(57)【要約】【課題】  ペン復旧の問題を効果的に解決することができるインクジェットペンを提供する。【解決手段】  本発明は、緩衝物を形成して、作動していないインクジェットプリントヘッドにおいて蒸発の速度を低下させて、目詰まりを防止する方法であって、作動していないインクジェットプリントヘッドが、少なくとも１つのノズルへの開口部を有する少なくとも１つのインク発射チャンバからなるものにおいて、ａ）少なくとも１つのインク発射チャンバ内のインクジェットインクを加熱し、このインクジェットインクを有機界面活性剤相とインク着色剤相に分離するステップと、ｂ）有機界面活性剤相を、少なくとも１つのインク発射チャンバ内の少なくとも１つのノズルの開口部上の層として沈降させることによって、少なくとも１つのノズルへの開口部での保護緩衝物を形成するステップとを含む方法である。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
緩衝物を形成して、作動していないインクジェットプリントヘッドにおいて蒸発の速度を低下させて、目詰まりを防止する方法であって、当該作動していないインクジェットプリントヘッドが、少なくとも１つのノズルへの開口部を有する少なくとも１つのインク発射チャンバからなるものにおいて、
ａ）前記少なくとも１つのインク発射チャンバ内のインクジェットインクを加熱し、このインクジェットインクを有機界面活性剤相とインク着色剤相に分離するステップと、
ｂ）前記有機界面活性剤相を、前記少なくとも１つのインク発射チャンバ内の前記少なくとも１つのノズルの前記開口部上の層として沈降させることによって、前記少なくとも１つのノズルへの前記開口部での前記保護緩衝物を形成するステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記インクジェットインクを加熱する前記ステップが、前記少なくとも１つのインク発射チャンバ内の少なくとも１つの抵抗器に電圧を印加することによって実施される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記インクジェットインクを加熱する前記ステップが、40℃から95℃までの温度に加熱するステップである請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記インクジェットインクを加熱する前記ステップが、60℃から80℃までの温度に加熱するステップである請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記インク着色剤相のインクの着色剤が、染料及び顔料からなる群から選択されている請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記有機界面活性剤相が前記インク着色剤相内の着色剤を含まない請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記インクジェットインクが無機塩を含む請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記インクジェットインクの前記有機界面活性剤相が前記無機塩を含まない請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記インクジェットプリントヘッドが前記少なくとも１つのノズルを介してインクの印刷を再開する場合に、前記保護層が前記少なくとも１つのノズルから吐出される請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記有機界面活性剤相が、ポリ（エチレンオキシド）の誘導体及びポリ（プロピレンオキシド）の誘導体からなる群より選択される溶媒を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記有機界面活性剤相が、炭化水素、ハロカーボン及びシロキサンからなる群より選択される低極性油を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記有機界面活性剤相が、炭化水素の界面活性剤、ハロカーボンの界面活性剤及びシロキサンの界面活性剤からなる群より選択される界面活性剤を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記有機界面活性剤相がハロゲン化された溶媒を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記有機界面活性剤相がシロキサンから誘導された溶媒を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記有機界面活性剤相の密度が1.1g/cm3を上回る請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記インク着色剤相の密度が前記有機相よりも低い請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
作動していないインクジェットプリントヘッドにおいて、少なくとも１つのインク発射チャンバ内の少なくとも１つのインクジェットノズルの開口部を覆う保護緩衝物を形成することによって、蒸発の速度を低下させて、目詰まりを防止するシステムであって、前記少なくとも１つのインク発射チャンバが、
ａ）前記少なくとも１つのインク発射チャンバ内のインクジェットインクを加熱するように適合されている加熱システムであって、前記インクジェットインクを有機界面活性剤相とインク着色剤相に分離する加熱システムと、
ｂ）前記少なくとも１つのインク発射チャンバ内の前記少なくとも１つのノズルの前記開口部上の層として沈降する前記有機界面活性剤相から、前記保護緩衝物を形成するように作用する保護緩衝物形成システムと
を備えるシステム。
【請求項１８】
前記インクジェットインクの加熱が、前記少なくとも１つのインク発射チャンバ内の少なくとも１つの抵抗器に電圧を印加することによって実施される請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記インクジェットインクの加熱が、40℃から95℃までの温度で実施される請求項１７に記載のシステム。
【請求項２０】
前記インクジェットインクの加熱が、60℃から80℃までの温度で実施される請求項１７に記載のシステム。
【請求項２１】
前記インク着色剤相におけるインクの着色剤が、染料及び顔料からなる群より選択されている請求項１７に記載のシステム。
【請求項２２】
前記有機界面活性剤相が前記インク着色剤相内の着色剤を含まない請求項１７に記載のシステム。
【請求項２３】
前記インクジェットインクが無機塩を含む請求項１７に記載のシステム。
【請求項２４】
前記インクジェットインクの前記有機界面活性剤相が前記無機塩を含まない請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記インクジェットプリントヘッドが前記少なくとも１つのノズルを介してインクの印刷を再開する場合に、前記保護層が前記少なくとも１つのノズルから吐出される請求項１７に記載のシステム。
【請求項２６】
前記有機界面活性剤相が、ポリ（エチレンオキシド）の誘導体及びポリ（プロピレンオキシド）の誘導体からなる群より選択された溶媒を含む請求項１７に記載のシステム。
【請求項２７】
前記有機界面活性剤相が、炭化水素、ハロカーボン及びシロキサンからなる群より選択された低極性油を含む請求項１７に記載のシステム。
【請求項２８】
前記有機界面活性剤相が、炭化水素の界面活性剤、ハロカーボンの界面活性剤及びシロキサンの界面活性剤からなる群より選択された界面活性剤を含む請求項１７に記載のシステム。
【請求項２９】
前記有機界面活性剤相がハロゲン化された溶媒を含む請求項１７に記載のシステム。
【請求項３０】
前記有機界面活性剤相が、シロキサンから誘導された溶媒を含む請求項１７に記載のシステム。
【請求項３１】
前記有機界面活性剤相の密度が1.1g/cm3を上回る請求項１７に記載のシステム。
【請求項３２】
前記インク着色剤相の密度が前記有機界面活性剤相よりも低い請求項１７に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、保護緩衝物を形成し、作動していないインクジェットプリントヘッドにおける蒸発の速度を低下させ、目詰まりを防止することに関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットペンが作動していない状態で保管されると、固まりついたインク成分によってしばしばノズルが目詰まりすることが公知である。これがペン復旧の問題となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この問題を軽減するのに役立つ復旧アルゴリズムが数多く存在し、例えばペンのインク発射チャンバを加熱して、ペンを断続的にワイピングしながら（時には、グリセリンやポリエチレングリコール（PEG）のような溶媒を用いて）インクをスピツーン内に繰り返し吐出させることができる。代替的には、ペンをポンプによって積極的にプライミングしてもよい。また、共溶媒（湿潤剤）と界面活性剤を添加することは、蒸発を低減することによってインク成分が固まりつく速度を低下させるのに役立つが、そのような共溶媒及び界面活性剤であっても、時として、ノズルに溶媒からなる柔らかなゲル状の栓が形成される。ペン復旧の問題に取り組むこれらの方法はすべて、時間がかかるか、常に効果的ではないか、又はその両方である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、作動していないインクジェットプリントヘッドにおいて蒸発の速度を低下させ、目詰まりを防止するように保護緩衝物を形成する方法であって、作動していないインクジェットプリントヘッドが少なくとも１つのノズルへの開口部を有する少なくとも１つのインク発射チャンバからなるものにおいて、
ａ）少なくとも１つのインク発射チャンバ内のインクジェットインクを加熱し、インクジェットインクを、有機界面活性剤相とインク着色剤相に分離するステップと、
ｂ）有機界面活性剤相を、少なくとも１つのインク発射チャンバ内の少なくとも１つのノズルの開口部上の層として沈降させることによって、少なくとも１つのノズルへの開口部に保護緩衝物を形成するステップと
を含む保護緩衝物を形成する方法に関する。
【０００５】
本発明はまた、少なくとも１つのインク発射チャンバ内の少なくとも１つのインクジェットノズルの開口部を覆う保護緩衝物を形成することによって、作動していないインクジェットプリントヘッドにおける蒸発の速度を低下させ、目詰まりを防止するシステムに関し、少なくとも１つのインク発射チャンバが、
ａ）少なくとも１つのインク発射チャンバ内のインクジェットインクを加熱するように適合されている加熱システムであって、インクジェットインクを有機界面活性剤相とインク着色剤相に分離する加熱システムと、
ｂ）少なくとも１つのインク発射チャンバ内の少なくとも１つのノズルの開口部上の層として沈降する有機界面活性剤相から、保護緩衝物を形成するように作用する保護緩衝物形成システムと
を備えている。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、作動していないインクジェットプリントヘッドにおいて蒸発の速度を低下させて、目詰まりを防止するように保護緩衝物を形成する方法及びシステムに関し、
ａ）少なくとも１つのインク発射チャンバ内のインクジェットインクを加熱し、このインクジェットインクを有機界面活性剤相とインク着色剤相に分離し、
ｂ）有機界面活性剤相を、少なくとも１つのインク発射チャンバ内の少なくとも１つのノズルの開口部を覆う層として沈降させることによって、少なくとも１つのノズルにおいて保護緩衝物を形成する
ことを含む。この構成によって、インクジェットペンが作動していない状態で保管した場合に発生するペン復旧の問題を解決することができる。ノズルが固まりついたインク成分によって目詰まりすることを効果的に防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
作動していない状態で保管されているインクジェットペンを復旧するのは、ノズルの目詰まりの問題があるために困難であることが多い。染料と顔料のどちらであっても着色剤は、ならびにポリマー及び無機塩は、ノズルからこぼれない固くて濃密な栓を形成しがちであるということが公知である。ペンをプリンタから取り外してキャップをつけない状態で保管したり、キャップをつけた状態でも長期間保管する場合には、インク発射チャンバのそのような固まりつく成分を少なくすることが特に望ましい。
【０００８】
本願の発明者は、染料を基にしたインクと顔料を基にしたインクのどちらにおいても、インクのビヒクルをインクの着色剤から分離することによって、インク発射チャンバ内のノズルを覆う有機緩衝物の形成を誘発する方法を発見した。これは、インクのビヒクルの相が二層に分離する点までインク発射チャンバを急激に加熱することによって行われる。下層は、上層よりも密度が高く、インク内の固まりつく成分の溶解度が低く、粘度と蒸気圧が低くなるような方法で調合されている。したがってこの下層は、ペンからの蒸発の速度を低下させるとともに、顔料を基にしたインクの場合には、顔料がこの一番下の層に沈殿しないようにする保護層、すなわち緩衝物として機能する。
【０００９】
インクジェットに使用する溶媒／界面活性剤、特にエチレンオキシド基／プロピレンオキシド基を有する溶媒には、高温で水から相分離する傾向のあるものが多く存在する。これは、インク／界面活性剤の技術において、「曇り（clouding）」として知られている。この、直観に反する挙動（すなわち、温度が上昇するにつれて溶解度が下がる挙動）は、ポリ（エチレンオキシド）及びポリ（プロピレンオキシド）のポリマー鎖の奇妙な特性に由来する（G. Karlstrom, J. Phys. Chem., V. 89, pp 4962-4964, 1985）。ポリ（エチレンオキシド）の荷電した頭、極性ヘッド（polar head）及びアルキルの尾部、アルキルテール（alkyl tail）を含む界面活性剤、例えばポリエトキシ化アルコールの水溶液を加熱すると、溶液は２つの相に分離する。この２つの相は、一方の相が界面活性剤に富んでおり（以下、界面活性剤相と呼ぶ）、もう一方の相が水分に富んでおり、以下では水相と呼ぶ。曇り点の、界面活性剤の分子におけるポリ（エチレンオキシド）の長さ及びアルキル鎖の長さへの依存は、よく理解され、特にアルキル鎖が短く、エチレンオキシド鎖が長い界面活性剤は、より高温で曇る傾向がある（K. Shinoda and S. Friberg, Emulsions and Solubilization, John Wiley & Sons, 1986）。同様に、曇りの温度は、共界面活性剤（co-surfactant）、共溶媒、油及び電解質を添加することによって、調節することができる（M. Kahlweit R. Strey, Angew. Chem., Int. Ed. Engl., v. 24, p 654, 1985）。
【００１０】
界面活性剤の「曇った」溶液は、時間とともに２つの別個の層に分離する傾向がある。界面活性剤相が一番上に形成されるか、又は一番下に形成されるかは、界面活性剤と水の相対的な比重に依存する。通常、炭化水素の界面活性剤は水よりも密度が低く、界面活性剤相は一番上に形成される。しかしながら、界面活性剤が、フッ素、塩素、臭素のようなより原子量が大きな原子を含む場合には、界面活性剤層は一番下に形成される。界面活性剤相の密度はさらに、界面活性剤内にいくらかの量の油を可溶化することによって調節することができる。ここでもまた、炭化水素の油は水よりも密度が低い傾向がある。他方、クロロカーボン、フルオロカーボン、ブロモカーボンのようなハロカーボンは、水よりも密度が高い傾向があり、界面活性剤相の密度を高くすることができる
【００１１】
本発明の好ましい実施形態において、界面活性剤相における染料／顔料の溶解度は、着色剤が界面活性剤相から少なくなるような方法で、注意深く調節されるべきである。通常、インクジェットで使用される染料／顔料ならびに無機塩の添加剤は水溶性であり、全体として水溶液よりも疎水性の周囲環境を有する界面活性剤相から少なくなると期待される。
【００１２】
熱インクジェットにおいて、インク発射チャンバにおけるインク滴噴射は、抵抗器上のインクを急激に加熱し沸騰させることによって引き起こされる。この抵抗器を、滴発射を引き起こすことなく、発射チャンバ内の温度を上昇させるのに利用することができるということもまた、当該技術分野において公知であり、これはパルスウォーミングとして知られている。
【００１３】
パルスウォーミングとは、印刷前にプリントヘッドの温度を上昇させ、印刷中にプリントヘッドの温度を維持し、それによって滴体積がむらなく一定となることを確実にするのに利用される技法である。パルスウォーミングは、印刷中にプリントヘッドを発射するのに使用されるのと同じハードウェアを利用するが、１つ重要な違いがあり、その相違は、例えばEP 1093918A2において説明されているように、パルス幅が、インクを噴射させるのには小さすぎるということである。
【００１４】
市販のインクジェットインクには、高温で曇る傾向があるものがいくつかある。例えばヒューレットパッカード社が製造している700〜800シリーズのデスクジェット（Deskjet）プリンタにおいて使用されるカラーインクは、約40℃から95℃の間の温度で曇る。発射チャンバの通常の温度が曇り点よりも低い温度を維持されている限り、このような温度においてインクが曇るということそれ自体によって、そのようなインクを熱インクジェットにおいて使用することは妨げられない。これは、発射が行われる発射イベントの間、インクチャンバ内の抵抗器にターンオンエネルギー（TOE）が適用されたときにはインクは曇ることなく200℃もの高温になる得るという事実があるにもかかわらずである。インクチャンバの温度が200℃である合間では、曇りが生じるのに十分な時間がないため、この発射イベントは曇りの問題を引き起こすことはない。
【００１５】
上述のような40〜95℃におけるインクの曇りは、インクチャンバを数秒間パルスウォーミングすることによって人為的に誘発することができる。これは、インクを発射する通常のペンのサイクルの間では回避されなければならない。しかしながら、本発明者は、ターンオンエネルギー未満の電圧を数秒間抵抗器に送ることによって、インクチャンバの温度を40〜95℃、好ましい実施形態においては60〜80℃にすることにより、インクジェットインクの分離を誘発し、インク溶媒の有機界面活性剤相の保護緩衝物を形成し、この保護緩衝物がノズルの内部開口部を覆うということを発見した。ノズル上のこの保護緩衝物は、インクジェットプリントヘッドが作動していない時間中には蒸発及び固まりつきを防止し、プリントヘッドの印刷作業が再開すると、ノズルから吐出され得る。
【００１６】
図１は、インクジェットプリントヘッドの非限定的な実施形態の、一部を切り欠いた概略斜視図であり、本発明に関係するさまざまな構造を含むインクチャンバの構造を明確に示す。図１を参照して、インクチャンバ19は、より詳細には、それぞれのインク発射ヒータ抵抗器56の上に配置され、それぞれのインクチャンバ19は、薄膜下部構造11に重ね合わされたバリアー層12内に形成されているチャンバ開口部の、相互に連絡する縁部及び壁部によって画定されている。インクチャネル29が、バリアー層12内に形成されているさらなる開口部によって画定され、それぞれのインク発射チャンバ19に一体的に合流している。インクチャネル29は、隣接するインク供給スロット71の供給縁部に向かって開口しており、そのようなインク供給スロットからインクを受容する。オリフィス板13は、それぞれのインクチャンバ19の上に配置されているオリフィス又はノズル21を含み、それぞれのインク発射ヒータ抵抗器56、関連するインクチャンバ19及び関連するオリフィス21が整列するようになっている。
【００１７】
本発明の一実施形態において、インクジェットプリンタは、ユーザがプリンタのふた又はペンの区画のラッチを開くと、プリントヘッド内のスイッチを作動するように組み立てられている。このスイッチは、インクチャンバ内の抵抗器をオンに切り換える。抵抗器は熱くなり、インクチャンバ内のインクの相分離を誘発する。蒸気圧の低い溶媒は、ノズル穴に沈降し、インクの固まりつく成分を実質的に排除した保護「緩衝物」を形成する。この手段によって、ペンは保管の準備がなされる。印刷を行うためにペンを再び挿入する場合には、この「緩衝物」は吐出される。
【００１８】
代替的な実施形態において、インクジェットプリンタは、ペンがある時間、例えば30分間、印刷することなくキャップの上に配置されて休止中である場合には、プリンタがペンを加熱して、ノズルの底部に有機溶媒「緩衝物」を形成するように組み立てられている。
【００１９】
顔料で着色したインクが使用される実施形態においては、緩衝物の密度を顔料粒子の密度よりも高くなるように調節することによって、インクからの顔料がインクチャンバ内に沈殿しないようにすることが有益である。
【００２０】
図２は、本発明におけるインク発射チャンバ２の側断面を４つの異なる段階において示す。それぞれの段階において、抵抗器１がチャンバ２の一番上の内面に接続されており、ノズル４がチャンバ２の底部において、チャンバ２の内側と外側の間にある開口部から構成されていることがわかる。それぞれの段階はまた、チャンバ２内にインク３が存在していることも示す。第１の段階と第２の段階の間に、チャンバ２が加熱（７）される。第２の段階において、インク３内に有機相の滴５が出現する。第２の段階と第３の段階の間に、時間（８）が経過する。第３の段階において、有機相の滴５がチャンバ２の底部に保護緩衝物６を形成し、この保護緩衝物６がノズル４の開口部を覆う。第３の段階と第４の段階との間に、保護緩衝物６がインクチャンバ２から吐出（９）される。第４の段階は、以前の第１の段階と同じように見え、有機相の滴５又は緩衝物６のない状態でチャンバ２内にインク３がある。
【００２１】
好ましい実施形態において、インク内で使用することができる溶媒が、特に有機緩衝物形成プロセスを向上させるために選択され得る。ポリ（エチレンオキシド）の誘導体及びポリ（プロピレンオキシド）の誘導体から選択される溶媒が効果的であることがわかっている。炭化水素、フルオロカーボン及びシロキサンのような低極性油もまた、効果的に利用することができる。さらに、炭化水素の界面活性剤、フルオロカーボンの界面活性剤及びシロキサンの界面活性剤からなる群から選択された界面活性剤もまた、選択することができる。染料又は顔料に対して比較的低い可溶性を有するために、さまざまな、フッ素と化合させた溶媒及びシロキサンから誘導した溶媒もまた効果的である。
【００２２】
また本発明の好ましい実施形態において、インクの有機界面活性剤相の密度は1.1g/cm3を上回っており、インク着色剤相の密度は、インクのビヒクル相よりも低いことが望ましい。この好ましい実施形態において、有機界面活性剤はインク発射チャンバ内で沈降する傾向がある一方、インクのビヒクル相は上方に浮遊する。
【実施例】
【００２３】
実施例１
以下の黄色のインクは、試験管内で各成分を混合することによって作成された。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
インクは、目視検査で均質かつ透明であった。インクを５mlの試験管に入れて水浴で徐々に加熱した。インクは、45℃において曇りを呈し、試験管底部に有機相が形成された。この相には、目視検査で黄色の染料が含まれていなかった。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】インクジェットプリントヘッドの実施形態の一部の概略的な斜視図であり、一部を切り欠いて示している。
【図２】本発明の実施形態を示し、チャンバが本発明のステップを介して移り変わる際の、１つのインク発射チャンバの一連の４つの断面図を示す。
【符号の説明】
【００２７】
１      抵抗器
２      インク発射チャンバ
３      インク
４      ノズル
５      有機相の滴
６      保護緩衝物
【図１】
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【図２】
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