(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つまたは複数の静電吐出先端であって、各静電吐出先端は垂直部の一端に配設され、インクメニスカスがそれと相互に作用し、制御可能な電場に応答して使用中そこから選択的にインクが吐出され、前記１つまたは複数の静電吐出先端は１つまたは複数の各先端領域を画定する、１つまたは複数の静電吐出先端と、
前記１つまたは複数の静電吐出先端がその中に配置される空洞を画定するプリントヘッド筐体と、
を備える静電インクジェットプリントヘッドを操作する方法であって、
前記方法は、印刷作業中、
蒸気の流れを、前記プリントヘッドに、次いで前記プリントヘッド内の前記空洞に、供給することで、前記１つまたは複数の静電吐出先端の前記１つまたは複数の各先端領域におけるインクの蒸発を抑えるステップと、
ガス流れ制御装置を利用して、前記空洞内に流れ込む蒸気の流量を制御するステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
清掃作業中、前記１つまたは複数の静電吐出先端を清掃するために、前記プリントヘッドに、次いで前記空洞内に、すすぎ流体を通すステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記蒸気と前記すすぎ流体は、共通のタンクから前記プリントヘッドに、次いで前記空洞に、供給される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記蒸気は、前記すすぎ流体を通してキャリアガスを泡立てることによって前記タンク内に生成される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記プリントヘッドは、さらに、前記プリントヘッド筐体を通って前記空洞まで延びる少なくとも１つの通路を備え、
前記蒸気と前記すすぎ流体の両方は、前記少なくとも１つの通路を経由して前記空洞に通される、請求項２〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記静電インクジェットプリントヘッドは、複数の静電吐出先端を備え、
前記複数の静電吐出先端は、全て、前記プリントヘッド筐体によって画定される前記空洞内に配置される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記方法は、さらに、印刷作業中、前記空洞内に前記蒸気を通す前に前記蒸気に対して乾燥用のガスを加えるステップを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記方法は、さらに、印刷作業中、第２のガス流れ制御装置を利用して前記蒸気に加えられる前記乾燥用ガスの流量を制御するステップを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記蒸気は、キャリアガス中に拡散したまたは懸濁した液体を含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記キャリアガスおよび前記乾燥用ガスは、共通の供給源から供給される、請求項７および８のいずれかに従属する場合の請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記キャリアガスは、空気、乾燥空気および窒素のうちの１つまたは複数を含む、請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記液体は、炭化水素を含み、
前記炭化水素は、好ましくは、脂肪族炭化水素、Ｃ1-Ｃ20アルカン、分岐Ｃ1-Ｃ20アルカン、ヘキサン、シクロヘキサン、イソアルカン、イソデカン、イソウンデカン、イソドデカン、イソパラフィン、Ｉｓｏｐａｒ（登録商標）ＣおよびＩｓｏｐａｒ（登録商標）Ｇのうちの少なくとも１つである、請求項９から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記すすぎ流体は、炭化水素を含み、
前記炭化水素は、好ましくは、脂肪族炭化水素、Ｃ1-Ｃ20アルカン、分岐Ｃ1-Ｃ20アルカン、ヘキサン、シクロヘキサン、イソアルカン、イソデカン、イソウンデカン、イソドデカン、イソパラフィン、Ｉｓｏｐａｒ（登録商標）ＣおよびＩｓｏｐａｒ（登録商標）Ｇのうちの少なくとも１つである、請求項２〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記蒸気は、実質的に飽和されている、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
少なくとも１つのプリントヘッドであって、前記プリントヘッドは、１つまたは複数の静電吐出先端であって、各静電吐出先端は垂直部の一端に配設され、インクメニスカスがそれと相互に作用し、制御可能な電場に応答して使用中そこから選択的にインクが吐出され、前記１つまたは複数の静電吐出先端は１つまたは複数の各先端領域を画定する、１つまたは複数の静電吐出先端と、前記１つまたは複数の静電吐出先端がその中に配置される空洞を画定するプリントヘッド筐体と、を有する、少なくとも１つのプリントヘッドと、
前記１つまたは複数の静電吐出先端の前記１つまたは複数の各先端領域におけるインクの蒸発を抑えるように、蒸気の流れを、前記プリントヘッドに、次いで前記プリントヘッド内の前記空洞に、供給するように構成されたタンクと、
前記空洞内への蒸気の流量を制御するように構成されたガス流れ制御装置と、
を備える、静電インクジェットプリントヘッド組立体。
【請求項１６】
前記タンクは、すすぎ流体を、前記プリントヘッドに、次いで前記空洞に、供給するようにさらに構成される、請求項１５に記載の静電インクジェットプリントヘッド組立体。
【請求項１７】
さらに、前記プリントヘッド筐体の中を通って前記空洞まで延びる少なくとも１つの通路を備え、
前記少なくとも１つの通路は、前記蒸気と前記すすぎ流体の両方を前記タンクから前記空洞まで送るように構成される、請求項１６に記載の静電インクジェットプリントヘッド組立体。
【請求項１８】
さらに、前記タンクへのキャリアガスと、前記蒸気に加えるための乾燥用ガスと、を供給するように構成されたガス供給源を備える、請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の静電インクジェットプリントヘッド組立体。
【請求項１９】
さらに、前記蒸気に加えられる前記乾燥用ガスの流量を制御するように構成された第２のガス流れ制御装置を備える、請求項１８に記載の静電インクジェットプリントヘッド組立体。
【請求項２０】
さらに、複数のプリントヘッドを備え、
各々のプリントヘッドは、空洞を画定するプリントヘッド筐体を備え、
１つまたは複数の吐出先端は、各々の空洞内に配置され、
前記タンクは、蒸気とすすぎ流体の両方を各々の空洞へと供給するように構成される、請求項１５〜１９のいずれか一項に記載の静電インクジェットプリントヘッド組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［0001］  本発明は、静電インクジェット印刷技法に関し、より詳細には、国際公開第９３/１１８６６号および関連する特許明細書に記載されるようなタイプのプリントヘッドおよびプリンタならびにその作動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
［0002］  国際公開第９３/１１８６６号に記載される静電プリントヘッドタイプの作動の一般的な方法はよく知られている。このタイプの静電プリンタは、固体粒子を最初に集中させ、その後吐出するために印加される電場を利用して、化学的に不活性な絶縁性のキャリア流体中に分散させた帯電固体粒子を吐出する。印加された電場によって電気泳動が生じ、帯電粒子が、それらがインクの表面にぶつかるまで電場内を被印刷物に向かって移動することから集中が起こる。吐出は、印加された電場が、表面張力に打ち勝つのに十分大きな力を帯電粒子上に生成する際に起こる。電場は、吐出箇所と被印刷物の間に電位差を生み出すことによって生成され、これは吐出箇所における、および／または吐出箇所を囲む電極に電圧を印加することによって達成される。
【０００３】
［0003］  吐出が起こる場所は、プリントヘッドの幾何学形状と、電場を形成する電極の位置および形状とによって決まる。典型的にはプリントヘッドは、プリントヘッドの本体からの１つまたは複数の突起で構成され、このような突起（吐出垂直部としても知られる）は、その表面上に電極を有する。電極に印加されるバイアスの極性は、帯電粒子の極性と同じであるため、力の方向は電極から離れ被印刷物へと向かう。さらにプリントヘッド構造の全体の幾何学形状および電極の位置は、集中と吐出が突起の先端を囲む極度に局所化した領域に起こるように設計される。
【０００４】
［0004］  インクは、吐出された粒子を補充するために吐出箇所を過ぎて途切れずに流れるように構成される。このような流れを可能にするには、インクは典型的には数センチポアズの低粘度でなければならない。吐出される材料は、帯電粒子の選択式の吐出に起因して粒子がより極度に集中することからより粘性が高く、結果として材料が衝撃を受けたときにあまり広がらないことから、この技法は、非吸収性の被印刷物に印刷するのに使用することができる。
【０００５】
［0005］  種々のプリントヘッド設計が、従来技術に記載されており、例えば国際公開第９３/１１８６６号、国際公開第９７/２７０５８号、国際公開第９７/２７０５６号、国際公開第９８/３２６０９号、国際公開第９８/４２５１５号、国際公開第０１/３０５７６号および国際公開第０３/１０１７４１号などに記載されている。
【０００６】
［0006］  特定の条件下で、静電プリントヘッドは、印刷を開始するためにプリントヘッドに印加される電圧パルス列の印加と、プリントヘッドからのインクの吐出の実際の開始と、の間に遅れを示す場合がある。
【０００７】
［0007］  応答時間が延びることは、画像の一部にインクが印刷されないことにつながるため、このような遅れが生じることは、印刷の品質の低下につながる恐れがある。
【０００８】
［0008］  応答時間は、
ａ）周辺温度が上昇するほど、規模が大きくなるため、その作用は、エジェクタにおけるインクの蒸発に関連付けられていることを示しており、ならびに
ｂ)エジェクタにバイアス電圧を印加する作業および／または被印刷物の移動と、吐出用パルスを印加する作業と、の間の時間が大きくなると、規模が大きくなるため、その作用は、先端付近のインクに対する電場の作用に関連付けられている、すなわち電気泳動による集中と、メニスカスを前方に引っ張ることで、先端においてより多くのインク面を被印刷物の移動による空気流に対して露出することを示している。
【０００９】
［0009］  応答時間の変動は、印刷パルスに対する変更によって修正するのは困難である。遅れを短縮するまたはなくすることで、吐出が、印刷パルスの印加に対して確実かつ制御可能に作動され、高品質の印刷を可能にする。
【００１０】
［0010］  印刷開始の遅れは、エジェクタ先端におけるより粘性の高いおよび／または固定されたインク固着物の形成が原因であると考えられている。
【００１１】
［0011］  バイアス電圧の印加の下で、インク表面メニスカスはエジェクタの先端に向かって前方に進められる。
【００１２】
［0012］  図１ａおよび図１ｂは、垂直部分４００を備える静電プリントヘッドのエジェクタを描いており、垂直部分４００はさらに吐出先端４１０を備えている。
【００１３】
［0013］  図１ａは、吐出先端４１０から引き出された位置での、バイアス電圧がない場合の典型的なメニスカスの位置を示している。図１ｂは、インクメニスカスの場所におけるバイアス電圧の影響を描いている。メニスカスは、バイアス電圧が印加される際のその前方に進んだ位置で示されている。メニスカスは、吐出先端４１０を囲繞し、インクの薄い層が吐出先端４１０の領域４０３に形成される。
【００１４】
［0014］  図１ｂは、以下に詳細に記載するように、ゆっくりとした応答時間を生じることになり得る、２つのインクが集中する仕組みを描いている。メニスカスは、バイアス電圧によって前方に進められ、プリントヘッドに対する被印刷物の移動によって空気流が生成される。バイアス電圧の印加はまた、電気泳動を通して吐出先端にインク粒子を集中させる作用も有する。図１ｂに示されるように、以下の２つの集中作用が生じる可能性がある。
【００１５】
［0015］  １）吐出先端４１０を囲繞するインクの薄層は、高い表面積と容積の比ならびに吐出先端４１０におけるインクの露出した位置が原因でキャリア流体の蒸発によって集中を受けやすい。この集中作用は、プリントヘッドを通り過ぎる空気流が増大するのに伴って増大することが予測され、プリントヘッドに対する被印刷物の移動によって生じる。
【００１６】
［0016］  ２）バイアス電圧の印加によって生成される電場の影響下で、帯電インク粒子は、電気泳動により移動し、吐出先端４１０に集中するため、インクの濃度と密度が局所的に増大することにつながる。
【００１７】
［0017］  応答時間は、プリントヘッドが、印加されたバイアス電圧と印刷以前の被印刷物の移動を組み合わせた状態で保持される場合、より大きくなるということが実験からの観察によって確認されてきた。
【００１８】
［0018］  図２は、バイアス電圧の印加および／または被印刷物の移動と、パルス電圧の印加による印刷の開始の間の遅れが拡大する、応答時間に対するバイアス電圧の印加の作用および／または被印刷物の移動の作用を描いている。ライン３０１は、被印刷物の移動の作用のみを描いており、ライン３０２は、バイアス電圧の印加の作用のみを描いている。個別にはこれらの要因は印刷の開始に対して遅れをほとんど生じさせない、または全く生じさせないことが分かる。
【００１９】
［0019］  ライン３０３は、バイアス電圧の印加と組み合わせた被印刷物の移動の作用を描いている。図２から、応答時間の規模は、バイアス電圧の印加および／または被印刷物の移動と、パルス電圧の印加による印刷の開始との間の遅れが大きくなるにつれてどちらかの要因単独によって生じるものよりずっと大きくなる。
【００２０】
［0020］  応答時間を短縮する既知の手法は、印刷の間のバイアス電圧を抑えるまたは逆方向にすることである。これは、電気泳動によるインク中の粒子の移動を逆向きにする、および／または印刷しない間はインクメニスカスをプリントヘッドの先端から引き離し、これによりインクの集中した層が、吐出先端において形成されないようにすることによって有効であると考えられている。
【００２１】
［0021］  この手法は、応答時間の改善に対して有意義な利点を有する。しかしながらこれは、画像の印刷の前に限って実施することができ、印刷作業中にはできないことから、利用できない、または十分に効果的ではない一部の状況も存在している。例えば、大きな画像の場合、画像の設計が理由で、最初に画像の開始位置から長い距離を印刷するのに特定エジェクタが必要とされ、画像の開始点におけるバイアス電圧の低下または逆転の有利な作用は、エジェクタが印刷するために要求される時間によって低下する、または失われる場合もある。
【００２２】
［0022］  応答時間はまた、インクの化学的性質にも左右され、例えば粒子の帯電作用および分散の安定性を制御するインク配合に対する変更によって改善される場合もある。しかしながらそのような変更は、例えば液滴のサイズおよび粘性などインク性能のその他の特徴に悪影響を及ぼす傾向がある。よって１つの解決法は、インクの独立性を必要とする。
【００２３】
［0023］  このような手法の組み合わせは、印刷開始応答を改善し得るが、一部のケースでは、それは確実性がなく、十分に改善されない場合もある。したがって、印刷開始応答を改善するためのより効果的な方法が必要とされる。
【００２４】
［0024］  米国特許出願公開第２０１５/０１５１５５４（Ａ１）号は、被印刷物搬送機構を含めた印刷システム全体を収容する筐体を設け、この筐体内に加湿させたガスを取り込むことによって印刷システムの領域内の水分含有量を増加させるためのシステムを記載している。
【発明の概要】
【００２５】
［0025］  本発明の第１の態様によると、使用中、そこからインクが吐出され、先端領域を画定する１つまたは複数の吐出先端と、先端が中に配置される空洞を画定するプリントヘッド筐体と、を備える静電インクジェットプリントヘッドを操作するための方法が提供されており、方法は、印刷作業中、蒸気を空洞内に通すことで先端領域におけるインクの蒸発を抑えるステップを含む。
【００２６】
［0026］  有利には、静電プリントヘッドを操作するこの方法は、印刷開始応答をかなり改善させることになり、大抵のケースでは、印刷開始の遅れをなくす。印刷作業中に空洞内に蒸気を通すことは、先端領域における蒸発を抑え、遅れのために必要な構成要素もなくす。先端領域において一定の状態が維持され、先端領域におけるインクの粘性が望ましくないように増大することはない。
【００２７】
［0027］  さらに吐出先端が中に配置される空洞は、プリントヘッド自体の筐体によって画定される。有利には、空洞は、プリントヘッド自体の一部を含むため、空洞の容積は、比較的小さく、これは先端領域における蒸発を抑えるために空洞を満たすために生成されるべき蒸気の必要量が少量ですむことを意味している。米国特許出願公開第２０１５/０１５１５５４（Ａ１）号に記載されるシステムでのように、筐体が被印刷物搬送機構ならびにプリントヘッド自体を含め印刷システム全体を収容するとしたら、筐体によって画定される空洞の容積は明らかにずっと大きくなり、これに対応して生成されるべき蒸気の量もより大きくなるであろう。
【００２８】
［0028］  印刷作業には、プリントヘッドが印刷作業に備えて予備注入されるとき、すなわちインクを吐出箇所から吐出することができるようにインクが吐出箇所に配置される任意の時間が含まれてよい。さらに印刷作業には、インクが吐出されている任意の時間および／またはバイアス電圧がプリントヘッドに印加される任意の時間が含まれてよい。
【００２９】
［0029］  好ましくは、方法はさらに、清掃作業中、１つまたは複数の吐出先端を清掃するために空洞内にすすぎ流体を通すステップを含む。
【００３０】
［0030］  清掃作業中、空洞内を通過する流体は、すすぎ流体または清浄流体と呼ばれる場合もある。すすぎ流体または清浄流体は典型的にはインクキャリア流体（典型的にはＩｓｏｐａｒ（登録商標）Ｇ）を含む。すすぎ流体または清浄流体はまた、電荷制御剤および／または分散剤を含む場合もある。
【００３１】
［0031］  蒸発を抑えるために蒸気が空洞内に通され、すすぎ流体は、別個のタンクによって供給される場合もあるが、蒸気とすすぎ流体は、共通のタンクから空洞に供給されるのが好ましい。
【００３２】
［0032］  有利にはこれは、この方法の清掃作業と印刷作業の両方を可能にするために必要とされる構成要素の数を削減し、これによりプリントヘッドの設計を簡素化し、組み立てコストを削減する。
【００３３】
［0033］  静電インクジェットプリントヘッドはさらに、プリントヘッド筐体の中を通って空洞まで延びる少なくとも２つの通路を備えることができ、その一方を通って蒸気が空洞まで通され、その一方を通ってすすぎ流体が空洞まで通される。しかしながら好ましくは、プリントヘッドはさらに、蒸気とすすぎ流体の両方が、少なくとも１つの通路を経由して空洞に通される、プリントヘッド筐体の中を通って空洞まで延びる少なくとも１つの通路を備える。
【００３４】
［0034］  有利には、これは、この方法の清掃作業と印刷作業の両方を可能にするために必要とされる構成要素の数を削減し、これによりプリントヘッドの設計を簡素化し、組み立てコストを削減する。
【００３５】
［0035］  蒸気は、空洞内に自由に流れることができるが、好ましくは方法はさらに、印刷作業中、第１の流量制御装置を利用して空洞内に流れ込む蒸気の流量を制御するステップを含む。
【００３６】
［0036］  有利には、蒸気の流量を制御することは、プリントヘッドの作動に不利になるような影響を与えることなく、蒸気の流れが上記に概説した濃縮する作用に対抗するのに十分であることを確実にする。蒸気の流れは、移動する被印刷物によって生じるプリントヘッド内に進入する空気流に対抗するのに十分であるが、インク吐出の向きをそらすほど大きくはないことが必要である。
【００３７】
［0037］  好ましくは、方法はさらに、印刷作業中、空洞内に蒸気を通す前に蒸気に対して乾燥用のガスを加えるステップを含む。
【００３８】
［0038］  乾燥用ガスは、ドライガスであってよく、すなわちそれに加えられたいかなる形態の蒸気も持たない、またはそこからいかなる蒸気も取り出したガスであってよい。例えば乾燥用ガスは、圧縮空気源から供給されてよく、それ故、場合によっては水である残余蒸気を含む場合もあるが、ほとんど乾燥している。ドライガスを蒸気に加えることで、蒸気の蒸気濃度を低下させる。
【００３９】
［0039］  乾燥用ガスは、プリントヘッド筐体の空洞内に通された蒸気よりも低い蒸気濃度を有する任意のガスであってよい。
【００４０】
［0040］  乾燥用ガスを蒸気に加えることの効果は、蒸気の蒸気濃度を抑えることである。
【００４１】
［0041］  有利には、空洞内に蒸気を通す前に乾燥用ガスを蒸気に加えることは、空洞に達する全体の蒸気濃度を低下させることによって、プリントヘッドの内側表面上での凝縮の発生を抑える、および一部のケースではそれを阻止する。凝縮の発生は、プリントヘッドの作動を阻む場合がある。
【００４２】
［0042］  好ましくは、方法はさらに、印刷作業中、第２の流量制御装置を利用して蒸気に加えられる乾燥用ガスの流量を制御するステップを含む。
【００４３】
［0043］  有利には、乾燥用ガスの流量を制御することは、乾燥用ガスの流れが制御可能であることでプリントヘッドの内側表面に凝縮が発生するのを阻止することを確実にし、蒸気の流れがなおも、上記に概説した集中作用に対抗するのに十分であることを確実にする。
【００４４】
［0044］  他の物質が使用される場合もあるが、好ましくは、蒸気は、キャリアガス中に拡散したまたは懸濁した液体を含む。
【００４５】
［0045］  異なる供給源が使用される場合もあるが、好ましくは、キャリアガスおよび乾燥用ガスは、共通の供給源から供給される。
【００４６】
［0046］  好ましくは、キャリアガスは、空気、乾燥させた空気および窒素のうちの１つまたは複数を含む。
【００４７】
［0047］  好ましくは、液体は、炭化水素を含み、この場合炭化水素は好ましくは、脂肪族炭化水素、Ｃ1-Ｃ20アルカン、分岐Ｃ1-Ｃ20アルカン、ヘキサン、シクロヘキサン、イソデカン、イソウンデカン、イソドデカン、イソパラフィン、Ｉｓｏｐａｒ（登録商標）ＣおよびＩｓｏｐａｒ（登録商標）Ｇのうちの少なくとも１つである。
【００４８】
［0048］  好ましくはすすぎ流体は、炭化水素を含み、この場合炭化水素は好ましくは、脂肪族炭化水素、Ｃ1-Ｃ20アルカン、分岐Ｃ1-Ｃ20アルカン、ヘキサン、シクロヘキサン、イソアルカン、イソデカン、イソウンデカン、イソドデカン、イソパラフィン、Ｉｓｏｐａｒ（登録商標）ＣおよびＩｓｏｐａｒ（登録商標）Ｇのうちの少なくとも１つである。
【００４９】
［0049］  Ｉｓｏｐａｒ（登録商標）ＣおよびＩｓｏｐａｒ（登録商標）Ｇは、ＥｘｘｏｎＭｏｂｉｌ（登録商標）社によって製造されたイソパラフィン流体である。
【００５０】
［0050］  それらは異なる物質を含む場合もあるが、好ましくはすすぎ流体と蒸気は共に同一の物質を含む。
【００５１】
［0051］  好ましくはすすぎ流体と蒸気は共に、イソパラフィン、炭化水素、Ｉｓｏｐａｒ（登録商標）ＣおよびＩｓｏｐａｒ（登録商標）Ｇのうちの１つまたは複数を含む。
【００５２】
［0052］  好ましくは、蒸気は実質的に飽和されている。
【００５３】
［0053］  本発明の第２の態様によると、使用中そこからインクが吐出され、先端領域を画定する１つまたは複数の吐出先端と、先端が中に配置される空洞を画定するプリントヘッド筐体と、蒸気とすすぎ流体の両方を空洞に供給するように構成されたタンクと、を備える静電インクジェットプリントヘッド組立体が提供される。
【００５４】
［0054］  静電インクジェットプリントヘッドはさらに、プリントヘッド筐体の中を通って空洞まで延びる少なくとも２つの通路を備えることができ、その一方を通って蒸気が空洞まで通され、その一方を通ってすすぎ流体が空洞まで通される。しかしながら好ましくは、静電インクジェットプリントヘッド組立体はさらに、プリントヘッド筐体の中を通って空洞まで延びる少なくとも１つの通路を備え、該少なくとも１つの通路は、蒸気とすすぎ流体の両方をタンクから空洞まで送るように構成される。
【００５５】
［0055］  蒸気は、空洞内に自由に流れることができるが、好ましくは、静電インクジェットプリントヘッド組立体はさらに、空洞内への蒸気の流量を制御するように構成された第１の流量制御装置を備える。
【００５６】
［0056］  本発明の第３の態様によると、使用中そこからインクが吐出され、先端領域を画定する１つまたは複数の吐出先端と、先端が中に配置される空洞を画定するプリントヘッド筐体と、蒸気を空洞に供給するように構成されたタンクと、空洞内への蒸気の流量を制御するように構成された第１の流量制御装置と、を備える静電インクジェットプリントヘッド組立体が提供される。
【００５７】
［0057］  有利には、蒸気の流量を制御することは、プリントヘッドの作動に不利になるような影響を与えることなく、蒸気の流れが、上記に概説した濃縮する作用に対抗するのに十分であることを確実にする。蒸気の流れは、移動する被印刷物によって生じるプリントヘッド内に進入する空気流に対抗するのに十分であるが、インク吐出の向きをそらすほど大きくはないことが必要である。
【００５８】
［0058］  キャリアガスと、乾燥用ガスは別個の供給源によって提供されてよいが、好ましくは、静電インクジェットプリントヘッド組立体はさらに、タンクへのキャリアガスと、蒸気に加えるための乾燥用ガスと、を供給するように構成されたガス供給源を備える。
【００５９】
［0059］  有利には、これは、必要とされる構成要素の数を削減し、これによってプリントヘッドの設計を簡素化し、組み立てコストを削減する。さらに乾燥用ガスを蒸気に加えることは、および一部のケースでは、プリントヘッドの作動を阻む恐れのあるプリントヘッドの内側表面での凝縮の発生を阻止する。
【００６０】
［0060］  好ましくは、静電インクジェットプリントヘッド組立体はさらに、蒸気に加えられる乾燥用ガスの流量を制御するように構成された第２の流量制御装置を備える。
【００６１】
［0061］  有利には、乾燥用ガスの流量を制御することは、乾燥用ガスの流れが制御可能であることでプリントヘッドの内側表面に凝縮が発生するのを阻止することを確実にし、蒸気の流れがなおも、上記に概説した濃縮する作用に対抗するのに十分であることを確実にする。
【００６２】
［0062］  好ましくは、静電インクジェットプリントヘッド組立体はさらに、複数のプリントヘッドを備え、各々のプリントヘッドがプリントヘッド筐体を備え、各々のプリントヘッド筐体が空洞を画定し、１つまたは複数の吐出先端が各々の空洞内に配置され、タンクは、蒸気とすすぎ流体の両方を各々の空洞へと供給するように構成される。
【００６３】
［0063］  本発明の実施形態を単なる一例として、添付の図面を参照して次に記載する
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１ａ】［0064］バイアス電圧を印加する前のインクメニスカス位置を示す一例のプリントヘッドの先端を描く図である。
【図１ｂ】［0065］バイアス電圧が印加された状態のインクメニスカス位置を示し、発生し得るインクの集中の仕組みを示す一例のプリントヘッドの先端を描く図である。
【図２】［0066］バイアス電圧の印加および／または被印刷物の移動と、パルス電圧の印加による印刷の開始の間の遅れが増大するのに伴う、応答時間に対するバイアス電圧の印加と、被印刷物の移動の作用を示すグラフである。
【図３】［0067］本発明によるプリントヘッドの斜視図である。
【図４】［0068］図３に例示されるプリントヘッドの分解組立図である。
【図５】［0069］プリントヘッドの様々な部品に流体を誘導するプリントヘッド内のマニフォルドブロックの断面図である。
【図６】［0070］プリントヘッドの先端領域に流体を誘導する通路を示すプリントヘッドの断面図である。
【図７】［0071］図３に例示されるプリントヘッドの吐出領域の詳細な横断面図である。
【図８】［0072］図３に例示されるプリントヘッドの吐出領域の３次元の近距離からの図である。
【図９】［0073］図３と同じ図であるが、流路が示されている図である。
【図１０】［0074］清掃作業中に使用するためのメンテナンスキャップの一例を示す図である。
【図１１】［0075］メンテナンスキャップが係合するプリントヘッドのモジュール外側ケーシングの一例を示す図である。
【図１２】［0076］清掃作業の段階を記述するフローチャートである。
【図１３】［0077］応答時間を改善するために印刷作業中に用いられる方法の概略図である。
【図１４】［0078］印刷作業の段階を記述するフローチャートである。
【図１５】［0079］ＩＧ蒸気がプリントヘッド空洞に供給されない場合と、Ｉｓｏｐａｒ（登録商標）Ｇ蒸気が空洞に供給される場合の、２つの異なるインク温度２２℃と、２８℃に関する、被印刷物の移動と組み合わせたバイアス電圧の印加と、印刷の開始の間の遅れが増大するのに伴う、被印刷物の移動と組み合わせたバイアス電圧の印加の応答時間に対する作用を示したグラフである。
【図１６】［0080］応答時間を短縮するために、印刷作業中に用いられる方法の改良型の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００６５】
［0081］  図３、図４および図６に示されるような本発明による一例のプリントヘッド１００は、その間にプリズム２０２および中心タイル２０１が配置された流入ブロック１０１と、流出ブロック１０２とで構成された２つの部分のメイン本体を備え、中心タイルは、その前方縁部２０１ａに沿って形成された一列のエジェクタ先端４１０を有する。プリントヘッド１００の前方では、中間電極プレート１０３が基準面プレート１０４上に設置されており、これは、プリントヘッド１００の流入ブロック１０１と流出ブロック１０２上に設置されている。基準面プレート１０４は、図６に示されるように空洞４０２を画定し、その中に吐出先端４１０が収容される。吐出先端が配置される領域は、吐出箇所または先端領域４０３である。したがって基準面プレート１０４は、吐出先端４１０が中に配置される空洞４０２を画定するプリントヘッド筐体１０４とみなすことができる。図５に示されるガスケット２０８が、基準面プレート１０４と、流入ブロック１０１および流出ブロック１０２と、の間に設けられる。
【００６６】
［0082］  図４、図５、図６、図７および図８を参照すると、プリントヘッド１００のメイン本体は、流入ブロック１０１と、流出ブロック１０２と、を備え、その間に、プリズム２０２と、中心タイル２０１と、が挟まれている。中心タイル２０１は、その前方縁部２０１ａに沿って吐出先端４１０を有し、その後方縁部に沿って一列の電気接続部２０３を有する。
【００６７】
［0083］  図８に明確に示されるように、各々の吐出先端４１０は、垂直部４００の一端に配設され、インクメニスカスは（当分野でよく知られた方法で）それと相互に作用する。垂直部４００のどちらの側も、吐出垂直部４００の両側を通り過ぎてインクを運ぶインクチャネル４０４である。使用中、例えば印刷される画像のピクセルを形成するために、一定の割合のインクが吐出箇所４０３から吐出される。静電力を加えることによる吐出箇所４０３からのインクの吐出は、当業者によってよく理解されるため、本明細書ではさらに説明しない。
【００６８】
［0084］  図７に示されるプリズム２０２は、一連の狭いチャネル４１１を備え、これは中心タイル２０１の前方面２０１ａに沿って吐出先端４１０の各々に対応付けられた個々の吐出箇所４０３の各々に対応している。各々の吐出箇所４０３のインクチャネルは、プリズム２０２のそれぞれのチャネルと流体連通しており、プリズム２０２のそれぞれのチャネルは、流入ブロック１０１内に形成された入口マニフォルドの前方部分４０７と流体連通している（前記入口マニフォルドは、図４に提示されるように流入ブロック１０１の下側に形成されているため、その図には示されない）。吐出箇所４０３の他方の側では、インクチャネル４０４は、吐出箇所４０３ごとに単一のチャネル４１２へと合体し、中心タイル２０１の下側にある（図７に示されるように）吐出箇所から離れて、それらが流出ブロック１０２内に形成された出口マニフォルド２０９の前方部分４０９と流体連通するようになる地点まで延在する。
【００６９】
［0085］  インクは、図４に示されるようにプリントヘッド１００内のインク供給管２２０を利用して吐出箇所４０３に供給され、このインク供給管は流入ブロック１０１内の入口マニフォルドへとインクを送り込む。インクは、入口マニフォルドを通って進み、そこからプリズム２０２のチャネル４１１を通って中心タイル２０１上の吐出箇所４０３まで流れる。使用中吐出箇所４０３から吐出されない余剰のインクは、中心タイル２０１のインクチャネル４１２に沿って、図４に示されるように流出ブロック１０２内の出口マニフォルド２０９へと流れる。インクは、図４に示されるように出口マニフォルド２０９を出てインク戻し管２２１を通ってバルクインク供給源へと戻るように流れる。
【００７０】
［0086］  個々の吐出箇所４０３に接続されたプリズム２０２のチャネル４１１には、個々の吐出箇所４０３において精密に制御された吐出特徴を維持するために、正確な圧力で入口マニフォルドからインクが供給される。インク入り口マニフォルドによってプリズム２０２の各々の個々のチャネル４１１に供給されるインクの圧力は、プリントヘッド１００の吐出箇所４０３の列の全体の幅にわたって均等である。同様に、中心タイル２０１の各々の個々のチャネル４１２から出口マニフォルド２０９へと戻るインクの圧力も、入口と出口のインク圧力を併せて各々の吐出箇所４０３におけるインクの静止中の圧力が決まるため、吐出箇所４０３の列の全体の幅にわたって均等であり、出口において正確に制御されている。
【００７１】
［0087］  プリントヘッド１００にはまた、図４に示されるように上部流体マニフォルド２０４および下部２０５流体マニフォルドが備わっている。上部および下部流体マニフォルドは、それぞれの入口１０５ａ、１０５ｂを有し、そこを通って流体、例えば清浄流体、すすぎ流体または蒸気（以下で詳細に説明するように）をプリントヘッド１００へと供給することができる。流入ブロック１０１および流出ブロック１０２には共に、図６に示されるように流体通路４０１が備わっている。流入ブロック１０１内の通路は、上部流体マニフォルド２０４と流体連通しており、流出ブロック１０２内のそのような通路は、下部流体マニフォルド２０５と流体連通している。図５に示される流体コネクタ２０６が、流体マニフォルド２０４および２０５をそれぞれの流体通路４０１に結びつけている。
【００７２】
［0088］  流入ブロック１０１および流出ブロック１０２内の流体通路４０１は、図６に示されるように流体出口２０７において終わっている。吐出箇所４０３までの経路は、それが、吐出先端４１０が空洞４０２内に位置する地点に達するまで、基準面プレート１０４と、流入ブロック１０１および流出ブロック１０２の外側面と、によって画定されたＶ字形の空洞４０２によって画定された囲まれた空間４０５に沿って続いている。Ｖ字形の空洞の２つの面は、この例では、互いに対して９０°である。
【００７３】
［0089］  図９は、清掃作業中の図６に示されるプリントヘッド１００を描いている。図９に見ることができるように、矢印Ａは、プリントヘッド１００の清掃中にすすぎ／清浄流体および／またはガスが採る流体経路を示している。この同一の経路を、改善された応答時間のための作業の以下に記載される方法において蒸気が採る場合もある。領域Ｂは、入口および出口マニフォルドを通ってインクチャネル４１１および４１２に沿ってインクが採る経路を示している。
【００７４】
［0090］  通常の印刷作業中、インクの流れは、吐出先端４１０を囲むように入口側（入口ブロック２０１）から出口側（流出ブロック２０２）まで存在する。通常の印刷作業中、プリントヘッド１００内に清浄／すすぎ流体の流れが生じることはなく、さらに言えばプリントヘッド１００内に清浄／すすぎ流体は全く存在しない。
【００７５】
［0091］  しかしながら清掃作業中、流入圧力と流出圧力を等しくなるように設定することによってインクの流れが止められ、すすぎ流体が、通路４０１を通って空洞４０２内へと供給されて先端４１０および中間電極１０３を清掃する。インクは、この作業中にプリントヘッド内に残っている、すなわちプリントヘッドが予備注入されたままの場合があるが、流れが止められるために、すすぎ流体はプリントヘッド内に引き込まれず、すすぎ流体とインクの混合作用は最小限になる。清掃作業中、先端４１０および中間電極１０３の清浄／すすぎ流体を乾燥させるためにガスが通路４０１を通って空洞４０２内に供給される場合もある。使用されるガスは、空気であってよい、または好ましくは乾燥空気であってよい。
【００７６】
［0092］  清掃が完了すると、吐出先端４１０を囲むようなインクの流れは、プリントヘッド１００の流入側から流出側へと復旧される。
【００７７】
［0093］  例えば欧州特許第２８０１４８０号に記載されるメンテナンスキャップなどのメンテナンスキャップが、清掃作業中プリントヘッド１００の面に装着される場合もある。
【００７８】
［0094］  吐出先端の清掃中に使用することができるメンテナンスキャップの一例が図１０に示される。
【００７９】
［0095］  メンテナンスキャップ８００は、プリントヘッドが係合する部分８０１と、係合部分８０２と、を含み、これは、この例では圧締め係合部である。プリントヘッドが係合する部分８０１は、ベース部分８０３と、直立する側壁８０４と、を含む。側壁８０４は、図１１に示される、プリントヘッドモジュール外側ケーシング９０１上の対応する断面９０２と係合する線形のキー溝軸受８０５を含む。側壁８０４は、プリントヘッド１００上にキャップ８００を設置する他の手段によって置き換えられる場合がある、またはそのような手段と共に使用される場合もある。これは、複数のプリントヘッドが設けられ、同一のキャップを使用して、２つ以上のプリントヘッドを同時に覆う場合にとりわけ当てはまる。キャップにはまた、プリンタ内にキャップ８００を最初に設置するのを助ける（その後キャップは自動的に制御されるが）ために嵌合ハンドル８１４も備わっている。
【００８０】
［0096］  ベース部分８０３は、プリントヘッドシール８０７が上に設置されるタンクを備える。タンクは、使用中すすぎ流体がプリントヘッド１００から中間電極１０３内のスロットを通ってその中に排水される開口８０８を有し、開口８０８がタンクの中に空洞を画定する。開口８０８は、シール８０７によって囲まれている。メンテナンスキャップ８００を清掃すべきプリントヘッド１００に装着するために、プリントヘッド１００は、シール８０７と係合した状態でタンクより上に配置される。シール８０７の真下の開口８０８の反対側の可動式の噴霧ヘッド８０９が、一対の噴霧ヘッドガイドの上に設置されて設けられる。噴霧ヘッド８０９の機能は、すすぎ流体の微細なジェットを向けることによって中間電極１０３の外側面を清掃することである。
【００８１】
［0097］  すすぎ流体は、清浄流体と呼ばれる場合もある。すすぎ流体または清浄流体は典型的には、インクキャリア流体（一例は、ＥｘｘｏｎＭｏｂｉｌ（登録商標）によって製造されるＩｓｏｐａｒ（登録商標）Ｇである）を含む。すすぎ流体または清浄流体はまた、電荷制御剤および／または分散剤を含む場合もある。
【００８２】
［0098］  作動中、メンテナンスキャップは、プリントヘッド１００の前面を横切るように挿入されて固定され、またはそうでなければ中間電極１０３の外側面に当たるように締結され、液密シールを形成する。プリントヘッドのインク経路は、清掃プロセスの間インクで満たされた状態であるため、清掃作業は、プリントヘッド１００の先端領域４０３に限定される。キャップ８００は、清掃作業においてプリントヘッド１００からすすぎ流体を集め、これを排水させ、この流体は好ましくは、プリントヘッド１００から離れた、プリントヘッド１００より下方にある流体管理システムにあるタンクへと排水される。
【００８３】
［0099］  キャップ８００とプリントヘッド１００との密閉係合の結果として、メンテナンスキャップ８００からの排水作業は、プリントヘッド１００からインクを引き出すことができる部分的な真空をメンテナンスキャップ８００の中に形成することができる。別の好ましい機構は、バッフル式の通気システムであり、これは、このようなことを阻止することができる。システムは、１つまたは複数の、このケースでは２つの通気孔８１３を含んでおり、これらの通気孔によって、メンテナンスキャップの内側と、取り囲む大気の間の空気圧の均一化が可能になり、一連のバッフルを組み込むことによってすすぎ流体が通気孔を通って漏れるのを阻止する。
【００８４】
［0100］  一例の清掃作業が図１２に示されており、次のように説明される。
【００８５】
［0101］  １．開始：自動のスケジューリングまたはオペレータの介在のいずれかによってプリントヘッド清掃作業が必要とされたとき、印刷作業が停止され、プリントヘッド１００は、被印刷物から離れるように移動され（またはプリンタのタイプに応じて被印刷物が移動され）、メンテナンスキャップ８００がプリントヘッド１００の面に対して密閉される（ステップ１３０１）。
【００８６】
［0102］２．プリントヘッド１００内を回るようなインクの流れ、それはプリントヘッド１００のインク入口ポートと、出口ポートと、の間のインク圧力の差によって制御される、印刷作業におけるプリントヘッド１００の不変の機能であるが、入口ポートと出口ポートにおいて均等な圧力を設定する、すなわち通常の作動圧力の中間地点に設定することによって停止される（ステップ１３０２）。
【００８７】
［0103］  ３．わずかに正圧下にあるガスが、外部の制御弁を介して流体入口１０５ａおよび１０５ｂに供給される（ステップ１３０３）。ガスは、上部および下部流体マニフォルド２０４、２０５を通って流れ、ここでそれは、流体コネクタ２０６を介して、プリントヘッド１００の幅にわたって均等に離間された、上部側に４つ、下部側に４つの８つの通路４０１へと分散される。それは流体出口２０７から、プリントヘッド１００の前方付近の基準プレート１０４内の空洞４０２内に現れ、この空洞内に吐出先端４１０および中間電極１０３の内側面が配置されている。空洞４０２内のガス圧は、中間電極１０３内にある狭いスロットが、プリントヘッド１００からのガスの流れに対する制限を提示することために、プリントヘッド１００の外部の大気またはメンテナンスキャップ８００内の大気のガス圧よりわずかに高い。より高いガス圧は、インクをプリントヘッド１００から出るように後ろ向きに押しやるには不十分であるが、吐出先端４１０を露出させるのに十分なだけ、先端領域からそれを後退させる。使用されるガスは、空気であってよい、または好ましくは乾燥空気であってよい。
【００８８】
［0104］  ４．すすぎ流体とガスの混合物が、外部制御弁を介して制御される短い連射で流体経路４０１を通って周期的に誘導される。典型的なタイミングは、ガス２ｓ：すすぎ流体とガス３ｓ；ガス２ｓ；すすぎとガス３ｓ；ガス２ｓ；すすぎ流体とガス３ｓ；ガス２ｓである（ステップ１３０３）。このタイミングは、効果的な清掃を行い、インクチャネルに侵入するすすぎ流体の量を最小限にすることがわかってきた。すすぎ流体は、空洞４０２から、中間電極１０３の中心にある開放スロットを通ってメンテナンスキャップ８００内に流れ込み、そこからそれは排水される。
【００８９】
［0105］  ５．ガスがオフにされ（ステップ１３０４）、メンテナンスキャップ８００は解放され（ステップ１３０５）、中間電極１０３の外側面を横切るようにワイパーが引き寄せられるいかなる液滴も取り除く３０ことを可能にする（ステップ１３０６）。キャップ８００は、プリントヘッド１００に対して再び密閉される（ステップ１３０７）。
【００９０】
［0106］  ６．ガス供給が再びオンにされ、プリントヘッド１００の内側面の乾燥作業を開始する（ステップ１３０８）。ガスは、空間４０５および空洞４０２を通り抜けてメンテナンスキャップ８００へと流れ込み、そこからそれは通気される。
【００９１】
［0107］  ７．プリントヘッド１００内を回るようなインクの流れが、プリントヘッド１００の入口ポートと出口ポートの間に圧力差を設定することによって復旧される。流れは、３０秒間前方方向（入口から出口へ）に復旧され（ステップ１３０９）、その後入口ポートと出口ポートにおける圧力を入れ替えることによって逆向きにされ（ステップ１３１０）、これは清掃プロセスからインクチャネルの中に閉じ込められたいかなるガスも吐き出す作用を有する。
【００９２】
［0108］  ８．この状態で、メンテナンスキャップ８００は再び解放され（ステップ１３１１）、中間電極の外側面が、再度拭かれてすすぎ流体の残った液滴を取り除き（ステップ１３１２）、メンテナンスキャップがプリントヘッド１００から完全に引き抜かれる。
【００９３】
［0109］  ９．その後に全体で１５０秒の別の乾燥段階が続き（ステップ１３１３）、その１２０秒後に、インクの流れは前方方向に回復される（ステップ１３１４）。ガスはその後オフにされる（ステップ１３１５）。
【００９４】
［0110］  １０．圧力は、吐出先端４１０におけるインク圧力が、先端を取り囲む大気圧よりわずかに下回るように制御され、その結果、インクの流れは、吐出先端４１０の各々の側でチャネル４０４内に限定され、インクメニスカスは、チャネル４０４の先端と、縁部に固定される。
【００９５】
［0111］  １１．終了。
【００９６】
［0112］  応答時間を改善するためのこの方法による印刷作業において、流入ブロック１０１および流出ブロック１０２内の流体通路４０１は、その中に吐出先端４１０が配置され、基準面プレート１０４によって画定される空洞４０２に蒸気を供給するのに使用され、インクの流れは、吐出先端４１０を囲むように入口側（入口ブロック２０１）から出口側（流出ブロック２０２）まで存在する。
【００９７】
［0113］  印刷作業には、プリントヘッド１００が印刷のために予備注入される任意の時間、すなわち、インクを吐出箇所４０３から吐出させることができるようにインクが吐出箇所４０３に配置される任意の時間が含まれてよい。さらに、印刷作業には、インクが吐出されている任意の時間および／またはバイアス電圧がプリントヘッド１００に印加される任意の時間および／または被印刷物がプリントヘッドに対して移動している任意の時間が含まれてよい。
【００９８】
［0114］  応答時間を改善するための方法の概略図が図１３に示されている。
【００９９】
［0115］  出口パイプ１１０４を有する密閉容器１１０２（蒸気生成器）の形態のタンク内に含まれる特定の量の液体１１１０を通してキャリアガスを泡立たせることによって蒸気が生成される。蒸気生成器１１０２内へのガスの流れは、水中に沈められた入口パイプ１１１２から液体１１１０の中に現れ、液体１１１０内に泡１１１４を形成して液体とガスの境界の表面積を拡大する。蒸気生成器１１０２へと流れ込むガスの流れは、圧縮ガス源から派生し、第１の流れ制御装置１１０６を利用して、制御された流量を送達するような設定に制御されてよい。０．５ｌ／分の典型的な流量が使用されるが、これは、例えばプリントヘッドと被印刷物との相対運動の速度または周辺温度に応じて変化する場合がある。第１の流れ制御装置１１０６は、作動状況次第で特定の流量のガスを送達するように、例えばプリントヘッド制御コンピュータ（図示せず）によって制御可能であってよい。容器１１０２は密閉されるため、容器１１０２からの蒸気の出力流量は、第１の流れ制御装置１１０６によって管理されるガスの入力流量とほぼ等しい。
【０１００】
［0116］  第１の流れ制御装置１１０６は、図１３および図１６にガス源と蒸気生成器１１０２の間に配設されるように描かれているが、それは、ガス源とプリントヘッド１００の間の流体接続に沿ったいかなる場所にも配置され得る。
【０１０１】
［0117］  例えば第１の流れ制御装置１１０６は、蒸気生成器１１０２とプリントヘッド１００の間で出口パイプ１１０４に沿って配設される場合もある。
【０１０２】
［0118］  任意選択で第１の流れ制御装置１１０６が 蒸気生成器１１０２とプリントヘッド１００の間で出口パイプ１１０４に沿って配設された場合、すなわち第１の流れ制御装置１１０６が、図１３および図１６に示される場合、容器１１０２内でのいかなる圧力の増加も阻止するためにガス源と蒸気生成器１１０２の間に圧力調整器が加えられる場合がある。
【０１０３】
［0119］  第１の流れ制御装置１１０６は、ガス源とプリントヘッド１００の間の流体接続に沿ってどこに配置されても、それは、プリントヘッド１００の内部空洞４０２への蒸気の流量を制御する同一の効果を有することを理解されたい。
【０１０４】
［0120］  弁１１０８を使用して、蒸気生成器に流れ込むガスの流れをオンまたはオフに切り替えることができ、これによりそこから出る蒸気の流れもオンまたはオフに切り替えることができる。弁１１０８は、例えばプリントヘッド制御コンピュータ（図示せず）によって制御されて、印刷作業の始めにオンに切り替えられ、印刷作業の終わりに再びオフに切り替えられるように制御されてよい。
【０１０５】
［0121］  この装置によって生成されるＩｓｏｐａｒ（登録商標）Ｇの飽和レベルは、容器１１０２に流れ込むガスの流量を関数として容器１１０２内の液体Ｉｓｏｐａｒ（登録商標）Ｇの質量損失率を計測することによって判定することができる。これは、おおよそ１６ｍｇ/ｌの濃度で、毎分当たり０．２から１０リットルのガス（空気）の測定範囲にわたって直線であることがわかってきた。蒸気の濃度が、この範囲にわたってガスの流量に依存しないという事実は、蒸気が、この範囲にわたる全てのガスの流量に関して飽和されていることと一致する。このことの利点は多数あるが、飽和蒸気の組成が一定であること、使用中の蒸気の組成を監視する必要がないこと、装置を簡素化すること、完全に飽和した蒸気が、液体の表面における蒸発を完璧に阻止するため、よってプリントヘッド内で使用するのに最も効果的な蒸気の組成であること、蒸気の組成に影響を与えずに、プリントヘッドへの蒸気の流量を変動式に制御することができること、ならびに蒸気の組成に影響を与えずに、可変の数のプリントヘッドに、１つの蒸気生成器から各々に対して均等な流量を供給することができること、が含まれる。
【０１０６】
［0122］  制御されたガスの流れは、局所的に調整された圧力を有する清浄圧縮ガスの供給源を利用して（例えば静電インクジェットプリントヘッドが設置され得る研究室、工場および他の産業施設内ではありふれたことであるように）、その後に流量制御装置１１０６である流量調節器によって達成することができる。
【０１０７】
［0123］  これらは一般に、調節可能な流れ制御弁を流量インジケータと組み合わせて、所望の流量を設定することを可能にする。
【０１０８】
［0124］  蒸気は、容器１１０２のヘッド空間１１１６から出口パイプ１１０４を介して収集され、これもまた清掃作業中、プリントヘッド１００に清浄流体および乾燥用ガスを取り込むのに使用される流体通路４０１を通るように誘導される。
【０１０９】
［0125］  蒸気はプリントヘッド１００の内部空洞４０２を通って流れ、エジェクタ先端領域４０３を通過し、最終的に中間電極プレート１０３内のスロット４０４を通ってプリントヘッド１００を出て行く。
【０１１０】
［0126］  蒸気は、すすぎ流体および乾燥用ガスと同じ流体通路４０１を通るように流されるが、プリントヘッド１００の空洞４０２に蒸気を送達するのに適した１つまたは複数の別個の専用通路がプリントヘッド１００の本体の中に設けられる場合もあることを理解されたい。
【０１１１】
［0127］  好適な蒸気には、これに限定するものではないが以下の液体
１．ＥｘｘｏｎＭｏｂｉｌ（登録商標）によって供給されるＩｓｏｐａｒ（登録商標）Ｇ２．ＥｘｘｏｎＭｏｂｉｌ（登録商標）によって供給されるＩｓｏｐａｒ（登録商標）Ｃ３．ＥｘｘｏｎＭｏｂｉｌ（登録商標）によって供給される任意の他のグレードのＩｓｏｐａｒ（登録商標）(すなわちＥ、Ｈ、Ｊ、Ｋ、ＬまたはＭ)
４．インクのキャリア流体
５．すすぎ流体
６．Ｃ1〜Ｃ20の範囲内のアルカン鎖長の範囲から成る、（１）または（２）に対する代替のイソパラフィン液体
７．任意の他の炭化水素液体、および
８．インクの蒸発を抑制する任意の他の蒸気から生成された蒸気
が含まれる。
【０１１２】
［0128］  Ｉｓｏｐａｒ（登録商標）Ｃ は、９５〜１１０°Ｃの範囲内の沸点と、０．６８から０．７２ｇ/ｍｌの範囲内の密度を有するイソパラフィン流体として定義される。
【０１１３】
［0129］  Ｉｓｏｐａｒ（登録商標）Ｇは、１５５〜１８０°Ｃの範囲内の沸点と、０．７３から０．７６ｇ/ｍｌの範囲内の密度を有するイソパラフィン流体として定義される。
【０１１４】
［0130］  より具体的には、９５〜２２０°Ｃ の範囲内の沸点と、 ０．６８から０．７９ｇ/ｍｌの範囲内の密度を有するイソパラフィン流体、例えばＥｘｘｏｎＭｏｂｉｌ（登録商標）社によって製造される様々なグレードのＩｓｏｐａｒ（登録商標）などが、蒸気を生成するのに適した液体として使用するのに適している。
【０１１５】
［0131］  この範囲からの流体はまた、蒸気を生成するための液体として適していることに加えて、すすぎ流体としておよび／またはインク用のキャリア液体として（以下に記載される）使用するのにも適している。
【０１１６】
［0132］  蒸気用の好適なキャリアガスには、これに限定するものではないが、
１．空気、典型的には周辺空気
２．乾燥空気、および
３．窒素
が含まれる。
【０１１７】
［0133］  特定のガス（例えばヘリウム）もまた、空気中での蒸発速度と比べて液体の蒸発速度を抑制することが知られており、よって単独で、または蒸気と組み合わせて、本発明において有利に使用されてよい。
【０１１８】
［0134］  図１３および図１６に示される容器１１０２は、プリントヘッド１００内および／または複数のプリントヘッド１００内の複数の空洞４０２に蒸気を供給するのに使用されてよい。例えば容器１１０２は、蒸気とすすぎ流体の両方を複数のプリントヘッド１００の各々の空洞に供給するように構成されてよく、各々のプリントヘッド１００は、各々が空洞４０２を画定するプリントヘッド筐体１０４を備え、１つまたは複数の吐出先端４１０が各々の空洞４０２内に配置される。容器１１０２は、１つまたは複数のプリントヘッド１００から離れて配置される場合もある。複数のプリントヘッド１００が存在する場合、プリントヘッド１００の各々は、互いから離れて配置されてよい。
【０１１９】
［0135］  応答時間を改善するための方法を履行する一例の印刷作業が、以下に記載される図１４に示されている。
【０１２０】
［0136］  １．開始：ヘッドメンテナンスキャップ８００（嵌合される場合）が、プリントヘッド１００から引き抜かれ、インクが印刷作業のための準備においてプリントヘッド１００を回るように流される。プリントヘッド１００の入口と出口におけるインクの圧力は、吐出先端４１０におけるインクの圧力が、吐出先端４１０を取り囲む大気圧をわずかに下回るように制御され、その結果インクの流れは吐出先端４１０の各々の側のチャネル４０４の中に限定され、インクメニスカスは、吐出先端４１０およびチャネル４０４の縁部に固定される。
【０１２１】
［0137］  ２．液体を収容しており、その中を通るガスが泡立てられて蒸気を形成する密閉容器１１０２から流体入口１０５ａおよび１０５ｂに制御された流量で蒸気が供給される（ステップ１５０１および１５０２）。
【０１２２】
［0138］  ３．蒸気は上部流体マニフォルド２０４および下部流体マニフォルド２０５を通過し、ここで、それは、流体コネクタ２０６を介して、プリントヘッド１００の幅にわたって均一に離間された通路４０１へと分散される。蒸気は、流体出口２０７から、プリントヘッド１００の前方付近の基準面プレート１０４によって画定され、エジェクタ先端４１０および中間電極１０３の内側面が中に配置された空洞４０２に流れ込む。
【０１２３】
［0139］  ４．蒸気は、印刷作業の期間の間空洞４０２内に流されてよい。あるいは蒸気は、プリントヘッド１００が印刷中でも、そうでなくとも、いつでも流される場合もある。蒸気はまた断続的に流される場合もある。
【０１２４】
［0140］  ５．被印刷物は、プリンタのタイプによってプリントヘッドおよび／または被印刷物の移動によって、プリントヘッドに対して制御された速度で移動するようにされる（ステップ１５０３）。
【０１２５】
［0141］  ６．プリントヘッド１００のバイアス電圧がオンに切り替えられる（ステップ１５０４）。これにより、吐出先端４１０を覆うようにインクメニスカスを前方に移動させるが、インクを吐出するほど強力ではない電場を吐出先端４１０に形成する。
【０１２６】
［0142］  ７．パルス電圧を印加することによって、インクがプリントヘッド１００から選択式に吐出され、このパルス電圧は、バイアス電圧に加えられると、メニスカスにおけるインクの表面張力に打ち勝つのに十分な大きさのインクメニスカスに対する力を生むのに十分な強度の電場を形成する（ステップ１５０５）。電圧パルスは、印刷すべき画像のピクセルデータに従って生成され、結果として生じるインク吐出のパターンが被印刷物の上に画像を再現する。
【０１２７】
［0143］  ８．画像の印刷が完了すると、バイアス電圧がオフに切り替えられ（ステップ１５０６）、被印刷物の移動が停止され（ステップ１５０７）、蒸気の流れがオフに切り替えられる（ステップ１５０８）。
【０１２８】
［0144］  ９．終了。
【０１２９】
［0145］  この一例のシナリオでは、蒸気の流れは、被印刷物の移動より前に、かつバイアス電圧の設定より前に確立される。これにより、プリントヘッド環境が、被印刷物の移動およびバイアス電圧が作動された場合に備えて準備を整えて蒸発の作用が抑えられた状態に設定されることを保証する。他のシーケンスが使用される場合もある。
インクの説明
【０１３０】
［0146］  本明細書に記載される静電プリントヘッドにおける使用に適したインクは、以下の成分、
キャリア液体、
キャリア液体中で顕著に溶解しない顔料、
キャリア液体中で溶解する分散剤、
相乗剤、および
粒子充填剤
のうちの１つまたは複数を含む。
【０１３１】
［0147］  本明細書で使用される際、顔料は、選択的に色を吸収した結果として、それが反射する光の色を変える物質であり、完全に吸収するもの（黒）と、全く吸収しないもの（白）が含まれる。本発明において使用するのに適した顔料は、キャリア液体中で不溶性である。本発明において使用するのに適した顔料の例は、ＰＢ１５:３(シアン)、ＰＲ５７:１(マゼンタ)およびＰＹ１２(イエロー)である。
【０１３２】
［0148］  分散剤は通常、ポリマー、オリゴマーまたは界面活性剤などの物質であり、これは、キャリア流体中の顔料粒子の分散を向上させるために比較的少量の（顔料の量より少ない）インク組成に加えられる。分散剤は、キャリア液体中で顕著に溶解する。好ましくは、それはオリゴマーまたはポリマーである。分散剤の例には、ＬｕｂｒｉｚｏｌおよびＣｏｌｏｒｂｕｒｓｔ２１５５によって作製されたＳｏｌｓｐｅｒｓｅ Ｓ１７０００が含まれる。
【０１３３】
［0149］  相乗剤は、顔料と分散剤の相互作用を促進する化学物質である。それは一般に、一部が顔料で、一部が分散剤であり、したがって顔料と分散剤に対して高い親和性を有する。相乗剤の一例は、Ｌｕｂｒｉｚｏｌ（登録商標）によって作製されたＳｏｌｓｐｅｒｓｅ（登録商標）２２０００である。
【０１３４】
［0150］  本発明のインク組成において使用されるキャリア液体は好ましくは、高い電気抵抗を有する液体である。好ましくは電気抵抗は、少なくとも１０9Ω・ｃｍである。それは通常有機体である。好ましくは、それは、例えばＣ1〜Ｃ20アルカンなどの脂肪族炭化水素である。より好ましくは分岐Ｃ1〜Ｃ20アルカンである。そのような液体には、Ｉｓｏｐａｒ（登録商標）Ｇ、ヘキサン、シクロヘキサンおよびイソデカンが含まれる。
【０１３５】
［0151］  インクの表面からのキャリア液体の正味の蒸発速度（液体表面からの分子の放出速度は、液体表面に戻る分子の吸収速度より遅い）は、インク表面より上の大気中のキャリア液体の蒸気の量に左右される。蒸気が飽和したとき、正味の蒸発速度はゼロになるであろう。飽和未満の場合、蒸発は減少するがなくなるわけではない。
【０１３６】
［0152］  インクキャリア液体の蒸気の存在は、キャリア液体の蒸発を抑え、すなわち印刷開始が遅れたために必要となる構成要素を減らし、かつインクキャリア液体の飽和蒸気の存在は、キャリア液体の蒸発を完全に抑えると考えられた。結果として、エジェクタ先端４１０においてインクの状態が維持され、エジェクタ先端４１０におけるインクの粘性が、望ましくなく増大することはない。よってパルス電圧が印加される際、インクを容易に吐出させることができる。
【０１３７】
［0153］  一例において、Ｉｓｏｐａｒ（登録商標）Ｇキャリア液体を含むインクが、プリントヘッド内で使用された。Ｉｓｏｐａｒ（登録商標）Ｇは、ＥｘｘｏｎＭｏｂｉｌ（登録商標）によって製造されたイソパラフィン液体である。エジェクタ先端４１０を超えて流れるガスが、Ｉｓｏｐａｒ（登録商標）Ｇによって事前に飽和されるため、エジェクタ先端４１０からのキャリア液体の蒸発が阻止される。
【０１３８】
［0154］  蒸気の有利な作用は、メンテナンスチャネル４０１および空洞４０２を通る乾燥空気の代わりをする（蒸気生成器を迂回する）ことによって実証された。このことは、印刷開始応答時間の実質的な拡大の原因となっていた。
【０１３９】
［0155］  プリントヘッド１００内のエジェクタ先端４１０の局所的な環境条件を制御することによって、エジェクタ先端４１０を囲むガスの中にＩｓｏｐａｒ（登録商標）Ｇ蒸気が存在することは、印刷開始応答に対して極めて重要な利点を有することは明らかである。
【０１４０】
［0156］  インクの表面からのキャリア液体の正味の蒸発速度はまた、インク表面における大気中の他のガスまたは蒸気の存在にも左右される。例えば、大気中に他のタイプの蒸気を装填することで、第２の液体の蒸気を保持するための大気の限度容量を低下させ、それ故第２の液体の正味の蒸発速度を抑えることになる。
【０１４１】
［0157］  実験は、特定の蒸気の投入は応答時間を有意に改善し、大抵のケースでは遅れをなくす、すなわち遅れなしで印刷を素早く開始することを示している。例えば飽和Ｉｓｏｐａｒ（登録商標）Ｃ蒸気大気の投入もまた、Ｉｓｏｐａｒ（登録商標）Ｇキャリア液体と共にインクを使用する際、印刷開始に対する遅れをなくす。
【０１４２】
［0158］  印刷開始応答時間は、温度に左右されることがわかってきた。図１５は、被印刷物の移動と連動したバイアス電圧の印加と、パルス電圧を印加することによる印刷作業の開始との間の遅れが拡大する印刷応答時間に対する作用を示している。データは、２つの異なるインク温度、２２℃と、２８℃に関して、Ｉｓｏｐａｒ（登録商標）Ｇ蒸気が空洞４０２に全く供給されない場合と、Ｉｓｏｐａｒ（登録商標）Ｇ蒸気が空洞４０２に供給される場合が示されている。
【０１４３】
［0159］  Ｉｓｏｐａｒ（登録商標）Ｇ蒸気が空洞４０２に投入されない場合、図３において先に示されたように、応答時間は、被印刷物の移動と組み合わせたバイアス電圧の印加と、パルス電圧の印加との間の遅れ時間とともに増加するのが観察される。図１５は、より高い温度においてもまた応答時間が拡大したことを示している。これは、より高い温度におけるより速いキャリア流体の蒸発から生じると考えられている。
【０１４４】
［0160］  同一の条件下で、但しＩｓｏｐａｒ（登録商標）Ｇ蒸気がプリントヘッド１００の内部空洞４０２に投入された場合、印刷開始に対する遅れはなくなることがわかった。これは、２２℃と、２８℃のインク温度テストの両方において効果的であることがわかった。
【０１４５】
［0161］  ガス中の液体蒸気の飽和レベルは、ガスの温度に左右されることがよく知られている。より高い温度ではガスはより多くの蒸気を保持することができる。冷却された飽和蒸気は、過飽和状態となり、それがそのより低温の温度に関する飽和レベルに達するまで、液化または凝結し易くなる。これにより蒸気生成器１１０２が、プリントヘッド１００より高い温度である場合、蒸気生成器１１０２を出て行く飽和蒸気は、プリントヘッド１００において過飽和状態となり、プリントヘッドの内側表面上の凝結が生じる可能性がある。蓄積するのを許した場合、これはプリントヘッドの作動を妨げる場合がある。よってプリントヘッドの温度は、蒸気発生器の温度を下回らないことが望ましい。しかしながら、このようにそれぞれの温度を制御することは不可能である、または不都合である静電インクジェットプリントヘッドの実際の実装形態では、図１６に示されるように、亜飽和蒸気を生成するのに蒸気を生成する装置の改造が利用される場合がある。
【０１４６】
［0162］  図１６の装置では、第２のガスの経路は、ガス供給源を、第２の流れ制御装置１１１８を介して密閉容器１１０２の出力ラインにつなげている。これにより乾燥用ガスの流れが、密閉容器１１０２を出て行く飽和蒸気の流れに加えられ、それと混合されて蒸気濃度を下げることを可能にする。濃度はよって、飽和蒸気と乾燥ガスの相対的な流れの設定によって特定の割合の飽和濃度として設定することができ、プリントヘッドへの全体の流れは、２つの流れの設定値を合わせたものである。蒸気生成器と、乾燥用ガスの混合システムによって生成されたより温かい亜飽和蒸気はこのとき、それがより低温のプリントヘッド空洞に進入する際、適正な飽和レベルにある。この方法を利用して、均等な割合の飽和Ｉｓｏｐａｒ（登録商標）Ｇと乾燥用ガスを使用して、蒸気生成器の温度をおおよそ５℃下回る温度において、プリントヘッドの作動中に凝結を生じさせることなく、いかなる印刷開始の遅れもなくすことができる。
【０１４７】
［0163］  乾燥用ガスは、ドライガスであってよく、すなわち、それに加えられるいかなる形態の蒸気も意図的に持たない、またはいかなる蒸気もそこから取り出したガスであってよい。例えば乾燥用ガスは、圧縮空気源から供給されてよく、それ故、場合によって水である残余蒸気を含む場合もあるが、ほとんど乾燥している。ドライガスを蒸気に加えることで、蒸気の蒸気濃度を低下させる。
【０１４８】
［0164］  乾燥用ガスは、プリントヘッド１００の空洞４０２の中に通される蒸気の濃度より低い蒸気濃度を有する任意のガスであってよい。
【０１４９】
［0165］  乾燥用ガスを蒸気に加えることの効果は、蒸気の蒸気濃度を下げることである。
【０１５０】
［0166］  第２の流れ制御装置１１１８は、例えばプリントヘッド制御コンピュータ（図示せず）によって、作動条件に左右される特定の流量のガスを送達するように制御可能であってよい。
【０１５１】
［0167］  図１６の装置において、飽和蒸気の流れに加えるべき乾燥用ガスの流れ（例えば乾燥空気または他のドライガス）は、蒸気生成器１１０２の中にキャリアガスの流れを提供する同一の供給源によって提供され、これは圧縮ガス供給源であってよい。代替の一実施形態では、飽和蒸気の流れに加えるべきガスの流れの供給源は、別個の供給源であってよい。例えば別個のガス源、例えば別個の圧縮ガス源が設けられてよい。
【０１５２】
［0168］  静電プリントヘッドシステムでは、インクキャリア液体と同じ液体をベースにした、上記に記載した自動プリントヘッドの清掃用の清浄／すすぎ流体を使用するのが通常である。これは、清掃作業が少量のすすぎ流体をインクの中に注入することがあるためであり、よって同一のキャリア液体を有するように、すすぎ流体のためにインクの適正な組成を維持することが有利である。
【０１５３】
［0169］  すすぎ流体中の主成分としてインクキャリア液体を使用することは、蒸発を抑えるために使用される蒸気の生成に関してさらなる利点を提供する。このような状況では、同一の清浄／すすぎ流体を蒸気の供給源として使用することができる。
【０１５４】
［0170］  清浄／すすぎ流体ベースの蒸気システムの統合化はしたがって、追加の流体容器または様々な消耗品を必要としない。換言すると、清浄／すすぎ流体と、液体蒸気は、同一のタンクからプリントヘッド１００に供給されてよい。例えば蒸気は、図１３および図１６に示されるように、上記で言及した方法で、容器１１０２内のヘッドスペース１１１６から収集することができ、液体の形態で清浄／すすぎ流体を収集し、流体通路４０１にそれを運ぶように構成された別の出口パイプ（図示せず）の設置によって液体を収集することができる。あるいは図１３および図１６に示される出口パイプ１１０４は、その端部が、清浄／すすぎ流体の中に配置され、かつそれが清浄／すすぎ流体を流体通路４０１に運ぶように移動される場合もある。
【０１５５】
［0171］  一例では、蒸発を抑えるためにＩｓｏｐａｒ（登録商標）Ｇが、インクキャリア液体、清浄／すすぎ流体および蒸気のための主成分として使用される。しかしながら本発明は、Ｉｓｏｐａｒ（登録商標）Ｇ蒸気の利用に限定されるものではない。Ｉｓｏｐａｒ（登録商標）Ｃ蒸気は、応答時間を短縮する同一の有利な作用を提供することが示されており、特定の他の蒸気もまた同じ効果を持つ。これらには、ＥｘｘｏｎＭｏｂｉｌ（登録商標）社によって製造される他のＩｓｏｐａｒ（登録商標）グレード、または他の炭化水素が含まれてよい。
【０１５６】
［0172］  空気が、蒸気のためのキャリアガスの一例として使用される。しかしながら本発明は、空気の利用に限定されるものではなく、特定の他のガス、例えば窒素がキャリアガスとして使用される場合もある。
【０１５７】
［0173］  本明細書における流れ図およびプロセスは、ここに描かれ記載される方法ステップを実施する固定された順番を規定するように理解されるべきではない。むしろ、方法ステップは、実行可能な任意の順番で実施されてよい。本発明を特有の例示の実施形態に関連して記載してきたが、添付の特許請求の範囲に記載される本発明の範囲から逸脱することなく、当業者に明白である種々の変更、置き換えおよび代替を、開示される実施形態に対して行うことができることを理解されたい。
【図１Ａ】
0006790068.tif 000002
【図１Ｂ】
0006790068.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0006790068.tif 000007
【図６】
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【図７】
0006790068.tif 000009
【図８】
0006790068.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
0006790068.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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