(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクジェット印刷のための方法であって、
（Ａ）終端にインクジェットノズルを有する送給ラインを通して気体を送給する段階と、
（Ｂ）粒子寸法が水との接触に際して増加するような少なくとも１種の成分を含有する流動性のインク濃縮物を前記送給ラインに送給する段階と、
（Ｃ）前記インク濃縮物と混合されるときインクを形成する液体ビヒクルを前記送給ラインに送給する段階と、
（Ｄ）前記インク濃縮物と前記ビヒクルとを前記送給ラインに供給する前又は後に混合してインクを形成し、それを前記気体とともに前記送給ラインを通して前記インクジェットノズルに供給する段階と、
（Ｅ）前記インクジェットノズルから前記気体とともに前記インクを放出するに十分な圧力を前記送給ラインに適用する段階とを包含し、その場合前記気体と前記ビヒクルが水を含有しないか若しくは前記粒寸の増加をもたらすに不十分な合計水含有量を有するものとすることを特徴とするインクジェット印刷方法。
【請求項２】
インクジェット印刷のための装置であって、
（ａ）気体を収容する気体源と、
（ｂ）水との接触に際して粒子寸法を増加するような少なくとも１種の成分を有する流動性のインク濃縮物を収容するインク濃縮物源と、
（ｃ）前記インク濃縮物と混合されるときインクを形成するビヒクルを含有する液体ビヒクル源と、
（ｄ）前記気体源に接続され、終端にジェットノズルを有する送給ラインであって、気体を該気体源から該ジェットノズルへと流すことのできる送給ラインと、
（ｅ）前記インク濃縮物源とビヒクル源とを前記送給ラインに接続する接続ラインと、
（ｆ）前記気体源から前記送給ラインを通して気体を制御下に流す手動又は自動の制御弁と、
（ｇ）前記インク濃縮物と前記ビヒクルとを前記送給ラインへ供給する前又は供給した後で混合してインクを形成する混合手段と、
を備え、その場合前記気体と前記ビヒクルとが水を含有しないか若しくは前記粒寸の増加をもたらすに不十分な合計水含有量を有することを特徴とするインクジェット印刷装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、懸濁された物質を含有する液体を非常に小さな直径を有するチューブや開口を通して気体圧力により強制送入若しくは吸引する、インクジェット印刷において使用されるような方法及び装置に関係する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット印刷においては代表的に、インクが、紙シート、ラベル、物品表面その他の基材に或るパターン（文字、図柄、模様等）をなして適用される。インクは、ノズル或いはヘッドを通して高速で強送されそしてノズル或いはヘッドの外側で周囲雰囲気を通して基材まで短い距離移行する。インクが基材上に形成するパターンは、インクが出現するヘッド或いはノズルにおける微小な開口の配列形態により決定される。
【０００３】
インクを推進する力は、圧力下の気体、代表的に圧縮空気により与えられる。気体は、圧力下で気体を維持するタンクやボンベのような気体源から送給ラインに或いはチューブの一端に送給される。送給ラインに或いはチューブの他端は、ノズル或いはヘッドに接続される。
【０００４】
既存のインクジェット印刷システムは、作業者が今日まで容認することを余儀なくされた幾つかの操作上の欠点を示してきた。その一つは、ノズルが周期的に閉塞（詰まり）状態となり、閉塞したノズルを洗浄するか、詰まっていない新しいノズルと交換しうるようにシステムを休止することを必要としたことである。この欠点は明らかに、ノズルの洗浄及び／又は交換のため休止される期間システムが作動することを妨げる。これはまた、ノズルがごく暫時的に閉塞されるようになるから、基材に印刷される模様の鮮明さや画定さのごく暫時的な低下させていくので、インクジェット印刷製品の或る比率のものが並の乃至並以下の品質においてしか印刷されない結果を招く。
【０００５】
この欠点は代表的に、ビヒクル、インク濃縮物、気体及び／又はインク／気体混合物を搬送するラインに単数乃至複数のフィルターを組み込むことにより対処されてきた。しかし、これは、閉塞場所をノズルからそれらフィルターに移すだけであるから、単数乃至複数のフィルターを洗浄しまた交換するためにシステムを休止することをまだ尚周期的に必要とする。
【０００６】
また別の欠点は、満足しうる印刷のために必要とされるビヒクルの量が作業の過程にわたって増加することである。インクジェット印刷システムは代表的に、インクの粘度を検出するための手段と、インクの粘度が過剰に増加するときインク濃縮物に対してシステム内に送給されるビヒクルの量を増大するための手段とを含んでおり、それによりインクの粘度がインクが流動できそして所望通り印刷できるに十分低い状態を維持されることを保証せんとしている。従来からのインクジェット印刷システムは、インク粘度が次第に増加し、ついにはフィルター若しくはノズルいずれかが閉塞状態となるか、別様にはインクの粘度が高くなりすぎて満足しうる作業を許容しない状況に達するようになるので、ますます多くのビヒクルを吸引せざるを得ないことが多々あった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従って、斯界では、ノズル及び／又はフィルターの閉塞の問題並びにシステムの作動の過程での過剰のビヒクル消費の問題の解決への必要性が残っている。これら問題は、液体ビヒクルがシステムを閉塞する危険性がある物質を分散状態で含有するような他の種のデバイスにも等しく当てはまり、これら問題の解決はそうした分野においても有用である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
インク濃縮物が水との接触に際して粒寸が増加するような１種以上の成分を含有するインクジェット印刷システムにおいては、上述した問題は、水を含まないか、ごく少量の水しか含まない気体を使用しそして水を含有しないか若しくはごく少量の水しか含まない成分でインクを形成しそしてスプレイすることにより回避されることが見出された。
本発明の一様相は、インクジェット印刷方法にあり、
（Ａ）終端にインクジェットノズルを有する送給ラインを通して気体を送給する段階と、
（Ｂ）粒子寸法が水との接触に際して増加するような少なくとも１種の成分を含有する流動性のインク濃縮物を前記送給ラインに送給する段階と、
（Ｃ）前記インク濃縮物と混合されるときインクを形成する液体ビヒクルを前記送給ラインに送給する段階と、
（Ｄ）前記インク濃縮物と前記ビヒクルとを前記送給ラインに送給する前又は後に混合してインクを形成し、それを前記気体とともに前記送給ラインを通して前記インクジェットノズルに供給する段階と、
（Ｅ）前記インクジェットノズルから前記気体とともに前記インクを放出するに十分な圧力を前記送給ラインに適用する段階とを包含し、その場合前記気体と前記ビヒクルが水を含有しないか若しくは前記粒寸の増加をもたらすに不十分な合計水含有量を有するものとすることを特徴とする。
【０００９】
本発明のまた別の様相は、インクジェット印刷装置にあり、
（ａ）気体を収容する気体源と、
（ｂ）水との接触に際して粒子寸法を増加するような少なくとも１種の成分を有する流動性のインク濃縮物を収容するインク濃縮物源と、
（ｃ）前記インク濃縮物と混合されるときインクを形成するビヒクルを含有する液体ビヒクル源と、
（ｄ）前記気体源に接続され、終端にジェットノズル有する送給ラインであって、気体を該気体源から該ジェットノズルへと流すことのできる送給ラインと、
（ｅ）前記インク濃縮物源とビヒクル源とを前記送給ラインに接続する接続ラインと、
（ｆ）前記気体源から前記送給ラインを通して気体を制御下に流す手動又は自動の制御弁と、
（ｇ）前記インク濃縮物と前記ビヒクルとを前記送給ラインへ送給する前又は後に混合してインクを形成する混合手段と、
を備え、その場合前記気体と前記ビヒクルとが水を含有しないか若しくは前記粒寸の増加をもたらすに不十分な合計水含有量を有することを特徴とする。
【００１０】
この知見により、本方法及び本装置を使用して、気体源、インク濃縮物源及びビヒクル源を開口に接続するラインのいずれにも何らフィルターを組み込むことなくインクジェット印刷を実施することが可能である。
【００１１】
本発明の好ましい具体例において、インク濃縮物は、粒子寸法がそれが水との接触に際してゲルを形成する傾向があるため増加する物質であるニトロセルロースを含む。水を含まないか若しくは４．０ｐｐｍ即ち０．０００４ｗｔ％までの水しか含まない窒素が好ましい気体である。
【００１２】
ここで言及する水とは水蒸気を含めて任意の物理的形態における水を含むことが理解されよう。
【００１３】
【発明の実施の形態】
インク濃縮物が水（即ち、水蒸気、若しくは液体としての水或いはごくまれに固体の水）との接触に際して粒寸が増加するような１種以上の成分を含有するインクジェット印刷システムにおいては、上述した問題は、水を含有しないか、若しくは合計で６０．０ｐｐｍ（０．００６０ｗｔ％）までの水のようなごく少量の水しか含まない成分でインクを形成しそしてスプレイすることにより回避されることが見出された。上述した粒子寸法の増加は、その原因が何かを問わない。つまり、成分に依存して、水との接触は、ゲルの形成を通して、フロキュレーション乃至アグロメレーション（凝集）を通して、オリゴメゼーション乃至ポリメリゼーション（重合）を通して、或いは濃縮物乃至インク中で粒子寸法の増加につながる或る種の他の化学反応の発生を通して粒寸を増加する可能性がある。
【００１４】
この知見は、特に先行技術が送給気体と意図的に導入された水との組合せの使用により閉塞問題を克服することを教示していた点で予想外である。
【００１５】
適当な気体としては、窒素、アルゴン及びビヒクルに対しまたインクの成分に対し不活性である他の気体種並びにそれらの混合物を挙げることができる。
【００１６】
水を含まないか、４．０ｐｐｍ即ち０．０００４ｗｔ％までの水しか含まない窒素のような気体が好ましくそして供給状態で既に所望の低水含有量にまで低減してある製品の形で市販されている（例えばPraxair, Inc.から）。別様には、送給状態で指定された最大水含有量を超える水を含有している気体を、インク濃縮物と接触前にすべての水を除去するべく或いは生成する気体がビヒクルと併せて０．００６０ｗｔ％を超えない水を含有するに少なくとも十分の水を除去するべく処理して使用することができる。適当な処理方法としては、物理的及び化学的吸着剤並びにコールドトラップの使用を挙げることができる。
【００１７】
インク濃縮物もまた気体、ビヒクル及びインク濃縮物の合計水含有量が約０．００６０ｗｔ％を超えないよう水をほとんど乃至全然含有すべきでないが、実際上、インク濃縮物は水との接触に際して粒寸を増大する単数乃至複数の濃縮物成分とで既に起こった相互反応によりそうした低水含有量を既に実現していることが認識されよう。
【００１８】
インクは、樹脂（基材上で硬化若しくは乾燥して最終的な相対的に定着したパターンを形成する）、着色剤、増粘剤（thickener）、懸濁剤（suspending agent）、可塑剤（plasticizer）等のような機能成分から部分的に構成される。適当な成分とその量との確定と選択は、斯界で周知でありそして従来型式である。インクは代表的に、硬化性樹脂（curable resin）、好ましくはニトロセルロース（これは水と接触するとき粒寸を増大するインク成分の一例である）を含有する。
【００１９】
インクは更に、液体ビヒクルを含み、ここに他の種インク成分が溶解若しくは懸濁される。ビヒクルもまた、水を含有しないか、若しくは好ましくは５５．０ｐｐｍ即ち０．００５５ｗｔ％までの水しか含有しないものとすべきである（気体とビヒクルとの合計水含有量がインク中の粒子の寸法における増大をもたらすに不十分でなければならず、気体とビヒクルとの合計水含有量は約６０．０ｐｐｍ即ち０．００６０ｗｔ％未満とすべきである）。
【００２０】
ビヒクルは、単独若しくは複数成分から構成される液体とすべきである。ビヒクルは、インクの成分のいずれとも反応してはならない。インクの成分の各々はビヒクル中に溶解若しくは懸濁されねばならない。ビヒクルは、インクが基材上にスプレイされるときビヒクルが急速に離散しそしてインクパターンが残るように、大気圧において数秒以内に蒸発するに十分に揮発性でなければならない。適当なビヒクルとしては、インクジェット印刷システムにおいて従来から使用された任意のものを含み、代表的に揮発性有機溶剤の混合物を含む。
【００２１】
代表的なインクジェット装置において、ガスタンクやガスボンベのような気体源が、終端に開口を有するライン内に圧力下で気体を送給する。ラインは、そのままでも使用されうるが、通常、その開口は、基材上にスプレイされたインクにより形成される或るパターン（随意的に作業者により制御下で変更されうる）を定義する２つ以上の開口の配列を有するもののような印刷ノズル或いはヘッドに接続される。代表的な圧力は１〜２０ｂａｒ（１〜２０×１０４Ｐａ）のオーダにある。
【００２２】
ビヒクル以外のインク成分からなる濃縮物（但し、通常、濃縮物の流動性を助成するため少量の液体ビヒクルを含有する）及びビヒクルは、別々の容器に供給され、その各々が接続ラインによりインクジェットノズル若しくはヘッドまで上述した気体を送給する送給ラインに接続される。好ましくは、気体を搬送する送給ラインは、インク濃縮物源とビヒクル源から上流に２つの分岐ラインに別れ、インク濃縮物とビヒクルとは各々ラインの自身の分岐ラインに別々に流れ、そして２つの分岐ラインはその後インク濃縮物源とビヒクル源から下流に開口、ノズル或いはヘッドに通じる一つの送給ラインに合流する。別法として、インク濃縮物とビヒクルとはそれぞれのラインを通して流れ、一つのインクラインに合流し、それが気体を搬送する送給ラインに通入する。
【００２３】
好ましくは、混合タンクのような室が設けられ、そして上述した２つの送給ライン分岐ラインはインク濃縮物とビヒクルとをそれぞれこの室に搬入する。濃縮物とビヒクルとは、混合タンク内で、特にそれが撹拌器を装備している場合には、一層完全に混合されるようになる。その後、単一の送給ラインがこうして形成されたインクを室から送給管路の端における開口まで搬送する。送給ラインの端に流れるインクの適正粘度を与えるように、必要に応じて追加ビヒクルによりインクの粘度を調整するように粘度センサ及び検出された粘度に応答する関連制御装置を装備することができる。
【００２４】
送給ラインを通して気体を気体を推進しそして送給ラインの開口端からインクを放出するに必要とされる圧力は、全面的に気体源から提供し得、それに際して送給ラインを通しての圧力下の気体の流れは、インク濃縮物とビヒクルとを送給ラインにまた混合タンクに（存在するなら）吸引する。別法として、圧力が、インク濃縮物源、ビヒクル源及び／又は混合タンクに加えられる。
【００２５】
気体が所望されるとき制御下でそして好ましくは間欠的にシステム内にインク濃縮物とビヒクルとを送給ラインに吸引しそして形成されたインクを印刷ノズルを通して基材に向けて放出するに十分な流量と圧力でシステム内に流れるよう弁及び制御装置（手動又は自動）が設置される。しかし、もし濃縮物及び／又はビヒクルが別々の圧力源により送給ラインに送給されるなら、適当な弁及び制御装置がこれら部位にも設置されうる。
【００２６】
インク濃縮物とビヒクルとはこうして「ライン内」状態で合流される。ここで、「ライン内」とは、送給ライン内或いは任意の混合タンク若しくは気体源と送給ラインの端における開口との間で送給ラインと流通状態で存在する他の室内を意味する。インク濃縮物は、代表的に、ビヒクルにより約３：１〜約６：１（ビヒクル：濃縮物、容積比）の比率で希釈される。
【００２７】
本発明は多数の利益を提供する。一つは、ノズル若しくはシステム内の他の地点での閉塞問題が軽減若しくは排除されることである。実際上、閉塞は、ここで記載した様々のラインからフィルターが排除されうる水準まで回避される。
【００２８】
また別の利益は、ビヒクルの消費が低減されることである。特定の理論に縛られるのではないが、この観察は、インクの成分の、水を媒体とする粒寸増大がもはや起こらないから、本発明によらねば受けることになる、進行中の粘度の増加を補償するための追加量のビヒクルを添加することがもはや不要であるという事実による。従って、ビヒクル単位容積当たりのインクジェット印刷作業の数（印刷物の枚数のような）が実質上増大する。
【００２９】
【実施例】
圧縮空気を使用して従来作動されていた、フィルター付きの従来型式のインクジェットプリンターにおいて、窒素タンク及び気体ラインをフィルター無しで設置した。圧縮空気が接続されていたのと同じ場所に窒素を接続した。窒素は十分の圧力、約６ｂａｒ（×１０４Ｐａ）ゲージ圧において送給した。インクは樹脂成分としてニトロセルロースを含有していることが判明した。圧縮空気は約１．３０％の水含有量を有していたのに対して、窒素は０．０００４ｗｔ％即ち４．０ｐｐｍの水含有量しか有しなかった。
【００３０】
本発明を使用するインクジェットプリンターを２つの異なった使用場所（作業場）で試験した。いずれの試験中も、閉塞は起こらなかった。予想以上の実質量のビヒクル節減が実現された。
【００３１】
試験結果を次の表に示す。表において、欄は、左から右に、使用場所、使用キャリヤ気体、印刷された包装紙の合計数、合計ビヒクル消費量（ｍｌ：ミリリットル）及びビヒクル単位ｍｌ当たりの印刷包装紙数を示す。
【００３２】
（使用場所Ａにおける試験１）
キャンディー棒包装紙を印刷するため、食品工場（使用場所Ａ）において圧縮空気と窒素との間での比較性能試験のために同じ印刷機を使用した。この使用場所においては、室温は空調により約２２℃に管理された。
表１は試験結果を示す。
【００３３】
【表１】
0003782941.tif 000002
【００３４】
試験１における結果を比較すると、キャリヤ気体として圧縮空気の代わりに窒素が使用された場合、ビヒクル単位ｍｌ印刷された包装紙の数は約１９％増大した。
【００３５】
（使用場所Ｂにおける試験２）
飲料工場である使用場所Ｂにおける試験においては、室温は管理されずそして圧縮空気と窒素との間での比較性能試験のために同じ印刷機を使用した。
表２は試験結果を示す。
【００３６】
【表２】
0003782941.tif 000003
【００３７】
試験２における結果を比較すると、キャリヤ気体として圧縮空気の代わりに窒素が使用された場合、ビヒクル単位ｍｌ印刷された包装紙の数は約４７％増大した。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は、ノズル若しくはシステム内の他の地点での閉塞問題を軽減若しくは排除する。実際上、閉塞は、様々のラインからフィルターが排除されうる水準まで回避される。また別の利益は、ビヒクルの消費量を低減する。従って、ビヒクル単位容積当たりのインクジェット印刷作業の数量（印刷物の枚数）が実質上増大する。