JP2004181973A - 粒状物質の離散凝集物の生成方法および生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ノズルにより生成されない液体内の粒状物質の凝集物を提供する。
【解決手段】 粒状物質を含む液体から、液体内に粒状物質からなる離散凝集物、クランプ、凝結体、堆積物、クラスターを生成する方法であって、粒状物質を含む液体を、イジェクト位置に提供し、前記イジェクト位置に電位を与え、その位置に電界を形成し、凝集物をイジェクト位置に形成し、静電手段により凝集物をイジェクト位置からエアの中にイジェクトされるように構成されたことを特徴とする方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液体内に懸濁している固体粒状物質の凝集物を、記録面に伝達する方法および伝達装置に関するものである。

本発明を適用可能なある応用例においては、高濃度の着色剤の凝集物を、ノンインパクト印刷のために、記録面に伝達している。しかしながら、本発明は、ノンインパクト印刷のために着色剤を送出することに限定されるものではなく、支持体上に画定されたパターンに、他の材料を付着させるために使用可能であることを理解すべきである。他の応用例には、免疫学的検定において使用するために生物材料を送出すること、粒状の薬剤を送出すること、および、セキュリティコーディングのために燐光物質或いは蛍燐光物質を付着させることが含まれる。
しかしながら、本発明は、印刷の応用例について記載されているが、その範囲は、より広いものである。

一般に、インクジェット方式印刷と称されているノンインパクト印刷システムのために用いられている機器には、多数の異なった形態が存在する。通常、インクがノズルを介して供給され、その出口の直径は、液滴のサイズを決定する主たる要因となり、それ故に、記録面上に生じるドットのサイズを決定する主たる要因となる。コンティニュアス印刷と称される方法の場合には、連続的に、また、ドロップオンディマンド印刷と称される方法の場合には、所望に応じて独立して、ノズルから液滴を生成することができる。コンティニュアス印刷においては、ノズルから、インクが高圧で送出され、ノズルが、ほぼ一定の周波数で振動し、その結果、一定のサイズの液滴の流れが生じる。液滴に電荷を与え、ノズルの外部の電界を用いることによって、選択された液滴が、電界を発生させる信号に応答して、液滴の通路内で、記録面に偏向され、それにより、制御信号に応じたパターンが、記録面上に形成される。ドロップオンディマンド印刷は、小さなノズルの近傍において、液体内に局地圧力バルスを生成することにより作動し、その結果、液滴がノズルからイジェクトされる。何れのタイプのジェット方式印刷においても、着色剤は、バインダーを化合した可溶性の染料であり、印刷された画像は、より耐久性のあるものになっている。可溶性の染料の欠点として、多くの応用例において、画像の濃度が十分には高くなく、環境に露出しておくと、染料が褪色していくことがある。さらに、可溶性の染料材料に関する欠点として、印刷された画像の品質が、記録面の特性に依存することがある。可溶性の染料よりも高い濃度の画像を生成するために、不溶性着色剤インクが知られており、この着色剤インクは、耐久性に、より優れている。また、不溶性着色剤は、ジェット方式プリンタにおいても使用可能であるが、緻密な画像を生成するためには、液体キャリヤー内の不溶性着色剤を高い濃度にする必要がある。不溶性着色剤を高い濃度にすることは、コンティニュアス方式のプリンタにおいては、液滴の解体を招き、その結果、均質な印刷をすることができない。ドロップオンディマンド方式のプリンタは、連続的な高圧を使用しておらず、液滴の生成は、ノズルの局地的な状態に、強く依存している。したがって、着色剤が存在することにより、ノズルが塞がれ、さもなくば、ノズルの局地的な状態が変更され、或いは、液滴が適切にイジェクトされないようにノズルが塞がる場合がある。

さらに、静電インクジェット方式印刷として知られている方法は、静電による引っ張りによって特徴づけられており、この方法は、たとえば、米国特許第3，060，429号に開示されている。この方法には、荷電された液滴を生成し、液体を収容したノズルから、ノズルとプラテンとの間に維持された高圧プラテン電極まで、荷電された液滴を加速することが含まれている。さらに、この方法は、ジェット流を中断し、或いは、制御するために用いられるバルブ電極と、液滴の飛行路を操作するために用いられる二組の電極とを有することにより最適化されている。紙支持体をプラテン電極の直前に配置し、導電性のあるインク溶液を用いることにより、このインクジェット方式印刷は実行される。

本発明の目的は、ノズルにより生成されない液体内の粒状物質の凝集物を提供することにある。凝集物がノズルにより生成されないため、凝集物のサイズは、ノズルのサイズにより影響を及ぼされない。
さらに、本発明の他の目的は、非常に高い濃度の粒状物質を含む液体内の粒子の凝集物を提供し、高い濃度の粒状物質を記録面に与えることにある。
さらに、本発明の他の目的は、必ずしも導電性を有している必要のない液体を用いて、液体内の粒子の凝集物を提供することにある。

ある態様においては、本発明は、粒状物質を含む液体から、液体内に粒状物質からなる離散凝集物、クランプ、凝結体、堆積物、クラスターなどを生成する方法であって、粒状物質を含む液体を、イジェクト位置に提供し、イジェクト位置に電位を与え、その位置に電界を形成し、凝集物をイジェクト位置に形成し、静電手段により、凝集物がイジェクト位置から離間するようにイジェクトされるように構成されている。
他の態様においては、本発明は、より低い濃度の粒状物質を含む液体から、液体内に粒状物質からなる離散凝集物、クランプ、凝結体、堆積物、クラスターなどを生成する方法であって、より低い濃度の粒状物質を含む液体を、イジェクト位置に提供し、イジェクト位置に電位を与え、その位置に電界を形成し、液体内に粒状物質を高い濃度にしつつ、液体内に粒子の凝集物をイジェクト位置に形成し、静電手段により、そのような凝集物がイジェクト位置から離間するようにイジェクトされるように構成されている。
本発明によれば、粒状物質を運ぶ液体をイジェクト位置に送出するノズルのサイズに依存することなく、イジェクト位置の形状、電界のレベル並びに液体および粒状物質の性質にしたがって、凝集物のサイズが決定されることが理解されるであろう。
また、本発明が、液体が必ずしも導電性液体である必要がない点において、従来技術と異なることを理解できるであろう。液体内の粒子の凝集物は、粒子に作用する静電手段により、形成されて現れる。液体は、単にキャリヤーとして働く。着色剤の溶液の代わりに粒子を搬送することは、支持体上により高濃度の画像を形成可能であることを意味し、より精密なドットサイズで、より迅速に乾燥するドットを形成可能であることを意味している。

本発明の好ましい態様においては、電界を形成する電位は、イジェクト位置から液体内に粒子の凝集物が周期的に形成され、かつ、周期的にイジェクトされるように、脈動する。
したがって、粒状物質を含む液体の流れが与えられ、イジェクト位置から、過剰な液体が回収される。このような過剰な液体の回収は、真空抽出によりなされ得る。ある量の粒状物質が、過剰な液体とともに、イジェクト位置から回収されることが理解されるであろう。
電位は、特にイジェクト位置の曲率半径など外形にしたがって、電界を形成し、本発明の好ましい実施例においては、イジェクト位置には、その先端に5ないし50ミクロンの範囲の曲率半径を有する針を設けることができる。或いは、イジェクト位置には、細長い鋭利なエッジを設けることができる。細長いエッジに沿って、多数のイジェクト位置を設けることができ、或いは、イジェクト位置のマトリクスを設けることができる。
本発明にかかる方法は、液体内の粒状物質を高い濃度にすることにより、液体内に、直径1ミクロンないし500ミクロンの範囲のサイズの粒子の凝集物を生成することができる。
液体は、導電性のないものであるのが好ましく、粒状物質は、荷電可能な粒子から構成されるのが好ましい。荷電可能な粒子は、イジェクト位置に印加される電圧と同一の極性に荷電されるのが好ましい。
イジェクト位置に印加される電位は、500ないし5000ボルトの範囲であるのが好ましい。
他の態様においては、本発明は、より低い濃度の粒状物質を含む液体から、液体内に粒状物質からなる離散凝集物、クランプ、凝結体、堆積物、クラスターなどを生成する装置であって、イジェクト位置と、イジェクト位置に電位を与え、その位置に電界を形成する手段と、より低い濃度の粒状物質を含む液体を、イジェクト位置に供給する手段とを備えるように構成されている。

本発明のこの態様によれば、高い濃度の粒状物質を含む液体内に粒子の凝集物を生成し、イジェクト位置からイジェクト可能な装置を提供することが理解される。
さらに、イジェクト位置に液体を流す手段を設けることができる。ポンプ、重力供給或いは他の手段により、このような流れを提供することができる。
さらに、イジェクト位置から、過剰な液体および粒状材料のキャリーオーバーを回収する真空抽出手段を設けることができる。
ある態様においては、イジェクト位置に、5ないし50ミクロンの曲率半径を有する針点を設けることができる。或いは、イジェクト位置に、5ないし50ミクロンの曲率半径を有する半円の表面を備えた細長いエッジを設けることができる。或いは、イジェクト位置に、イジェクト点のマトリクスを設けることができる。
本発明にかかる装置は、要求に応じて凝集物を提供することができ、或いは、凝集物の連続的な流れを提供することができ、これら凝集物を、装置の外部の静電手段により偏向することができる。要求に応じて粒状物質の凝集物を提供することは、イジェクト位置で、脈動する電位を与えることによりなされ得る。

一般に、本発明は、イジェクト位置における液体内の粒状物質の静電集中（e1ectrostatic concentration）およびこのような凝集物の静電イジェクト（e1ectrostatic ejection）と名付け得るものを提供する。
凝集物が形成される作用のメカニズムは完全には理解されていないが、一つの理論を以下に説明する。この理論には必ずしも拘束されるものではない。イジェクト位置に流れる液体内の粒子は、もともと荷電されており、或いは、印加された電圧と同一の極性に荷電され、特に、イジェクト位置の先端に形成される電界の集中により、連行された液体内の粒子の凝集物を膨張させて、かつ、イジェクト位置から離間するように移動する粒子の反撥を増大させつつ、連行される液体の表面張力がイジェクト位置で凝集物をもはや保持できなくなる範囲で、イジェクト位置と荷電粒子の凝集物との間の静電反撥力が形成されるまで、より多くの粒子がイジェクト位置に形成される。
特に、反撥がほぼ静電的であるため、接地されていない支持体が、凝集物を、支持体に引きつける必要があり、実際に、凝集物が支持体に付着する前の凝集物の飛行距離は大きなものとなる。これにより、適当な静電的或いは他の形態の偏向装置が、支持体上に、いかなる凝集物のパターンをも提供可能であることに留意すべきである。
本発明は、支持体上に印刷をするための着色インク粒子を供給することに限定されるものではない。医療技術分野において、ガスで作動するアトマイザを使用することなく、不溶性の粒状物質を送出することが必要とされる多くの場合が存在する。多くの吸入用の医薬品が、粒子として送出される。たとえば、喘息の治療において最も一般に用いられているコルチコステロイドであるベクロメタゾンジプロピオネートや、喘息の予防薬として用いられるクロモグリク酸ナトリウムなどが含まれる。これら医薬品の粒子の凝集物は、最小量のキャリヤー液体とともに送出し得るため、本発明をこれらに適用することができる。

したがって、本発明は、全般的には、たとえば、呼吸管に、無毒性の不活性なキャリヤーに懸濁した粒状の医薬品を供給することを含んでいる。このようなシステムは、血流に薬剤を送出するための迅速な経路を提供する。

第1図は、粒状物質を備えた液体の供給部、イジェクト位置、高電圧印加手段および過剰の液体および過剰の粒状物質を回収する手段を有し、液体内に粒子の離散凝集物を生成する本発明の実施例にかかる装置の略側断面図である。
第1図には、本発明の主たる特徴が示されており、液体内に離散凝集物の粒子を生成する装置は、テーパー状の端部を有するように形成された導電性ボディ1を備えている。導電性供給管2が、ボディ1内で、該ボディ1に電気的に接続されている。供給管2は、ボディ1よりも長く、その両端で、ボディ1から突出している。ボディ1のテーパー状の端部において、供給管2は、長さに対して30°の角度をなして終端し、したがって、頂面上に小さな曲率半径を有する尖点を有している。この尖点を、イジェクト点3と称する。供給管2の他端部は、粒子を含む液体の定圧供給システム4に接続されている。定圧供給システム4は、供給管2に対して重力供給を行っても良く、或いは、リザーバ（図示せず）から粒状物質を含む液体をポンプにより吸引しても良い。ボディ1の下側のイジェクト点3の下には、羽根形状の流れディレクタ5が設けられ、過剰な液体や粒状物質を、除去流路6に指向する。除去流路6は、外部摘出システム7に接続されている。この外部抽出システム7は、過剰な液体および粒状物質を、除去するとともに、これらを再生する。ボディ1には、電圧8を印加することができ、したがって、供給管2に電圧を印加することができる。

本発明を実施するために、粒子を含む液体が、一定の低い圧力で、供給システム4を介して、ボディ1に供給される。粒子を含む液体は、イジェクト点3に向かって、供給管2を通過する。次いで、電圧8がボディ1に印加されるときに、ボディ1および供給管2の形状により、発生した電界は、イジェクト点で最も大きくなる。液体内の粒状物質は、もともと荷電されており、或いは、印加された電圧と同一の極性に荷電され、イジェクト点3に集中する、電界が十分に強かった場合には、少量の液体とともに粒状物質の凝集物が、イジェクト点から垂直の方向にイジェクトされる。電圧が維持された場合に、印加される電圧の大きさ、装置の形状、液体の特性および粒状物質の特性に応じた周波数で、イジェクトが繰り返される。残留液および残りの粒状物質は、流れディレクタ5すなわち羽根により除去流路6に向けられ、抽出システム7により回収される。
第2図は、第1図の実施例の装置のアセンブリおよび支持体9を示す図であり、凝集物生成装置と支持体との相対位置を示している。イジェクト点において生成される液体内の粒子の凝集物は、静電手段により、支持体に噴射され、支持体の上に衝突する。支持体は、印加される電圧の大きさ、装置の形状、液体の特性および粒状物質の特性に応じて、イジェクト点から、1ないし200mmの範囲で離間させることができる。

第3図には、イジェクトエッジ13を用いた本発明の他の実施例が示されている。イジェクトエッジ13は、横形のボディ10の先端から突出したブレード12から構成される。ボディ1Oおよびブレード12は、電気的に接触している。電圧8がボディ1Oに印加されると、ボディ1Oの形状およびブレード12の形状により、電界は、イジェクトエッジ13で最大となる。供給システム14を介してボディに供給された粒子を含む液体は、イジェクトエッジ13に向かって、供給通路11を通過する。電界が十分に強い場合に、粒状材料の凝集物は、少量の液体とともに、イジェクトエッジ13からイジェクトされる。イジェクトが生じるイジェクトエッジ13に沿った位置は、エッジの形状に依存している。電圧が維持された場合に、印加される電圧の大きさ、装置の形状、液体の特性および粒状物質の特性に応じた周波数で、凝集物が、繰り返しイジェクトされる。イジェクト点13に沿ってイジェクトが繰り返される。残留液および残りの粒状物質は、第1図に記載された場合と同様に回収される。
イジェクトエッジ13に小さな点が形成された場合には、通常、イジェクトは、この点でのみ生じる。同様に、第2の点が形成された場合には、通常、イジェクトはこれら2点でのみ生じる。

第4図は、第3図に示されたようなデザインを拡張したものであり、多重化されたシステムが用いられている。楔形のボディ10には、絶縁材料15で分離された導電部16が形成されている。同様に、ブレード17には、絶縁材料19により分離された導電部18が備えられている。導電部18は、ブレード17の端部で、絶縁材料15から突出し、その各々は、イジェクト点20になるように仕上げられている。
粒子を含む液体をイジェクト点20に供給し、残留液および残りの粒状物質を回収することは、それぞれ、図3および図1に示されているものと同様である。電圧8、8’或いは8”を、導電部16の何れかに印加することができ、少量の液体とともに粒状物質の凝集物を、対応するイジェクト点20からイジェクトすることができる。電圧8、8’或いは8”を、他の導電部16に印加することにより、液体内の粒状物質を、対応するイジェクト点20からイジェクトすることができる。印加する電圧8、8’或いは8”を供給する電子機器を制御することを条件として、あらゆる組合せで、かつ、所望の時間間隔ごとに、液体内の粒状物質の凝集物を、イジェクト点20からイジェクトすることができる。
第5図Aないし第5図Eには、イジェクト位置における凝集物の形成の段階の一例が示され、凝集物は、イジェクト位置に供給される液体よりも、より高い濃度の粒状物質を有しているが、この例に限定されることを意図しているものではない。
粒状物質を含む液体31は、第5図Aに示されるように、液体および粒状物質が、イジェクト位置36に次第に導くボディの表面に沿って流れることにより、イジェクト位置30に供給される。液体および粒状物質が、イジェクト位置に達するときに、粒子は、電位と同じ極性に荷電され、イジェクト位置に形成される電界の高い集中により、粒子は反撥し、第5図Bに示されるように、凝集物32を形成し始める。

粒子が、イジェクト位置からさらに反撥し、形成された凝集物をさらに結合するにしたがって、第5図Cおよび第5図Dに示されるように、イジェクト位置に形成される凝集物33、34のサイズが増大する。しかしながら、凝集物33、34は、液体の表面張力により、流出することが防止される。粒子が、十分な粒子を含んだときに、静電反撥カが十分に強くなり、液体の表面張力に打ち勝って、第5図Eに示されるように、凝集物35が流出する。イジェクト位置と流出する凝集物との間の静電反撥力により、凝集物が、イジェクト位置周辺の静電界の形状にしたがって、直線的に進む。
例
電圧、液体、粒状物質および尖点の形状の3つの組合せを用いて実験が行われた。それぞれにおいて、装置は、第1図に示されるように、単一のイジェクト点を備えたものである。その結果は、下記の表に示されている。
表

ここに、I.B.P.は、初留点である。
明らかに、凝集物の半径を、電圧の変化により変更することができ、したがって、印刷ドットの半径を、電圧の変化により変更することができる。

本発明の第1の実施例にかかるイジェクト位置のアセンブリの略断面図である。 第1図のイジェクト位置および画像が形成される印刷用の支持体を示す図である。 イジェクト点ではなくイジェクトエッジを利用した本発明の他の実施例にかかる液滴生成装置を示す図である。 多重的なイジェクト点を利用した本発明の他の実施例にかかる液滴生成装置を示す図である。 本発明にかかる作用の工程を記載した図である。

符号の説明

１ 導電性ボディ
２ 導電性供給管
３ イジェクト点
４ 定圧供給システム
５ ディフレクタ
６ 除去流路
７ 外部抽出システム
８ 電圧
９ 支持体

Claims (25)

1. 粒状物質を含む液体から、液体内に粒状物質からなる離散凝集物、クランプ、凝結体、堆積物、クラスターを生成する方法であって、粒状物質を含む液体を、イジェクト位置に提供し、前記イジェクト位置に電位を与え、その位置に電界を形成し、凝集物をイジェクト位置に形成し、静電手段により凝集物をイジェクト位置からエアの中にイジェクトされるように構成されたことを特徴とする方法。
2. さらに、前記凝集物が周期的に形成され、前記イジェクト位置から周期的にイジェクトされるように構成されたことを特徴とする請求の範囲第1項に記載の方法。
3. さらに、前記イジェクト位置に、粒状物質を含む液体の流れを与えることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の方法。
4. さらに、前記イジェクト位置から、過剰な液体を回収することを特徴とする請求の範囲第1項に記載の方法。
5. 前記過剰な液体の前記イジェクト位置からの回収が、真空抽出装置によりなされることを特徴とする請求の範囲第4項に記載の方法。
6. 前記イジェクト位置が、その先端で5ないし50ミクロンの範囲の曲率半径を有する針点によって提供されることを特徴とする請求の範囲第1項ないし第5項の何れか一項に記載の方法。
7. 前記イジェクト位置が、細長いエッジを有していることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の方法。
8. 前記イジェクト位置が、前記細長いエッジに沿った複数のイジェクト点であることを特徴とする請求の範囲第7項に記載の方法。
9. 直径1ないし500ミクロンの範囲の凝集物が生成されることを特徴とする請求の範囲第1項ないし第8項の何れか一項に記載の方法。
10. 前記液体が、導電性のない液体であることを特徴とする請求の範囲第1項ないし第9項の何れか一項に記載の方法。
11. 前記粒状物質が、荷電可能な粒子からなることを特徴とする請求の範囲第1項ないし第10項の何れか一項に記載の方法。
12. 前記荷電可能な粒子が、前記イジェクト位置に印加される電圧と同一の極性に荷電可能であることを特徴とする請求の範囲第11項に記載の方法。
13. 前記荷電可能な粒子が、前記イジェクト位置に印加される電圧と同一の極性に、もともと荷電されていることを特徴とする請求の範囲第11項に記載の方法。
14. 前記電位が、500ないし5000ボルトの範囲であることを特徴とする請求の範囲第1項ないし第13項の何れか一項に記載の方法。
15. 前記凝集物のサイズ及び液体中の割合が、液体の性質、粒状物質および電位のうちの一つ以上の変化に依存していることを特徴とする請求の範囲第2項ないし第14項の何れか一項に記載の方法。
16. 粒状物質を含む液体から、液体中の粒状物質からなる離散凝集物を生成してこれをエア中にイジェクトする装置であって、イジェクト位置と、前記イジェクト位置に電位を与え、その位置に電界を形成する手段と、粒状物質を含む液体を、前記イジェクト位置に供給する手段とを備えたことを特徴とする装置。
17. さらに、前記イジェクト位置に、液体の流れを与える手段を備えたことを特徴とする請求の範囲第16項に記載の装置。
18. さらに、前記イジェクト位置から、過剰な液体および粒状物質を回収する真空抽出手段を備えたことを特徴とする請求の範囲第16項に記載の装置。
19. 前記イジェクト位置が、針点によって作られていることを特徴とする請求の範囲第16項に記載の装置。
20. 前記イジェクト位置が、細長いエッジによって作られていることを特徴とする請求の範囲第16項に記載の装置。
21. 前記イジェクト位置が、前記細長いエッジに沿った複数の点から構成されたことを特徴とする請求の範囲第20項に記載の装置。
22. 前記イジェクト位置が、イジェクト点のマトリクスから構成されたことを特徴とする請求の範囲第16項に記載の装置。
23. 前記イジェクト位置が、5ないし50ミクロンの範囲の曲率半径を有する半球形または半円筒の表面を有することを特徴とする請求の範囲第16項ないし第22項の何れか一項に記載の装置。
24. 液体内の粒子からなる凝集物を周期的に生成してエア中にイジェクトするように構成されたことを特徴とする請求の範囲第16項に記載の装置。
25. 電圧が、500ないし5000ボルトの範囲であることを特徴とする請求の範囲第16項に記載の装置。

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