合物で構成される。液
体インク滴は、圧電性結晶の振動により生成された圧力
パルス、またはノズルを加熱して気泡形成またはインク
状態の変化によって生じるインク滴を生成することによ
り生成された圧力パルスを用いてノズルから放出され
る。別の方法では、インク滴を連続的に放出させて、あ
る選択されたインク滴のみを受像体に衝突させ、他のイ
ンク滴はガターに回収されるようにされている。
【0003】一般に受像体は、少なくとも一面にインク
受容層すなわち像形成層を有した支持体を含んでいる。
受像体上に高品質で高解像度の像を得るために、受像体
はすばやく濡れて、不均一なインク滴濃度をもたらす
(通常パドリングと呼ばれる)ので、隣り合ったインク
ドットの凝集が起こらないようにする必要がある。ま
た、受像体は、像のブリーディングを示さないこと、高
濃度のインク滴を吸収して素早く乾燥し、それにより後
続の印刷物または他の物の表面に重ねられた時の部材同
士のブロッキングを防止する能力を示すこと、および支
持体および/または層間の相互作用に基づく不連続性や
欠陥(例えば割れ、撥水性、櫛形ライン等)を示さない
ことが必要である。さらに、受像体は、像形成領域のブ
ルームやブロンズ光沢を招く染料結晶化の原因となる、
吸収されない染料の受像体の自由表面での凝集が起きな
いようにする必要がある。
【0004】上記要件は全て、効率よく、かつ難分解性
の溶媒の影響により生じる像の劣化を防ぐような仕方で
溶媒の液量を管理する受像体の能力の影響を受ける。こ
のような液管理の問題は次には、複雑な受像体構成およ
びそれに応じた複雑で高価な製造上のオプションを要す
る、受像体への強い要求を引き起こす。
【0005】図19(a),(b)に、従来のインクジ
ェットインクおよび従来の写真用インクジェット紙に像
を形成する従来のインクジェットプリンタを用いた従来
のインクジェット印刷物を示す。受像体は、ベース層9
4と上部層96との2層のインク受容層がコーティング
された紙基材92を含む。インク98(染料と溶媒との
混合物)は媒染剤によって上部層96内に保持される。
しかしながら、溶媒は染料を担持しつつ受像体14中に
拡散し、それによってインク98のベース層94中への
ブリーディングが生じる。このことは、染料または他の
機能性材料の受像体中の正確な被着をきわめて困難なも
のにする。
【0006】上記要件は、インク溶媒が染料または顔料
より桁違いに大きい時間目盛りで受像体部材中を、また
は該部材を通り越して拡散する状況においてはさほど重
要でない。この状況は、染料粒子を、例えばアセトンな
どの高揮発性有機溶媒等の高揮発性の液体媒体、または
エーロゾルなどの気体媒体中に分散することによって得
られる。しかしながら、前述の媒体のような揮発性有機
溶媒は、これら溶媒の使用に伴う安全および健康上の問
題があるために好適でない。一般に、これら溶媒は可燃
性が高く、また既知の発癌物質でもある。したがって、
これら溶媒の使用時には適切な安全手段が必要であり、
そのことが関連のコストを高めると共にその利用価値を
厳しく制限する。
【0007】気体の推進剤を用いて受像体上にトナー粒
子などのマーキング物質を被着させる技術が知られてい
る。例えば、Peeters他は、米国特許第6,11
6,718号で、マーキング装置であって、推進剤ガス
がチャネルを通過し、機能性材料が推進剤ストリーム中
に制御されて導入されてバリスティックエーロゾルが形
成され、このエーロゾルにより、非コロイド状の固体ま
たは半固体の微粒子または液体が受像体にマーキング材
料を融着させるのに十分な運動エネルギを有した状態で
受像体に向けて推進されるマーキング装置に用いる印刷
ヘッドを開示している。この技術に伴う問題として、機
能性材料と推進剤ストリームとは二つの独立したもので
あって、推進剤を用いて機能性材料に運動エネルギが付
与されるということがある。このことが機能性材料の凝
集を招いて、ノズル詰まりや機能性材料被着の制御性の
低下が生じる因となる。この技術に伴うもう一つの問題
として、機能性材料がチャネル内で推進剤ストリーム中
に付加される場合、該ストリームが印刷ヘッドから排出
される前に非コロイド状のバリスティックエーロゾルと
なることがある。この非コロイド状のバリスティックエ
ーロゾルは、機能性材料と推進剤との組み合わせからな
るものであって、熱力学的に不安定である。したがっ
て、機能性材料は推進剤ストリーム中で沈積しがちであ
り、それによってさらに、ノズル詰まりや機能性材料の
被着の制御性の低下の因となる機能性材料の凝集が引き
起こされる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】したがって、無溶媒化
した機能性材料を受像体に高速、正確かつ精密に被着さ
せる技術が必要である。さらに、受像体内部または受像
体中の所定の層内に機能性材料を制御して被着させる技
術が必要である。また、超微細(ナノスケール)粒子の
機能性材料を被着させる技術が必要である。また、高
速、正確かつ精密に受像体をパターニングすることので
きる技術であって、それを用いて受像体上に高解像度パ
ターンを形成することのできる技術が必要である。
【0009】また、前述の技術との併用時に、機能性材
料による悪影響を受けることなく機能性材料の正確な被
着を促進するという適当な受像体を開発する必要があ
る。また、機能性材料を受像体表面または受像体内部に
正確に配置させることのできる(例えば受像体中の所定
の層内、または受像体表面から所定の距離を置いた位置
等)適当な受像体を開発する必要がある。さらに、前述
の技術との併用に適することに加えて、幅広い受容者容
認のために重要なその他の要件(例えば、坪量、厚さ、
剛性、平滑性、光沢、白色度、不透明度等の受像体の性
質)を満たす受像体を開発する必要がある。
【0010】本発明の目的は、無溶剤化した機能性材料
を受像体に高速、正確かつ精密に被着させる技術を提供
することである。
【0011】本発明の別の目的は、機能性材料を受像体
内部または受像体中の所定の層内に制御して被着させる
ことのできる技術を提供することである。
【0012】本発明の別の目的は、受像体上の高解像度
パターンの形成に用いる、高速、正確かつ精密な受像体
のパターニング技術を提供することである。
【0013】本発明の別の目的は、機能性材料による悪
影響を受けることなく、機能性材料の正確な被着を促進
する受像体を提供することである。
【0014】本発明の別の目的は、受像体表面または受
像体内部に機能性材料を正確に配置させ得る受像体を提
供することである。
【0015】
【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに、本発明に係る受像体への機能性材料射出方法は、
受像体へ機能性材料を射出する方法において、溶媒およ
び機能性材料を含有した液体の混合物を供給するステッ
プと、前記機能性材料を無溶媒化するステップと、前記
機能性材料を受像体に接触させるステップとを含むこと
を特徴とする。
【0016】本発明に係る受像体への機能性材料射出装
置は、受像体へ機能性材料を供給する装置において、機
能性材料と共に熱力学的に安定な混合物中にあり、液体
状態である溶媒の加圧源と、前記加圧源に接続される注
入口および前記熱力学的に安定な混合物を排出する排出
口を有する放出装置と、前記溶媒は前記放出装置の前記
排出口を越えた位置において気体状態であり、前記放出
装置の前記排出口から予め決められた距離に配置された
媒体搬送機構とを含むことを特徴とする。
【0017】他の発明に係る受像体への機能性材料射出
方法は、受像体へ機能性材料を射出する方法において、
液体状態の溶媒と機能性材料との熱力学的に安定な混合
物の原型を供給するステップと、前記熱力学的に安定な
混合物の原型と流体連通したノズルを有する放出装置を
供給するステップと、前記ノズルから予め決められた距
離に配置された受像体と、前記ノズルからの前記熱力学
的に安定な混合物を排出し、前記溶媒を液体状態から気
体状態に変化させるステップと、前記無溶媒化した機能
性材料を前記受像体に被着させるステップとを含むこと
を特徴とする。
【0018】
【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照して本発明
の好適な実施形態の詳細な説明を示す。
【0019】本実施の形態は、特に本発明に係る装置の
一部を形成する、もしくは直接的に連動する構成要素に
関するものである。特に図示または記載されていない構
成要素は当業者に周知の種々の形をとり得ることは明ら
かである。さらに、本発明の各種態様に適するものとし
て特定される諸材料、例えば機能性材料、溶媒、機器類
等は例示としての扱いであり、いかなる面からも本発明
の範囲を制限するものではない。
【0020】図1を参照する。供給システム10はコン
ポネント11,12,13を有する。これらコンポネン
トは、選択された溶媒および/または分散剤材料を処理
して圧縮液体および/または超臨界流体状態にし、適当
な機能性材料または機能性材料の組み合わせの、選択さ
れた圧縮液体および/または超臨界流体中での溶液およ
び/または分散体を作製して、この機能性材料をコリメ
ートおよび/またはフォーカスビームとして制御しつつ
受像体14上に供給する。機能性材料とは、被着、エッ
チング、コーティング、およびその他の受像体上への機
能性材料の配置に関わる処理によって受像体表面にパタ
ーンを形成するために、受像体に供給する必要のある全
ての材料のことであり、例えばエレクトロルミネッセン
ト材料、像形成用染料、セラミックナノ粒子等である。
【0021】これに関連して、圧縮液体および/または
超臨界流体状態に処理される選択された材料は、外気の
圧力および温度下においては気体である。外気条件は、
本用途の場合好適には、−100℃乃至+100℃の温
度範囲および1×10-8乃至100気圧の圧力範囲に規
定される。
【0022】図1に供給システム10の模式図を示す。
供給システム10は、圧縮液体/超臨界流体源11、フ
ォーミュレーション(formulation)タンク12、および
供給経路16を通じて流体連通した放出装置13を有す
る。また供給システム10は、圧縮液体/超臨界流体の
流量調節のために供給経路16に沿って設置されたバル
ブ15を含む。
【0023】圧縮液体/超臨界流体源11に収容される
圧縮液体/超臨界流体の担体としては、機能性材料を溶
解、可溶化、または分散する全ての物質があげられる。
圧縮液体/超臨界流体源11は、圧縮液体/超臨界流体
の担体を超臨界流体または圧縮液体としての所定の圧
力、温度および流速条件で供給する。臨界温度および臨
界圧力で定義される、臨界点より上の条件における物質
は超臨界流体と呼ばれている。一般に臨界温度および臨
界圧力は、流体または物質が超臨界状態になって気体的
性質と液体的性質とを示す熱力学的状態として定義され
る。臨界点より下の十分高い温度および圧力における物
質は圧縮液体と呼ばれている。外気条件では気体として
存在する、超臨界流体および/または圧縮液体状態の物
質は、当該機能性材料を圧縮液体または超臨界状態中に
可溶化および/または分散する特有の能力を有すること
から、此処での適用が見出されている。
【0024】流体の担体として、限定はしないが、二酸
化炭素、窒素酸化物、アンモニア、キセノン、エタン、
エチレン、プロパン、プロピレン、ブタン、イソブタ
ン、クロロトリフロロメタン、モノフロロメタン、六フ
ッ化硫黄、およびこれらの混合物などがある。一般に二
酸化炭素は、例えば低価格および幅広い利用可能性とい
った性質をもつために、多くの用途に適している。
【0025】フォーミュレーションタンク12を用い
て、分散剤および/または界面活性剤を使用してあるい
は使用せずに、所望のフォーミュレーション条件の温
度、圧力、体積、および濃度で、圧縮液体または超臨界
流体中への機能性材料の溶解および/または分散が行わ
れる。機能性材料と圧縮液体/超臨界流体との組み合わ
せは、一般に混合物(ミキスチュア:mixture)、また
はフォーミュレーション等と呼ばれる。
【0026】フォーミュレーションタンク12は、フォ
ーミュレーション条件で安全に動作する任意の適当な材
料で作製される。動作範囲として、0.001気圧
(1.013×102Pa)から1000気圧(1.0
13×108Pa)の圧力範囲、および−25℃から1
000℃の温度範囲が一般に好適である。好適な材料の
典型として各種等級の高圧ステンレス綱がある。しかし
ながら、具体的な個々の被着またはエッチング用途で比
較的きびしくない温度および/または圧力条件が指定さ
れる場合は、その他の材料を用いることもできる。
【0027】フォーミュレーションタンク12は、動作
条件(圧力、温度、および体積)との関連の上で精密に
制御する必要がある。機能性材料の溶解性もしくは分散
性は、このフォーミュレーションタンク12内の諸条件
に依存して定まる。したがって、フォーミュレーション
タンク12内の動作条件の微少な変化は、機能性材料の
溶解性もしくは分散性に望ましくない影響をもたらす。
【0028】さらに、個々の用途毎に機能性材料を圧縮
液体/超臨界流体中に可溶化もしくは分散させることが
可能な、任意の適当な界面活性剤および/または分散剤
材料を、機能性材料と圧縮液体/超臨界流体との混合物
中に含有させることができる。このような材料として、
限定はしないが、パーフロロポリエーテルなどのフッ素
系ポリマ、およびシロキサン化合物等がある。
【0029】受像体14は、供給システム10の動作の
間の受像体の動きの制御に使用される、媒体搬送機構5
0上に配置される。媒体搬送機構50には、ドラム、
x,y,zトランスレータ、およびその他の公知の各種
媒体搬送機構等がある。
【0030】図2乃至図4を参照して、図1に示したと
は別の実施の形態を説明する。これらの各実施形態にお
いて、個々のコンポネントは必要に応じて供給経路16
を通じて流体連通している。
【0031】図2および図3を参照する。圧力制御機構
17は、供給経路16に沿って配置されている。圧力制
御機構17を用いて特定用途毎に要求される所望の圧力
が生成および維持される。図2に示すように、圧力制御
機構17はポンプ18、バルブ15、および圧力調整器
19aを含む。あるいは、図3に示すように、圧力制御
機構17はポンプ18、バルブ15、および多段の圧力
調整器19bを含む。さらに、圧力制御機構17はその
他の圧力制御装置の組み合わせを含むこともあり得る。
例えば、圧力制御機構17は、供給経路16に沿って適
切に配置された、補助バルブ15、流体もしくはフォー
ミュレーションの流量を調整するアクチュエータ、シス
テムの動作圧力を変えるための体積可変装置等を含むも
のでもよい。典型的には、ポンプ18は供給経路16に
沿って流体源11とフォーミュレーションタンク12と
の間に位置する。ポンプ18は、システムの動作圧力を
増加および維持する高圧ポンプ等である。また圧力制御
機構17は、供給システム10の圧力をモニタするため
の任意の数のモニタ装置、ゲージ等を含んでいてもよ
い。
【0032】温度制御機構20は、供給経路16に沿っ
て設置され、それにより特定用途毎に所望の温度が生成
および維持される。好適には温度制御機構20はフォー
ミュレーションタンク12の位置に設置される。温度制
御機構20には、ヒータ、電気配線を含むヒータ、水ジ
ャケット、冷却コイル、および温度制御装置の組み合わ
せ等が含まれる。また温度制御機構20は、供給システ
ム10の温度をモニタするための任意の数のモニタ装
置、ゲージ等を含んでいてもよい。
【0033】放出装置13にはノズル23が設置されて
おり、このノズルによりフォーミュレーションは受像体
14に向けて供給される。放出装置13は、超臨界流体
/圧縮液体と機能性材料との混合物またはフォーミュレ
ーションの流量を調整するシャッタ22を含む。シャッ
タ22は、所定の方法(すなわち所望の周波数でのオン
/オフまたは部分開口動作等)でフォーミュレーション
の流量を調整する。シャッタ22は、手動、機械的、空
気圧式、電気的、電子的のいずれかにより作動する。あ
るいは、放出装置13はシャッタ22を備えていなくて
もよい(図3参照)。混合物は、供給システム10内で
は外気条件に比べて高圧下にあるので、低圧領域すなわ
ち外気条件の領域に向かって自然に動く。この意味で、
供給システム10は自己作動的と言える。
【0034】受像体14は、供給システム10の動作の
間の受像体の動きの制御に用いる媒体搬送機構50上に
配置される。媒体搬送機構50は、ドラム、x,y,z
トランスレータおよびその他の公知の各種媒体搬送機構
等である。
【0035】図4を参照する。フォーミュレーションタ
ンク12は、適当な注入ポート52,54,56および
排出ポート58を備えた圧力容器である。注入ポート5
2,54,56において、注入口52は機能性材料用と
して、また注入口54は圧縮液体または超臨界流体用と
して使用される。あるいは、注入ポート56が機能性材
料を手動でフォーミュレーションタンク12に添加する
ために用いられる。排出ポート58は、機能性材料と圧
縮液体/超臨界流体との混合物用排出口として使用され
る。
【0036】機能性材料を自動供給したい場合は、ポン
プ60を供給経路62に沿って機能性材料源64とフォ
ーミュレーションタンク12との間に設置する。ポンプ
60は、所望の量の機能性材料を注入ポート52を通し
てフォーミュレーションタンク12中に汲み上げる。ま
たフォーミュレーションタンク12に、微量の機能性材
料または機能性材料と圧縮液体/超臨界流体とのミキス
チュアを挿入または除去するための、補助の注入もしく
は排出ポート59が含まれることもある。
【0037】図5に示すように、フォーミュレーション
タンク12は、機能性材料と圧縮液体/超臨界流体との
混合物の生成に用いる混合装置70を含む。混合装置7
0は通常は装備されるものであるが、機能性材料の種類
および圧縮液体/超臨界流体の種類によっては、機能性
材料と圧縮液体/超臨界流体とのミキスチュアを作製す
る上で必ずしも必要でない。混合装置70は、機能性材
料が確実に圧縮液体もしくは超臨界流体中に分散、ある
いは該液体もしくは流体との溶液を形成するための、電
源/制御電源74に接続された混合部材72を含む。混
合部材72は、音響式、または機械式、および/または
電磁式の部材である。
【0038】図4,5,14,15を参照する。前述と
同様に、フォーミュレーションタンク12もまた、タン
ク内の温度および圧力条件を検出およびモニタするため
の、正確な計量機器を有した適当な温度制御機構20お
よび圧力制御機構17を含むことができる。例えば、フ
ォーミュレーションタンク12は、圧力を調整および維
持するための可動式ピストン装置76等を含む。またフ
ォーミュレーションタンク12を、タンク内の温度を正
確に制御を行えるように装備することもある。例えば、
フォーミュレーションタンク12は、温度を制御および
維持するための、電熱線80、電熱テープ、水ジャケッ
ト82、その他の加熱/冷却用流体ジャケット、および
冷却コイル84等を用いた、電気的加熱/冷却ゾーン7
8を含む。温度制御機構20は、フォーミュレーション
タンク12の内部または外部のいずれかに設置される。
さらに、温度制御機構20は、フォーミュレーションタ
ンク12の一部分上、またはフォーミュレーションタン
ク12全体に亘って、またはフォーミュレーションタン
ク12の全域上のいずれかに設置される。
【0039】図15(k)に示すように、フォーミュレ
ーションタンク12は、目視観察あるいは適当な光ファ
イバまたはカメラのセットアップを用いたデジタル観察
用の、任意の数の適当な高圧ウィンドウ86を含むこと
ができる。一般にウィンドウ86は、タンク内容物の観
察/検出/分析(可視光、赤外線、X線等を用いた観察
/検出/分析技術)用の適当な周波数の輻射光を透過さ
せる、サファイア、石英、または他の適当な材料等で作
製される。
【0040】フォーミュレーションタンク12は、1
0,000psi以上程度の高圧に耐え得る適切な構造
材料で作製される。典型的にはステンレス綱が好適な構
造材料であるが、その他の高圧金属、合金、および/ま
たは金属複合材を使用することもできる。
【0041】図6を参照する。別の構成においては、熱
力学的に安定/準安定な機能性材料と圧縮液体/超臨界
流体との混合物が一つのフォーミュレーションタンク1
2で作製された後、一つ以上の補助フォーミュレーショ
ンタンク12aに移送される。例えば、一つの大型フォ
ーミュレーションタンク12が一つ以上の補助高圧容器
12aに適切に接続され、この補助容器12aが機能性
材料と圧縮液体/超臨界流体とのミキスチュアを調整さ
れた温度および圧力条件に維持すると共に、補助高圧容
器12aの各々が一つ以上の放出装置13に給送を行
う。タンク12および12aのいずれかまたは両方は、
温度制御機構20および/または圧力制御機構17を備
えている。放出装置13は一つまたは複数の受像体14
の方向にミキスチュアを導く。
【0042】図7を参照する。供給システム10は、適
当な機能性材料の注入ポート、観察用セル、および供給
システム10および供給システムのコンポネントをモニ
タ可能にするためのフーリエ変換赤外分光、光散乱、紫
外または可視分光等の適当な分析装置を含んでいる。さ
らに、供給システム10は、供給システム10の制御に
用いる任意の数の制御装置88、およびマイクロプロセ
ッサ90等を含んでいる。
【0043】図8を参照して放出装置13をより詳細に
説明する。放出機構は、手動または自動で作動して超臨
界流体または圧縮液体のフォーミュレーションの流量を
調節するオン/オフバルブ21を含む。放出装置13
は、同様にプログラム式のバルブからなるシャッタ装置
22を含む。シャッタ装置22は、流れを遮断および/
または開通するように制御することができ、それにより
フォーミュレーションの流れが放出装置13の有効断面
積の全体または一部のいずれかを占めるようにされる。
さらに、シャッタ装置を部分的に開閉することでフォー
ミュレーションの流れを調整することができる。さらに
放出機構はノズル23を含む。ノズル23は、必要に応
じて、ノズル加熱モジュール26およびビームコリメー
ションを促進するためのノズルシールドガスモジュール
27を備える。また放出装置13は、ビームが受像体1
4に達する前にビームコリメーションを促進するための
ストリームデフレクタおよび/またはキャッチャモジュ
ール24を含む。放出装置13のコンポネント22乃至
24,26および27は、フォーミュレーションが供給
経路16に沿って進行するように、供給経路16に対し
て配置される。
【0044】あるいは、シャッタ装置22は、ノズル加
熱モジュール26およびノズルシールドガスモジュール
27の後方、またはノズル加熱モジュール26とノズル
シールドガスモジュール27との中間に設置される。さ
らに、ノズルシールドガスモジュール27は、ストリー
ムデフレクタおよびキャッチャモジュール24の場合と
同様に、用途によって不要なことがあり得る。あるい
は、放出装置13は、ストリームデフレクタおよびキャ
ッチャモジュール24を含んで、シャッタ装置22を含
まないこともある。この場合は、ストリームデフレクタ
およびキャッチャモジュール24を供給経路16に沿っ
て可動的に設置し、これを用いてフォーミュレーション
の流れを調整して、不連続な被着および/またはエッチ
ングを行いつつ、連続したフォーミュレーション流が放
出されるようにする。
【0045】ノズル23はx、yおよびz方向に変位す
ることができ、それによって受像体14上への不連続お
よび/または連続した機能性材料の被着および/または
エッチングが可能になる。ノズル23の変位は、手動、
機械式、空気圧式、電気的、電子的、またはコンピュー
タ制御式機構のいずれかにより行われる。受像体14お
よび/または媒体搬送機構50もまたx、yおよびz方
向に変位することができ、それによって受像体14上で
の適切な機能性材料の被着および/またはエッチングが
可能になる。あるいは、用途に応じて受像体14とノズ
ル23の両方をx、yおよびz方向に変位させることも
できる。
【0046】図9,10を参照する。ノズル23はフォ
ーミュレーション流を受像体14の方向に導く働きをす
る。またこのノズルにより、機能性材料が受像体14に
衝突する際の最終速度が減速される。したがって、ノズ
ル形状は用途に応じて変化させられる。例えば、ノズル
形状として、所定の形(円形28、方形29、三角形3
0等)の一定断面、または可変断面の収束形31、可変
断面の発散形38、または可変断面の収束/発散形32
であって、それぞれが収束および/または発散の角度を
変えることによって利用可能な種々の形をもつ可変断面
がある。この他に、一定断面と可変断面との組み合わ
せ、例えば筒状の伸長部をもつ収束/発散形ノズル等が
使用される。さらに、ノズル23として、同軸状、線対
称、非対称、または任意のそれらの組み合わせがある
(一括して33で示す)。ノズル23の形状28,2
8,30,31,32,33により、フォーミュレーシ
ョンの流量調整が行われる。本発明の好適な実施形態に
おけるノズル23として、収束断面またはモジュール3
4、スロート断面またはモジュール35、および発散断
面またはモジュール36がある。ノズル23のスロート
断面またはモジュール35は、直線状断面またはモジュ
ール部分37を有している。
【0047】放出装置13は機能性材料を受像体14上
に導く働きをする。放出装置13または放出装置13の
一部は、必要に応じて固定され、または旋回し、または
ラスター走査して、高解像度で高精密な受像体14上へ
の機能性材料の被着または機能性材料による受像体14
のエッチングが行えるようになっている。あるいは、放
出装置13を固定したまま受像体14を所定の方向に動
かすこともできる。シャッタ装置22はノズル23の後
方に設置することもできる。したがって、シャッタ装置
22とノズル23とを独立した装置にして、シャッタ2
2をノズル23の前方もしくは後方に設置し、それぞれ
独立に制御して最大の被着および/またはエッチングの
自由度が得られるようにすることができる。あるいは、
シャッタ装置22をノズル23内に一体形成することも
できる。
【0048】供給システム10の動作について説明す
る。図11乃至13は供給システム10の動作を模式的
に表した図であり、いかなる面からも本発明の範囲を制
限するものではない。超臨界流体および/または圧縮液
体41中の機能性材料40のフォーミュレーション42
がフォーミュレーションタンク12内で作製される。機
能性材料40は、任意の固体または液体状態の当該材料
であり、超臨界流体および/または圧縮液体41中に
(図11に示すように)分散および/または溶解して、
それによりミキスチュアまたはフォーミュレーション4
2が形成される。機能性材料40の形状および寸法は、
フォーミュレーション形成に用いた機能性材料40の種
類に依り種々変化する。
【0049】超臨界流体および/または圧縮液体41は
連続相を形成しており、機能性材料40は分散および/
または溶解した単一相を形成している。フォーミュレー
ション42(機能性材料40および超臨界流体および/
または圧縮液体41)は、個々の用途に用いられる機能
性材料40および超臨界流体および/または圧縮液体4
1に適した温度および圧力に保たれている。シャッタ2
2が作動することで調整された量のフォーミュレーショ
ン42の放出が行われる。ノズル23は、フォーミュレ
ーション42をビーム43にコリメートおよび/または
フォーカスする。
【0050】機能性材料40は調整されてフォーミュレ
ーションタンク12中に導入される。圧縮液体/超臨界
流体41もまた調整されてフォーミュレーションタンク
12中に導入される。フォーミュレーションタンク12
の内容物は混合装置70を用いて適切に混合されて、機
能性材料40と圧縮液体/超臨界流体41との緊密な接
触が確実に行われるようにされる。混合処理の進行に伴
い、機能性材料40は圧縮液体/超臨界流体41中に溶
解または分散していく。機能性材料40の量および混合
の進行速度を含む、この溶解/分散の工程条件は、機能
性材料40自体、(機能性材料40が固体の場合)機能
性材料40の粒子サイズおよび粒子サイズ分布、用いた
圧縮液体/超臨界流体41、温度、およびフォーミュレ
ーションタンク12の内圧に依存して定まる。混合処理
が終了すると、機能性材料と圧縮液体/超臨界流体との
混合物またはフォーミュレーション42は、フォーミュ
レーションチャンバ内の温度および圧力が一定に保たれ
る限り機能性材料は無限に同じ状態で収容されるという
状態で圧縮液体/超臨界流体中に溶解または分散すると
いう意味において熱力学的に安定/準安定である。この
状態は、タンク内の温度および圧力の熱力学的条件が変
化しない限り、フォーミュレーションチャンバ内に機能
性材料粒子の沈積、凝結、および/または凝集はないと
いう点で、他の物理的ミキスチュアと区別される。この
ように、本発明の機能性材料と圧縮液体/超臨界流体と
のミキスチュアまたはフォーミュレーション42は熱力
学的に安定/準安定であると言える。
【0051】機能性材料40は固体もしくは液体であ
る。さらに、機能性材料40は、有機分子、ポリマ分
子、有機金属分子、無機分子、有機ナノ粒子、ポリマナ
ノ粒子、有機金属ナノ粒子、無機ナノ粒子、有機マイク
ロ粒子、ポリママイクロ粒子、有機金属マイクロ粒子、
無機マイクロ粒子、および/またはこれら材料の複合材
等である。フォーミュレーションタンク12内で圧縮液
体/超臨界流体41と適切に混合された後、機能性材料
40は、溶液または分散体のいずれかの、熱力学的に安
定/準安定な圧縮液体/超臨界流体41との混合物中に
均一に分散する。この熱力学的に安定/準安定なミキス
チュアまたはフォーミュレーション42は、放出装置1
3を通してフォーミュレーションタンク12から制御さ
れて放出される。
【0052】放出工程の間に、温度および/または圧力
条件が変化する際に、機能性材料40は圧縮液体/超臨
界流体41から凝結する。凝結した機能性材料44は、
放出装置13によりフォーカスおよび/またはコリメー
トされたビームとして受像体14の方向に案内される。
受像体14に被着した機能性材料40の粒子サイズは、
一般に1nmから1000nmの範囲にある。この粒子
サイズ分布は、放出装置13内の温度および/または圧
力の変化の割合、放出装置13に対する受像体14の位
置、および放出装置13の周囲の外気条件を調整するこ
とにより均一に制御することができる。
【0053】また、フォーミュレーション42の温度お
よび圧力が適切に変化するように供給システム10を構
成することにより、機能性材料40を制御して凝結およ
び/または凝集させることができる。一般に圧力が段階
的に低下する際に、フォーミュレーション42の流体フ
ローは自動的に活性化される。連続したフォーミュレー
ション42の条件の変化(圧力の変化、および温度の変
化等)によって、超臨界流体および/または圧縮液体4
1の蒸発(一括して45で示す)と相俟って機能性材料
40の凝結および/または凝集が生じる。生じた凝結お
よび/または凝集した機能性材料44は、精密かつ正確
な形態で受像体14に被着する。超臨界流体および/ま
たは圧縮液体41の蒸発は、放出装置13の外側の領域
で生じる。あるいは、超臨界流体および/または圧縮液
体41の蒸発45は、放出装置13内部で発生した後放
出装置13の外側の領域に進行していく。あるいは、蒸
発45は放出装置13の内部で生じる。
【0054】機能性材料40と超臨界流体および/また
は圧縮液体41とのビーム43(ストリーム他)は、フ
ォーミュレーション42が放出装置13中を進む際に形
成される。凝結および/または凝集した機能性材料44
の寸法が放出装置13のノズル23の外径に実質的に等
しい場合は、凝結および/または凝集した機能性材料4
4はノズル23によってコリメートされる。凝結および
/または凝集した機能性材料44の寸法が放出装置13
のノズル23の外径より小さい場合は、凝結および/ま
たは凝集した機能性材料44はノズル23によってフォ
ーカスされる。
【0055】受像体14は、凝結および/または凝集し
た機能性材料44が受像体14に被着するように、経路
16に沿って配置される。凝結および/または凝集した
機能性材料44の個々の粒子サイズはきわめて小さいの
で、付着力の強さはこれら粒子を受像体14上の所定位
置に保持する上で十分である。
【0056】受像体14と放出機構との距離は、超臨界
流体および/または圧縮液体41が、受像体14に到達
する前に液体状態および/または超臨界状態から気体状
態に蒸発(一括して45で示す)するように選択され
る。したがって、続いての受像体乾燥工程は必要でな
い。さらに、ノズル23からのフォーミュレーション4
2の放出および機能性材料の凝結に続いて、電磁場、機
械的シールド、磁気レンズ、静電レンズ等の外部装置を
用いてフォーカシングおよび/またはコリメーションを
追加することもできる。あるいは、受像体14を電気的
または静電的に帯電させて、機能性材料40の位置制御
が行われるようにされる。
【0057】また、機能性材料40の個々の粒子がノズ
ル23から放出される速度を制御することも有意義であ
る。供給システム10内と動作環境との間にはかなり大
きい圧力降下があるので、この圧力差によって供給シス
テム10の位置エネルギが、機能性材料粒子46を受像
体14上に推進する運動エネルギに変換される。これら
粒子46の速度は、適切なノズル設計およびシステム内
部の動作圧力および温度の変化率の制御により調整する
ことができる。さらに、ノズル23からのフォーミュレ
ーション42の放出および機能性材料40の凝結に続い
て、電磁場、機械的シールド、磁気レンズ、静電レンズ
等の外部装置を用いて追加の機能性材料40の速度調整
を行うこともできる。また、受像体14に対するノズル
の構造および位置も機能性材料40の被着パターンを決
定するものである。実際のノズル構造は扱われる用途に
応じて定まる。
【0058】ノズル23の温度を制御することもでき
る。ノズル温度の制御は、個々の用途の要求に応じて、
ノズル開口47による所望の流体フロー特性の維持が確
保されるように行われる。ノズル温度は、水ジャケッ
ト、電気的加熱方法等を用いてノズル加熱モジュール2
6により制御される。適当なノズル構造を用いること
で、図10(g)に示すように、暖かいもしくは冷たい
不活性ガスの並流環状ストリームで流出ストリームを包
むことにより、流出ストリームの温度を所望の値に制御
することができる。
【0059】受像体14は一般に、有機物、無機物、有
機金属、金属、合金、セラミック、合成および/または
天然ポリマ、ゲル、ガラス、および複合材料で作製され
た固形物である。受像体14は、多孔質もしくは非多孔
質であり、単一または複数の層を含む。受像体14が複
数の層を有する場合は、数種の方法が追加層の形成に用
いられる(例えば塗布、押し出し、ラミネーション、蒸
着他)。
【0060】受像体14の表面または内部への機能性材
料40の被着の位置および精度は用途に依存して定ま
る。例えば、ある印刷用途では、機能性材料40が染料
粒子である場合、機能性材料40を受像体表面に被着さ
せて、最終像の光学濃度を最大にすることが望ましい。
他の印刷用途では、機能性材料40を受像体表面のごく
近傍の但し表面ではない位置に配置して、最終像の像耐
光性および像耐水性を向上させることが望ましい。また
別のイメージング用途では、機能性材料40を表面から
顕著に下方に配置して、最大の受像体光沢を保たせて特
別な像効果(例えば真理光沢、限られた視野角特性等)
を生じさせることが望ましい。
【0061】機能性材料40の被着特性はいくつかの因
子の関数であり、それら因子として、受像体14の体積
弾性係数、機能性材料40の体積弾性係数、受像体14
の密度、機能性材料40の密度、フォーミュレーション
タンクと外気条件との圧力差、フォーミュレーションタ
ンクと外気条件との温度差、被着時間、放出ノズル形
状、放出ノズルと受像体との距離、機能性材料の寸法お
よび運動量等がある。これらの因子は用途に応じて修正
もしくは一定に保たれる。例えば、機能性材料40を受
像体表面に被着させる必要のある印刷用途では、ノズル
形状、フォーミュレーション条件、外気条件、および機
能性材料は固定される。このときの機能性材料40の被
着の制御は受像体構成を変えることにより行われる(例
えば受像体の体積弾性係数、放出ノズルと受像体との距
離、および被着時間等)。あるいは、同じ用途におい
て、フォーミュレーション条件(例えば機能性材料の濃
度等)を変化させることができる。あるいは、機能性材
料40を受像体内部に被着させる必要のある印刷用途の
場合、被着の制御は、他のパラメータを一定に保って、
受像体構成を変えることにより行われる(例えば受像体
の体積弾性係数、およびフォーミュレーション条件
等)。
【0062】ある一定のノズル形状、一定のフォーミュ
レーションタンク内条件、不変の外気条件、一定の被着
時間、および一定の放出ノズル先端と受像体間の距離に
おける機能性材料40の被着の正確さを支配する主な受
像体性質は、機能性材料の体積弾性係数に対する受像体
の体積弾性係数である。通常Paで表される材料の体積
弾性係数は、その材料の圧縮率あるいは粒子の運動量の
吸収能力の尺度である。具体的には、圧力の変化に伴う
物質の体積変化の尺度である。この係数は等温的もしく
は断熱的に表すことができる。本応用例では等温的体積
弾性係数を特定している。
【0063】受像体は、放出装置のノズルから0.01
cm乃至25cmの距離に配置された、10MPa乃至
100GPaの体積弾性係数をもつ一つ以上の層を有し
た単層または多層の受像体である。
【0064】また、受像体の体積弾性係数は機能性材料
の体積弾性係数に応じて選択される。全ての他のパラメ
ータが一定で、受像体の体積弾性係数が機能性材料より
も著しく大きい場合は、機能性材料の粒子は受像体14
との衝突によって著しく形を変えることが当然予想され
る。あるいは、機能性材料の体積弾性係数が受像体より
はるかに大きい場合は、機能性材料の粒子は受像体14
との衝突後もほぼ原形を保っている。
【0065】受像体14は、体積弾性係数の異なる複数
の層を含むことも可能である。機能性材料40を上部層
以外の層に配置する必要のある用途では、体積弾性係数
の異なる複数の受像体層の選択および積層によって、機
能性材料14が上部層を通って選択された層中に浸透す
るようにされる。
【0066】広範な消費者容認を得るために、用途に応
じて受像体14のその他の性質を考慮する必要がある。
これらの性質(例えば坪量、厚さ、剛性、平滑性、光
沢、白色度、不透明性等)は、広範な受容者容認を得る
ために狭い範囲の値に収める必要がある。これらの性質
の問題は、機能性材料40の被着深さを制御するため
の、特定範囲内の体積弾性係数をもつ一つ以上の層を組
み込んだ受像体構造を開発する際に扱われる。
【0067】実験結果:以下に述べる実験結果に、濃密
液体溶媒中に分散した機能性材料のビームをフォーカス
する、供給システム10と関連した一受像体構成の用法
を示す。またこの実験結果により、機能性材料40が濃
密液体溶媒から放出されて、受像体14の表面上または
表面内に正確に定置することが示される。以下に述べる
実験結果はいかなる面からも本発明の範囲を限定するも
のでなく、本発明の範囲で変形および修正が可能なこと
は明らかである。
【0068】図16乃至図18を参照する。以下の実験
では、Eastman KodakCompany(ニ
ューヨーク州、ロチェスター所在)製の写真画質インク
ジェット紙を選択された受像体として用いた。この受像
体の構成は、本願に援用して引用する米国特許第6,0
40,060号に記載されている。受像体14は、両面
に樹脂コーティングが施される、生紙基体92を含む。
次いで、この紙基体92の片面に2層のインク受容層9
4,96がコーティングされる。ベース層94は、ゼラ
チン、およびカルボキシメチルセルロース、ポリビニル
ピロリドン、ポリビニルアルコール、ヒドロキシエチル
セルロース、およびこれらの混合物からなる群から選択
された一材料を含む。上部層96は、アクリル酸−ジア
リルジメチルアンモニウムクロライド−ヒドロキシプロ
ピルアクリルコポリマ、およびアクリル酸−ジアリルジ
メチルアンモニウムクロライドポリマからなる群から選
択された材料を含む。上部層96の厚さは約1乃至3μ
mであり、一方樹脂コーティングされた基体紙と接する
ベース層94の厚さは約10乃至15μmである。
【0069】供給システム10内に、一定温度の水浴
(温度制御機構20)内に設置された、加圧可変体積フ
ォーミュレーションタンク12を設けた。このフォーミ
ュレーションタンク12を、所望の一定時間長τで開閉
する6ポートのサンプリング/注入バルブを貫通した、
内径127μmで長さ5cmのステンレス綱チューブを
備えた供給装置13に接続した。基体50上に載置され
た受像体14すなわち媒体Cを、ステンレスチューブの
先端から所望の一定距離Lだけ離して配置した。
【0070】使用した溶媒は、二酸化炭素源11から高
圧シリンジポンプ18を通して取り出した液体二酸化炭
素である。用いた機能性材料の染料Aは、以下に示す構
造をもつトリフェニルメタン染料のDuasyn Ac
id Blue染料である。
【0071】
【化1】 ブルー染料の二酸化炭素中への溶媒和を促進するため
に、少量の水、および以下に示す構造のパーフロロエー
テルアンモニウムカルボキシレートからなる界面活性剤
のFomblin MF300を併せて用いた。
【0072】
【化2】 使用した各フォーミュレーション中の各原料種の濃度を
表1に示す。
【0073】
【表1】 フォーミュレーションタンク12の内圧は2500ps
igに調整した。温度は25℃に保持した。放出装置1
3のバルブDを開閉することによって、フォーミュレー
ション42を短い一定期間τだけ外気条件に曝した。こ
れによって、フォーミュレーション42は周囲外気中に
急速に放出された。
【0074】フォーミュレーション42が被る圧力降下
によって、二酸化炭素溶媒の蒸発、および染料、界面活
性剤および水の混合物の凝結が生じた。フォーミュレー
ションタンク12と周囲外気との圧力差によって生成し
た、この凝結染料粒子は推定300m/秒程度の高速で
受像体14に向かって移動した。
【0075】被着した染料粒子の寸法および性質は、フ
ォーミュレーションの種類および外気条件へのフォーミ
ュレーションの曝露時間により影響された。異なるフォ
ーミュレーションの種類および曝露時間での結果を、以
下の表2、表3、および表4に一覧して示す。
【0076】
【表2】
【表3】
【表4】 表1および表4に記載した実験から得られた受像体14
上の被着染料滴のサンプルを2μm角の断面に切り出
し、光学顕微鏡を用いて断面像を得た。
【0077】図16,17に表4における実験No.1
で得たサンプルから作成した断面写真および模式的断面
図を示し、図18に表4における実験No.2で得たサ
ンプルから作成した断面写真および模式的断面図を示
す。染料A(凝結した機能性材料44)は、被着条件、
この場合は被着時間、を適切に選択することによって、
受像体14中の受像層94,96の表面または内部のい
ずれかに被着していた。染料44は、図16,17では
主に上部層96の上部1.5μm以内に位置しており、
図18では主にベース層94内に位置していた。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る好適な一実施形態の模式図であ
る。
【図2】 本発明に係る別の実施形態の模式図である。
【図3】 本発明に係る別の実施形態の模式図である。
【図4】 本発明に係る別の実施形態の模式図である。
【図5】 本発明に係る別の実施形態の模式図である。
【図6】 本発明に係る別の実施形態の模式図である。
【図7】 本発明に係る別の実施形態の模式図である。
【図8】 本発明に係る放出装置のブロック図である。
【図9】 図8に示した装置のノズル部分の断面図であ
る。
【図10】 図8に示した装置のノズル部分の断面図で
ある。
【図11】 本発明の動作を示す模式図である。
【図12】 本発明の動作を示す模式図である。
【図13】 本発明の動作を示す模式図である。
【図14】 図1に示した本発明品の一部分の断面図で
ある。
【図15】 図1に示した本発明品の一部分の断面図で
ある。
【図16】 (a)は受像体表面に被着した機能性材料
の断面顕微鏡写真であり、(b)は(a)に示した顕微
鏡写真の模式的断面図である。
【図17】 図16(a)に示した顕微鏡写真の模式的
断面図である。
【図18】 (a)は受像体内部に被着した機能性材料
の断面顕微鏡写真であり、(b)は(a)に示した顕微
鏡写真の模式的断面図である。
【図19】 (a)は従来のインクジェット像の断面顕
微鏡写真であり、(b)は(a)に示した顕微鏡写真の
模式的断面図である。
【符号の説明】 10 供給システム、11 圧縮液体/超臨界流体源、
12,12a フォーミュレーションタンク、13 放
出装置、14 受像体、15 バルブ、16供給経路、
17 圧力制御機構、18,60 ポンプ、19a,1
9b 圧力調整器、20 温度制御機構、21 オン/
オフバルブ、22 シャッタ、23ノズル、24 スト
リームデフレクタおよび/またはキャッチャモジュー
ル、26 ノズル加熱モジュール、27 ノズルシール
ドガスモジュール、34〜37モジュール、40,64
機能性材料、41 圧縮液体/超臨界流体、42フォ
ーミュレーション、43 ビーム、44 凝集した機能
性材料、46 機能性材料粒子、47 ノズル開口、5
0 媒体搬送機構(裏材)、52,54,56 注入ポ
ート、58,59 排出ポート、70 混合装置、72
混合部材、74 電源/制御電源、76 可動式ピス
トン装置、78 電気的加熱/冷却ゾーン、80 電熱
線、82 水ジャケット、84 冷却コイル、86 高
圧ウィンドウ、88 制御装置、90 マイクロプロセ
ッサ、92 紙基体、94 インク受容ベース層、96
インク受容上部層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 セシャドリ ジャガナサン アメリカ合衆国 ニューヨーク ピッツフ ォード ブリタニー レーン 130 (72)発明者 スリドハー サダシバン アメリカ合衆国 ニューヨーク ロチェス ター パーク アベニュー 604 アパー トメント ビー (72)発明者 シュレシュ サンダーラジャン アメリカ合衆国 ニューヨーク ロチェス ター ワリントン ドライブ 120 (72)発明者 ジョン イー ルーピング アメリカ合衆国 ニューヨーク スペンサ ーポート ブロックポート スペンサーポ ート ロード 3279 (72)発明者 ゲイリー イー マーツ アメリカ合衆国 ニューヨーク ロチェス ター ウィンデミア ロード 240 Fターム(参考) 2C056 EA01 EA04 EA13 EC08 EC36 EC45 EC56 FA01 FC01 FC06 FD20 KA10 KB04 2C057 AF01 AF21 AG05 AG09 AG10 AG17 AH20 BF04

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 受像体へ機能性材料を射出する方法にお
    いて、 溶媒および機能性材料を含有した液体の混合物を供給す
    るステップと、 前記機能性材料を無溶媒化するステップと、 前記機能性材料を受像体に接触させるステップと、 を含むことを特徴とする受像体への機能性材料射出方
    法。
  2. 【請求項2】 受像体へ機能性材料を供給する装置にお
    いて、 機能性材料と共に熱力学的に安定な混合物中にあり、液
    体状態である溶媒の加圧源と、 前記加圧源に接続される注入口および前記熱力学的に安
    定な混合物を排出する排出口を有する放出装置と、 前記溶媒は前記放出装置の前記排出口を越えた位置にお
    いて気体状態であり、 前記放出装置の前記排出口から予め決められた距離に配
    置された媒体搬送機構と、 を含むことを特徴とする受像体への機能性材料射出装
    置。
  3. 【請求項3】 受像体へ機能性材料を射出する方法にお
    いて、 液体状態の溶媒と機能性材料との熱力学的に安定な混合
    物の原型を供給するステップと、 前記熱力学的に安定な混合物の原型と流体連通したノズ
    ルを有する放出装置を供給するステップと、 前記ノズルから予め決められた距離に配置された受像体
    と、 前記ノズルからの前記熱力学的に安定な混合物を排出
    し、前記溶媒を液体状態から気体状態に変化させるステ
    ップと、 前記無溶媒化した機能性材料を前記受像体に被着させる
    ステップと、 を含むことを特徴とする受像体への機能性材料射出方
    法。
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