JP2004284345A - 連続式マーキング方法及び装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】排出デバイスを備えたプリントヘッドを有し、溶剤を含まないマーキング物質を受像体に連続して供給する方法及び装置を提供する。
【解決手段】排出デバイスは出口を有し、圧縮流体溶剤とマーキング物質との熱力学的に安定した混合物の加圧された貯留器と流体が流通している。マーキング物質は、排出デバイスを通じて排出された後には溶剤を含まなくなる。偏向機構は、排出デバイスの出口に対して位置決めされる。偏向機構は、マーキング物質を第１の経路から離れて第２の経路に選択的に偏向させるのに適する。ガターは、第１の経路の終端に位置決めされ、溶剤を含まないマーキング物質は、ガターにより回収される。受像体搬送機構は第２の経路の終端に位置決めされ、受像体搬送機構は、溶剤を含まないマーキング物質が受像体に堆積するように受像体を供給するのに適する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、概括的にはデジタル的に制御されるマーキング(marking)装置の分野に関し、特に、溶剤を含まない(ソルベント・フリー：solvent free)マーキング物質を堆積(デポジット：deposit)するのに適した連続形式のマーキング装置に関するものである。
デジタル的に制御される印刷の多くの異なる形式が知られており、現在製造されている。これらの印刷システムは、様々な作動機構、様々なマーキング物質、及び様々な記録媒体を使用する。現在使用されているデジタル印刷システムの例としては、レーザ電子写真式印字機、ＬＥＤ電子写真式印字機、ドット・マトリクス・インパクト(dot matrix impact)プリンタ、感熱紙プリンタ、フィルム記録装置、熱転写プリンタ、ダイディフュージョン(dye diffusion)熱転写プリンタ、及びインクジェットプリンタがある。しかし、この従来の方法は、非常に高価な設備を必要とし、各ページが２〜３千部は印刷されなければほとんど商業的に成り立ち得ないにもかかわらず、現在では、上記の電子式の印刷システムは、機械式の印刷機に目立つほどには取って代わっていない。従って、普通紙を使用して高速度かつ低価格で高品質のカラー画像を作り出すことができる、改良されたデジタル制御式の印刷システムが必要である。
インクジェット印刷は、例えば、その非衝撃性、低騒音特性、普通紙使用、及びトナーの運搬や据付を回避できることにより、デジタル的に制御される電子式の印刷の領域で際立った競争相手として認められるようになって来た。インクジェット印刷の機構は、連続式インクジェットか、ドロップオンデマンド式インクジェットかのどちらかに分類できる。
連続式インクジェット印刷は、少なくとも１９２９年にさかのぼる。ハンセル(Hansell)に対し発行された米国特許第１９４１００１号を参照されたい。１９６７年にスウィート(Sweet)等に対し発行された米国特許第３３７３４３７号は、印刷されるインク滴が選択的に帯電され、記録媒体の方へ偏向される連続式インクジェットノズルの配置を開示している。この技術はバイナリ・ディフレクション(binary deflection)式連続インクジェットとして知られている。
１９６６年にハーツ(Hertz)等に対し発行された米国特許第３４１６１５３号は、小さな開口を通過する液滴の数を調節するために、帯電された液滴の流れを静電気的に分散させることにより、連続式インクジェット印刷における印刷スポットの光学濃度を変更可能とすることを実現する方法を開示している。１９７４年にイートン(Eaton)に対し発行された米国特許第３８７８５１９号は、帯電トンネルと偏向板による静電偏向によって液体の流れの中で液滴形成を同期させる方法及び装置を開示している。
１９８２年にハーツ(Hertz)に対し発行された米国特許第４３４６３８７号は、電位の傾きを有する電界内に位置する液滴形成点で、加圧された液体の流れのブレーク・アップ(break up)により形成される液滴の荷電を制御する方法及び装置を開示している。液滴形成は、形成点で液滴にかけられる所望の設定電荷に対応する電界内の位置でもたらされる。帯電トンネルに加えて、偏向板が実際に液滴を偏向するために使用されている。
米国特許第１９４１００１号 米国特許第３３７３４３７号 米国特許第３４１６１５３号 米国特許第３８７８５１９号 米国特許第４３４６３８７号 米国特許第６１１６７１８号 米国特許第４７３４２２７号
従来のインクジェットプリンタには、いくつかの不利な点がある。例えば、許容範囲の印刷速度を維持して９００ドット・パー・インチ(dots per inch)近くの解像度を有する非常に高品位の画像を実現するためには、プリントヘッドに位置する非常に多くの排出デバイスが頻繁に作動してインク滴を作り出す必要がある。高い頻度の作動がプリントヘッドの信頼性を低下させるうえに、また、これらのプリンタに使用するインクの粘性範囲を制限する。一般的に、インクの粘性は水などの溶剤を加えることにより低下する。液体含有量が増加すれば、インクが受像体(receiver)上に堆積した後のインクの乾燥時間が遅くなり、全体として生産性の低下をもたらす。さらに、溶剤含有量の増加はまた、乾燥中のインクにじみの増加を引き起こし、そのことは、画像解像度と他の画像品質メトリクス(metrics)とに悪影響を及ぼす画像の鮮明さを低下させる。
従来のインクジェット式プリンタはまた、プリントヘッドの排出デバイスがインクで部分的に詰まる及び／又は完全に詰まるようになり得るという不利な点がある。この問題を軽減するために、グリコール(glycol)、グリセロール(glycerol)などの溶剤が、インクの調合に加えられるが、そのことは逆に画像品質に悪影響を及ぼし得る。この代りに、この問題を軽減するために、排出デバイスが定期的に清掃される。このことはプリンタの複雑さを増し、有効な印刷時間を減少せしめる。
従来のインクジェットプリンタの更なる不利な点は、忠実な階調(グレー・スケール：gray scale)印刷を得ることができないことである。従来のインクジェット式プリンタは、一定の液滴サイズを維持して液滴密度を変えることにより階調を作り出す。しかし、忠実な階調印刷を得るためには、液滴サイズを変化させ得ることが望ましい。
ガス状の噴射剤により受像体に染料を堆積する他の技術が知られている。例えば、２０００年９月１２日に発行された米国特許第６１１６７１８号において、ピーター(Peeters)等は、マーキング装置で使用するプリントヘッドを開示している。このプリントヘッドでは、噴射ガスが受像体にマーキング物質を融合させるのに十分な運動エネルギーを備え、受像体に向かって通路を通過し、マーキング物質は非コロイド状の、固体或いは半固体の微粒子又は液体を推進する弾道状エアゾール(ballistic aerosol)を形成するために制御されて噴射剤の流れの中に導入される。マーキング物質と噴射剤の流れは２つの異なる存在であり、噴射剤は運動エネルギーをマーキング物質に分与するために使用されていることにこの技術における問題がある。マーキング物質が通路の中で噴射剤の流れに加えられると、プリントヘッドを抜け出る前に、非コロイド状の弾道状エアゾールが形成される。マーキング物質と噴射剤との組合せであるこの非コロイド状の弾道状エアゾールは、熱力学的に安定／準安定ではない。従って、マーキング物質は噴射剤の流れの中に着定しがちで、そのことは、次にマーキング物質の集塊を引き起こし、マーキング物質の堆積中、ノズルの障害と制御性の低下を招き得る。
薄膜を作るために超臨界流体(supercritical fluid)の溶媒を使用する技術もまた知られている。例えば、１９８８年３月２９日に発行された米国特許第４７３４２２７号において、アール・ディ・スミス(R.D.Smith)は、固体のフィルム(film)を堆積する方法や、フィルムを作るために使用する細かい粉末を作る方法を開示している。この粉末を作る方法では、超臨界流体の溶剤に固定物質を溶解し、それから細かい粉末や長くて細い繊維の形でマーキング物質の粒子を作るために、溶剤を急速に膨張させる。超臨界流体溶剤の噴射のない(free-jet)膨張が、受像体に高解像度のパターン(pattern)を作り出すために使用することができない非平行な／焦点ぼけした噴霧をもたらすということにこの方法における問題がある。さらに、焦点ぼけはマーキング物質の損失をもたらす。
従って、高解像度画像を作るために連続して受像体にマーキング物質を高速度で正確かつ精密に供給できる技術が必要である。階調を得るためにサイズを変える超小型(ナノスケール：nano-scale)のマーキング物質粒子を連続して供給できる技術もまた必要である。受像体に溶剤を含まないマーキング物質を連続して供給できる技術もまた必要である。物質の集塊特性を低下させるように、高速度で正確かつ精密に受像体に画像化できる技術もまた必要である。
本発明の１つの特徴によれば、溶剤を含まないマーキング物質を受像体に連続して供給する装置は、排出デバイスを備えたプリントヘッドを有する。排出デバイスは出口を有し、圧縮流体溶剤とマーキング物質との熱力学的に安定した混合物の加圧された貯留器と流体が流通している。マーキング物質は、排出デバイスを通じて排出された後は、溶剤を含まなくなる。偏向機構は、排出デバイスの出口に対して位置決めされる。偏向機構は、第１の経路(パス：path)から離れて第２の経路にマーキング物質を選択的に偏向させるのに適する。
ガター(gutter)は、溶剤を含まないマーキング物質を回収する第１の経路の終端に位置決めされる。受像体搬送機構は、第２の経路の終端に位置決めされ、溶剤を含まないマーキング物質がその上に堆積される受像体を供給するのに適する。
本発明のもう１つの特徴によれば、溶剤を含まないマーキング物質を受像体に連続して供給する方法は、圧縮流体溶剤とマーキング物質との熱力学的に安定した混合物の加圧された貯留器を提供することを有している。圧縮流体溶剤とマーキング物質との熱力学的に安定した混合状態にある混合物は、ガター或いはまた受像体搬送機構の方へ第１の経路に沿って供給される。マーキング物質は溶剤を含まなくなる。マーキング物質は、受像体搬送機構或いはまたガターに位置決めされる受像体の方に向かって第１の経路から離れて第２の経路に選択的に偏向される。
以下に示す本発明の好ましい実施形態の詳細な説明においては、参照は添付図面に表されている。本記載は、本発明に基づく装置の一部を構成する要素、或いは装置とより直接的に協働する要素に特に注力している。特に図示されず、或いは記載されていない要素は、当業者にとってよく知られた様々な形態を取り得ることが理解されるべきである。さらに、例えばマーキング物質、溶剤、装置などの本発明の様々な様相に対して好適なものとして特定されたものは、例示的なものとして扱われるべきであり、いかなる様式においても発明の範囲を限定することを意図するものではない。
図１を参照すると、連続式マーキングシステム８は、ラスタ画像データ(raster image data)、ページ記述言語(page description language)形式のアウトライン画像データ(outline image data)、或いは他の形式のデジタル画像データを供給するスキャナ又はコンピュータのような画像ソース１０を有している。この画像データは、画像データを記憶装置に記憶させる画像処理ユニット１２によりハーフトーン・ビットマップ(half-toned bitmap)画像データに変換される。複数の電圧制御回路１４は、画像記憶装置からデータを読み取り、時間変化(time-varying)の電気パルスを１組の偏向板５１(図５及び図６に示されている)に加える。これらのパルスは、プリントヘッド３０により連続した流れにおいて供給される溶剤を含まないマーキング物質が被印刷物(サブストレイト：substrate)１８上の画像記憶装置のデータにより指定された適切な位置に堆積されるように、適切な時に加えられる。
被印刷物１８は、記録媒体搬送システム２０によりプリントヘッド３０に対して移動され、該記録媒体搬送システムは、マイクロコントローラ２４に制御されるサブストレイト搬送制御システム２２により電子的に制御される。図１に示されたサブストレイト搬送システムは概略のみであり、多くの異なる機械的な形態が可能である。例えば、移動ローラは、被印刷物１８に溶剤を含まないマーキング物質を容易に移動するために、サブストレイト搬送システム２０として使用可能であろう。そのような移動ローラ技術は、当該技術分野でよく知られている。ページ幅のプリントヘッドの場合には、固定されたプリントヘッドを通して被印刷物１８を移動させることが最も便利である。しかし、走査式の印刷システムの場合には、通常、相対的なラスターモーション(raster motion)で１つの軸(副走査方向)に沿ってプリントヘッドを移動させ、直交軸(主走査方向)に沿って記録媒体を移動させることが最も便利である。他の可能な形態は、係属中の出願であるシリアル番号(出願番号)１０／０１６０５４号と、係属中の出願であるシリアル番号(出願番号)１０／１６３３２６号に詳細に論じられている。
マーキング物質は、加圧状態で貯留器２８に収容されている。印刷状態でないときには、マーキング物質の連続した流れは、流れを遮るガター１７により被印刷物１８に到達することが不可能であり、そのことは、一部のマーキング物質をマーキング物質再生ユニット１９により再利用可能とする。本発明の１つの実施形態では、マーキング物質再生ユニット１９は溶剤を含まないマーキング物質の回収装置である。
貯留器２８は、流体とマーキング物質との熱力学的に安定した混合物の加圧源を有しており、以下ではプリントヘッド３０の中で／上部で形成された供給通路に対して流体が流通するように接続された調合貯留器として言及される。プリントヘッド３０は、マーキング物質の形づくられたビーム(shaped beam)を作り出すように構成された(図３Ａ、図３Ｂ及び図４に関連して以下に論じられる)供給通路に沿って配置された排出デバイス５０を有している。
調合貯留器２８は、流体源１００とマーキング物質源１０１に対して流体が流通するように接続されている。その代りに、マーキング物質が、ポート１０３を通じて調合貯留器２８に加えられるようにすることもできる。
単色のカラー印刷が所望である場合には、１つの調合貯留器２８が使用される。また、複数色のカラー印刷が所望である場合には、複数の調合貯留器２８ａ、２８ｂ及び２８ｃ(不図示)が使用される。複数の調合貯留器２８ａ、２８ｂ及び２８ｃが使用される場合には、各調合貯留器２８ａ、２８ｂ及び２８ｃは、供給通路を介し、専用の排出デバイス５０に対して流体が流通するように接続される。この１つの例では、排出デバイス５０の第１列を調合貯留器２８ａ専用に、排出デバイス５０の第２列を調合貯留器２８ｂ専用に、排出デバイスの第３列を調合貯留器２８ｃ専用にすることがあげられる。特定の印刷用途に応じて、他の調合貯留器と排出デバイスの組合せが可能である。
図で説明される実施形態の議論では、同じ構成要素は同じ参照符号を使用して記載される。
再び図１を参照すれば、第１の実施形態が示されている。この実施形態では、プリントヘッド３０は、基本的に硬質(リジッド：rigid)で柔軟性のない管１０１を使用して調合貯留器２８に接続することができる。マーキング物質供給システムは一般的に超臨界流体源１００から管１０１と調合貯留器２８まで高圧状態にあるので、管１０１は、増加した肉厚を有しており、そのことは、マーキング物質供給システム８全体を通して一定圧力を維持することを助勢している。この代りに、好適なフレキシブルホース、例えば、ミシガン州ウィコム(Wixom)にあるコード・インダストリアル(Kord Industrial)社から商業的に入手可能であるタイトフレックス(Titeflex)超高圧ホースP/N R157-3(内径0.110、曲げ半径2インチ定格4000psi)を用いることもできる。
本発明の別の実施形態が図２に示されている。この実施形態では、被印刷物１８、ガター１７及びプリントヘッド３０は、チャンバ(chamber)１８０内に配置されている。図２に示されるチャンバ１８０は、極圧での使用のために設計されている。例えば、チャンバ１８０は、約１００気圧から約１×１０−９気圧までの所定の圧力範囲に保持することができる。圧力調節器１８１が、チャンバ内に組み込まれている。図に示されるように、圧力調節器はピストンに似ている。これはただ例示のためだけのものである。圧力調節器は、ポンプであってもよく、或いは追加的な圧力源とともに使用される小孔(ベント：vent)であっても良い。追加的な圧力源の例としては、圧縮流体源１９０がある。この流体源は、供給通路１８６を介してのチャンバ内への流入が流量制御装置１８５で調節される。チャンバ内の圧力は、圧力センサ１８２により注意深く監視される。圧力調節器は、スキマー(skimmer)と真空ポンプとの組合せであっても良い。真空状態へ圧力を著しく低下させるために使用されるスキマーは、当技術分野でよく知られている。そのようなスキマーは、カリフォルニア州サンカルロス(SanCarlos)にあるビーム・ダイナミクス(Beam Dynamics)社から商業的に入手可能である。スキマーとディファレンシャル・ポンプ(differential pumping)の組合せは、気体を排出して超低真空状態を作り出す。さらに、上記チャンバは温度センサ１８４と温度調節器１８７とを備えている。温度調節器１８７は電熱器として示されているが、以下のあらゆるもの、つまり加熱器、ウォータ・ジャケット(water jacket)、圧力レンジ(pressure range)、冷凍コイル、温度制御装置の組合せ、のあらゆるものにより構成することができる。堆積チャンバは、被印刷物１８を保持する働きをして物質の堆積を容易にする。
図３Ａ及び図３Ｂを参照すれば、プリントヘッド３０の排出デバイス５０は、ノズル１６であっても良い。ノズル１６は、第１一定面積部１２０に後続される第１可変面積部１１８を有している。第２可変面積部１２２は、一定面積部１２０から排出デバイス５０の端部１２４まで広がる。第１可変面積部１１８は、第１一定面積部１２０に収束する。第１一定面積部１１８は、第１可変面積部１２０の出口径と実質的に等しい直径を有している。その代りに、排出デバイス５０はまた可変面積部１２２の後に位置する第２一定面積部１２５(図３Ｂに示されている)を有することが可能である。第２一定面積部１２５は、可変面積部１２２の出口径と実質的に等しい直径を有している。この形式の排出デバイス５０は、ニューヨーク州イーストオーロラ(EastAurora)にあるムーグ(Moog)社や、カリフォルニア州サンラモン(SanRamon)にあるビィンダムエンジニアリング(VindumEngineering)社などから商業的に入手可能である。
排出デバイス５０の１つの実施形態では、排出デバイス５０の第１一定面積部１２０の直径は、約２０ミクロンから約２０００ミクロンまでの範囲にわたる。別の実施形態では、排出デバイス５０の第１一定面積部１２０の直径は、約１０ミクロンから約２０ミクロンまでの範囲にわたる。また、第１一定面積部１２０は、印刷用途に応じて第１一定面積部１２０の直径の約０．１倍から約１０倍までの規定長さを有する。プリントヘッド３０を形成するそのような排出デバイス５０の配置は、集束イオンビーム加工や、ＭＥＭＳプロセスなどの現代の製造技術で作ることが可能である。
図４を参照すれば、排出デバイス５０は、空気力学的レンズ(エアロダイナミック・レンズ：aerodynamic lens)１９９であっても良い。空気力学的レンズ１９９は、複数の所定間隔で隔てられたレンズ装置２００(オリフィス板などとも呼ばれる)を有している。そのような装置はまた、マイクロターム(MicroTherm)社から商業的に入手可能である。軸方向の開口部と直列に配置されるレンズ装置の数は、２から１０まで変更できる。１つの実施形態では、軸方向の開口部２０１に直列に配置されるレンズ装置２００の数は、３から６まで変わり得る。レンズ装置２００の軸方向の開口部の直径は、最初の最大径から最後の最小径まで徐々に縮小し(図４の左方から右方に見て)変化する。レンズ装置の軸方向の開口部の直径は、５０ミクロンから５ｍｍまで変化し得る。各レンズ装置２００間の距離は、１０ｍｍから１０ｃｍまで変更できる。
その代りに、空気力学的レンズ１９９は、所定の直径の第１キャピラリ・チューブ(capillary tube)を有しており、第１キャピラリ・チューブはより小さな直径の第２キャピラリ・チューブと流体が流通している。これらのキャピラリ・チューブはまた、１つ若しくはそれ以上の軸方向の開口部２０１を有する１つ若しくはそれ以上のレンズ装置２００を有している。
図１〜図６を参照すれば、マーキング物質貯留器２８は、選択された溶剤及び／又は所定のマーキング物質を、圧縮液体及び／又は超臨界流体状態にし、選択された圧縮液体及び／又は超臨界流体内で所定のマーキング物質或いはマーキング物質の組合せの溶剤及び／又は分散物を作り、制御された方法で平行及び／又は集束ビームとして受像体１８上にマーキング物質を供給する。好ましい印刷用途では、所定のマーキング物質は、シアン(cyan)、イエロー(yellow)及びマゼンダ(magenta)の染料或いは顔料を有する。
このような関係において、圧縮液体及び／又は超臨界流体状態にされる選択された物質は、周囲の圧力及び温度では気体である。周囲条件は、この用途に対しては、好ましくは、−１００℃から１００℃までの範囲の温度、１×１０-８ａｔｍから１０００ａｔｍまでの範囲の圧力として規定される。
圧縮流体源１００に収容されている圧縮流体キャリア(carrier)は、マーキング物質を溶解する／可溶性にする／分散させるあらゆる物質である。圧縮流体源１００は、予め設定された圧力、温度及び流速の条件下で、超臨界流体、圧縮気体、又は圧縮流体として、圧縮流体(例えば、０．１ｇ/ccより高い密度のあらゆる物質)キャリアを供給する。臨界温度と臨界圧力により規定される臨界点を越える物質は、超臨界流体として知られている。臨界温度と臨界圧力は、一般的に、流体或いは物質が臨界超過となり、気体のような液体のような特性を示す熱力学的状態を定める。十分に高温で臨界点以下の圧力にある物質は、圧縮液体として知られている。十分に高圧で臨界点以下の温度にある物質は、圧縮気体として知られている。周囲条件下では気体として存在する物質であって、超臨界流体及び／又は圧縮された液体／気体状態にある物質は、圧縮液体、圧縮気体、又は超臨界状態にあるときに、当該マーキング物質を可溶性及び／又は分散する独特の能力のため、ここでの用途を見出している。
流体キャリアは、二酸化炭素、亜酸化窒素、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、塩化フッ化メタン、モノフルオロメタン、六フッ化硫黄及びそれらの混合物を含むが、これらに限定されるものではない。好ましい実施形態では、低価格と幅広い利用性などの特徴により、二酸化炭素が一般的に多くの用途で好まれている。
調合貯留器２８は、温度、圧力、量及び濃度の所望の調合条件下で、分散剤及び／又は界面活性剤の有無に関わらず、圧縮液体、圧縮気体又は超臨界流体状態にある所定のマーキング物質を溶解及び／又は分散するのに活用される。マーキング物質と圧縮液体／圧縮気体／超臨界流体との組合せは、典型的には、混合物や調合物などと称されている。
調合貯留器２８は、調合条件下で安全に作用するものであればあらゆる適切な材料で製作することができる。圧力が０．００１気圧(１．０１３×１０２Ｐａ)から１０００気圧(１．０１３×１０８Ｐａ)までで、温度が摂氏−２５度から摂氏１０００度までの運転範囲が一般的に好まれている。典型的には、好ましい材料は、様々な等級の高圧ステンレス鋼がある。しかし、特定の堆積やエッチングの用途が温度及び／又は圧力の厳しさが緩和された条件を指定する場合には、他の材料を使用することが可能である。
調合貯留器２８は、運転条件(圧力、温度及び量)に関して適切に制御されるべきである。マーキング物質の溶解性／分散性は、調合貯留器２８の内部状態に依存する。従って、調合貯留器２８内部の運転条件の小さな変化が、マーキング物質の溶解性及び／又は分散性に好ましくない影響を及ぼし得る。
更に、特別な用途のために圧縮液体／超臨界流体にマーキング物質を溶解／分散することができるあらゆる好適な界面活性剤及び／又は分散剤が、マーキング物質と圧縮液体／超臨界流体の混合物の中に混ぜ込まれる。そのような物質には、ペルフルオロポリエーテル(perfluoropolyether)やシロキサン化合物(siloxane compounds)などのフッ化ポリマーがあるが、これらに限定されるものではない。
マーキング物質は、制御可能に調合貯留器２８に導入される。圧縮液体／超臨界流体もまた、制御可能に調合貯留器２８に導入される。調合貯留器２８の内容物は、所定の画像マーキング物質と圧縮液体／圧縮気体／超臨界流体との完全な接触を保証するために混合装置を使用して好適に混合される。混合処理が進行するにつれて、マーキング物質は圧縮液体／圧縮気体／超臨界流体の内部で溶解或いは分散される。マーキング物質の量と混合の進行速度を含めて、溶解／分散の処理は、調合貯留器２８内の、マーキング物質自体、マーキング物質の粒径と粒径分布(マーキング物質が固体の場合)、使用される圧縮液体／超臨界流体、温度及び圧力に依存する。混合処理が完了すると、マーキング物質と圧縮液体／圧縮気体／超臨界流体の混合又は調合は、調合チャンバ内の温度と圧力が一定に維持されている限りいつまでも同じ状態で収容されているような方法で、マーキング物質が圧縮液体／圧縮気体／超臨界流体内に溶解或いは分散されるので、熱力学的に安定／準安定になる。もし貯留器内の温度と圧力の熱力学的条件が変化しなければ、調合チャンバ内部でマーキング物質の粒子の沈殿、析出及び／又は集塊がないので、この状態は他の物理的な混合とは区別される。従って、本発明のマーキング物質と圧縮液体／超臨界流体の混合物或いは調合物は、熱力学的に安定／準安定であると言える。この熱力学的に安定／準安定である混合物或いは調合物は、排出デバイス５０と偏向機構５１を通じて、調合貯留器２８から制御可能に放出される。
排出処理中、マーキング物質は、温度及び／又は圧力の状態が変化するに連れて、圧縮液体／超臨界流体から析出する。析出したマーキング物質は、偏向機構５１を通じて排出デバイス５０により、集束及び／又は平行ビームとして、好ましくは被印刷物１８の方へ指向させられる。本発明はまた、第１一定面積部１２０の直径と、プリントヘッド３０と被印刷物１８の距離とが適正に小さいとの条件で、非平行或いは拡散したビームを用いて実行されることが可能である。例えば、第１一定面積部１２０の直径が１０μｍである排出デバイス５０において、ビームは、約６０μｍ(多くの印刷用途に対する通常の印刷ドットサイズである)の印刷ドットサイズを作るために、被印刷物１８に衝突する前に拡散することができる。排出デバイス５０のこれらのサイズの直径は、集束イオンビーム加工や、ＭＥＭＳプロセスなどの現代の製造技術で作り出すことができる。
被印刷物１８に堆積されるマーキング物質の粒径は、典型的には、１ｎｍから１０００ｎｍまでの範囲である。粒径分布は、排出デバイス１０５の温度及び／又は圧力の変化速度、排出デバイス５０に対する被印刷物１８の位置、及び排出デバイス５０の外部の周囲条件を制御することにより、均一となるように制御される。
プリントヘッド３０はまた、マーキング物質の制御された析出及び／又は凝集を許容するために、調合の温度と圧力を適切に変化させるように設計されている。圧力が典型的には段階的に下がるにつれて、調合流体の流れはそれ自体活性化される。続いて起こる調合条件への変化(圧力変化、温度変化など)は、超臨界流体及び／圧縮気体／或いは圧縮液体の蒸発と相まって、マーキング物質の析出及び／又は凝集を引き起こす。結果として生じる析出及び／又は凝集されたマーキング物質は、精密かつ正確に被印刷物１８上に堆積する。超臨界流体／圧縮気体／圧縮液体の蒸発は、排出デバイス５０の外部に位置する領域で起こり得る。或いは、超臨界流体及び／又は圧縮液体の蒸発は、排出デバイス５０の内部で始まり、排出デバイス５０の外部に位置する領域に続き得る。或いは蒸発は、排出デバイス５０の内部で起こり得る。
調合物が排出デバイス５０を通じて移動するとき、マーキング物質と超臨界流体／圧縮気体／圧縮液体のビーム(流れなど)が形成される。析出及び／又は凝集されたマーキング物質の大きさが排出デバイス５０の出口径と実質的に等しいときは、析出及び／又は凝集されたマーキング物質は排出デバイス５０により平行にされる。析出及び／又は凝集されたマーキング物質の大きさが排出デバイス５０の出口径より小さいときは、析出及び／又は凝集されたマーキング物質は排出デバイス５０により集束される。
被印刷物１８は、析出及び／又は凝集された所定のマーキング物質が被印刷物１８上に堆積されるように通路に沿って配置される。排出デバイス５０から被印刷物１８への距離は、超臨界流体及び／又は圧縮液体が被印刷物１８に到達する前に、液相及び／又は超臨界相から気相へと蒸発するように選択される。従って、後に続く受像体乾燥処理は必要ない。また、被印刷物１８中のマーキング物質の位置が制御され得るように、被印刷物１８が電気的に或いは静電気的に帯電されるようにしても良い。
マーキング物質の個々の粒子が排出デバイス５０から排出される速度を制御することも、また、望ましい。プリントヘッド３０の内部から動作環境に相当な圧力低下があるとき、圧力差は、プリントヘッド３０の位置エネルギーを、マーキング物質粒子を被印刷物１８上へ進ませる運動エネルギーに変換する。これらの粒子の速度は、適切な排出デバイス５０と偏向機構５１により制御され得る。排出放置５０のデザイン(design)と被印刷物１８に対する位置はまた、マーキング物質堆積のパターンを決定する。
排出デバイス５０の温度もまた制御され得る。排出デバイスの温度制御は、排出デバイス５０の開口部が所望の流量特性を必ず維持するように、特別な用途の要求に応じて制御される。
被印刷物１８は、有機物、無機物、有機金属(metallo-organic)、金属、合金、セラミック、合成及び／又は天然高分子、ゲル、ガラス、或いは複合材料を含め、あらゆる固体物質であり得る。被印刷物１８は多孔性であっても良く無孔性であっても良い。更に、被印刷物１８は一層以上の層を有し得る。被印刷物１８は一枚の規定サイズのシートであっても良い。その代りに、被印刷物１８は連続した膜であっても良い。
カラー全般を改良し保護膜などを供給するために、追加的なマーキング物質が、プリントヘッド３０を通して分与され得る。追加的なマーキング物質が含まれる場合には、逆止弁(チェックバルブ：check valve)とプリントヘッドのデザインは、マーキング物質の汚染を低減することを助勢する。更に、予混合される所定のマーキング物質と超臨界流体及び／又は圧縮液体を収容した予混合貯留器２８が、管１１０を介しプリントヘッド３０に対して流体が流通するように接続される。予混合貯留器２８は、１つの貯留器の内容物が他の貯留器の内容物より早急に消費されそうな用途では、１組のものとして或いは独立して供給され交換され得る。予混合貯留器２８の大きさは、内容物の予想される使用に依存して変えられ得る。予混合貯留器２８は、供給通路２６を介して排出デバイス１０５に接続される。複数色のカラー印刷が所望の場合には、排出デバイス１０５と供給通路２６とが、特定の予混合貯留器２８のために別に設けられる。
図５及び図６を参照すれば、本発明の更なる実施形態の概略図が示されている。図５及び図６に示されている実施形態は、１つのノズルと１つの偏向機構を示している。しかし、実際には、連続式マーキング装置８では、複数のノズルと偏向機構が一般的に使用されている。
析出したマーキング物質は、好ましくは、適切に形づくられた排出デバイス５０により、連続的に被印刷物１８の方へ指向させられる。排出デバイス５０は、図５に示された配置のノズル１６、或いは図６に示された配置の空気力学的レンズ１９９であり得る。マーキング物質の流れは、排出デバイスから出ると直ぐに、図５及び図６に示された２つの経路の１つに従う。マーキング物質の流れは、第１の経路３０１に従い、マーキング物質再生ユニット１９と接続されたガター１７に堆積される。マーキング物質の流れは、偏向機構５１により第２の経路３０２に選択的に偏向され、被印刷物１８上に溶剤を含まないマーキング物質として堆積される。その代りに、第１の経路３０１が被印刷物１８に終端をもつ物質供給の経路であり、第２の経路３０２がガターへの経路となっても良い。
溶剤を含まないマーキング物質を被印刷物１８の方に偏向させるために使用する偏向機構５１は、平行板装置或いはアインツェルレンズ(einzel lens)装置であっても良い。その代りに、偏向機構５１は、当業者に知られた他の形式の静電式の偏向装置であっても良い。
選択的に偏向される前に、マーキング物質の流れは、当業者に知られたいろいろな方法で帯電されることができる。例えば、調合貯留器２８は、物質が排出デバイス５０から排出される前に物質粒子を電気的に帯電する電源３０３を有することができる。物質粒子の帯電により、選択された物質粒子は、偏向機構５１(例えば、平行板装置)により偏向されることが可能となる。また、マーキング物質は、マーキング物質の流れが排出デバイス５０から排出されるとき帯電され、更なる帯電を必要としないようにも選択され得る。
上記に記載された各実施形態は、超臨界流体とマーキング物質とのネットワーク化された供給手段にさらに印刷装置を追加することにより、大規模印刷運用の印刷ネットワークに組み込まれることが可能である。プリンタのネットワークは、あらゆる好適な制御装置を使用して制御される。さらに、蓄積タンク(tank)は、ネットワーク全体にわたって圧力レベルを維持するためにネットワーク内部の様々な位置に配置され得る。
本発明はある好適な実施形態に特に関連して詳細に記載されているが、本発明の範囲内で変形及び変更がもたらされることが理解できる。
本発明に基づく第１の実施形態の概略図である。 図１に示した実施形態の印刷の制御環境を示す説明図である。 マーキング物質のビームを平行にできるノズルを示す説明図である。 マーキング物質のビームを平行にできるノズルを示す説明図である。 マーキング物質のビームを平行にできる空気力学的レンズを示す説明図である。 図１に示した実施形態の概略図である。 本発明に基づく第２の実施形態の概略図である。
符号の説明
８ 連続式マーキングシステム
１０ 画像ソース
１２ 画像処理ユニット
１４ 電圧制御回路
１６ ノズル
１７ ガター
１８ 被印刷物
１９ マーキング物質再生ユニット
２０ サブストレイト搬送システム
２２ サブストレイト搬送制御
２４ マイクロコントローラ
２６ マーキング物質貯留圧力調整器
２８ 貯留器
３０ プリントヘッド
５０ 排出デバイス
５１ 偏向板
１００ 圧縮流体源
１０１ マーキング物質源
１０３ ポート
１１８ 第１可変面積部
１２０ 第１一定面積部
１２２ 第２可変面積部
１２４ 排出デバイス端部
１２５ 第２一定面積部
１８０ チャンバ
１８１ 圧力調節器
１８２ 圧力センサ
１８４ 温度センサ
１８５ 流量制御装置
１８６ 供給通路
１８７ 温度調節器
１９０ 圧縮流体源
１９９ 空気力学的レンズ
２００ レンズ装置
２０１ 軸開口部
３０１ 第１の経路
３０２ 第２の経路
３０３ 電源

Claims (3)

  1. 溶剤を含まないマーキング物質を受像体に連続して供給する連続式マーキング装置であって、
    出口を有し圧縮流体溶剤とマーキング物質との熱力学的に安定した混合物の加圧された貯留器と流体が流通している排出デバイスを備えたプリントヘッドであって、マーキング物質が排出デバイスを通じて排出された後には溶剤を含まなくなるプリントヘッドと、
    上記排出デバイスの出口に対して位置決めされる偏向機構であって、第１の経路から離れて第２の経路にマーキング物質を選択的に偏向させるのに適した偏向機構と、を有することを特徴とする連続式マーキング装置。
  2. 上記排出デバイスは、空気力学的レンズであることを特徴とする請求項１記載の連続式マーキング装置。
  3. 溶剤を含まないマーキング物質を受像体に連続して供給する連続式マーキング方法であって、
    圧縮流体溶剤とマーキング物質との熱力学的に安定した混合物の加圧された貯留器を提供するステップと、
    第１の経路に沿って圧縮流体溶剤とマーキング物質との熱力学的に安定した混合状態にある混合物を供給するステップであって、マーキング物質が溶剤を含まなくなるステップと、
    上記第１の経路から離れて第２の経路にマーキング物質を選択的に偏向させるステップと、を有することを特徴とする連続式マーキング方法。
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