(57)【要約】【課題】インクジェット印刷における印刷品質を向上させる。【解決手段】総じて、インクジェットシステムは、基体上に溶剤インクを印刷するためのインクジェットプリントヘッド及び、溶剤インクの液滴広がりを減じるための所定の温度まで基体を加熱するに十分に基体に対して配置された、ヒータを備える。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクジェットシステムにおいて、
基体上に溶剤インクを印刷するためのインクジェットプリントヘッド、及び
前記溶剤インクの液滴広がりを減じるための所定の温度まで基体を加熱するに十分に前記基体に対して配置されたヒータ、
を備えることを特徴とするインクジェットシステム。
【請求項２】
前記ヒータが前記プリントヘッドに対して配置されることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットシステム。
【請求項３】
前記溶剤インクが、沸点が約３０８Ｋ〜約４６４Ｋである溶剤を含むことを特徴とする請求項１に記載のインクジェットシステム。
【請求項４】
基体を加熱するための前記ヒータが、前記溶剤の前記沸点の約±２５％の温度まで、前記基体を加熱することを特徴とする請求項３に記載のインクジェットシステム。
【請求項５】
前記ヒータと電気通信接続しているコントローラをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットシステム。
【請求項６】
前記コントローラが溶剤インク及び基体の材料特性に関する情報を格納することを特徴とする請求項５に記載のインクジェットシステム。
【請求項７】
前記基体に対して配置されたファンをさらに備えることを特徴とする請求項５に記載のインクジェットシステム。
【請求項８】
前記ファンが前記コントローラと電気通信接続していることを特徴とする請求項７に記載のインクジェットシステム。
【請求項９】
前記ヒータが前記ヒータの温度を検知するためのセンサを有することを特徴とする請求項１に記載のインクジェットシステム。
【請求項１０】
前記プリントヘッドに対して前記基体を移動させるためのコンベアをさらに備えることを特徴とする請求項５に記載のインクジェットシステム。
【請求項１１】
前記コンベアが前記コントローラと電気通信接続していることを特徴とする請求項１０に記載のインクジェットシステム。
【請求項１２】
前記ヒータがプラテンを有することを特徴とする請求項１に記載のインクジェットシステム。
【請求項１３】
前記プラテンが真空源と連結する開口を有することを特徴とする請求項１２に記載のインクジェットシステム。
【請求項１４】
前記ヒータが輻射熱源であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットシステム。
【請求項１５】
前記ヒータがカートリッジヒータであることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットシステム。
【請求項１６】
前記ヒータが熱風源であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットシステム。
【請求項１７】
前記基体の熱伝導度が約０.００１Ｗ/ｃｍ・Ｋ以上であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットシステム。
【請求項１８】
インクジェットシステムにおいて、
基体上に、沸点を有する溶剤を含む、溶剤インクを印刷するためのインクジェットプリントヘッド、
前記基体を、前記溶剤のほぼ前記沸点まで、加熱するための前記プリントヘッド及び前記基体に対して配置されたヒータ、及び
前記ヒータの温度を調節するために前記ヒータと電気通信接続しているコントローラ、
を備えることを特徴とするインクジェットシステム。
【請求項１９】
印刷方法において、
溶剤インクの液滴広がりを減じるための所定の温度まで基体を加熱する工程、及び
前記基体上に前記溶剤インクを印刷する工程、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２０】
インクジェットプリンタを用いて前記溶剤インクを印刷する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記溶剤インクが沸点を有する溶剤を含み、前記方法が前記溶剤のほぼ前記沸点まで前記基体を加熱する工程を含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記溶剤の前記沸点が約３０８Ｋ〜約４６４Ｋであることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記方法が前記溶剤の前記沸点の約±２５％まで前記基体を加熱する工程を含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
コンベアに沿って基体を移動させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
前記ヒータの温度を検知する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
約１５秒以下の間、前記基体を加熱する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２７】
カートリッジヒータを用いて前記基体を加熱する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２８】
輻射熱源を用いて前記基体を加熱する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２９】
前記基体上に前記溶剤インクを印刷する工程の前に前記基体を加熱する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項３０】
前記基体上に前記溶剤インクを印刷する工程の後に前記基体を加熱する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項３１】
真空源と連結している開口をもつプラテン上で前記基体を加熱する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項３２】
前記ヒータの前記加熱を調節する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的には液滴射出デバイスに関し、さらに詳しくはインクジェットプリンタの印刷品質の向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
液滴射出デバイスが、基体上に液滴を被着するために用いられている。インクジェットプリンタは液滴射出デバイスの一タイプである。インクジットプリンタは一般にノズル路へのインク供給源を有する。ノズル路はノズル開口で終端し、ノズル開口からインク液滴が射出される。インク液滴射出はインク路内でアクチュエータを用いてインクを加圧することによって制御され、アクチュエータは、例えば、圧電デフレクター、熱バブルジェット（登録商標）発生器または静電偏向素子とすることができる。一般的なプリントヘッドは、それぞれのノズル開口からの液滴射出を独立に制御できるように、それぞれにノズル開口が対応してアクチュエータが付帯する、インク路のアレイを有する。ドロップオンデマンド型プリントヘッドでは、プリントヘッド及びプリント基体を互いに対して移動させながら、画像の特定のピクセル位置において選択的に液滴を射出するようにそれぞれのアクチュエータが起発させられる。高性能プリントヘッドでは、ノズル開口は一般に６０μｍ以下、例えば約３５μｍの直径を有し、５０〜３００ノズル/インチ（１.９７〜１１.８ノズル/ｍｍ）のピッチで隔てられ、１００〜３０００ｄｐｉないしさらに高い解像度を有し、約１〜１００ピコリットルの大きさの液滴を提供する。液滴射出頻度は１０ｋＨｚ以上とすることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
印刷精度はプリンタの、ヘッド、とりわけ複数のヘッドの、ノズルで射出される液滴の寸法及び速度の一様性を含む、多くの要因に影響される。さらに、液滴寸法及び液滴速度の一様性は、インク路の寸法一様性、音響干渉効果、インク流路内の汚染物及びアクチュエータの作動一様性のような要因に影響される。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一態様において、インクジェットシステムは、溶剤インクを基体上に印刷するためのインクジェットプリントヘッド及び、溶剤インクの液滴広がりを減じるための所定の温度に基体を加熱するに十分に、基体に対して配置されたヒータを備える。
【０００５】
実施形態は以下の特徴の１つ以上を有することができる。インクジェットシステムはプリントヘッドに対して配置されたヒータを有する。溶剤インクは沸点が約３０８Ｋ〜約４６４Ｋの溶剤を含む。基体を加熱するためのヒータは、溶剤の沸点の約±２５％の温度に基体を加熱する。インクジェットシステムはヒータと電気通信接続しているコントローラを備えることができる。コントローラは溶剤インク及び基体の材料特性に関する情報を格納することができる。インクジェットシステムは基体に対して配置されたファンを有することもできる。ファンはコントローラと電気通信接続することができる。ヒータはヒータの温度を検知するためのセンサを有することができる。
【０００６】
別の実施形態は以下の特徴の１つ以上を有することができる。インクジェットシステムはプリントヘッドに対して基体を移動させるためのコンベアを備えることができる。コンベアはコントローラと電気通信接続する。ヒータはプラテンを有することができ、プラテンは真空源と連結する開口を有することができる。ヒータは、輻射熱源、カートリッジヒータまたは熱風源とすることができる。基体は約０.００１Ｗ/ｃｍ・Ｋ以上の熱伝導度を有することができる。
【０００７】
別の態様において、インクジェットシステムは、基体上に、沸点を有する溶剤を含む溶剤インクを印刷するためのインクジェットプリントヘッド、基体を溶剤のほぼ沸点に加熱するためにプリントヘッド及び基体に対して配置されたヒータ、及びヒータの温度を調節するためにヒータに電気通信接続しているコントローラを備える。
【０００８】
また別の態様において、印刷方法は、溶剤インクの液滴広がりを減じるための所定の温度に基体を加熱する工程及び基体上に溶剤インクを印刷する工程を含む。
【０００９】
実施形態は以下の特徴の１つ以上を有することができる。印刷方法はインクジェットプリンタを用いて溶剤インクを印刷する工程を含むことができる。溶剤インクは沸点（すなわち約３０８Ｋ〜約４６４Ｋ）を有する溶剤を含むことができ、印刷方法は溶剤のほぼ沸点に（すなわち溶剤の沸点の約±２５％に）基体を加熱する工程を含むことができる。印刷方法は、コンベアに沿って基体を移送する工程、ヒータの温度を検知する工程、基体を約１５秒以下の間加熱する工程、基体をカートリッジヒータで加熱する工程、あるいは基体を輻射熱源で加熱する工程を含むことができる。
【００１０】
別の実施形態は以下の特徴の１つ以上も有することができる。本方法は、基体上に溶剤インクを印刷する工程の前または後に基体を加熱する工程、真空源と連結する開口をもつプラテン上の基体を加熱する工程、または基体の加熱を調節する工程を含むことができる。
【００１１】
材料の熱特性、材料の温度及び溶剤インクの沸点は、液滴広がり及び材料上に印刷される画像の画像品質に影響を与え得る。基体の熱特性には、熱質量、熱拡散率及び、熱質量と熱拡散率の積である、熱伝導度を含めることができる。材料の熱伝導度が高くなるほど速やかに材料が所望の温度に到達する。
【００１２】
基体上の溶剤インクの液滴広がりは、溶剤がどれだけ速やかに基体から蒸発するかに依存する。溶剤の沸点近くまで基体を加熱することにより、溶剤は速やかに蒸発して、インクの広がりを小さくし、画像品質を向上させる。
【００１３】
さらなる態様、特徴及び利点は以下の詳細な説明、図面及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】プリントヘッド及びヒータを備える第１の印刷システムを示す概略図
【図１Ｂ】プリントヘッド及びヒータを備える第２の印刷システムを示す概略図
【図２】印刷システムに用いられるヒータを示す上面図
【図３Ａ】溶剤インクを用いて印刷した加熱試験サンプルを示す写真
【図３Ｂ】室温において溶剤インクを用いて印刷した試験サンプルを示す写真
【図４Ａ】プリントヘッド及び輻射熱源を備える第１の印刷システムを示す概略図
【図４Ｂ】プリントヘッド及び輻射熱源を備える第２の印刷システムを示す概略図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１Ａ及び１Ｂを参照すれば、印刷システム１０は、インク貯槽１４からの溶剤インク１３を印刷するためのプリントヘッド１２及び印刷後に基体１６を加熱するためのヒータ１５を備える。図１Ａにおいて、基体１６はコンベア１８に沿って移動し、基体１６がプリントヘッド１２の下を走行している間にプリントヘッド１２が基体１６上に溶剤インク１３を被着し、続いて、液滴広がりを減じるためにヒータ１５が基体１６を加熱する。基体１６が加熱されている間、ファン１９が基体１６に空気を吹き付け、吹き付けられた空気は基体をヒータに押し付けて密着させる。また、ファン１９から吹き付けられた空気は溶剤インクから蒸発した蒸気を運び去る。ヒータ１５は真空源２４と連結する開口をもつプラテンを有し、プラテンもヒータ１５と基体１６の間の密着を補助する。
【００１６】
別の実施形態として、図１Ｂは印刷の前に基体を加熱するヒータ１５を示す。ヒータ１５は、溶剤インクがプリントヘッドノズルにおいて乾くことのないように、プリントヘッド１２から十分な距離に配置される。また図１Ｂのファン１９が基体をより良くヒータに接触させるために空気を基体に吹き付ける。図１Ｂは、コンベア１８の開口を通して空気を引いて基体１６をコンベア１８に吸い付けるためにプリントヘッド１２の下に配置された真空源２４を示す。これにより、印刷のための平坦な面が得られ、印刷中の基体のずれが防止される。
【００１７】
図１Ａ及び１Ｂはヒータ１５の温度を検出するためのセンサ１７を示す。センサ１７は、ヒータ１５が一定温度に制御されるかまたは新しい温度に調節され得るように、コントローラ２２にフィードバック情報を提供できる。コントローラ２２は、コンベア１８の速度を制御し、プリントヘッド１２に印刷情報を送ることもできる。例えば、コントローラ２２は、熱伝導度が高く、熱質量が小さい基体上に印刷する場合または沸点が低い溶剤インクで印刷する場合には、コンベア１８の移送速度を高めることができ、逆の場合にはコンベア１８の移送速度を低めることができる。
【００１８】
「溶剤インク」は蒸発する揮発分を含むインクを表すために用いられる。溶剤インクは水性または非水性とすることができる。代表的な溶剤には、水、アルコール及びメチルエチルケトン（ＭＥＫ）がある。エス・ポンド（S. Pond），「インクジェット技術及び製品開発戦略（Ink Jet Technology and Product Development Strategies）」，２０００年，Torrey Pines Research，ｐ.１５３〜２１０。他の溶剤には、乳酸エチル及びＮ,Ｎ-ジメチルプロピオナミド（ＤＭＰＡ）がある。毒性が高い溶剤もあるが、乳酸エチルは比較的毒性が低く、生物分解性であると考えられる。乳酸エチルは食用品または薬剤に接する基体上に印刷する場合に用いることができる。乳酸エチルはダイズまたはトウモロコシからつくることができる。溶剤インクは主成分として揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を含んで差し支えない。溶剤インク内の溶剤の重量百分率は約３５〜９５重量％とすることができる。溶剤インクは、インク顔料、染料、界面活性剤及び溶剤のような、多くの成分からなることができる。
【００１９】
溶剤インク内の溶剤の沸点（すなわち３５℃〜１９０℃（３０８Ｋ〜４６４Ｋ））は所望の基体温度を決定するために用いられる。例えば、水、メチルエチルケトン及び乳酸エチルの沸点はそれぞれ、１００℃、約６５℃及び約１５１〜１５５℃である。基体は、溶剤が速やかに蒸発してインクの液滴広がりを減じるように、溶剤の沸点に近い（すなわち、溶剤の沸点の±２５％，±１０％，＋１０％〜−２５％の）温度に加熱される。例えば、溶剤の沸点が約３０８Ｋ〜４６４Ｋの範囲にあれば、基体を溶剤の沸点の約±２５％の温度に加熱することができる。溶剤の沸点が約３３８Ｋであれば、約２５３Ｋ〜４２３Ｋに基体を加熱することができる。その他のインク成分及びユーザに対する印刷システムの安全性などの、他の要因も基体がどれだけ加熱されるかに影響し得る。
【００２０】
基体の熱伝導度は基体を所定の温度に加熱するに必要な熱量及び時間に影響する。熱伝導度ｋは材料の熱伝導能力である。２つの熱質量が接触すると、高温側の質量が冷却され、低温側の質量が加熱される。この場合、インク液滴が基体に接触すると、インクが加熱され、基体が冷却される。どれだけ長く基体を加熱するかを決定するために熱伝導度及び熱質量を用いることができる。例えば、基体の熱伝導度が高く熱質量が小さければ、加熱時間は短くなり、逆であれば、加熱時間は長くなる。いくつかの用途において、基体は、約１５秒以下（すなわち、１０秒以下、５秒以下、１秒以下）の間、加熱される。
【００２１】
例えば、プリントヘッドは乳酸エチルを含む溶剤インクをキャンディの包み紙に印刷することができる。乳酸エチルの沸点は約４２６Ｋであり、アルミニウムでつくられた包み紙の熱伝導度は約２.２Ｗ/ｃｍ・Ｋである。アルミニウムの熱伝導度は比較的高く、包み紙の熱質量は小さいから、インク液滴広がりを減じるために乳酸エチルの沸点近く（約３８３Ｋ〜４６９Ｋ）まで僅か数秒で包み紙を加熱することができる。
【００２２】
図１Ａ及び１Ｂの印刷システムのコントローラ２２は、様々なタイプの溶剤インクに関する、それぞれの沸点のような情報も、様々なタイプの基体に関する、それぞれの熱質量、熱拡散率及び熱伝導度のような情報も、格納することができる。コントローラ２２は次いで、印刷作業に用いられている溶剤インク及び基体のタイプに基づく所定の温度まで基体１６を加熱するために、ヒータ１５と通信することができる。あるいは、印刷されるべきインク及び基体の材料特性をユーザが手作業で入力することができる。次いで、コントローラに格納された沸点及び熱伝導度のデータに基づく所定の温度までヒータ１５が基体を加熱することになる。ヒータ１５の一例が図２に示される。
【００２３】
図２を参照すれば、ヒータ１００は、図１Ａに示されるように真空源２４に連結することができる貫通開口１０４が形成されている、プラテン１０２を有する。プラテン１０２への基体１０６の吸い付けにより、基体１０６を効率的かつ一様に加熱することができる。プラテン１０２は、金属（すなわちアルミニウム）またはセラミックのような、熱を伝導するいずれかの材料でつくることができる。あるいは、プラテン１０２は開口１０４のない連続面とすることができる。ヒータのタイプには、（米国ミネソタ州セントルイス（St. Louis）のWatlow Electric Manufacturing Companyから入手できる）カートリッジヒータ、輻射熱源（すなわち加熱ランプ）または熱風源を含めることができる。
【００２４】
図３Ａ及び３Ｂは印刷サンプルの２０倍顕微鏡写真を示す。サンプルは食品級溶剤インクで印刷したニッケルメッキストリップである。図３Ａにおいて、熱風ガンで約５０〜６０度に加熱されたニッケルストリップ４００は印刷領域４０１及び無印刷領域４０２を示す。図３Ｂは、印刷領域５０１及び無印刷領域５０２をもつ、室温で印刷されたニッケルストリップ５００を示す。図３Ａ及び３Ｂの写真の右側の定規の目盛間隔は１ｍｍである。
【００２５】
図３Ｂにおいては、基体上の液滴広がりが大きいため、画像品質が劣る。室温におけるスポット直径は約０.００５インチ（０.１２７ｍｍ）である。エッジはぶれていて十分に明確でなく、インクが無印刷領域５０２に流れ込んでいる。図３Ｂの無印刷領域５０２間の距離は、図３Ａの加熱されたストリップの無印刷領域４０２間の距離より大きい。
【００２６】
対照的に、図３Ａの加熱されたストリップでは画像品質がより優れており、スポット直径は約０.００２〜０.００２５インチ（０.０５１〜０.０６４ｍｍ）であって、室温ストリップのスポット直径の１/２である。図３Ａにおいてはエッジがより明確であり、図３Ｂの室温ストリップほど大きくはインクが無印刷領域に流れ込んでいない。基体の加熱によって、溶剤インクの液滴広がりが減じられ、より優れた画像品質が得られる。
【００２７】
図４Ａ及び４Ｂを参照すれば、印刷システム２００は、プリントヘッド２０２，印刷の前または後に基体（すなわち、ウエブ）２０５を加熱するための輻射熱源２０４，プリントヘッド２０２にインクを供給するためのインク貯槽２０６及び、コンベア２１２，プリントヘッド２０２及び輻射熱源２０４と電気通信接続している、コントローラ２１０を備える。コンベア２１２はコンベアにウエブ２０５を吸い付けるために真空源２１４と連結する開口を有することができる。これはウエブの印刷及び加熱に役立つ。
【００２８】
図４Ｂの印刷システムは、加熱後のウエブ２０５の温度を検出するために、コンベア２１２の上方にセンサ２０８も備える。センサ２０８は温度読み値をコントローラ２１０に送る。コントローラ２１０は、ウエブが制御温度に加熱されているか否かを受動的にモニタするため、あるいはウエブが所定の温度に達し、印刷準備ができているか否かを能動的にモニタするために、温度読み値を用いることができる。コントローラ２１０は、ヒータの温度を調節するためにこの温度読み値を用いることができる。コントローラ２１０はウエブ２０５が所望の温度に達していればコンベア２１２を動かすために温度読み値を用いることもできる。
【００２９】
輻射熱源２０４は、プラテン上に平らに載らない非平坦基体（すなわちボール）上に印刷する場合にも、プラテン熱源では上面を速やかに加熱することができないかもしれないから、有用であり得る。放射熱源は非平坦基体上の特定の領域に熱を集中させて、その領域を速やかに加熱することができる。
【００３０】
プラテン熱源を用いて非平坦基体を加熱することもでき、輻射熱源を用いて平坦基体を加熱することができる。放射熱源には、赤外光及び白熱光を含めることができる。
【００３１】
図１Ａ，１Ｂ，４Ａ及び４Ｂを再び参照すれば、図示される特徴のいくつかを、必要に応じて、印刷システムに備えるかまたは印刷システムから排除することができる。それぞれの特徴は異なる構成で配置することもできる。例えば、より多くのセンサを印刷システムに備えることができ、あるいは印刷システムからコントローラを排除することができる。プリントヘッド、ファン、センサ、及びヒータは、基体下方、基体上方、または基体の隣のような、様々な位置に配置することができる。
【００３２】
図１Ａ，１Ｂ，４Ａ及び４Ｂの基体は、個別物体または連続ウエブ、平坦または非平坦、対称または非対称とすることができる。基体は、紙、ビニル、金属、木材、ガラスまたはプラスチックのような、いずれかの材料または材料の組合せでつくることができる。基体の熱伝導度には、紙及びビニルについての約０.００１Ｗ/ｃｍ・Ｋ〜０.００１５Ｗ/ｃｍ・Ｋ，ファイバ強化プラスチックについての約０.００２Ｗ/ｃｍ・Ｋ〜０.００７Ｗ/ｃｍ・Ｋ，高密度ポリマについての約０.００３３Ｗ/ｃｍ・Ｋ〜０.００５２Ｗ/ｃｍ・Ｋ，ガラスについての約０.００８Ｗ/ｃｍ・Ｋ〜０.００９３Ｗ/ｃｍ・Ｋ，及び様々な金属についての約０.１４Ｗ/ｃｍ・Ｋ〜４.２９Ｗ/ｃｍ・Ｋがある。熱伝導度に関するより多くの情報については、ヒュー・ディー・ヤング（Hugh D. Young），「ＣＲＣ化学／物理学ハンドブック（CRC Handbook of Chemistry and Physics）」，第７版，University Physics，表１５-５を参照されたい。
【００３３】
Nova JA 256/80 AAAのような、印刷システム用プリントヘッドは、米国ニューハンプシャー州レバノン（Lebanon）のDimatix, Inc.から入手できる。
【００３４】
その他の実施形態及びこれらの実施形態の組合せは以下の特許請求の範囲内にある。
【符号の説明】
【００３５】
１０，２００    印刷システム
１２，２０２    プリントヘッド
１３    溶剤インク
１４，２０６    インク貯槽
１５    ヒータ
１６，２０５    基体
１７，２０８    センサ
１８，２１２    コンベア
１９    ファン
２２，２１０    コントローラ
２４，２１４    真空源
２０４    輻射熱源
【図１Ａ】
2009544504.tif 000003
【図１Ｂ】
2009544504.tif 000004
【図２】
2009544504.tif 000005
【図３Ａ】
2009544504.tif 000006
【図３Ｂ】
2009544504.tif 000007
【図４Ａ】
2009544504.tif 000008
【図４Ｂ】
2009544504.tif 000009
【国際調査報告】
2009544504.tif 000010
2009544504.tif 000011