(57)【要約】      （修正有）【課題】蒸発を使用することなくインク液滴から溶媒及び水などの他の流体を分離するためのシステム並びにその動作方法を提供する。【解決手段】非蒸発乾燥のための装置は、第１の表面と、第１の表面の反対側の第２の表面と、を有する、溶媒透過性転写基材を備える。吐出器は、少なくとも１つの溶媒を含む液滴を転写基材の第１の表面上に吐出するように構成されている。誘導溶液を含む貯留器は、誘導溶液を転写基材の第２の表面と接触させて配置するように構成されており、印刷基材は、転写基材の第１の表面の一部に接触するように構成されている。【選択図】図１
2020108956.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置であって、
第１の表面と、前記第１の表面の反対側の第２の表面とを有する溶媒透過性転写基材と、
少なくとも溶媒を含む液滴を前記転写基材の前記第１の表面上に吐出するように構成された吐出器と、
誘導溶液を含む貯留器であって、前記誘導溶液を前記転写基材の前記第２の表面と接触させて配置するように構成されている、貯留器と、
前記転写基材の前記第１の表面の一部に接触するように構成された印刷基材と、を備える、装置。
【請求項２】
前記貯留器がアジテーターを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記転写基材が、連続ループを含み、複数のローラーを介して循環される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記転写基材が前記印刷基材と接触した後に前記転写基材を受容するように位置付けられた洗浄タンクを更に備える、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記転写基材が、連続管を含み、より小さい直径の多孔質管と同軸であり、前記貯留器が前記多孔質管内に位置付けられている、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記誘導溶液が、前記液滴に対してより高い浸透圧を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記転写基材が、正浸透膜、逆浸透膜、微多孔膜、及びイオン交換膜のうちの少なくとも１つである半透膜を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記液滴が水性インクを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記誘導溶液が、無機塩、有機塩、有機金属塩、イオン性液体、アルコール、ポリオール、炭水化物、及びこれらの水性又は非水性溶液のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
システムであって、
第１の表面と、前記第１の表面の反対側の第２の表面とを有する溶媒透過性転写基材と、
第１の浸透圧を有し、かつ少なくとも１つの溶媒及び少なくとも１つの他の成分を含む液滴を前記転写基材の前記第１の表面上に吐出するように構成された吐出器と、
前記第１の浸透圧よりも高い第２の浸透圧を有する誘導溶液を含む貯留器であって、前記貯留器が、前記誘導溶液を前記転写基材の前記第２の表面と接触させて配置するように構成されている、貯留器と、
前記貯留器に連結され、前記少なくとも１つの溶媒から前記誘導溶液を分離するように構成された分離器と、
前記転写基材の前記第１の表面の一部に接触するように構成された印刷基材と、を備える、システム。
【請求項１１】
前記転写基材が、正浸透膜、逆浸透膜、微多孔膜、及びイオン交換膜のうちの少なくとも１つである半透膜を含む、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記液滴が水性インクを含む、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記貯留器がアジテーターを含む、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１４】
前記分離器が、前記少なくとも１つの溶媒をリサイクルするように構成されている、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１５】
前記分離器が再生誘導溶液を生成し、前記再生誘導溶液を前記貯留器にリサイクルするように構成されている、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１６】
前記転写基材が、連続ループを含み、複数のローラーを介して循環される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１７】
方法であって、
溶媒及び少なくとも１つの他の成分を含む液滴を溶媒透過性転写基材の第１の表面上に配置することと、
前記溶媒の少なくとも一部を前記液滴から前記転写基材を横切って前記転写基材の第２の表面に移送することであって、前記第２の表面が前記第１の表面に対向している、ことと、
前記転写基材の前記第１の表面上に残っている前記少なくとも１つの他の成分及び溶媒を印刷基材に転写することと、を含む、方法。
【請求項１８】
前記転写基材の前記第２の表面が、前記液滴よりも高い浸透圧を有する誘導溶液に近接しており、前記溶媒の一部が浸透によって移送される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記誘導溶液を前記転写基材の前記第２の表面から離れる方向に循環させることを更に含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記溶媒が前記転写基材を横切って移送されると同時に、前記転写基材を前記誘導溶液に対して循環させることを更に含む、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、蒸発を使用することなくインク液滴から溶媒及び水などの他の流体を分離するためのシステム並びにその動作方法に関する。
【０００２】
インクジェットプリンタは、印刷ヘッドの下方にある媒体上に向けてインクの小さな液滴（典型的には約１〜１０ピコリットル）を吐出することによって機能する。紙上へのインク液滴の接触は、印刷画像を集合的に構成する画素を形成する。一般に、画像のより暗い又はより明るい領域は、それぞれ、紙の単位面積当たりにより多くの又はより少ないインクを必要とする。
【０００３】
しかしながら、水ベースのインクの使用は、紙又は他の印刷基材への大量の水の浸透をもたらす。これは、速い印刷速度を可能にするために追加の乾燥の必要性を生み出し、紙の望ましくない変形を引き起こし、インクの横方向の広がりに起因する印刷品質の課題を与える。水よりもはるかに低い蒸発潜熱を有し得る非水溶媒は、吸入されると健康リスクも与える大量の可燃性蒸気の生成に起因する追加の運転コスト及び安全性の懸念により、実現可能な代替品ではない。ゆっくりと蒸発する非水溶媒は、水と同じ問題のうちの多くを有する。インク液滴が（例えば、噴射によって）生成される時間と、インク液滴が紙に衝突する時間との間に、インク液滴から有意な割合の水分又は他の溶媒を除去することは、これらの問題を軽減又は回避し得る。
【０００４】
本明細書に記載される実施形態は装置を対象とする。装置は、第１の表面と、第１の表面の反対側の第２の表面と、を有する、溶媒透過性転写基材を備える。吐出器は、少なくとも１つの溶媒を含む液滴を転写基材の第１の表面上に吐出するように構成されている。貯留器は、誘導溶液を含み、誘導溶液を転写基材の第２の表面と接触させて配置するように構成されており、印刷基材は、転写基材の第１の表面の一部に接触するように構成されている。
【０００５】
他の実施形態はシステムを対象とする。システムは、第１の表面と、第１の表面の反対側の第２の表面と、を有する、溶媒透過性転写基材を備える。吐出器は、第１の浸透圧を有し、かつ少なくとも１つの溶媒及び少なくとも１つの他の成分を含む、液滴を、転写基材の第１の表面上に吐出するように構成されている。貯留器は、第１の浸透圧よりも高い第２の浸透圧を有する誘導溶液を含み、同貯留器は、誘導溶液を転写基材の第２の表面と接触させて配置するように構成されている。分離器は、貯留器に連結され、少なくとも１つの溶媒から誘導溶液を分離するように構成されており、印刷基材は、転写基材の第１の表面の一部に接触するように構成されている。
【０００６】
更なる実施形態は方法を対象とする。方法は、少なくとも１つの溶媒を含む液滴を溶媒透過性転写基材の第１の表面上に配置することを含む。液滴からの溶媒の少なくとも一部は、転写基材を横切って転写基材の第２の表面に移送され、第２の表面は第１の表面に対向している。方法は、転写基材の第１の表面上に残っている少なくとも１つの他の成分及び溶媒を印刷基材に転写することを更に含む。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】特定の実施形態による、溶媒が転写基材を横切って移送される前及び後の液滴の概略図である。
【図２】特定の実施形態による、非蒸発溶媒分離デバイスの概略図である。
【図３】特定の実施形態による、非蒸発溶媒分離デバイスの概略図である。
【図４】特定の実施形態による、誘導溶液の再生を含む非蒸発溶媒分離デバイスの概略図である。
【図５】試験構成の概略図である。
【図６】セルローストリアセテート膜の写真である。
【図７】セルローストリアセテート膜上の水滴の略図である。
【図８Ａ】特定の実施形態による、インクが膜上に吐出された後の膜の写真である。
【図８Ｂ】インクが印刷基材に転写された後の図８Ａの膜の写真である。
【図８Ｃ】膜を湿った紙タオルで拭いた後の図８Ｂの膜の写真である。
【図９】特定の実施形態による、方法の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
水ベースのインクを用いたインクジェット印刷は、紙又は印刷基材への大量の水の浸透をもたらし、このことは、望ましくない紙の変形を引き起こし、印刷品質を劣化させる恐れがある。水などのインク溶媒に伴う上記の問題に対処するために、いくつかの、インク液滴の飛行中乾燥用のシステムが提案されてきた。高速の商用印刷では、印刷された紙から水を迅速に除去するために乾燥機が用いられる。低い蒸気圧を有する非水溶媒を利用する（すなわち、低い蒸発速度を有する）インクもまた、同じ課題に面する。今日まで、乾燥機は、空気移動によるか、又は加熱器を用いるかにかかわらず、溶媒の蒸発除去に焦点を当ててきた。
【０００９】
しかしながら、高い噴射速度（約５ｍ／ｓ）、及び印刷ヘッドと紙との間の短い距離（約１ｍｍ）は、インク液滴から溶媒が除去されなければならない非常に短い飛行時間（約１００〜２００μｓ）をもたらす。例えば、２００μｓ以内に１０ｐＬ（ピコリットル）の水性インクの液滴から９０％の水を除去するためには、１０ＭＷ／ｍＬの体積電力密度が必要とされる。これは、全ての入力エネルギーが水の蒸発潜熱に打ち勝つために使用され、環境には放出されないことを想定している。
【００１０】
そのような高い体積電力密度は達成することが困難である。レーザーパルスは、わずかな時間で大量のエネルギーを集束領域に送達することができるが、レーザーエネルギーの不均一な吸収により、液滴の膨張及び分裂がもたらされる。１０ＭＷ／ｍＬの計算された電力密度は、マイクロ流体セルに組み込まれた誘電（マイクロ波）加熱システムを使用して報告されてきたが、セルは、水滴を移送するために搬送媒体としてフルオロカーボンオイルを必要とした。個々の水滴は異なる相の液体によって取り囲まれていたため、蒸発は不可能であった。更に、吸収された電力密度は、約０．０１ＭＷ／ｍＬとはるかに低いことが判明した。
【００１１】
レーザーパルス及び誘電加熱の両方は、低減された乾燥要件から生じるいかなる利益をも上回り得る高価な設備を必要とする。代替的に、液滴生成と衝突との間の時間を実質的に増加させ、それにより、インク蒸発のための電力要件を下げることもあり得る。これは、通常、中間転写表面の使用によって達成され、中間転写表面は、液滴レジストレーションが、印刷基材への最終的な転写まで維持されることを確実にすることができる。それでも、インク溶媒の蒸発除去には課題が存在する。速やかなインク乾燥に必要とされる高い温度はインク吐出器にとって有害であり、インク吐出器は、熱管理用に熱シールド又は長さ延長した転写ベルトの使用を必要とする。インクから蒸発した溶媒はまた、極めて望ましくない、外気への漏出が起こる前に、冷却器表面上で再凝縮及び回収され得る。
【００１２】
本明細書の様々な実施形態に記載される代替的なアプローチは、浸透圧プロセスを利用してインクから溶媒を非蒸発除去するためのシステム及び方法を対象とする。例えば、インク液滴は、中間転写基材表面上に噴射される。この転写基材は、液滴を受容する第１の表面と、誘導溶液（例えば、ブラインなどの高い浸透圧を有するもの、濃縮されたグリセロールの水溶液など、水に対して高い親和力を有するもの、又はエタノールなどの有機溶媒であるもの）と接触する第２の反対側の対向表面と、を有する、正浸透膜などの膜である。任意の特定のインクと誘導溶液との対の浸透圧は、本明細書では液滴の最大溶媒成分を含む純粋溶媒に関して定義される。小分子溶媒（典型的には、水を含む、２００グラム／モル未満の分子量を有するもの）は、浸透により膜表面を横切って移送され、これにより、中間転写基材表面上のインク体積は減少する。転写基材は、逆浸透膜、微多孔膜、及びイオン交換膜など、やはり溶媒を移送することができる、他の種類の半透膜を含み得る。続いて、インクは、液滴が所定の程度まで乾燥した後、印刷基材に転写される。
【００１３】
図１を参照すると、本明細書に記載の実施形態による、非蒸発溶媒除去を経験する前（１００）、及びそれを経験した後（１１０）の液滴が示されている。以下、「非蒸発」という用語は、相変化なしで液滴から溶媒分子を除去するプロセスを指し、液滴の上方の空気への加熱乾燥又は自然蒸発などの従来の蒸発プロセスでは相変化が起こる。非蒸発インク乾燥プロセスの存在は、非蒸発プロセスの上流で、下流で、又はそれと同時に起こる任意の前述の従来型蒸発プロセスを除外することを意図するものではない。液滴１０２は、１つ以上の溶媒と、１つ以上の溶質又は粒子などの他の成分とを含み得る。例えば、インク液滴は、顔料粒子と共に水及び他の有機溶媒を含み得る。液滴１０２は、中間転写基材１０４上に噴射される。転写基材１０４は、液滴１０２を受容する第１の表面１１４と、第２の対向する表面１１６とを有する。転写基材１０４は、非多孔質であり得る正浸透膜であり、特定の実施形態では、多孔質、又は多孔質材料と非多孔質材料との組み合わせである。膜が多孔質要素を有する場合、許容可能な膜細孔のサイズは、液滴中の粒子（例えば、顔料）のサイズによって決定され得る。例えば、細孔は、粒子までもが膜を横切って移送されることがないように、粒子よりも小さくすべきである。第２の表面は、液滴１０２を含むインクよりも高い浸透圧、ないしは別の方法で溶媒に対してより高い親和力、を有する誘導溶液１０６と接触している。したがって、液滴１０２からの溶媒分子は、矢印１０８によって示されるように、転写基材１０４を横切って誘導溶液１０６へと移送される。見て分かるように、溶媒の除去は、転写基材１０４の第１の表面１１４上の元の液滴１０２よりも小さい体積を有する液滴１１２を残す（すなわち、液滴は濃縮／乾燥させられる）。
【００１４】
プリンタインクは異なる溶媒の混合物中の顔料又は染料を含むため、溶媒移送速度は経時的に一貫することはないであろう。例えば、無機粒子／溶解物質／溶質が溶媒（例えば、水）上に保持されることに起因して、この速度は、インク液滴中の水の体積が減少するにつれ、経時的に遅くなり得る。しかしながら、それ自体がインクの浸透圧に影響を及ぼす水中の溶質であると考えることができる、他の有機化合物の存在は、インクからの水性誘導溶液内への水の移送を妨げることになるので、有機溶媒は、いくつかの実施形態では、水性プリンタインクのためのより効果的な（例えば、流動率の増加した）誘導溶液であり得る。
【００１５】
加えて、移送された溶媒が膜の第２の表面上に蓄積されることが可能である場合、溶媒移送速度は急速に低下することになる。したがって、誘導溶液は、動作中、アジテーターを使用して循環される。より小さい規模では、これは、誘導溶液をマグネチックスターラー及び／又はポンプで攪拌することによって達成され得るが、商用印刷プロセスは、より大きな規模のアジテーター構成を必要とし得る。
【００１６】
図２は、様々な実施形態による、商用印刷プロセスに非蒸発乾燥を組み込むための例示的なシステム２００を示す。膜（例えば、転写基材）２０４は、従来の中間転写ベルトのように構造化され、印刷基材２２０と接触する前に誘導溶液２０６の別個の貯留器２２６に接触するように移動させられる。インクは、吐出器２２４から液滴２０２として膜２０４の第１の表面２２８上に噴射される。インクが噴射されるとき、膜２０４は、液滴２０２中の溶媒（例えば、水）が膜２０４を横切って誘導溶液２０６に移送され始めるように、誘導溶液貯留器２２６に近接して位置付けられる。膜２０４は、矢印２１０によって示されるように、複数のローラー２１２によって循環され、これにより、移送された溶媒が膜２０４の第２の表面２３０上に蓄積するのを防ぐ。液滴は移動する転写表面によって担持されるので、更なる移送／乾燥が起こる。十分な乾燥が達成されたとき（例えば、液滴溶媒体積の５０％の除去）、液滴は印刷基材（例えば、紙）２２０に接触する。典型的な印刷プロセスによれば、印刷基材２２０はローラー２２２を介して循環され得る。インクが印刷基材２２０に転写された後、膜は洗浄タンク２１６を通って循環を続ける。洗浄タンクは、転写基材のその部分が後続の液滴を受容するために吐出器に戻る前に転写基材２０４から残留インクを洗浄するための溶媒２１８を含む。洗浄プロセスは、タンク２１６から出た後に余分な洗浄溶媒を除去するための同様の洗浄要素に加えて、洗浄溶媒２１８内に沈められたワイピング手段又はローラー２３２によるなどの転写基材との接触によって強化され得る。
【００１７】
特定の実施形態では、誘導溶液は、誘導溶液貯留器２２６内に位置付けられた第２の複数のローラー２１４によって更に撹拌される。第２の複数のローラー２１４は、誘導溶液２０６に接触し、誘導溶液２０６の一部を膜２０４の第２の表面２３０と接触させると同時に、膜２０４の第２の表面２３０の直近部から、移送された溶媒を除去する。撹拌はまた、誘導溶液内の濃度勾配を制御するのにも役立つ。代替的に、誘導溶液２０６は、膜２０４の第２の表面２３０と接触し、それに対して流動するようにポンピングされ得る。誘導溶液２０６の流れ分布は、移送された水を膜２０４の第２の表面２３０から離れる方向に除去する上での空間的変動を低減又は最小化するために、適切なチャネル又はフィンによって制御され得る。
【００１８】
図３は、印刷プロセスにおいて非蒸発乾燥を実装するための代替的な実施形態を示す。ここで、正浸透膜３０４は、誘導溶液３０６が内部を通って循環される管３０５の周囲に巻き付けられている。管３０５は、穿孔、細孔、又は管３０５の構造から生じる任意の種類の空所など、複数の開口部３０８を有する。管３０５は、誘導溶液が転写基材の表面に接触するための複数の開口部が存在しさえすれば、金属、プラスチック、又は織布表面などの構造的支持を提供することができる材料で作製されてもよい。誘導溶液３０６は、管内の貯留器内に収容されているか、又は管３０５が貯留器として機能する。
【００１９】
吐出器３２４は、インク液滴３０２を膜３０４の外面上に射出する。次いで、溶媒移送が、浸透によって上記のように進行する。誘導溶液３０６は、管の内部を通って流れ、それにより、溶媒をインク液滴３０２から開口部３０８を通って膜３０４の後部内側から離れる方向に除去する。管３０５は、矢印３１２によって示されるように、膜３０４と共に（例えば、管３１０の開放中心部分を通るアクスルを介して、又は異なるローラーとの摩擦接触を介して）回転され、それにより、液滴３０２を吐出器３２４から離れる方向に、印刷基材への最終的な転写に向けて移動させる。回転は誘導溶液３０６を管内で撹拌するのに役立つが、追加の撹拌要素が誘導溶液貯留器内に含まれてもよい。撹拌はまた、誘導溶液内の濃度勾配を制御するのにも役立つ。例えば、特定の実施形態では、管状の誘導溶液貯留器の角度寸法に沿った濃度勾配は、長さ方向寸法での濃度勾配よりも好ましい場合がある。
【００２０】
特定の実施形態では、誘導溶液はリサイクルされるか、又は廃棄される。誘導溶液が安価であり（例えば、水性塩化ナトリウム）、移送されるインクの成分が環境に安全に放出されることができる場合、誘導溶液の単純廃棄は十分であり得る。しかしながら、誘導溶液又は移送されたインク成分が高価又は有害である場合、誘導溶液は再生され得る、すなわち、例えば蒸留によって、精製され得る。蒸留プロセスは、水脱塩のための熱プロセスと同様である。例えば、エタノールは、水性インク中の多くの成分よりも揮発性が高い。エタノールが誘導溶液として使用される場合、誘導溶液は移送されたインク成分から容易に分離され得、移送されたインク成分自体は、水性インクの新しいバッチで再使用され得る。不揮発性の無機又は有機材料の溶液が誘導溶媒として使用される場合、蒸留は、比較的より高い揮発性の誘導溶液溶媒、並びにインクから吸収された水及び溶媒を除去し得、それにより、誘導溶液を再濃縮する。インクから吸収された溶媒を再使用することは、インクのコストに関して有意なコスト削減を可能にし得る。
【００２１】
図４は、誘導溶液のための分離システムと連結された非蒸発溶媒除去のシステム４００を示す。上述のように、液滴４０２は、転写基材４０４の第１の表面上に提供される。水及び／又は他の溶媒は、矢印４０８によって示されるように、浸透によって転写基材４０４を通って転写基材４０４の第２の対向する表面に移送され、続いて、誘導溶液４０６内へと移送される。これは、本明細書に記載される任意の実施形態によって達成され得る。誘導溶液の所定の希釈時点で、又は連続プロセスとして、誘導溶液は、矢印４１０によって示されるように、貯留器４１８の外に向けられる。転写基材４０４を通って移送された任意のインク成分を含む誘導溶液は、分離システム４１２に提供される。分離プロセスの例としては、蒸留及び電気化学的分離手順が挙げられる。分離システム４１２は、精製された誘導溶液の流れ４１６と、転写基材を横切って移送され、使用された誘導溶液から除去されたインク成分（例えば、水及び他の溶媒）を含む、少なくとも１つの他の流れ４１４と、を生成する。
【００２２】
一例として、水性インク、及び誘導溶液としてエタノールを使用すると、流れ４１０は、エタノール、水、グリセロール、及び２−ピロリジノンなどのインク中に元々存在する他の有機溶媒を含み得る。次いで、精製された流れ４１６は、大部分はエタノールを含み、誘導溶液貯留器４１８に戻ってリサイクルされる。流体のリサイクルはまた、貯留器４１８内の誘導溶液４０６の撹拌を支えることもできる。残りの少なくとも１つの流れ４１４は、水、グリセロール、２−ピロリジノン、及び他の有機溶媒など、流れ４１０のより揮発性の低い成分を含み得る。これらの成分は、更なるインク製造に対して廃棄、更に分離、及び／又はリサイクルされ得る。別の例として水性インク及び濃縮されたグリセロール水溶液を使用すると、流れ４１０は、水、グリセロール、及び２−ピロリジノンなどのインク中に元々存在する他の有機溶媒を含み得る。次いで、精製された流れ４１６は、低下した水分を含み、残りの少なくとも１つの他の流れ４１４は、大部分は水を含む。
【００２３】
インクから溶媒を分離するためのプロセスは、図９に関連して更に説明される。液滴などのインクは、吐出器から転写基材の第１の表面上に噴射されることによってシステムに導入される（９０２）。液滴は、水を含む１つ以上の溶媒と、少なくとも１つの他の成分と、を含み得る。他の成分としては、様々な溶質、ラテックス、及び顔料が挙げられ得る。転写基材は溶媒透過性膜であるため、水及び／又は他の有機溶媒は、第１の表面から第２の対向する表面に（例えば、誘導溶液を保持する貯留器に）移る（９０４）。水及び／又は他の溶媒は、外力を加えることなく、浸透圧差に応じて自然に移送される。十分な所定の量の水及び／又は溶媒の除去後、部分的に乾燥したインク液滴は、続いて印刷基材に転写される（９０６）。プロセスは、任意追加的に、転写基材が後続の液滴を受容する前に転写基材を洗浄すること、及び／又はオンサイト若しくは別の場所での誘導溶液の再生を含み得る。
【００２４】
非蒸発インク乾燥システムの正味の効果は、低い揮発性及び高い蒸発潜熱に不利に働くことなく、インクジェットインクから溶媒（水など）を除去することである。以下に記載される水及び水性インクジェットインクについての予備実験は、これらのシステムが合理的にサイズ決定されるために溶媒移送速度が十分に速いこと、及び印刷基材上への後続の転写が問題にならないことを示す。プリンタへの非蒸発インク乾燥システムの組み込みは、強力な熱乾燥機を使用する場合に別途必要である複雑な熱管理の必要性を除去しながら、大きな省エネルギーを可能にするであろう。いかなるエネルギー入力も任意追加の誘導溶液の再生に限定され、誘導溶液の再生自体は、別個の設備にプリンタとは別に配置され得る。インクから除去された溶媒は、更なるインクを作製するために再使用され得、これにより、環境への影響が低下し、コスト削減が増加するであろう。
【実施例】
【００２５】
浸透インク乾燥の予備的な検証は、ＦＴＳＨ２Ｏから購入したセルローストリアセテート（ＣＴＡ）正浸透膜を使用して完了した。４Ｍの塩化ナトリウム水溶液の誘導溶液では、膜の表面上に着座している１０μＬの水滴は、概ね半球状の形状を有し、室温にて約４分間で完全に移送される。これは、１７Ｌ／ｍ２ｈの水分流動率に換算される。この流動率において、完全な水移送は、１０ｐＬの水滴に対して２．４秒以内に起こることになる。
【００２６】
濃縮塩溶液（すなわち、ブライン）の代わりに、水をほとんど含有しない有機溶媒もまた、供与流体が、より多くの水が移送されるにつれて濃度が増加することが予想される他の溶媒又は溶質を含有する場合であっても、水移送のための良好な誘導溶液として機能することができる。誘導溶液として無水エタノールを用いると、１０μＬの水滴は、約３分間で膜を横切って完全に移送される。
【００２７】
２つの異なるインク組成物（Ａ及びＢ）を用いて、単純な定性的実験を実施した。組成物Ａは、市販の水性顔料インク（Ｃｏｌｌｉｎｓ  ＰＷＫ  １２２３）に酷似しているが、実験観察を容易にするために任意の顔料及び溶解ラテックスを抜いている。組成物Ｂは、顔料としてカーボンブラックを含有する顔料黒色インク（Ｉｍｐｉｋａ  Ａ００１１５３３  ＨＤ２）である。以下の表１Ａ（組成物Ａ）及び表１Ｂ（組成物Ｂ）にインクの組成を更に詳述する。
【００２８】
【表１】
2020108956.tif 000003
【００２９】
両方のインク配合物は、４Ｍの塩化ナトリウム又は無水エタノールのいずれかを誘導溶液として正浸透膜上で試験した。ＦＴＳＨ２Ｏ正浸透膜上で様々な誘導溶液（なし、４Ｍの塩化ナトリウム、及びエタノール）に関して様々な流体液滴（水、組成物Ａ、及び組成物Ｂ）の挙動を観察した結果を以下の表２にまとめる。
【００３０】
【表２】
2020108956.tif 000004
【００３１】
１０分後に組成物Ａの移送は視覚的に観察されることができなかったが、組成物Ｂは、誘導溶液としてエタノールを使用すると、約２分後に液滴の縁部で乾燥の兆候を示した。したがって、全てのインクが正浸透膜と適合するわけではない。組成物Ａ及びＢの約８０％が共通成分であるにもかかわらず、正浸透膜を横切ってのそれらの移送には大きな差がある。したがって、膜と反応し得る又は膜を非活性化し得る任意の化合物を特定するように注意を払わなければならない。流体の液滴の体積をその外観のみから推定することは困難であるため、様々な条件下での様々なインク組成物の観察された挙動は、目視観察に基づくものであった。したがって、表２の結果は定性的であり、定量的ではない。しかしながら、各条件のセットに対して溶媒移送が生じたかどうかは明らかであった。
【００３２】
定量分析のために、ベンチトップ試験装置を図５に示すように構築した。０．０１ｍＬ（１０μＬ）の増分で目盛りを有する第２のチャンバ（例えば、メスシリンダー）５１２に流体連結された第１のチャンバ５１０内にインク組成物試料（又は水）５０２を配置した。試料誘導溶液５０６は、メスシリンダー５１２内に配置される。正浸透膜５０４は、第１のチャンバ５１０と第２のチャンバ５１２との間に位置付けられ、最初は、試料インク組成物が膜５０４の前面に直接送達される一方で、膜５０４の後面は誘導溶液５０６と接触したままになるように、試料インク組成物（又は水）５０２と誘導溶液５０６を分離する。誘導溶液５０６を撹拌するために、磁気撹拌棒５０８が使用される。試料インク組成物（又は水）５０２は、別個の磁気撹拌棒を使用して撹拌されるか、又は蠕動ポンプを使用して急速に循環されるかのいずれかである。この装置を使用して、膜流動率は、一定時間にわたる誘導溶液の体積の変化から計算される。
【００３３】
強度／流動率の昇順に列挙された、様々な誘導溶液に対する溶媒流動率測定の定量的結果を以下の表３に要約する。
【００３４】
【表３】
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【００３５】
上記の２つの最も強い溶媒及び定量試験装置を使用して、様々なインクの移送を再度試験した。これらの２つの誘導溶液に対する様々なインク組成物の溶媒流動率測定の結果を以下の表４に要約する。
【００３６】
【表４】
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【００３７】
ここでも、異なるインク組成物は、同じ誘導溶液を使用して異なる移送速度を有する。しかしながら、Ｉｍｐｉｋａ  ＨＦ００８Ｒ１３２４３に関しては、より強い誘導溶液である４０％ＬｉＣｌは、表３に提供した水に関しての乾燥時間の増加と整合したより速い乾燥時間を有した。Ｃａｂｏｔ  Ｃａｂ−ｏ−ｊｅｔ  ３００及びＤｙＳｔａｒ  Ｊｅｔｔｅｘ  ＳＤＰ  Ｂｌａｃｋは、典型的には他の共溶媒と混合されてインク配合物を形成する黒色顔料分散体である。それらは、インクの浸透圧への独自の寄与を有する任意の共溶媒が存在していないため、比較的高い移送速度を有する。
【００３８】
十分な体積の溶媒がインク液滴から除去された後（例えば、典型的には１０〜９０％）、インクは転写基材の第１の表面から印刷基材に転写される。上述のように、本明細書で使用された転写基材、すなわち、膜は、セルローストリアセテート（ＣＴＡ）であった。この膜は、非多孔質であり、かつ驚くべきことに疎水性であることによって、水移送用に最適化されてきた材料である。これは、図６及び図７で見ることができる。図６では、支持ポリマーマトリックス（暗い灰色の斜め特徴部）６０８と共に、右下６０４において滑らかな無孔表面を示す、ＣＴＡ膜表面の断面図が示されている。疎水性の性質は図７に示されており、水滴７０２がＣＴＡ膜表面上で６５°の接触角を有する。接触角は、液滴法を使用して液滴ゴニオメーター上で測定した。測定された接触角は、ナイロン６，６について報告されたものと同様であり、膜の非多孔性は、全ての実施形態で必要とされるわけではないが、膜が顔料粒子を捕捉する可能性を低くする。
【００３９】
これらの特性は、膜表面上に噴射されたインクが、膜上にほとんど残留することなく、容易に紙（又は他の印刷基材）に転写されることを可能にする。これは、Ｄｉｍａｔｉｘ  ２８００プリンタを使用して、５ｍｍ×５ｍｍの正方形の黒色インク（Ｉｍｐｉｋａ  ＨＤ２  Ａ００１１５３３）をＣＴＡ膜上に直接印刷することによって実証した。次いで、正方形を直ちに約１０ｐｓｉの圧力で紙に押し付けた。全てではないがほとんどのインクが転写された。これを図８Ａ〜図８Ｃに示す。図８Ａは、インクの正方形が表面上に印刷／噴射された後の膜を示し、図８Ｂは、正方形を紙上に印刷した後の同じ膜を示し、図８Ｃは、湿った紙タオルで軽く拭いた後の同じ膜を示している。清掃によって全ての顔料の跡が除去され、その後の２回の手順の繰り返しによって膜表面上に明白な顔料の蓄積が生じることはなかった。
【００４０】
しかしながら、インクを吸い取られて乾いたばかりの膜上に印刷が行われると、膜は、約５分後に完全に乾燥し、より脆くなることが観察された。したがって、印刷は、膜がその下に液体が存在する限り無期限に水和された状態に保たれるように、膜と下にあるプラスチックシート基材との間にごく少量の水が捕捉されている状態で行われた。インクはまた、膜表面上に均一に広がるのではなく、液滴を形成することも観察された。これは、膜の表面エネルギーが低すぎること、又は、その下の織布ポリマー補強材により、表面が完全に平坦ではないことに起因し得る。
【００４１】
上述のように、インクの非蒸発乾燥を対象とする様々な実施形態を実装して、印刷プロセスを改善することができる。プロセス及びシステムは、蒸発又は蒸気凝縮の問題なしに、水などの揮発性成分を除去することができる。熱構成要素及び熱管理なしで、非蒸発分離は、より少ないエネルギーを消費し、他の設備のための熱保護を必要とせず、また増加した液滴乾燥速度が、小さな印刷デバイスサイズを可能にする。
【００４２】
別途記載のない限り、本明細書及び特許請求の範囲で使用される特徴サイズ、量、及び物理的特性を表す全ての数は、全ての場合において、「約」という用語によって修飾されるものとして理解されるべきである。したがって、反対に指示されない限り、前述の明細書及び添付の特許請求の範囲に記載される数値パラメータは、本明細書に開示される教示を利用して当業者が得ようとする所望の特性に応じて変化し得る近似値である。端点による数値範囲の使用は、その範囲内の全ての数（例えば、１〜５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、及び５を含む）及びその範囲内の任意の範囲を含む。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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