(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散した不溶性物質と担体媒質との混合物であるバルク媒質を転移部に供給する供給工程と、
バルク媒質内の不溶性物質を転移部内の転移位置へ移動させ、バルク媒質内の不溶性物質を転移位置において濃縮する濃縮工程と、
転移位置において、バルク媒質内の濃縮物から不溶性物質を取り除き、不溶性物質を表面に析出する析出工程と、
次いで、バルク媒質内の不溶性物質を転移部内の転移位置へ継続して移動させて、濃度を維持する濃度維持工程と
を有し、前記濃縮工程及び前記濃度維持工程において、不溶性物質の移動は、電気泳動、不均一な電界の印加、又は、沈降、浮遊若しくは遠心分離によって行なわれることを特徴とする、物質を表面に析出する方法。
【請求項２】
不溶性物質は、バルク媒質内を担体物質に対して区別されて流れる請求項１記載の方法。
【請求項３】
不溶性物質は、バルク媒質が他の物質と自由界面を有する位置において、濃縮物から取り除かれる請求項１記載の方法。
【請求項４】
不溶性物質は粒子である請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
不溶性物質は、担体物質に対して相対的に荷電され、前記濃縮工程及び前記濃度維持工程において、バルク媒質内での粒子の移動は電気泳動による請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
不溶性物質は、担体物質と異なる誘電率を有し、前記濃縮工程及び前記濃度維持工程において、不均一な電界の印加により移動し、濃縮する請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
不溶性物質は、担体物質と異なる密度を有し、前記濃縮工程及び前記濃度維持工程において、移動及び濃縮は沈降、浮遊又は遠心分離により行われる請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
不溶性物質は正味の磁気双極子を有し、前記濃縮工程及び前記濃度維持工程において、不均一な電界の印加により移動し、濃縮する請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
粒子が、バルク媒質からノズル又はその他の穴を通じて取り除かれる請求項１乃至８のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１０】
粒子は、バルク媒質から、金属性円錐部、針状プローブ、斜角端部を有するチューブ、先細りの中空胴部、及び、金属性先細り固体胴部のうちのいずれか一つを有する位置において取り除かれる請求項１乃至９のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１１】
担体媒体の一部は、不溶性物質と共にバルク媒質から取り除かれる請求項１乃至１０のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１２】
請求項１乃至１１に記載のいずれか一つの方法を含む印刷方法。
【請求項１３】
バルク媒質は着色したインク及び粒子を含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法を用いた印刷方法。
【発明の詳細な説明】
本発明は、好適には粒子などの物質を、好適には流体などのバルク（bulk）媒質から転移させる方法に関し、より詳細には印刷に使用可能な方法に関する。
電気泳動、及び、これに類似したプロセスを利用する濾過及び分離技術が知られている。
GB−1186184は分離装置を記載し、その分離装置は、電気泳動と対流（bulk flow）とを組み合わせて、一以上の比較的連続した流体内に均一又は不均一に溶解又は分散した一以上の成分を、部分的又は全体的に、それら相互から分離し、及び／又は、それらを流体から分離する。流体は、電界下において、内部の固定シリンダと外部の回転シリンダとの間の環状部を流れる。
US−A−3909383は清浄プロセスを記載し、その清浄プロセスは、既知の電気泳動技術を利用して、液体トナーを使用する電子写真印刷システムにおいて現像に使用された液体から、汚染物を取り除く。清浄された液体は再利用可能であり、濾過された固体はその後の廃棄処分のために取り除かれる。
EP−A−0320709は、上述のものと類似した、電気泳動による分離技術を記載する。
WO−A−8809210は、種々の粒子を含む液体を清浄する手段として電気泳動を利用する代わりに、超音波を利用して、流液を横切るように粒子を移動させて粒子を集めることができることを記載する。
GB−A−2098498は、同様に超音波を利用し、流液中で粒子を流液からそらして液体を清浄する分離技術に関する。これに記述された方法では、粒子を流液を横切って収集点方向へ押し流すために超音波界のドリフトを生じさせる手段が設けられる。汚染物粒子を周期的に除去することが可能である。
US−A−4011157の発明の目的は、微粒子物質を汚染された液体から除去又は濾過し、清浄された液体を再利用可能とすることにある。その方法は、既知の超音波ネブライザ技術を利用して微粒子状汚染物から液体インクを分離する。清浄された液体インク（微粒子から解放された）は印刷場所に送り戻され、固体汚染物質は廃棄処理用のタンクに収集される。
WO−A−9320927は、既知の現象である誘電泳動を利用し、セルを通って流れる液体内に懸濁した粒子を分離する方法を記載する。この現象の応用については記載されていないが、この種のシステムは、粒子を濃縮するためにも使用可能であることも理解される。
EP−A−0307940は、生物粒子を捕らえるためにレーザーを使用することを記載する。
FR−A−2232192は、交番磁界又は交番電界を利用して磁気粒子を含むインクを使用可能な状態に維持すること、即ち、それが凝固することを防止し、それから重畳静電界を使用して容器から流体を排出することを記載する。この特許明細書は、電極又は極部品を鋭利にすることにより、排出される流体を濃縮することができることも教示する。
CH−A−562631は、ドナー及びアクセプタの流れ、及び、電界を利用して、気体内に存在し、１０-22グラム以下の重量を有する粒子の混合及び分離技術を記載する。
Field Flow Fractionation − JC Goodings Chemical & Engineering News,Vol.66,No.41,10 October 1988は、上述の特許明細書に記載された技術の多くを要約している。粒子を含んだ流体は、流れの方向に直交する外部の界、又は、電界、磁界の如き勾配、又は、温度勾配を通じて流れる。異なる留分は、流れの中の異なる位置に沈殿する。
上述の全ての方法は既知の作用に基づくものであり、それらは、分散した粒子を液体から分離するため、例えば液体を清浄するために使用されてきた。
US−A−4717926及びUS−A−4928125は、夫々、電界及び磁界を利用した印刷技術を記載する。
本発明の目的は、転移位置に、液体内に分散した不溶性粒子を濃縮し、次に、例えば表面に印刷するために、その濃縮物をバルク媒質からその表面に転移させることを目的とする。
PCT／AU92／00665には、粒子を含む液体から粒子の不連続な塊状集積を生成し、排出位置に電界を生じさせて、静電手段により液体の主要部から粒子を排出させる方法が記載されている。
本発明は、この先行出願に記載された発想の発展に関する。この先行出願においては、流体内の粒子を流体の流れにより、（排出ヘッド内の）排出位置方向へ送り、それから排出位置から離れていくように移動させる方法が記載されている。排出位置方向へ流れる流体は粒子を含み、その粒子は排出される前に排出位置に堆積し、流れ去る流体は減少する。しかし、そのような流れを発生させるには、ポンプやそれに類似した装置が必要となり、システムのコストを排出ヘッド自身よりも大幅に増大させる。
本発明は、他の事項とともに、そのような方法及びシステムにおける複雑さとコストを軽減することを目的とする。
従って、本発明によれば、表面に物質を析出させる方法が提供され、その方法は、分散した不溶性物質と担体媒質との混合物であるバルク媒質を転移部に供給する工程と、バルク媒質内の不溶性物質を転移部内の転移位置へ移動させ、バルク媒質内の不溶性物質を転移位置において濃縮する工程と、転移位置において、バルク媒質内の濃縮物から不溶性物質を取り除き、不溶性物質を表面に析出する工程と、次いで、バルク媒質内の不溶性物質を転移部内の転移位置へ継続して移動させて、濃度を維持する工程と、を有する。
このようにして、その方法は通常の使用状態において、所定レベルの濃度の不溶性物質を担体媒質内で維持するために使用できる。
好適には流体であるバルク媒質内での粒子の流れは、それゆえ、粒子を含むバルク媒質の流れを不要とし、その結果、ポンプその他に関連する複雑さ及びコストを防止することが可能となる。この場合、バルク媒質は、転移のための媒体としてではなく、単純に粒子の担体又はキャリアとして働く。
また、本発明は物質転移装置を含み、その転移装置は、隔離壁、開口、流体の入口、及び、流体の出口を有するセルと、セルを少なくとも部分的に囲む第１の電極と、開口内に配置された第２の、排出電極と、を備える。この装置は、プリンタの一部を構成する。
本発明にかかる方法の特定の使用法は、従来のドラムを利用する電気写真の分野において、担体又はキャリア媒質からドラムにトナー物質を供給することである。従来のプロセスでは、キャリア内でのトナー濃度の減少は、混合物の容積全体にわたって生じる。濃度が所定のレベルまで低下すると、混合物内にトナー粒子が残っていたとしても、トナーカートリッジその他を交換しなければならない。本発明は、トナーがドラムへ移される位置において選択的な濃度を維持することにより、より高い割合のトナーの使用を可能とする。
幾つかの場合、本発明の方法は、バルク媒質の流れを伴う方法と共に使用することが可能である。例えば、ある印刷技術においては、バルク媒質が補充のためにリザーバ又は容器に流れ込むことが要求される。
粒子の濃縮を生じさせるために種々の転移メカニズムが使用可能であり、そのうちの幾つかが添付の図１乃至図１２を参照して以下に要約される。本発明にかかる方法及び装置の例は、図１３乃至図２０を参照して説明される。
図面において、
図１は、電気泳動メカニズムを示し、
図２は、誘電泳動メカニズムを示し、
図３は、沈降及び浮遊を伴う方法を示し、
図４は、音波により粒子を移動させる方法を示し、
図５は、光学的に粒子を移動させる方法を示し、
図６は、バルク担体媒質又はキャリア内で粒子を移動させる遠心分離方法を示し、
図７は、磁気泳動により粒子を移動させる方法を示し、
図８は、特定の対流（bulk flow）幾何学形状を利用する方法を示し、
図９及び図１０は、折り畳み可能な膜の使用を伴う方法を示し、
図１１は、図９及び図１０と類似の方法であるが、可動の網状部材により支持された膜を使用する方法を示し、
図１２は、分散が連続的に供給される方法を示し、
図１３は、プリントヘッドのセルを、流れのベクトルと共に、模式的に示した断面図であり、
図１４から図１５Ａは、同様のセルの細部を示した断面図であり、
図１６は、プリントヘッド断面の静電モデルにおけるインク粒子の通路を示し、
図１７は、電気泳動電極が作成されるブランク（blank）を示し、
図１８、１８Ａ及び１９は、プリントヘッドの排出電極の立面図であり、図１９は配置後の排出電極を示し、
図２０は、他のセル構造に使用される複数電極アセンブリの配列を示し、
図２１は、粒子の電気泳動による移動原理を示す図であり、
図２２は、粒子の誘電泳動による移動原理を示す図であり、
図２３は、電気泳動による濃縮を行うプリントヘッドの概念的モデルを示す。
図１は、電気泳動プロセスを示し、これにより、液体又はゲル状の担体媒質１２により保持された荷電粒子１１が、バッテリーその他の直流源１５により電極１３、１４間に印加された電界Ｅ内を移動する。粒子１１に付された矢印は、電界Ｅ内の電界線（電気力線）ｅに沿う粒子１１の移動方向を示し、粒子が障害物に出合うか、図示のように電界線が収束する場合に濃縮が起きる。本発明にかかる電気泳動法は、チャネルに沿って配置された電極配列によりそれに沿って粒子がポンピングされ、適当な遅延時間をもって連続的にスイッチングされる場合を含む。
図２は一つの方法を示し、この方法ににおいては、担体流体２２の誘電率とは大幅に異なる誘電率を有する非荷電粒子２１が、直流源２５により電極２３、２４間に印加された不均一電界Ｅの力を受ける。電界は粒子２１に双極子を誘導し、不均一電界Ｅがこれに作用して粒子を（電界の方向とは独立に）電界強度が増加する方向（電極２４）に移動させる。電界線ｅが収束するか、又は、粒子が障害物に出合う時に電界強度が増加し、濃縮が起きる。
図３の方法においては、担体流体３２と異なる密度を有する粒子３１が導管３６内に入れられ、重力の場ｇ内で浮力を受け、沈降（図示）又は浮遊のいずれかが起きる。粒子３１が、通常は容器３６の底部又は流体の表面３７のいずれかである障壁に出合った時に濃縮が起きる。それから粒子は、上述の静電力の作用下において開口部３８を通って取り除かれる。
他の注意深く選択された粒子の種の存在下において粒子を沈降（又は浮遊）させることにより、さらに洗練された濃縮プロセスを行うことが可能である。この場合、文献において増強沈降（enhancedsedimentation）として知られる現象が生じ、これにより、両方の粒子の種の濃度の局部的な増加が、高い沈降速度で生じる。
図４の方法は、例えば圧電変換器４０により発生し、好適には超音波周波数であり、バルク担体媒質４２を通過する音波による外乱が、粒子４１の境界に圧力を加え得る様子を示し、これにより図示のような運動を生じさせる。粒子は、音波の界の性質に応じて境界部又は空間内のある場所に堆積するが、この例ではじょうご形状部４３に堆積し、上述のようにその端部開口４４から取り除かれる。
強い音波の界を使用し、又は、排出位置の背後に波節を有する定在波パターンを生じさせることにより、粒子を排出位置方向に送ることができる。
図５に示すシステムを通過する光ビーム５０は、通常は十分に高いエネルギーを有するレーザー光であり、粒子５１に力を及ぼすことが可能であるが、光透過性を有する担体流体５２には力を及ぼすことはできない。その力の大きさは光が粒子により反射されるか吸収されるかに依存する。粒子が障害物に出合うか、又は、ビームの形状５３が図示のように収束する場合に濃縮が生じ、粒子５１が前述のように排出される。原理的には、レーザビームは、矢印Ｆの方向に通過する流れから、粒子を排出位置方向に押し出すために用いられる。
担体流体の密度と異なる密度を有する粒子は、それらが重力下に置かれた場合と同様に、遠心力による加速下において沈降し又は浮遊する。濃縮は、同様の理由により生じる。しかし、十分に高い回転速度においては、粒子の慣性も流体に対する運動につながる。
図６に示すように、担体流体６２より密度の低い粒子６１は、回転する流体本体の中心線上に濃縮され、必要に応じて流出口６２を通って矢印Ｆの方向に取り出される。
図７に示すように、粒子７１が正味の磁気双極子モーメントを保持する場合に磁気泳動が生じる。粒子７１は、誘電泳動運動とほぼ同様に、不均一な磁界Ｈに対して整列してその内部を移動する。そのシステムは、容器７５を囲む電機子７３及びコイル７４により生じる適当に構成された磁界Ｈを必要とし、粒子の排出位置７６は極の近傍である。
粒子のレイノルズ数が小さくない場合には、特定の対流形状は懸濁粒子の堆積につながることが知られている。即ち、その現象は粒子の慣性の結果である。図８に示す例は、チューブ８３に沿った懸濁液８０の流れであり、バルク媒質内における、中心線と壁との間のある距離に位置する環状部内において粒子８１が濃縮することが分かる。よって、粒子は流れＦの方向に交差する方向に濃縮される。もう一つの類似の例（図示せず）はよどみ点における流れであり、これによると粒子は、流速が零となるよどみ点の周囲に堆積する（障害物の陰がその一例である）。
図９及び図１０は一つの濃縮手法を示し、これによると容器９０は折り畳み可能な半透水性の袋９１を備え、その袋９１は濃縮した粒子の分散９３を粒子の減少した分散９４から分離し、粒子が排出位置９２から上記の方法の一つによって排出される。
図１１は類似の手法を示し、これによれば、半透水性の膜１０１が網状部材１０２上に支持され、その網状部材１０２はリザーバ１００内を下方に移動可能であり（これにより図示のような粒子の減少した分散１０４と濃縮した分散１０５を生じさせる）、記述の方法の一つによって粒子を排出口１０３から排出する。
図１２は一つの手法を示し、これによると、分散がリザーバ１１０を通る経路内を通過する時に粒子は流体の本体内で濃縮される。そのリザーバ１１０は中央供給送りチューブ１１１を備え、その中央供給送りチューブ１１１は出口１１２を備え、その出口１１２は長さ方向に間隔を有して位置し、多孔性の壁部１１３により覆われ、そこを通じて分散がリザーバへ流れ込む。粒子は流体の本体内で、供給チューブの多孔性部の端部において濃縮され、上記の方法の一つによって排出位置１１４から排出のために取り出される。部分１１５において粒子の減少した流出が生じる。
図１３から１６は、不溶性インク粒子を濃縮するための電気泳動法（図１を参照して概要説明をした）を使用する本発明の原理を適用したプリントヘッドを示す。図示及び説明されるプリントヘッドは１画素の印刷を表面に施すものとする。
プリントヘッドは略三角形の内部形状を有する濃縮セル１２０を使用し、そのセル１２０は、入口１２３を通じて（例えば図示しないポンプなどから）加えられる圧力の下で（後述する種類の）インク１２２が供給される空洞部１２１を形成する。継続的な動作を可能とするために出口１２４が設けられ、その結果、動作時には、図１３において矢印１２５で示される流れのベクトル分布が作り出される。図示のセルは、幅１０ｍｍ、全長１３．３ｍｍ、厚さ６ｍｍの外のり寸法を有する。
セル１２０はＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）のハウジング１２６を備え、図１４及び１５の断面に示されるように、このハウジング１２６は略くさび型の対向する頬部１２７を有し、この頬部１２７は空洞部１２１の三角形状及び開口１２８を規定する。開口１２８は約１００μｍの幅を有する。図１４Ａ及び１５Ａは、夫々開口１２８、及び、使用時にそこに形成されるインクメニスカス１３３の細部を示す。個々の広い面において、セルは可撓性の側壁１２９、１３０により閉じられ、それら側壁１２９、１３０はハウジング１２６の部分を形成する。ハウジング１２６は、支持固定具その他を構成する、さらに大きいアセンブリの一部をとして構成することもできる。それらは動作原理に影響を与えるものではなく、本説明においては不要であるので、図示していない。
セル１２０の外部周囲には、図１７に示すステンレス鋼のブランク１３２により形成された薄い板状電極１３１が配置されている。電極１３１は、頬部１２７及び可撓性のハウジング１２６の基台部により構成される狭い側の側壁を取り囲み、インク１２２と接触するために空洞部１２１内に突出したタブ又は舌部１３５を備える。
電極１３１（電気泳動電極として知られる）及び頬部１２７は、使用時に、液体内の電界ベクトルＥの成分が不溶性インク粒子をセルの壁部から遠ざける方向に向けるように形成されている。換言すれば、インクセル１２０の周囲のほとんどでＥ・ｎ＞０であり、ここで、Ｅは電界ベクトル、ｎは壁部から液体内部へ向けて測定した表面の法線である。これにより、不溶性インク粒子がセルの周囲で吸収されることが無くなり、そうしなければセルの周囲がセルの電界を変更してしまうことがある。図１６は、インク粒子によって、外部の排出電極を備えるセル断面の静電モデルに描かれる経路を示す。液体の粘性及び粒子上の電荷は、図示のように、粒子が電界線に非常に近接してこれをたどるように構成される。
開口１２８の内部には、排出電極１３４が配置される（複数画素印刷用の代替実施例では、図２０に示すように複数の電極１３４′が直線状に配列される）。電極１３４は厚さ１５μｍの電気鋳造されたニッケルであり、電気鋳造された部品に典型的な断面を有する。電極の一方の面は平坦であり、他方の面はわずかに湾曲している。図１８、１８Ａ（細部）及び１９は、排出電極１３４、及び、そのセル１２０内での詳細な配置を示す。排出電極１３４は直立した支持部材１２９′上に配置され、その支持部材１２９′はハウジング１２６の側壁１２９と一体的に形成されており、電極１３４は開口１２８を通って５０から１００μｍの距離にわたり突出している（図１４Ａも参照のこと）。ワイヤ１３８により電気的な接続がなされており、そのワイヤ１３８は、側壁１２９のさらに他の開口１３７を通って空洞部１２１に通じており、その開口１３７は組立時にエポキシが充填されて、ワイヤ位置を固定し、開口１３７を塞いでいる。
不溶性粒子は、溶液中でイオン化する粒子荷電物質の作用により電荷を捕らえ、その結果、不溶性粒子が電荷を捕らえ、同等で逆極性の対イオンを生じさせる。このメカニズムは、フォトコピーなどに使用するの液体トナー及び電気泳動ディスプレイの分野では周知である。
プリントヘッドの動作を説明する。印刷が行われていない時には、電気泳動電極１３１及び排出電極上の個々の電荷（電気泳動電極は印加電位１．２から２．０ｋＶである）がインク粒子を電気泳動により排出電極の方向に移動させる。電気泳動電極１３１はセル内で接点１３５を介してインクと接触しているので、平衡状態にあるインクの電位は電気泳動電極１３１の電位と同等である。これにより、排出電極１３４近傍で粒子の正味の濃縮が生じる。排出パルス（２００Ｖから１．５ｋＶ、パルス幅５０から２００μｓ、周波数１から１０ｋＨｚとすることができる）が排出電極１３４に印加されると、インク粒子が表面１３６に（場合により粒子に付着した少量の担体液体とともに）排出され（PCT/AU92/00665に記載された方法で）、静電的平衡状態が乱され、その結果、粒子は継続して移動して排出電極付近の減少状態を回復し、濃度を維持する。
インクは、側板部１２９の入口１２３を通じてセルに供給され、入口と出口１２４の間の低濃度領域においてインク粒子をセル内へ継続して供給する。これにより、粒子を排出電極１３４の周囲の領域に濃縮することができる。排出電極近傍の高濃度領域における流速は低く、それゆえ電界により濃縮された粒子は、その後その領域でバルク液体の流れにより押し流されることはない。使用時には、電気泳動電極１３１は、排出電極の電位の時間平均よりも高い正電位（この場合）に保持される。
使用されるインクは、好適には、PCT/AU94/00357に記載されたものと同一、即ち、高電気抵抗（例えば、１０9Ω．ｃｍ）を有する担体液体、及び、キャリア内で分散した不溶性マーキング粒子を含むものとする。溶性又は一部溶性樹脂などを含めることで、マーキング粒子を分散させ、粒子を使用するプリント面に結合するように機能させることも可能である。加えて、電荷変更物質を含め、荷電工程を補助するように構成することも可能である。
以下の記述は本発明の視野との関連において発明者等が作成した研究レポートの一部であり、図２１から図２３との関連において粒子の運搬方法を記載する。
粒子の運搬
メカニズムは、キャリア流体中で粒子を濃縮する運搬工程と、それらをキャリア流体から取り出す分離工程（排出工程ということもできる）との組み合わせであることが確認された。この付録は、粒子の運搬プロセスについて行われてきたモデル化作業の概要を示す。
粒子の流れの単純モデル
液体表面に沿って移動する粒子は、液体の中心部を移動する粒子と比較して、減少した粘性抵抗を受ける。粘性抵抗は、粒子の液体表面との間の細かな相互作用に依存する。有効な粘性の大きさは液体の粘性と空気の粘性との間のどこかの値であると我々は仮定するが、有効な粘性の大きさは常に既知であるとはいえない。我々の運搬工程のモデルが実行可能であることを確認するために、我々は電極の外部に沿った粒子の運動を、液体の中心部において生じた運動と比較した。有限要素電界モデリングにより、電極の外部に沿った電位のリストが得られた。接線電位分布に補間関数を適用して、電極に沿った距離の関数としてＥtangentialを得た。粒子の運動式は、
0004020960.tif 000002
ここで、μは粒子が受けた実効粘性、x(t)は時間ｔにおける粒子の表面に沿った位置を示す。この式は、担体流体の粘性と空気の粘性−実際上は零に等しい、の間にある粘性値について数式的に解かれた。これらの数値実験により、液体の中心部においては粒子の流速が低すぎて有効な粒子運搬が行えないことが確認された。実効粘性が低い表面においては、モデルにより得られた速度は実際に観察された速度に非常に近いものであった。これにより、自由表面運搬のモデルが正しいことが部分的に確認された。
上記の議論は、自由表面に依存する粒子運搬方法が動作する様子を示す。これは実際の製品について、特にオフィス環境においては魅力的な運搬方法ではなく、代替的な運搬方法を見つけなければならない。それらの方法を以下に説明する。
代替的運搬方法
電気泳動
これは、印加された電界下における荷電粒子の移動である。電界は粒子により保持された電荷に作用して力を生じさせ、図２１に示すように粒子を懸濁媒質中を推進させる。それらが進む速度は、それらの移動度により特徴づけられ、それらの電荷、半径、及び、流体の粘性に依存する。
粒子に働く電気力は主として粒子を懸濁媒質から取り出す原因になるので、この力は排出点の近傍で本質的に重要である。
この力が粒子に及ぼす作用は、もし流体の物理的境界が許すならば、流体内でのバルク運動を生じさせることが可能である。これは、流体が粒子に及ぼす粘性抵抗が、粒子から流体への運動量の移動に対応し、これは粒子の抵抗の中心における力の作用と等価であることに起因する。分配された粒子のセットに作用する時、これは流体に対する体積力に達する。この運動がバルク運搬手段として有効であることが分かる。
勾配拡散
粒子の集まりが一時期に空間的に不均一に分配されたとすれば、それからある時間後にはその不均一性は平滑化されてゆく。平均的な粒子運動が濃度勾配を下るように生じるので、このプロセスは勾配拡散と呼ばれる。
粒子の除去は、粒子が拡散しようとする濃度勾配を下げるので、そのメカニズムは重要である。しかし実際には、その効果は少なく、補充プロセスの主要部分であるとは認められなかった。
誘電泳動
空間的に一様でない電界は、周囲と異なる誘電率を有する粒子に力を及ぼす。これは、粒子が正味の電荷を保持していない場合にも生じる。この力は、電界が同量で逆極性の電荷を粒子の反対側端部に誘導し、電気双極子を生成することにより生じる。しかし、電界の非均一性により、それは他方の端部の電荷より強力に一方の端部の電荷と相互作用し、正味の力を生じる。これは、図２２に示されている。
粒子が荷電されると、誘電力は通常、同一の電界において電荷に加わる電気泳動力より非常に弱いものとなる。しかし、電界の勾配が非常に大きい場所、例えば排出点近傍では、誘電泳動効果は大きい。ほとんどの通常の物質については、その力の方向は、電界の方向とは無関係に、より高い電界強度に向けられる。従って、排出点近傍においては、誘電泳動力は電気泳動力に逆らって作用する。
１Ｄ電気泳動運搬の単純モデル
図２３は、電気泳動により補充されるヘッドの概念的モデルを示す。粒子は、プリント速度の要求事項により定められる速度で排出点から排出されてゆく。排出された粒子は、インク貯蔵部のバルク媒質内に保持された粒子により補充されなければならない。ヘッドに沿ういかなる位置ｘにおいても、以下の量が定義される：
断面領域  ａ(x)
粒子濃度  k(x)
平均粒子半径  r(x)
速度  v(x)
粘性  μ(x)
電界  E(x)
平衡状態において、粒子の流れを維持するために要求される電界は以下のようである：
0004020960.tif 000003
ここで、Q／M(x)は粒子の電荷と質量の比であり、ｄは排出された小滴の半径であり、その他の量は以下に定義する。これにより、粒子を運搬するために要求される電界は、粒子の移動度を適切に設計し、流体リザーバの断面領域を変化させることにより減少させることができる。高移動度の粒子は一定の電界内において、より早く運搬される。断面領域を変化させることは、リザーバの単位長さ当りに、より多数の粒子を提供することにより、要求される電界を減少させる。電気泳動界を減少することは、リザーバの長さに沿う積分された電界を減少させ、それゆえヘッドに要求される最大電圧を減少させるので、電界を減少することは望ましい。
図２３はｘ−ｙ座標系において、インク貯蔵部を２０１で示し、排出点を２０２で示す。図において、排出点２０２を通じて排出される粒子は、以下のパラメータを有する：
ｆ０＝粒子が排出される周波数
ｒ０＝排出される粒子の半径
ｋ０＝排出される粒子の濃度
粒子の排出速度は以下の値に等しい：
0004020960.tif 000004
【図１】
0004020960.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図７】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１７】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１４Ａ】
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【図１５】
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【図１５Ａ】
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【図１６】
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【図１８】
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【図１８Ａ】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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