JP4834001B2 - 非接触プリントヘッドメンテナンスステーションを有するインクジェット印刷装置 - Google Patents

Description

（技術分野）
本発明は、インクジェット印刷の分野に関する。

（背景）
インクジェット印刷は、衝撃を与えずに、電子デジタル信号に応答して、紙または透明フィルムのような基板上に配置されるインクの小滴を生成する方法である。

インクジェット印刷システムは、一般的に、連続ストリームおよびドロップオンデマンドの２つのタイプがある。連続ストリームインクジェットシステムにおいて、インクは、少なくとも１つのオリフィスまたはノズルを介して、圧力下の連続ストリームで吐出される。複数のオリフィスまたはノズルはまた、イメージングスピードとスループットとを増加させるために、使用され得る。インクは、オリフィスから排出され、撹乱され、その結果、オリフィスから定距離で、小滴に分解される。分解点において、帯電インク小滴は、デジタルデータ信号に従って、制御され、オン・オフ切り替えされて印加された電極を介して通る。各荷電インク小滴は、制御可能な電場を通る。この電場は、インク削除（ｉｎｋ ｄｅｌｅｔｉｏｎ）および再循環用の側溝に、あるいは画像を生成するための記録媒体上の特定の位置に、各荷電インク小滴を導くために、各小滴の軌道を調整する。画像生成は、電子信号によって制御される。

ドロップオンデマンドシステムにおいて、小滴は、例えば、デジタルデータ信号に従って制御された圧電デバイス、音響デバイス、または熱デバイスによって、生成された圧力によって、記録媒体に直接、オリフィスから排出される。インク小滴が記録媒体に置かれない限り、インク小滴は、生成されず、イメージングデバイスのノズルから排出される。

揮発性インクで稼動するプリントヘッドに対する一つの問題は、インクノズルの中でインクが乾燥することである。プリントヘッドにキャップすることが、ノズルの中でのインクの乾燥を防止するために、一般的に使用される。

（要旨）
一局面において、本発明は、インクジェット印刷システムに関する。該システムは、インク滴が排出され得る１つ以上のノズルを備えるインクジェットプリントヘッドと、溶媒によって湿らされ、該ノズルの近傍に溶媒蒸気を生成するように適合された基板とを含む。

別の局面において、本発明は、流体配送システムに関する。該システムは、流体を配置するように構成される１つ以上のノズルを備える流体配送ヘッドと、溶媒によって湿らされ、該ノズルの近傍に溶媒蒸気を生成するように適合された基板とを含む。

さらに別の局面において、本発明は、インクジェット印刷する方法に関する。該方法は、インク滴を排出するように適合された１つ以上のノズルを備えるインクジェットプリントヘッドを提供するステップと、基板を溶媒で湿らせて、溶媒蒸気を生成するステップと、該インクジェットプリントヘッドと該基板との間の相対的な動きによって、その結果、該ノズルが該基板に隣接し、該溶媒蒸気の近傍となるようにするステップとを含む。

本システムのインプリメンテーションは、以下の１つ以上を含み得る。インクジェット印刷システムは、インク滴が排出され得る１つ以上のノズルを備えるインクジェットプリントヘッドと、該ノズルに隣接する基板とを含み、該基板は、溶媒によって湿らされ、ノズルの周囲に溶媒蒸気を生成するように適合される。該インクジェット印刷システムは、さらに、該１つ以上のノズルを備えるノズルプレートと、該ノズルにインク流体を供給する流体導管とを備える。該基板の表面は、該ノズルプレートと実質的に平行であり得る。該基板の表面および該ノズルプレートは、１０ミリメートルより大きくない距離離れ得る。該基板の表面および該ノズルプレートは、５ミリメートルより大きくない距離離れ得る。該基板の表面および該ノズルプレートは、２ミリメートルより大きくない距離離れ得る。該インクジェット印刷システムは、該プリントヘッドと該基板との間の相対的な動きを生じさせ得るメカニズムをさらに備え得る。該基板の表面および該ノズルは、少なくとも部分的に包囲され得る。該ノズルは、囲い内に、キャップ付けされ得る。該基板の表面および該ノズルは、同じ囲い内に、キャップ付けされ得る。該基板の表面は、加熱され得る。該溶媒蒸気は、該ノズルの表面上に、または該ノズルの周囲に濃縮され得る。該濃縮された溶媒は、回収または再循環（ｒｅｃｙｃｌｅ）される。該基板は、該溶媒を吸収し得る多孔性材料を含み得る。該インクジェット印刷システムは、該基板に溶媒を供給可能な溶媒コンテナをさらに備え得る。該溶媒は、インクの成分を含み得る。該溶媒は、１つ以上の蒸発抑制剤を備え得る。該インクジェットプリントヘッドおよび該基板は、互いに対して静止して保持され得る。該インクジェット印刷システムは、該インクジェットプリントヘッドと該基板との間を搬送して、該ノズルからインク滴を受けるレシーバをさらに備え得る。

本システムのインプリメンテーションは、以下の１つ以上を含み得る。インクジェット印刷する方法は、１つ以上のノズルを備えるインクジェットプリントヘッドを提供するステップと、基板を溶媒で湿らせて、溶媒蒸気を生成するステップと、該基板を該ノズルに隣接して置いて、該溶媒蒸気が該ノズルを囲むようにするステップとを包含する。該方法は、インク流体を該ノズルに供給するステップをさらに包含し得る。該方法は、該基板に該溶媒を供給するステップをさらに包含し得る。該方法は、該１つ以上のノズルを備えるノズルプレートをさらに備え得る。該基板の表面は、該ノズルプレートと実質的に平行であり得る。該基板の表面および該ノズルプレートは、１０ミリメートルより大きくない距離離れ得る。該基板の表面および該ノズルプレートは、５ミリメートルより大きくない距離離れ得る。該基板の表面および該ノズルプレートは、２ミリメートルより大きくない距離離れ得る。該方法は、該プリントヘッドと該基板との間の相対的な動きを生じさせるステップをさらに包含し得る。該基板の表面および該ノズルは、少なくとも部分的に包囲され得る。該ノズルは、囲い内に、キャップ付けされ得る。該方法は、囲い内に、該ノズルをキャップ付けることをさらに包含し得る。該基板の表面および該ノズルは、同じ囲い内に、キャップ付けされ得る。該方法は、該基板の少なくとも一部分を加熱するステップをさらに包含し得る。該溶媒蒸気は、該ノズルの内側表面上に、または該ノズルの周囲に濃縮するステップをさらに包含し得る。該方法は、該濃縮された溶媒は、回収または再循環するステップをさらに包含し得る。該基板は、該溶媒を吸収し得る多孔性材料を含み得る。該方法は、該基板に溶媒を供給するステップと、該基板に提供された該溶媒のフローレートを制御するステップとを包含し得る。該溶媒は、該インクの成分を備え得る。該溶媒は、１つ以上の蒸発抑制剤を備え得る。該方法は、該プリントヘッド内のノズルを洗浄するステップをさらに包含し得る。該方法は、該インクジェットプリントヘッドからのインク滴を受けるレシーバを搬送するステップをさらに包含し得る。該レシーバは、該インクジェットプリントヘッドと該基板との間のギャップを介して、搬送され得る。

実施形態は、以下の１つ以上の利点を含み得る。開示されるインクジェットシステムは、ノズルプレート内のインクノズルで、インクが乾燥するのを防止するために、効率的な配置を提供する。ノズルは、ノズルまたはノズルプレートが、物理的対象物（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｏｂｊｅｃｔ）と接触することを要求することなく、溶媒蒸気内に湿ったまま保たれる。インクメニスカスおよびインクコンテンツは、ノズルに触れないまま、保たれ得る。プリントヘッドは、キャッピングシステムによってメンテナンスされるプリントヘッドに比べて、アイドルモードから印刷モードへと、より迅速に切り替わり得る。開示されるシステムおよび方法は、キャップをノズルプレートにシーリングする複雑な設計を要求しない。開示されるシステムおよび方法は、印刷しない（アイドル）期間にインクジェットプリントヘッドをメンテナンスするのに有利である。

１つ以上の実施形態の詳細は、以下の添付図面と説明とで述べられる。本発明の他の特徴、目的、および利点は、説明および図面から、ならびに請求項から明らかになる。

（詳細な説明）
図１は、インクジェット印刷システム１０を示し、このシステム１０は、インクジェットプリントヘッド２０と、画像データおよび他のデジタルデータをインクジェットプリントヘッド２０に提供するコントローラユニット３０と、流体導管を介して、インクをインクジェットプリントヘッド２０に供給するインク貯槽（ｉｎｋ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ）４０とを含む。

インクジェットプリントヘッド２０は、ヘッド搬送メカニズム５０によって、搬送されて、第一の方向に沿って、インクレシーバ（ｉｎｋ ｒｅｃｅｉｖｅｒ）６０の上をスキャンし得る。インクレシーバ６０は、プラテン７０上に置かれる。インクレシーバ６０は、レシーバ搬送メカニズム８０によって、第二の方向に移動し得る。ヘッド搬送メカニズム５０およびレシーバ搬送メカニズム８０は、コントローラ３０によって制御される。

一般的に使用される溶媒および水性インクのような揮発性インクが流れるインクジェットプリントヘッドは、インクノズルの中で、インクが乾燥するのを避けるために、注意深く管理されなくてはならない。インクジェットプリントヘッドは、プリントヘッドが長期間にわたってアイドル（ｉｄｌｅ）する場合、ノズルの中でインクが乾燥するのを避けるために、一般的にキャップ付けされる。このキャップの下の小さな包囲された空間内で、溶媒蒸気濃度は、上昇し得、飽和条件に近づき得る。しかしながら、このキャップ付けされることに関して、不利な点が幾つかある。一つの欠点は、この機械的な設計の詳細が、非常に挑戦的であり得ることである。なぜなら、蒸気の漏れを防止するために、ノズルプレートは、シーリングエレメントと物理的に接触して保持されなくてはならないからである。これは、湿らせるノズルプレートの面積が大きいとき、特に困難であり得る。もう一つの欠点は、キャップ付けされたノズルプレートは、一般に、即座に印刷を開始できないことである。通常は、シーリングエリアの周囲のインクの残渣を拭き取って、清浄に除去する必要がある。

図１に示されるインクジェット印刷システム１０において、ヘッド搬送メカニズム５０は、インクジェットプリントヘッド２０をプリントヘッドメンテナンスステーション１００に搬送し得る。プリントヘッドメンテナンスステーション１００は、溶剤によって湿らされた基板１１０を含む。この溶剤は、溶剤コンテナ１２０によって供給される。湿らされた基板は、メンテナンスステーション１００内のインクジェットプリントヘッド２０のインクノズルを取り囲む環境内で、溶剤蒸気を生成することが可能である。基板１１０は、方向１４０に沿って、基板１１０の表面が、インクノズルに隣接し得るように、メカニズム１３０によって移動され得る。基板１１０は、インクジェットプリントヘッド２０のノズルプレートと接触するようになることを要求されない。

図２は、プリントヘッドメンテナンスステーション１００とインクジェットプリントヘッド２０との相対的な位置の詳細な図を示す。インクジェットプリントヘッド２０は、ノズルプレート２３０と、そのノズルプレート内に複数のインクノズル２４０、２４１とを含む。各インクノズル２４０、２４１は、インク導管２６０、２６１のうちの一つと流体的に、それぞれ接続している。インク流体は、陰圧下で、インク導管２６０、２６１からインクノズル２４０、２４１に供給される。インクメニスカス２５０、２５１は、インクノズル２４０、２４１内に形成される。インク排出アクチュエータ（図示せず）は、インク導管２６０、２６１内のインク流体に、圧力を生成し、その結果、インクノズル２４０、２４１からインク滴を外へ排出させる。

インクジェットプリントヘッド２０は、基板１１０の上のヘッド搬送メカニズム５０によって移動される。基板１１０は、基板１１０の表面が、ノズルプレート２３０と非常に接近するように、メカニズム１３０によって、方向１４０に移動され得る。しかしながら、基板１１０の表面は、ノズルプレート２３０と接触していない。基板１１０は、メカニズム１３０によって制御されるギャップ２１０によって、ノズルプレート２３０から離れている。基板１１０の幅は、ノズルプレート２３０内のインクノズル２４０、２４１のエリアを覆うのに十分大きい。ギャップ２１０は、ノズルプレート２３０の幅または基板１１０の幅よりも小さく、好ましくは、かなり小さい。例えば、ギャップ２３０は、１０ミリメートル超であり得ない。別の例において、ギャップ２３０は、５ミリメートル超または２ミリメートル超であり得ない。

別の実施形態において、インクジェットプリントヘッドおよび基板（すなわち、溶媒ウィック（ｓｏｌｖｅｎｔ ｗｉｃｋ））は、双方とも静止して保たれ得る。レシーバは、印刷のために、インクジェットプリントヘッドと基板との間のギャップを介して搬送され得る。印刷は、ときどき、単一のパス（ｓｉｎｇｌｅ ｐａｓｓ）を含み得る。開示されるシステムは、印刷モードとアイドルモードとの間に、プリントヘッドを移動させることなく、プリントヘッドメンテナンスを提供する。オペレーションのデューティサイクルは、したがって、システムのスループットは、著しく増加し得る。

基板の表面１１０は、インクがノズル２４０、２４１内で乾燥するのを防止し得るように、溶媒で湿らされる。溶媒は、基板１１０の表面から蒸発して、ノズル２４０、２４１の周囲に溶媒蒸気を生成し得る。基板１１０は、溶媒を吸収して、ノズルプレート２３０に面して湿った表面を生成するのに効率的な種々の材料または構造を含み得る。例えば、基板１１０は、溶媒を効率的に吸収し得る多孔性の焼結材料からなるウィックプレートであり得る。別の例において、基板１１０は、Ｂｅｒｋｓｈｉｒｅ Ｃｏｒｐ．から入手可能な「Ｐｒｏ−Ｗｉｐｅ ８８０」ポリプロピレンワイプ（ｗｉｐｅ）のような布（ｆａｂｒｉｃ）でコーティングされ得る。

溶媒は、さらに外部ソースから溶媒を受ける溶媒コンテナ１２０から基板１１０に供給される。溶媒は、基板１１０の表面から蒸発し、ギャップ２１０内に溶媒蒸気２２０を生成する。ギャップ２１０は、基板１１０とノズルプレート２３０との側面寸法よりも小さいので、溶媒蒸気２２０は、ある期間にわたって、ギャップ２１０内に維持され、飽和に比較的近い蒸気濃度を生成し得る。ギャップ２１０内での溶媒蒸気２２０の濃度が比較的高いと、インクメニスカス２５０、２５１での蒸発は、著しく減少するか、あるいは停止し、それゆえ、インクノズル２４０、２４１内でインクが乾燥するのを抑制または防止し得る。

ギャップ２１０における溶媒蒸気２２０の濃度レベルは、幾つかのパラメータを最適化することによって、維持され得る。基板１１０の表面エリアは、ノズルプレート２３０内のノズルの全てを覆うことが好ましい。より長い期間にわたって、ギャップ内に溶媒蒸気２２０を保つために、ギャップ２１０は、基板１１０の側面寸法よりも小さい。さらに、溶媒蒸気２２０を囲いの内側に保つために、基板１１０の表面およびノズルプレート２３０の面（ｆａｃｅ）は、部分的に、あるいは完全にギャップ２２０の周りで包囲され得る。溶媒蒸気２２０が、少なくも部分的に、囲いの内側に保たれるように、囲いは、ノズルプレート２３０および基板１１０の双方を一緒にキャップし得る。

ギャップ２１０を介する溶媒蒸気２２０のフローレートは、制御され得る。例えば、グリコールのような蒸発抑制剤は、基板１１０からの溶媒蒸発のレートを改変するために、水性溶媒に追加され得る。溶媒コンテナ１２０への溶媒供給のレートもまた、制御され得る。溶媒の基板１１０へのフローレートもまた、基板に対して異なるウィッキングパワー（ｗｉｃｋｉｎｇ ｐｏｗｅｒ）を有する材料を選択すること、および溶媒コンテナ１２０への溶媒供給のレートと、溶媒コンテナ１２０から基板１１０への溶媒移送のレートとを制御することによって、制御され得る。

別の実施形態において、基板は、高温で加熱され得る。ノズルプレート２３０は、基板１１０よりも低い温度で保たれる。ギャップ２１０に蒸発される溶媒蒸気２２０は、インクノズル２４０、２４１の内壁または出口リムを含むノズルプレート２３０上で濃縮し得る。インクノズル２４０、２４１の表面は、湿ったまま保たれる。濃縮した溶媒は、引き続き、溶媒コンテナ１２０に戻り、回収または再循環され得る。

上述のシステムおよび方法は、他の洗浄技術と組み合わせされ得る。溶媒蒸気による非接触メンテナンスの期間の前または後に、プリントヘッドノズルプレートは、拭かれ得る。インクノズルは、パージされ得る。別の実施形態において、ノズルプレートを湿らせて、ノズル内の乾燥を防止するために、インクジェットプリントヘッドは、コンテナ内の溶媒に浸漬され得る。メニスカスに付与された陰圧によって、溶媒がプリントヘッドに流れるのを防止するために、インクノズルへのインク供給ラインは、閉じられる。プリントヘッドは、「浸漬（ｄｉｐｐｉｎｇ）」の後、印刷動作の前に、パージされ得る。さらに別の実施形態において、ノズルプレートは、適切な溶媒によって湿らされた清浄なワイプまたは清浄なクロス（ｃｌｏｔｈ）と軽く接触するように持っていかれる。このシステムは、清浄なワイプまたは清浄な布に吸収された溶媒がノズルをウィッキングして、ノズルの中に行かないように制御され得る。この蒸発損失は、清浄なワイプまたは清浄なクロスを湿らせることによって、さらに減少され得る。

上述のシステムおよび方法は、インクノズルが乾燥するのを防止するためのシンプルで、効果的で、効率的な手段を提供する。上述のシステムおよび方法は、キャッピングシステムにおいてのように、ノズルプレートをシーリングするための複雑な設計を要求しない。印刷は、アイドル時間の後に、キャッピングメカニズムの移動も、ノズルプレートの洗浄も必要なしに、素早く開始され得る。特定の実施形態において、プリントヘッドおよび溶媒ウィック基板（ｓｏｌｖｅｎｔ ｗｉｃｋ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）は、互いに静止して保持される。システムのデューティサイクルは、プリントヘッドをメンテナンスステーションに搬送する時間を節約することによって、さらに改善される。

上述されたインクジェット印刷システムで互換性あるインクタイプは、水ベースのインク、溶媒ベースのインク、およびホットメルト（ｈｏｔ ｍｅｌｔ）インクを含む。インクの着色剤は、染料（ｄｙｅ）または顔料（ｐｉｇｍｅｎｔ）を備え得る。さらに、開示されたインクジェット印刷システムは、ポリマ溶液、ゲル溶液、粒子または低分子重量の分子を含む溶液のような他の流体を配送するのにも互換性がある。これらの溶液は、任意の着色剤を含むこともあり、含まないこともあり得る。溶媒は、インク流体の成分を含み得る。例えば、溶媒は、基板からの溶媒蒸気がインク流体の成分を変化させないように、インク流体内で、染料を溶解するか、あるいは顔料を懸濁する、主溶媒であり得る。

図１は、非接触プリントヘッドメンテナンスステーションを有するインクジェット印刷システムを示す。 図２は、図１のプリントヘッドメンテナンスステーションの詳細を示す。

Claims (22)

1. インク滴が排出され得る１つ以上のノズルを備えるノズルプレートを備えるインクジェットプリントヘッドと、
   ウィックプレートを備える基板であって、該ウィックプレートは、溶媒を吸収することにより該ノズルプレートに面する湿った表面を形成し、かつ、該ノズルの近傍に溶媒蒸気を生成するように構成されており、該ウィックプレートは、該ノズルプレート内の全てのノズルを覆う表面エリアを有する、基板と
   を備える、インクジェット印刷システムであって、
   該インクジェットプリントヘッドと該基板とが、該基板が該溶媒で湿らされるときに、該溶媒蒸気が該ノズルと該基板との間のギャップ内にあり、該ギャップがシーリングされていない空間を含み、該ギャップが該ノズルと該基板との間で維持されるように、構成される、インクジェット印刷システム。
2. 前記プリントヘッドと前記基板との間の相対的な動きを生じさせて該基板を前記ノズルに隣接させ得るメカニズムをさらに備える、請求項１に記載のインクジェット印刷システム。
3. 前記メカニズムが前記基板を前記ノズルに隣接させるときに該基板の表面および該ノズルを少なくとも部分的に包囲する囲いをさらに備える、請求項２に記載のインクジェット印刷システム。
4. 前記メカニズムは、前記基板の表面を前記ノズルプレートから１０ミリメートル内に配置するように構成される、請求項２に記載のインクジェット印刷システム。
5. 前記メカニズムは、前記基板の表面を前記ノズルプレートから５ミリメートル内に配置するように構成される、請求項２に記載のインクジェット印刷システム。
6. 前記メカニズムは、前記基板の表面を前記ノズルプレートから２ミリメートル内に配置するように構成される、請求項２に記載のインクジェット印刷システム。
7. 前記基板の表面を加熱するヒータをさらに備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載のインクジェット印刷システム。
8. 前記基板は、前記溶媒を吸収することが可能な多孔性の材料を含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載のインクジェット印刷システム。
9. 前記基板に溶媒を供給する溶媒コンテナをさらに備える、請求項１〜８のいずれか一項に記載のインクジェット印刷システム。
10. 前記溶媒は、インクの成分または蒸発抑制剤を含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載のインクジェット印刷システム。
11. インク滴を排出するように適合された１つ以上のノズルを備えるノズルプレートを備えるインクジェットプリントヘッドを提供することと、
    基板を溶媒で湿らせて、溶媒蒸気を生成することであって、該基板は、ウィックプレートを備え、該ノズルプレート内の全てのノズルを覆う表面エリアを有し、該湿らせることは、該溶媒を吸収することにより該ウィックプレートの表面を湿らせることを含む、ことと、
    シーリングされていないギャップによって該ノズルと該基板とが分離されるように、該インクジェットプリントヘッドと該基板との間の相対的な動きを生じさせることと、
    該基板が該ギャップ内に該溶媒蒸気を生成する間に、該ノズルと該基板との間の該ギャップを維持することと
    を包含する、インクジェット印刷する方法。
12. 前記１つ以上のノズルを備えるノズルプレートを配置することをさらに包含し、該１つ以上のノズルは、該ノズルプレートの面に実質的に平行であり、該配置することは、前記基板の表面を該ノズルプレートから１０ミリメートル内に配置することを含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記基板の表面および前記ノズルを少なくとも部分的に包囲することをさらに包含する、請求項１１または１２に記載の方法。
14. 前記基板の表面および前記ノズルを同じ囲いで少なくとも部分的に包囲することをさらに包含する、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記基板の少なくとも一部分を加熱することをさらに包含する、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 前記ノズルの内側表面または該ノズルの周囲に前記溶媒蒸気を凝縮することをさらに包含する、請求項１１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
17. 前記凝縮された溶媒を回収または再循環することをさら包含する、請求項１６に記載の方法。
18. 前記基板に前記溶媒を供給することと、
    該基板に提供される該溶媒のフローレートを制御することと
    をさらに包含する、請求項１１〜１７のいずれか一項に記載の方法。
19. 前記ノズルと前記基板との間の前記ギャップは、該基板の横方向の寸法よりも小さい、請求項１１に記載の方法。
20. 前記ギャップはまた、インクノズルから排出されたインク滴をインクレシーバが受け得るように、前記ノズルプレートと前記基板との間の前記ギャップを介して該インクレシーバを搬送するように構成されている、請求項１１に記載の方法。
21. 前記ノズルと前記基板との間の前記ギャップは、該基板の横方向の寸法よりも小さい、請求項１に記載のインクジェット印刷システム。
22. 前記ギャップはまた、インクノズルから排出されたインク滴をインクレシーバが受け得るように、前記ノズルプレートと前記基板との間の前記ギャップを介して該インクレシーバを搬送するように構成されている、請求項１に記載のインクジェット印刷システム。

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