JP2016203619A - 親水性の印刷媒体に疎水性構造を形成するシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】疎水性構造を親水性の印刷媒体に形成する方法を提供する。【解決手段】複数のインクジェットを動作させて、疎水性材料の配列を、プロセス方向に所定の速度で移動する印刷媒体の第１の側に形成することを含む。方法は、印刷媒体を、対流加熱器を通過して所定の速度で移動させて、疎水性材料が印刷媒体に浸潤可能となり、疎水性構造を印刷媒体内に形成することを、さらに含む。【選択図】なし

Description

本開示は、一般的には、多孔質基材における疎水性材料の沈着を制御するシステムおよび方法に関し、より具体的には、インクジェット印刷システムにおいて親水性の印刷媒体に疎水性構造を形成するシステムおよび方法に関する。

紙ベースの化学分析デバイスは、紙基材、流体チャネルおよび他の流体構造を紙に形成するワックス、および、１つ以上の試薬を含む。紙ベースの化学分析デバイスの一般的な例は、紙で作製される生物医学的試験デバイスを含み、生化学分析および診断を、血液、尿、および唾液などの試験流体において行う。デバイスは小型で軽量かつ低価格であり、例を挙げるだけでも、健康管理、軍事、および国家防衛における診断デバイスとして潜在的な用途を有する。アート紙診断デバイスの現状は、ワックスが紙に印刷された後にワックスチャネルのリフローが制御されないことに起因する、流体の特性分解能および製造互換性に制限される。

図７Ａおよび図７Ｂは、リフロー炉において紙基材上に形成されるワックスを溶解するための従来技術のプロセスを描写する。溶解プロセスでは、ワックスが、紙の表面上の層に残るのではなく、紙の中へ浸潤する必要がある。図７Ａにおいて、リフロー炉は、固形ワックスを伴う紙基材を約１５０℃の温度まで加熱する。紙全体およびワックスは、等方性手法と同じ温度まで加熱される。図７Ｂに描写されるように、ワックスは、多孔性の紙の内部および紙の表面全体の両方に、ほぼ均一に溶解および拡散する。従来技術のリフロー炉は、生物医学的デバイスの少量生産に使用され得る。ワックスは、リフロー炉が紙を保持する間、紙の内部に１分以上にわたって溶解および浸潤する。

図７Ａの炉などの従来技術のリフロー炉は、紙基材内部に形成される構造を含む生物医学的デバイスおよび他のデバイスの大量生産に使用するのに適さない。例えば、１つの実施形態において、カットシートのインクジェットプリンタは、ワックスまたは別の適切な疎水性材料の印刷パターンを一枚の紙の上に形成し、図７Ａのリフロー炉が紙を２分間加熱してワックスが紙に浸潤するようにする。しかしながら、効率的な手法による多数の生物医学的デバイスの大量生産では、印刷パターンを大きなロール紙または他の適切な基材の上に形成する大規模なインクジェット印刷システムを使用する必要がある。従来技術のリフロー炉は、大規模な印刷システムを用いる生物医学的デバイスの大量生産に関して実現困難である。したがって、従来技術のリフロー炉を必要としない生物医学的デバイスの生産のための改良された方法およびシステムが、有益であろう。

１つの実施形態において、疎水性構造を親水性の印刷媒体に形成する方法が、開発されている。方法は、媒体搬送で、親水性材料で形成される印刷媒体をプロセス方向に、第１の印刷ゾーンおよび対流加熱器を通過して所定の速度で移動させること、コントローラで、第１の印刷ゾーンの第１の複数のインクジェットを動作させて、疎水性材料の第１の所定の配列を印刷媒体の第１の側の領域上に、印刷媒体が第１の印刷ゾーンを通過する際に形成すること、および、対流加熱器を動作させて、疎水性材料の第１の所定の配列が親水性の基材に浸潤可能となり、少なくとも１つの疎水性構造を印刷媒体の領域内に、印刷媒体の領域が対流加熱器を通過する際に形成すること、を含む。

別の実施形態において、疎水性構造を親水性の印刷媒体に形成するよう構成されるインクジェットプリンタが、開発されている。プリンタは、疎水性材料の滴を親水性材料で形成される印刷媒体の第１の側の上へ排出するよう構成される第１の複数のインクジェットを含む第１の印刷ゾーンと、対流加熱器と、印刷媒体をプロセス方向に第１の印刷ゾーンおよび対流加熱器を通過して移動させるよう構成される媒体搬送器と、第１の印刷ゾーンにおける第１の複数のインクジェット、対流加熱器、および媒体搬送器と動作可能に接続されるコントローラと、を含む。コントローラは、媒体搬送器を動作させて印刷媒体をプロセス方向に所定の速度で移動させ、第１の印刷ゾーンにおける第１の複数のインクジェットを動作させて疎水性材料の第１の所定の配列を印刷媒体の第１の側の領域に、印刷媒体が第１の印刷ゾーンを通過して移動する際に形成し、および、対流加熱器を動作させて疎水性材料の第１の所定の配列が親水性の基材に浸潤可能となり、少なくとも１つの疎水性構造を印刷媒体の領域内に、印刷媒体の領域が対流加熱器を通過して移動する際に形成するよう、構成される。

疎水性構造を親水性基材に形成する装置の上述した態様および他の特徴は、添付の図と関連して以下の記載に説明される。

図１Ａは、疎水性構造を親水性の印刷媒体に形成するインクジェット印刷システムの概略図である。 図１Ｂは、疎水性構造を親水性の印刷媒体に形成するインクジェット印刷システムの別の実施形態の概略図である。 図２は、疎水性構造を親水性の印刷媒体に形成するインクジェットプリンタの別の実施形態の概略図である。 図３は、図２のプリンタにおける媒体経路の一部分の概略図である。 図４は、疎水性構造を親水性の印刷媒体に形成するプロセスのブロック図である。 図５は、図１Ａ、図１Ｂ、および図２の印刷システムに組み込まれる対流加熱器を描写する概略図である。 図６は、親水性の印刷媒体の反対側に形成される疎水性材料の２つの配列を描写する図である。 図７Ａは、基材の表面上に形成される疎水性材料を溶解する従来技術のリフロー炉の図である。 図７Ｂは、従来技術の拡散プロセスにおける図７Ａのリフロー炉の基材上の疎水性材料の拡散を描写する図である。

本明細書に開示されるシステムおよび方法の実施形態を、システムおよび方法の詳細と共に一般的に理解するために、図が参照される。図において、同様の参照番号は、全体を通して同様の要素を規定するために使用されている。本明細書において使用される場合、「プリンタ」という用語は、デジタルコピー機、製本機、ファクシミリ機、多機能機器など、画像を樹脂または着色剤で媒体上に作成する任意の装置を網羅する。以下の記載において、プリンタは、さらに、溶解したワックス、相変化インク、または、他の疎水性材料を、紙などの多孔質基材上へ沈着させるよう構成される。一部の実施形態において、以下に記載されるプリンタがインクジェットプリンタであり、疎水性の相変化材料が相変化インクであり得る一方で、一部の構成において、疎水性材料は、光学的に透明なワックスまたは特定の色を有さない他の材料である。以下に提示される疎水性材料の視覚表現は、図示のみを目的とするものであり、以下に記載される異なる実施形態は、無着色であるか、または、化学分析デバイスでの使用に適切な任意の色で着色された、疎水性材料を使用する。

プリンタは、温度勾配および圧力を、疎水性材料を拡散して疎水性材料が多孔質基材内へ浸潤可能となる基材に印加し、基材を通過する水を含む液体の毛細管流動を制御するチャネルおよびバリアを含む疎水性構造を形成するよう、選択的に構成される。

本明細書において使用される場合、「親水性材料」および「親水性基材」という用語は、水を吸収し水が材料を通過して毛管現象により拡散可能となる材料を指す。親水性基材の１つの一般的な例は、セルロースフィルタ紙、クロマトグラフィー紙、または、任意の他の適切な種類の紙など、紙である。親水性基材は、水、および、血液、尿、唾液、および他の生体液など、水を含む他の生体液が、基材内へ拡散可能な、多孔質基材から形成される。以下に記載されるように、疎水性材料が親水性基材に埋め込まれ、流体チャネルバリアおよび親水性基材を通過する流体の拡散を制御する他の疎水性構造を形成する。

本明細書において使用される場合、「疎水性材料」という用語は、水への付着に抵抗し毛管運動による水の流れに対して実質的に不浸透性である任意の材料を指す。紙などの多孔質基材に埋め込まれると、疎水性材料はバリアとして作用し、疎水性材料を含む基材の一部分を通過する水の拡散を防ぐ。疎水性材料は、さらに、血液、尿、唾液、および他の生体液など、水を含む多くの流体に対するバリアとして作用する。以下に記載されるように、疎水性材料は多孔質基材に埋め込まれて、基材を通過する液体の毛細拡散を制御するチャネル壁および他の構造を含む疎水性構造を形成する。１つの実施形態において、基材は、さらに、流体サンプルの様々な特性をテストするために使用される生化学的な試薬を含む。疎水性材料はチャネルを形成し、化学的な試薬の沈着を有する基材の異なる位置に流体を向かわせる。疎水性材料は、さらに、チャネル内の流体に対して実質的に化学的に不活性であり、疎水性材料と流体との間の化学反応を減少または消失させる。流体の単一のサンプルは基材のチャネルを通過して拡散し、異なる試薬と基材の異なる位置で反応して、複数の生化学的なテストを単一の流体サンプルで行うための簡易で低価格なデバイスを提供する。

本明細書において使用される場合、「相変化材料」という用語は、室温で標準的な気圧（例えば、２０℃で一気圧）において固相であり、高温および／または高圧レベルで液相である、疎水性材料を指す。本明細書において使用される疎水性の相変化材料の例は、ワックスおよび相変化インクを含む。本明細書において使用される場合、「相変化インク」という用語は、室温で実質的に固体であるが、高温で軟化かつ液化する種類のインクを指す。一部のインクジェットプリンタは、相変化インクの液化された滴を、回転ドラムまたはエンドレスベルトなどの間接的な画像受信表面上へ排出し、潜在的なインク画像を形成する。潜在的なインク画像は、紙などの基材へ転写される。他のインクジェットプリンタは、インク滴を直接的に、紙または紙の長いロールなどの印刷媒体上へ排出する。液体状態において、相変化材料は、紙などの多孔質基材に浸潤し得る。

従来のインクジェットプリンタにおいて、相変化インクは、基材の１つの側へ、両面印刷動作においては異なる相変化インク画像を基材の両面に転写する選択肢を伴って、転写される。プリンタは、相変化インク滴を基材の表面上へ拡散し、相変化インク画像を印刷媒体の表面上で冷却および固体化して、印刷画像を形成する。しかしながら、以下に記載される実施形態は、熱および圧力を基材の表面上の相変化インクまたは別の疎水性材料に印加して、疎水性材料が多孔質材料を通過して基材に浸潤可能となり、基材を通過する流体の拡散を制御する基材の厚さを通過する３次元バリアを形成する。

図１Ａは、疎水性材料で親水性の基材に構造を形成するインクジェット印刷システム１００の概略図を描写する。システム１００は、第１の側の印刷ゾーン１０４、第２の側の印刷ゾーン１０８、両面の対流加熱器１１２、および、デジタルコントローラ１２０を含む。第１の側の印刷ゾーン１０４および第２の側の印刷ゾーン１０８は各々、複数のインクジェットを含む少なくとも１つの印字ヘッドを含む。インクジェットは疎水性材料の滴を放出し、疎水性材料の所定の印刷配列を、親水性の印刷媒体１５２の第１および第２の側に形成する。デジタルマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラなどのデジタルコントローラ１２０は、プリンタ１００の他のコンポーネントに加えて、印刷ゾーン１０４および１０８の印字ヘッドの動作を制御する。システム１００において、印刷媒体１５２は、紙長のロール紙または他の親水性の基材材料など、連続した印刷媒体である。システム１００において、媒体搬送器（図示せず）は、長い印刷媒体１５２をプロセス方向Ｐに、第１の側の印刷ゾーン１０４、第２の側の印刷ゾーン１０８、および、両面の対流加熱器１１２を通過させる。媒体搬送器の典型的な実施形態は、１つ以上のローラおよびアクチュエータを使用して、印刷媒体１５２を支持してプロセス方向Ｐに所定の速度で移動させる。

動作中、印刷媒体１５２は、プロセス方向Ｐに第１の印刷ゾーン１０４および第２の印刷ゾーン１０８を通過して移動する。第１の印刷ゾーン１０４のインクジェットは、疎水性材料の滴を排出して、第１の所定の配列１６０を印刷媒体１５２の第１の側の領域上に形成する。印刷媒体１５２は、第２の複数のインクジェットが疎水性材料の滴を排出して第２の配列１６２を印刷媒体１５２の領域の第２の側に形成する、第２の側の印刷ゾーン１０８を過ぎて移動し続ける。プリンタ１００において、印刷ゾーン１０４および１０８は、疎水性材料の印刷配列を印刷媒体１５２の同じ領域の２つの異なる側に形成する別個の印字ヘッドを含む。他の実施形態において、媒体搬送器は、印刷媒体を印字ヘッドの第１の印刷ゾーンに戻し印刷媒体の第２の側に印刷する両面印刷デバイスを含む。図１Ａが疎水性材料の印刷配列を印刷媒体の両面に形成する両面印刷システムを描写する一方で、代替のプリンタの実施形態は、疎水性材料の配列を印刷媒体の一方の側に形成するのみである。

印刷ゾーン１０４および１０８は、疎水性材料の印刷配列をミラー配列で印刷媒体１５２の両側に形成し、疎水性材料が印刷媒体を両面から浸潤および融合可能となり、疎水性構造を印刷媒体１５２の親水性材料に形成する。例えば、図６は、疎水性材料で形成される流体テストチャンバの２つの印刷配列６０４および６０８を描写する。配列６０８の印刷パターンは、線６１２に沿って対応する配列６０４の印刷パターンに対してミラリングされる。コントローラ１２０は、印刷ゾーン１０４および１０８のインクジェットを動作させて、疎水性材料のミラー配列を互いに直線上に印刷媒体１５２の両面に形成する。

図１Ａを再び参照すると、印刷媒体は、プロセス方向Ｐに両面の対流加熱器１１２を通過して移動し続ける。両面の対流加熱器１１２は、電気加熱器など少なくとも１つの加熱素子、および、少なくとも１つのファンを含む。加熱素子は熱を生成し、空気を所定の温度まで対流加熱器１１２内で暖めて、ファンは暖められた空気を印刷媒体の周囲に循環させ、対流熱を加熱器１１２から印刷媒体の第１および第２の側に形成される疎水性材料へ搬送するよう促す。図５は、両面の対流加熱器１１２の１つの実施形態を、より詳細に描写する。図５の実施形態において、対流加熱器１１２は、印刷媒体１５２の第１および第２の側にそれぞれ配置される２つの加熱器要素５０４Ａおよび５０４Ｂを含む。対流加熱器１１２は、さらに、印刷媒体１５２の第１および第２の側の周囲にそれぞれ加熱された空気を循環させる２つのファン５０８Ａおよび５０８Ｂを含む。

対流加熱器１１２において、印刷媒体１５２の第１および第２の側に形成される疎水性材料は、軟化および溶解する。溶解した疎水性材料は印刷媒体１５２の多孔質の親水性材料内に浸潤し、印刷媒体１５２の厚さを通過して延びる疎水性構造を形成する。印刷媒体１５２が対流加熱器１１２を出た後、疎水性材料は冷却および固体化して、耐久性のある疎水性構造を印刷媒体１５２に形成する。液化した疎水性材料の拡張距離Ｌは、ウォッシュバーンの式により与えられる：

ここで、γは溶解した疎水性材料の表面張力であり、Ｄは印刷媒体１５２の孔の孔径であり、ｔは上昇した温度により疎水性材料の粘度が減少する、基材の対流加熱器における滞留時間であり、ηは溶解した疎水性液体の粘度である。表面張力γおよび粘度ηの用語は、疎水性材料の特性から実験的に判定される。孔径Ｄは、印刷媒体１５２を形成する紙または他の親水性材料の種類から実験的に判定される。対流加熱器は、疎水性材料の粘度ηに対する直接的または間接的な制御を、疎水性材料および基材が対流加熱器を通過して媒体経路に沿って移動する際に有する。プリンタは、疎水性材料の２つの層を支える印刷媒体の速度を制御して、どのくらい疎水性材料が液化状態で対流加熱器に留まるかに対応する時間ｔを制御する。

対流加熱器において、ワックスまたは相変化インクなどの疎水性材料は、材料の温度に基づく様々なレベルの粘度で液体状態に移行する。液化された疎水性材料の粘度は、材料の温度と反比例の関係にある。対流加熱器は、制御された加熱プロセスを適用し、印刷媒体の両面に形成される疎水性材料が印刷媒体内へ制御された手法で浸潤可能となる。疎水性材料の２つの層が親水性の印刷媒体内へ融合し、実質的に印刷媒体の厚さ全体を通過して延びる流体チャネルおよび他の疎水性構造を形成する。

上述されたように、印刷システム１００は、対流加熱器１１２内の温度および気流、および、印刷媒体１５２の各領域が対流加熱器１１２に留まる時間を制御して、疎水性材料の印刷媒体１５２内への溶解および拡散を制御する。１つの構成において、対流加熱器１１２は、約１．６メートルの長さを有する印刷媒体１５２の範囲を暖める。対流加熱器１１２内の印刷媒体の「滞留時間」は、印刷媒体の各位置が対流加熱器１１２内に留まる時間を指す。例えば、媒体搬送器が印刷媒体１５２を毎秒１．６５メートルの速度で移動させる１つの実施形態において、対流加熱器１１２における滞留時間は、約０．９７秒である。１つの構成において、加熱器５０４Ａおよび５０４Ｂは対流加熱器１１２内の空気を約１９０℃まで加熱し、ファン５０８Ａおよび５０８Ｂは加熱された空気を毎分約３２５立方メートルの割合で循環させる。代替的な構成において、加熱器５０４Ａおよび５０４Ｂは空気を約１８０℃〜２００℃の範囲の温度まで加熱し、ファン５０８Ａおよび５０８Ｂは空気を毎分約３００立方メートル〜毎分３５０立方メートルの範囲で循環させる。

図１Ｂは、インクジェット印刷システム１５０の別の実施形態の概略図を描写する。インクジェット印刷システム１５０は、さらに、第１の印刷ゾーン１０４、第２の印刷ゾーン１０８、両面の対流加熱器１１２、および、印刷システム１００のコントローラ１２０を含む。図１Ｂの構成において、第１の印刷ゾーン１０４および第２の印刷ゾーン１０８は、疎水性材料の滴を、それぞれ印刷媒体１５２の第１および第２の側へ同時に排出するよう構成される。したがって、図１Ｂの構成において、第１の印刷ゾーン１０４におけるインクジェットは、第２の印刷ゾーン１０８におけるインクジェットが疎水性材料１６２の第２の側の配列を形成する動作と同時に、疎水性材料１６０の第１の側の配列を形成する。

図１Ａおよび図１Ｂの両方の実施形態において、媒体搬送器は、連続した印刷媒体１５２を、第１の印刷ゾーン１０４、第２の印刷ゾーン１０８、および、両面の対流加熱器１１２を過ぎて、実質的に均一の速度で移動させ、印刷された疎水性構造１７０を印刷媒体１５２の親水性材料に形成する。両面の対流加熱器１１２は、第１の側の配列１６０および第２の側の配列１６２の両方における疎水性材料の溶解を制御し、疎水性材料が印刷媒体１５２に制御された手法で、印刷媒体１５２がプロセス方向Ｐに移動し続ける間に、浸潤可能となる。システム１００および１５０の１つの実施形態において、媒体搬送器は印刷媒体１５２を毎秒約１．６５メートルの速度で移動させ、印刷媒体１５２の各位置は両面の対流加熱器１１２を約１秒で通過させる。したがって、両面の対流加熱器１１２は、疎水性材料を第１の配列１６０および第２の配列１６２において溶解し、溶解された疎水性材料が、印刷媒体１５２の厚さを通過して延びる疎水性構造１７０を、従来技術のリフロー炉で必要な数分間の代わりに、約１秒で形成可能となる。

図２は、疎水性構造を親水性の連続する印刷媒体に形成するよう構成されるインクジェットプリンタ５の別の実施形態を描写する。図２は、疎水性材料の印刷配列をプリンタの印刷ゾーンに配置される複数の印字ヘッドを使用して生成するよう構成される、シートに向けられた連続媒体の相変化インクジェットプリンタ５の簡略化された概略図である。媒体供給および処理システムは、「基材」の長い（例えば、実質的に連続的な）媒体のウェブ１４を、ウェブローラ８に搭載される一巻きの媒体１０などの媒体ソースから供給するよう構成される。単純な印刷のために、プリンタは、ウェブローラ８、媒体調節器１６、印刷ゾーンまたは印刷ステーション２０、および、巻取りユニット９０を含む。両面動作のために、ウェブインバータ８４は、ウェブを反転させて媒体の第２の側を印刷ステーション２０へ、巻取りユニット９０により巻き取られる前に提示するために使用される。単純な動作において、媒体ソース１０は、媒体がプリンタを通って移動するローラ１２および２６の幅を実質的に覆う幅を有する。両面動作において、媒体ソースは、ローラの幅の約半分の幅を有する。したがって、ウェブは、印刷ステーション２０におけるローラの長さの約半分にわたって、インバータ８４により反転されてウェブが印刷ステーション２０におけるローラの長さの他方の半分にわたって移動可能となる距離だけ横方向に変位する前に、移動し得る。巻取りユニット９０は、プリンタからの除去および後続の処理のために、ローラ上へウェブを巻き取るよう構成される。

媒体は必要に応じてソース１０から巻き戻され、１つ以上のローラを回転する様々なモータ（図示せず）により推進され得る。媒体調節器は、ローラ１２および予熱器１８を含む。ローラ１２は、媒体が経路に沿ってプリンタを通過して移動する際に、巻き戻し媒体の張力を制御する。代替の実施形態において、媒体は経路に沿って切断シートの形式で、媒体供給および処理システムが、切断された媒体のシートの予期される経路に沿った撮像デバイスを通過する搬送が可能となる、任意の適切なデバイスまたは構造を含み得る場合に、搬送され得る。予熱器１８は、ウェブを、使用されるインクの種類、色、および数と共に、印刷される媒体の種類に対応する所望の画像特性に対して選択される初期の所定の温度にする。予熱器１８は、接触熱、放射熱、伝導熱、または、対流熱を使用して、媒体を、１つの実際の実施形態において、約３０℃〜約７０℃の範囲の対象予熱温度にする。

媒体は、一連の色ユニット２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、および２１Ｄを含む印刷ステーション２０を通過して搬送され、各色ユニットは媒体の幅にわたって効率的に延び、マーキング剤を直接的に（すなわち、中間またはオフセット部材を使用せずに）移動媒体上へ置くことができる。コントローラ５０は、色ユニット２１Ａ〜２１Ｄと制御線２２を介して動作可能に接続される。色ユニット２１Ａ〜２１Ｄの各々は、互い違いの配列でクロスプロセス方向に媒体ウェブ１４全体に配置される複数の印字ヘッドを含む。一部の実施形態において、色ユニット２１Ａ〜２１Ｄのうちの少なくとも１つは、疎水性材料の滴を媒体ウェブ１４の表面上へ排出する。一部の実施形態において、複数の色ユニットは、疎水性材料を排出して、疎水性材料の厚い層を、媒体ウェブ１４の表面上に形成される印刷配列に形成する。一部の実施形態において、色ユニット２１Ａ〜２１Ｄの１つ以上は、印刷テキストおよびグラフィックを媒体ウェブの表面上に形成するインクまたは他のマーキング剤の滴を、疎水性構造を媒体ウェブ１４の親水性材料内に形成する疎水性材料の配列に加えて、排出する。

動作中、プリンタのコントローラ５０は、速度データを、４つの印字ヘッドと対向する経路の一部分の片側に配置されるローラと近接して搭載されるエンコーダから受信して、ウェブの位置を、印字ヘッドを過ぎて動く際に計算する。コントローラ５０はこれらのデータを使用して、印字ヘッドにおけるインクジェットを作動させるためのタイミング信号を生成し、色ユニット２１Ａ〜２１Ｄが疎水性材料の滴を媒体ウェブ１４の第１および第２の側の上に信頼性のある正確さで排出可能となり、疎水性構造を媒体ウェブ１内に形成する。発射信号により作動されるインクジェットは、コントローラ５０により処理される画像データに対応する。画像データはプリンタに送信され、プリンタのコンポーネントであるスキャナ（図示せず）により生成されるか、あるいは、電子的または光学的に生成されプリンタへ伝送される。様々な代替の実施形態において、プリンタ５は、異なる数の色ユニットを含む。

色ユニット２１Ａ〜２１Ｄの各々は、それぞれ対応する支持部材２４Ａ〜２４Ｄと関連付けられる。支持部材２４Ａ〜２４Ｄは、典型的に、印字ヘッドと実質的に対向して媒体の裏側に配置されるバーまたはボールの形式である。各支持部材は、媒体を支持部材と対向する印字ヘッドから所定の距離に位置づけるために使用される。図２の実施形態において、各支持部材は、熱エネルギーを放出する加熱器を含み、１つの実際の実施形態において、約４０℃〜約６０℃の範囲の所定の温度まで媒体を加熱する。様々な支持部材は、個々または集合的に制御され得る。予熱器１８、印字ヘッド、支持部材２４（加熱される場合）は、周囲の空気と共に組み合わされて、媒体を印刷ステーション２０と対向する経路の一部分に沿って、約４０℃〜７０℃の範囲の所定の温度に維持する。

部分的に画像化された媒体ウェブ１４が移動して様々な色のインクを印刷ゾーン２０の印字ヘッドから受信する際、プリンタ５は媒体ウェブの温度を所与の範囲内に維持する。色ユニット２１Ａ〜２１Ｄの印字ヘッドは、疎水性材料を、典型的に媒体ウェブ１４の温度より大幅に高い温度で排出する。それにより、インクは媒体を加熱する。したがって、他の温度規制デバイスが、媒体の温度を所定の範囲内に維持するために適用されてよい。例えば、さらに、媒体の後方および前方の気温および気流速度が媒体の温度に影響を及ぼす可能性がある。したがって、送風機またはファンが、媒体の温度の制御を容易にするために利用され得る。このように、プリンタ５は、媒体ウェブ１４の温度を、全てのインクが印刷ゾーン２０の印字ヘッドから噴出するのに適切な範囲内に維持する。媒体の温度の規制を可能とするために、温度センサ（図示せず）が媒体経路のこの部分に沿って配置され得る。

プリンタ５において、媒体搬送器は、媒体ウェブ１４を、印刷ゾーン２０を通過して、第１および第２の側の印刷のために２度移動させる。ウェブインバータ８４は、媒体ウェブ１４を、印刷ゾーン２０の第１の通過後に反転させ、媒体搬送器は、媒体ウェブ１４を印刷ゾーン２０に、第２の側が第２の側の印刷のために色ユニット２１Ａ〜２１Ｄの印字ヘッドへ向いた状態で戻す。図３は、プリンタ５における媒体経路の一部分の概略図を描写する。図３において、印刷ゾーン２０の直列の二重構成は、色ユニット２１Ａ〜２１Ｄの各々の印字ヘッドの第１のセットを通過する媒体ウェブ１４Ａの第１の側を含む。印字ヘッドの第１のセットは、疎水性材料の配列を所定のパターンで媒体ウェブ１４の第１の側に形成する複数のインクジェットを含む。ウェブインバータユニット８４は媒体ウェブ１４を反転させ、媒体搬送器は第２の側１４Ｂを印刷ゾーン２０へ、色ユニット２１Ａ〜２１Ｄの印字ヘッドの第２のセットのために戻して、疎水性材料の配列を媒体ウェブ１４の第２の側に形成する。図３の構成において、第１の側１４Ａに印刷する印字ヘッドの第１のセットは第１の印刷ゾーンを形成し、第２の側１４Ｂに印刷する印字ヘッドの第２のセットは第２の印刷ゾーンを形成する。

対流加熱器１１２を通過して移動した後、媒体搬送器は、媒体ウェブ１４を冷却ロール３３の間および巻取りユニット９０へ移動させる。冷却ロール３３は、例えば、媒体ウェブ１４がプロセス方向に移動する際に均一の温度を維持する２つの金属ロールである。冷却ロール３３は、媒体ウェブ１４および媒体ウェブ１４の疎水性材料から熱を抽出して、疎水性材料を、媒体ウェブ１４の親水性材料の厚さを介して浸潤する耐久性のある構造内で冷却および固体化する。巻取りユニット９０は、スプールまたは他の適切なデバイスを含み、連続する媒体ウェブ１４を、プリンタ５が媒体ウェブ１４の疎水性材料構造を形成した後、巻き取られた形式に戻す。巻き取られた媒体ウェブはプリンタ５から除去され、紙の大きなロールを、プリンタ５において形成される疎水性構造を含む１つ以上の化学分析デバイスを組み込む小さいシートに切断するなど、さらなる処理のために送られる。

印刷ゾーン２０が媒体経路に沿って進み、媒体ウェブ１４は対流加熱器１１２へ移動する。図２の構成において、対流加熱器は媒体ウェブ１４を、媒体ウェブ１４が印刷ゾーン２０を第２の側の印刷のために２度目に通過した後、受信するのみである。対流加熱器１１２は、図１Ａ〜図１Ｂおよび図５に関して上述されたのと同じ手法で動作する、両面の対流加熱器である。プリンタ５において、対流加熱器１１２は、媒体ウェブ１４の周囲の空気を、約１８０℃〜２００℃の範囲の温度まで加熱し、対流加熱器１１２のファンは、加熱された空気を毎分約３００立方メートル〜毎分３５０立方メートルの範囲で循環させる。プリンタ５の媒体搬送器は、媒体ウェブ１４を毎秒約１．６５メートルの速度で移動させ、対流加熱器１１２は、プロセス方向Ｐに沿って約１．６メートルの長さを伴って構成され、対流加熱器１１２における１秒よりわずかに短い滞留時間を提供する。対流加熱器１１２は、疎水性材料を第１の側および第２の側の印刷配列に溶解し、疎水性材料が媒体ウェブ１４に両側から浸潤可能となり、媒体ウェブ１４の厚さ全体を通過して延びる疎水性構造を形成可能となる。

プリンタ５の様々なサブシステム、コンポーネント、および、機能の動作および制御は、コントローラ５０を用いて行われる。コントローラ５０は、プログラム命令を実行する汎用または専門のプログラマブルプロセッサで実装される。メモリ５２は、プログラム機能を行うために必要な命令を包含する命令コード６２を保存する。コントローラ５０は、メモリ５２と動作可能に接続される。メモリ５２は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの揮発性データ保存デバイス、および、磁気および光ディスクまたは固体保存デバイスを含む不揮発性データ保存デバイスを含む。プロセッサ、そのメモリ、および、インタフェース回路は、コントローラおよび／または印刷エンジンを、上述された差異最小化機能などの機能を行うよう構成する。これらのコンポーネントは、印刷回路カードに提供されるか、または、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）の回路として提供される。１つの実施形態において、回路の各々は、別個のプロセッサデバイスで実装される。代替的に、回路は、ＶＬＳＩ回路に提供される個別のコンポーネントまたは回路で実装され得る。さらに、本明細書に記載される回路は、プロセッサ、ＡＳＩＣ、個別のコンポーネント、または、ＶＬＳＩ回路の組み合わせで実装され得る。

以下にさらに詳細に記載されるように、コントローラ５０は、メモリ５２に保存されるプログラム命令６２を実行して、印刷パターンを媒体ウェブ１４上に、疎水性材料の第１の側および第２の側の印刷配列に対応する画像データ６４を参照して形成する。コントローラ５０は、印字ヘッドおよび色ユニット２１Ａ〜２１Ｄにおける対応するインクジェットを動作させて、疎水性材料の印刷配列を媒体ウェブ１４上に、画像データ６４を参照して形成する。コントローラ５０は、印刷配列を、壁、吹き抜け、流体チャネル、および、媒体ウェブ１４の親水性材料を通過する流体の拡散を制御する他の構造の形状に、形成する。プリンタ５において、第１の側および第２の側の画像データは、図６の描写と類似の手法でミラリングされ、疎水性材料の印刷パターンを印刷媒体１４の両側に整列させる。

図４は、疎水性構造を親水性の印刷媒体に生成するためのプロセス４００のブロック図である。以下に議論において、機能または動作を行うプロセス４００への参照は、コントローラの動作に関し、保存されたプログラム命令を実行して、プリンタの他のコンポーネントと連動する機能または動作を行う。プロセス４００は、図１Ａ、図１Ｂ、図２、および図３の印刷システムの実施形態と関連して記載される。

プロセス４００は、媒体搬送器が印刷媒体を所定の速度でプロセス方向に、第１の印刷ゾーン、第２の印刷ゾーン、および、対流加熱器を過ぎて移動させる際に開始される（ブロック４０４）。上記に描写されるように、プリンタの実施形態１００、１５０、および５の各々は、印刷媒体を、毎秒約１．６５メートルなど所定の速度で移動させる。印刷媒体は、プロセス４００の間、停止または速度変化することなく動いたままであり、印刷された疎水性材料が印刷媒体の中へ浸潤可能となり、疎水性構造を形成する。

プロセス４００は、プリンタが疎水性材料の第１の印刷配列を印刷媒体の第１の側に形成する際に継続する（ブロック４０８）。プリンタ５において、コントローラ５０は、媒体ウェブ１４の第１の側に整列される印刷ゾーン２０のインクジェットを動作させ、疎水性材料の印刷配列を、メモリ５２に保存される第１の側の画像データ６４を参照して形成する。疎水性材料の印刷配列は、壁、チャネル、チャンバ、および、印刷媒体に形成される他の疎水性構造に対応する。

プロセス４００は、プリンタが疎水性材料の第２の印刷配列を印刷媒体の第２の側に、疎水性材料の第１の印刷配列と一直線上に形成する際に継続する（ブロック４１２）。上述したように、プロセス４００の一部の実施形態は、疎水性材料の第２の側の印刷を削除し、疎水性構造を印刷媒体に、印刷媒体の片側に形成される疎水性材料の１つの配列のみを使用して形成する。第１の印刷ゾーンおよび第２の印刷ゾーンにおけるインクジェットは、疎水性材料の第１の側および第２の側の印刷配列を、印刷媒体の同じ領域に、プロセス方向に沿って互いに一直線上に形成する。追加的に、プリンタは、疎水性材料の第１の側および第２の側の配列を、図６の印刷配列６０４および６０８の構成などのミラー画像構成に形成し、印刷媒体の第１の側の疎水性材料を印刷媒体の第２の側の対応する疎水性材料に整列させる。

プロセス４００は、プリンタが疎水性材料の第１の側および第２の側の印刷配列を伴う印刷媒体を、対流加熱器を通過して移動させて、疎水性材料が親水性の印刷媒体に浸潤可能となる際に継続する（ブロック４１６）。上述したように、対流加熱器１１２は、１８０℃〜２００℃の範囲などの所定の温度まで空気を加熱し、対流加熱器１１２のファンは、加熱された空気を毎分約３００〜３５０立方メートルの割合で循環させる。対流加熱器における印刷媒体の各領域の滞留時間は、対流加熱器の長さおよび印刷媒体のプロセス方向における所定の速度により決定される。例えば、図１Ａ、図１Ｂ、および図２の実施形態において、対流加熱器は約１．６ｍの長さを有し、媒体搬送器は印刷媒体を、約１．６５ｍ／秒の速度で約０．９７秒の滞留時間の間に移動させる。対流加熱器１１２により、印刷媒体の片側または両側の疎水性材料が溶解して、印刷媒体に制御された手法で浸潤可能となり、印刷媒体における親水性材料の厚さを通過して延びる疎水性構造を形成する。当業者は、上述された温度、気流、および滞留時間のパラメータが、単に本明細書において記載される実施形態の例示であり、代替の対流加熱器および印刷システムの実施形態が異なるパラメータを用いて構成されてよいことを、理解するであろう。

Claims (10)

1. 媒体搬送器で、親水性材料で形成された印刷媒体をプロセス方向に、第１の印刷ゾーンおよび対流加熱器を通過して所定の速度で移動させることと、
   コントローラで、前記第１の印刷ゾーンにおける第１の複数のインクジェットを動作させて、疎水性材料の第１の所定の配列を前記印刷媒体の第１の側の領域上に、前記印刷媒体が前記第１の印刷ゾーンを通過する際に形成することと、
   前記対流加熱器を動作させて、前記疎水性材料の前記第１の所定の配列が前記親水性基板に浸潤可能となり、少なくとも１つの疎水性構造を前記印刷媒体の前記領域内に、前記印刷媒体の前記領域が前記対流加熱器を通過する際に形成することと、
   を備える、疎水性構造を親水性基材に形成する方法。
2. 前記媒体搬送器で、前記印刷媒体を前記プロセス方向に、第２の印刷ゾーンを通過して前記所定の速度で移動させることと、
   前記コントローラで、前記第２の印刷ゾーンにおける第２の複数のインクジェットを動作させて、前記疎水性材料の第２の所定の配列を前記印刷媒体の前記領域の第２の側に、前記印刷媒体が前記第２の印刷ゾーンを通過する際に排出することと、
   前記対流加熱器を動作させて、前記疎水性材料の前記第１の所定の配列および前記疎水性材料の前記第２の所定の配列が前記親水性基材に浸潤可能となり、前記少なくとも１つの疎水性構造を前記印刷媒体の前記領域内に、前記印刷媒体の前記領域が前記対流加熱器を通過する際に形成することと、
   をさらに備える、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１の印刷ゾーンにおける前記第１の複数のインクジェットの前記動作、および、前記第２の印刷ゾーンにおける前記第２の複数のインクジェットの前記動作は、
   前記コントローラで、前記第１の印刷ゾーンにおける前記第１の複数のインクジェットを動作させて、前記疎水性材料の前記第１の所定の配列を前記印刷媒体の前記領域の前記第１の側に、前記第２の印刷ゾーンにおける前記第２の複数のインクジェットを動作させて前記疎水性材料の前記第２の所定の配列を前記印刷媒体の前記領域の前記第２の側に形成する前に、形成すること、
   をさらに備える、請求項２に記載の方法。
4. 前記第１の印刷ゾーンにおける前記第１の複数のインクジェットの前記動作、および、前記第２の印刷ゾーンにおける前記第２の複数のインクジェットの前記動作は、
   前記コントローラで、前記第１の印刷ゾーンにおける前記第１の複数のインクジェットおよび前記第２の印刷ゾーンにおける前記第２の複数のインクジェットを同時に動作させて、前記疎水性材料の前記第１の所定の配列を前記印刷媒体の前記領域の前記第１の側に、および、前記疎水性材料の前記第２の所定の配列を前記印刷媒体の前記領域の前記第２の側に、形成すること、
   をさらに備える、請求項２に記載の方法。
5. 前記第１の印刷ゾーンにおける前記第１の複数のインクジェットの前記動作、および、前記第２の印刷ゾーンにおける前記第２の複数のインクジェットの前記動作は、
   前記コントローラで、前記第２の印刷ゾーンにおける前記第２の複数のインクジェットを動作させて、前記疎水性材料の前記第２の所定の配列を前記印刷媒体の前記第２の側に、前記印刷媒体の前記第１の側における前記疎水性材料の前記第１の所定の配列のミラー配列で形成すること、
   をさらに備える、請求項２に記載の方法。
6. 前記対流加熱器の前記動作は、
   前記対流加熱器を動作させて、第１の所定の温度で加熱された空気を、印刷媒体の周囲に第１の所定の温度で、第１の所定の気流速度で生成し、前記疎水性材料の前記第１の所定の配列が前記親水性基材に浸潤可能となり、前記少なくとも１つの疎水性構造を前記印刷媒体の前記領域内に所定の時間内に形成すること、
   をさらに備える、請求項１に記載の方法。
7. 前記対流加熱器の前記動作は、
   約１８０℃〜２００℃の範囲の前記第１の所定の温度で加熱された空気を生成すること、
   をさらに備える、請求項６に記載の方法。
8. 疎水性材料の滴を、親水性材料で形成される印刷媒体の第１の側へ排出するよう構成される、第１の複数のインクジェットを含む第１の印刷ゾーンと、
   対流加熱器と、
   前記印刷媒体をプロセス方向に、前記第１の印刷ゾーンおよび前記対流加熱器を通過して移動させるよう構成される媒体搬送器と、
   前記第１の印刷ゾーンにおける前記第１の複数のインクジェット、前記対流加熱器、および、前記媒体搬送器と、動作可能に接続されるコントローラであって、前記コントローラは、
   前記媒体搬送器を動作させて、前記印刷媒体を前記プロセス方向に所定の速度で移動させることと、
   前記第１の印刷ゾーンにおける前記第１の複数のインクジェットを動作させて、疎水性材料の第１の所定の配列を前記印刷媒体の第１の側の領域に、前記印刷媒体が前記第１の印刷ゾーンを通過する際に形成することと、
   前記対流加熱器を動作させて、前記疎水性材料の前記第１の所定の配列が前記親水性基材に浸潤可能となり、少なくとも１つの疎水性構造を前記印刷媒体の前記領域内に、前記印刷媒体の前記領域が前記対流加熱器を通過する際に形成することと、
   を行うよう構成される、コントローラと、
   を備える、インクジェットプリンタ。
9. 前記疎水性材料の滴を前記印刷媒体の第２の側へ排出するよう構成される第２の複数のインクジェットを含む第２の印刷ゾーンと、
   前記第２の複数のインクジェットと動作可能に接続され、さらに、
   前記第２の印刷ゾーンにおける前記第２の複数のインクジェットを動作させて、前記疎水性材料の第２の所定の配列を前記印刷媒体の前記領域の前記第２の側へ、前記印刷媒体が前記第２の印刷ゾーンを通過する際に排出すること、および、
   前記対流加熱器を動作させて、前記疎水性材料の前記第１の所定の配列および前記疎水性材料の前記第２の所定の配列が前記親水性基材に浸潤可能となり、前記少なくとも１つの疎水性構造を前記印刷媒体の前記領域内に、前記印刷媒体の前記領域が前記対流加熱器を通過する際に形成すること、
   を行うよう構成されるコントローラと、
   をさらに備える、請求項８に記載のインクジェットプリンタ。
10. 前記コントローラは、
    前記第１の印刷ゾーンにおける前記第１の複数のインクジェットを動作させて、前記疎水性材料の前記第１の所定の配列を前記印刷媒体の前記領域の前記第１の側に、前記第２の印刷ゾーンにおける前記第２の複数のインクジェットの、前記疎水性材料の前記第２の所定の配列を前記印刷媒体の前記領域の前記第２の側に形成するための動作に先立って、形成すること、
    を行うよう、さらに構成される、請求項９に記載のインクジェットプリンタ。