JP5049352B2

JP5049352B2 - 定流量高圧印刷システム

Info

Publication number: JP5049352B2
Application number: JP2009537103A
Authority: JP
Inventors: レネヨスハウベン，
Original assignee: ネーデルランデオルガニサティーヴールトゥーヘパストナツールウェテンスハペライクオンデルズークテーエヌオー
Priority date: 2006-11-14
Filing date: 2007-11-14
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2027-11-14
Also published as: CN101636273A; US9138986B2; KR101505694B1; KR20090091758A; WO2008060149A1; CA2669574A1; US20100013886A1; CN101636273B; ES2402310T3; EP2102009A1; JP2010509109A; EP1923215A1; EP2102009B1; CA2669574C

Description

本発明は高圧印刷システム、例えばＥＰ１５４５８８４に開示されている類のものに関する。

高圧を用いるので、例えば、処理中に５００×１０^−３Ｐａ．ｓの粘度を有する粘性流体のような特に高い粘度を有する流体で印刷することが可能である。新たに使用可能となる物質は、例えば、ＵＶ硬化ポリマーのような粘性ポリマーであるが、これにはセラミックや特定の顔料のような充填剤を添加してもしなくてもよい。本発明の装置を用いると、そのような粘性物質を、例えば、ラピッド・プロトタイピング技法に従って三次元物体に印刷するのに使用することができる。また、発光ポリマーおよび分散物（粒子を含有する水、スラリーなど）をそのような方法を用いて連続的に印刷することができる。現在、充填度１０〜４０重量％の分散物を連続的に印刷することが可能である。他の応用例としては、流体の液滴形成流を用いることが挙げられる。

欧州特許出願公開第ＥＰ１５４５８８４号公報明細書

高圧印刷システムは、安定な液滴を高精度に形成する必要があるが、これは所定のタイミングと配置位置について予測可能な仕方で塗布すべき液滴が供給されるようにするためである。従来は、印刷ヘッドは、印刷圧力を供する加圧システムにより引き起こされる印刷圧力の変動の影響を受けやすいものであった。従来の圧力システム、特にピストン駆動印刷システムでは、許容範囲を越える印刷圧力の変動が発生していた。さらに、印刷液の粘度の変動によっても液滴の変動が生じるという欠点があった。

本発明の一態様によれば、これらの問題に対する取り組みがなされている。この目的のために、本発明の一態様によれば、請求項１の特徴を有する高圧印刷システムが提供される。特に、この高圧印刷システムは、印刷ヘッドの上流のチャネルの少なくとも一部における印刷圧力が１０〜３，０００バールの範囲内である印刷液により印刷するように構成および配置された高圧印刷ヘッドと、印刷液入口と該印刷液を一定流量で供給するように構成および配置された複数の圧力シリンダとを備え、かつ該複数の圧力シリンダが少なくとも一個の圧力バルブにより相互接続された圧力システムと、前記圧力システムの出口と前記高圧印刷ヘッドとの間に接続され前記圧力バルブのバルブ作用を緩衝するダンパーと、を備える。

他の特徴および利点は図面を参照した以下の記載から明らかである。

図１は、高圧印刷ヘッドの一実施の形態の概略図である。図２は、本発明の高圧印刷システムの一実施の形態の概略図である。

図１は、液体材料４をプレート状またはシート状基体６に連続ジェット印刷技術により印刷するための高圧印刷装置２の概略図である。この装置２は、印刷ヘッドの上流のチャネルの少なくとも一部における印刷圧力が１０〜３，０００バールの範囲内である印刷液を用いて印刷するように構成および配置された高圧印刷ヘッド１２を備える。さらに、圧力システム４０が備えられており、この圧力システムは印刷液入口４１と出口チャネル４２とを備える。

圧力システム４０の出口チャネル４２はダンパー４３に接続している。ダンパー４３の出口はチャネル１０を介して印刷ヘッド１２に接続されている。印刷ヘッド１２のチャネルには少なくとも一個の流出口、すなわちノズル１４が設けられている。このノズル１４を通って液体材料４が加圧ジェットの形で流出し、分散して液滴となり、これらの液滴が選択的に偏向または指向されて基体６上に印刷されることになる。流出口１４の横の寸法は１５〜３００（μｍ）の範囲内にすることができる。

本実施の形態では、チャネル１０は流出口１４よりも下流の部分を備え、この部分にコック１５が設けられている。コック１５を開くと、チャネル内に存在する洗浄材料／洗浄インクで印刷ヘッド１２を洗浄することができる。

図示の装置２は、連続ジェット式プリンターであり、それにより、印刷すべき液滴の連続流が形成される。しかしながら、本発明は、液滴オン・デマンド式プリンタ・システムにも適用可能である。この液滴オン・デマンド式プリンタ・システムは、印刷ヘッドがそのために作動されているときにのみ液滴が流出口を通って供給される方式のものである。分散して液滴になるジェットを形成するために、本装置２には、流出口の上流側の材料４の圧力を変動させる圧力制御機構が設けられている。

本実施例の装置２には、材料６上の液滴の印刷位置を決定するために二つの方向に液滴を偏向させることができる指向システム１６．１、１６．２が設けられている。このために、指向システム１６．１、１６．２には、例えば、電荷供給電極が設けられており、この電荷供給電極により液滴に電荷を供給することができる。また、指向システム１６．１、１６．２には、例えば、コンデンサが設けられていてもよく、このコンデンサにより帯電した液滴をそれらの経路において偏向させることができる。さらに、本装置２に回収槽１８を設け、この回収槽１８により特定の液滴を回収し、これらの液滴が基体６上に印刷されないようにしてもよい。

圧力発生手段４０は１５〜３，０００バールの範囲内の印刷圧力を提供するように構成されている。従って、例えば３００〜８００ｍＰａ．ｓの範囲内の高粘度材料４は所定の圧力がかけられた状態で、チャネルを流出口１４の方向に通過する。この圧力下では、容器内に貯留されている粘性材料４はチャネル１０を通過するように強制され印刷ヘッド１２の流出口１４に向かう。次いで、粘性材料４は、流出口１４を通って基体６に向かうように強制される。

図１の本装置２は、好ましくは、粘性液体４を所望の温度に調節する発熱体３４を設けられている。粘性液体４の温度を調整することにより、液体の粘度を(追加的に）（ある程度)制御することができる。発熱体はチャネル１０内または近傍の印刷ヘッド１２に内蔵されるようにしてもよい。

図２は、図１に示すダンパー４３と結合した圧力システム４０の詳細図である。典型的には、圧力システム４０は複数の圧力シリンダ４４，４５を備える。圧力シリンダ４４，４５は、それらが協働して前記印刷液４の定流量を提供するべく動作するように制御される。そのような圧力システム４０はＨＰＬＣ（高圧液体クロマトグラフィー）ポンプとして周知であり、クロマトグラフィー用途に用いられている。このシステム４１においては、圧力シリンダ４４，４５は少なくとも１個の均圧弁４６により相互接続されている。均圧弁４６は両シリンダの圧力を等化するように機能する。すなわち、シリンダ４４の圧力がシリンダ４５よりも高いと、圧力は均圧弁４６を開放することにより等化される。同様の均圧弁４６が入口４１にも存在する。そのようにして、一般に一定な液流が提供されるが、圧力システム４０は生成された圧力値に小さなリップル（波紋）を生じ、このリップルがシステム全体に伝播することがあり、印刷ヘッド１２において印刷液の液滴が安定に形成されなくなることがある。リップルの伝播を阻止するために、ダンパー４３が圧力システム４０の出口と前記高圧印刷ヘッド１２との間に接続され、圧力バルブ４６のバルブ動作を緩衝する。特定の有用な実施の形態においては、ダンパーは液体であり、作用圧力が５０バールより高い範囲にある。そのような液体ダンパーは当該高圧印刷圧力範囲において有用であり、典型的には、案内チャネル４７を備える。この案内チャネルは高圧液体４９により補強された壁４８を有し、圧力変動を吸収する。しかしながら、印刷ヘッド１２と、印刷液４の量と粘度とにより、印刷圧力はダンパー４３の範囲外で顕著に降下することがあり、それにより十分な緩衝力が失われることとなる。従って、ダンパー４３と組み合わせて過圧バルブ５０を設けるのが好ましい。この過圧バルブ５０により圧力システムにおける上流圧力領域と印刷ヘッド１２内における下流圧力領域とが分離され、ダンパー４３の圧力が有効動作範囲内のものとなる。典型的には、過圧バルブは５０〜６００バールの範囲内の圧力、例えば６００バールで作動される。従って、この過圧バルブにより、ダンパーは有効動作範囲となるが、その一方で、下流圧力は粘度と形状的性質とによって決まる任意の値をとることができる。この構成を用いると、印刷ヘッド１２の下流圧力領域における圧力変動とは実質的に独立して、印刷液の流れが生成される定流量システムを提供することができる。

上述の特徴に加えて、再循環回路５１を設けて印刷済み印刷液４を回収し、回収された液を圧力システム４０に再循環するようにするのが好ましい。従って、再循環ポンプ５２に双方向輸送可能に連結された配管に回収槽１８を接続する。印刷液は高粘度材料からなるので、再循環ポンプ出口５３は、非常に短い低インピーダンス接続で圧力システムの印刷液入口に直接接続して圧力システム内のキャビテーションを防止するのが好ましい。この再循環ポンプ５２は、従って、圧力システム４０に初期圧力を提供して粘性材料をより効率的に送り出し、キャビテーションその他のエネルギー抑制効果を防止するブースターとして機能する。もちろん、印刷液を再循環させずにこのブースターシステムを設けることも可能である。さらに、圧力システム（または印刷ヘッド１２に向かう流れ回路の他の関連する部品）に温度調節器、特に、ヒーター５４を設けて温度を一定に、特に室温より高くしてもよい。これにより、印刷液の粘度はよい影響を受ける。特に、印刷材料を所望の粘度に液状化することができる。この場合の温度としては１５℃〜３６０℃、特に１８℃〜１５０℃の範囲内とすることができる。

上述のことから明らかなように、チャネル内の出口粘度および印刷温度における粘度が１５０×１０^−３Ｐａ．ｓである液体材料４に油圧または空圧あるいはそれらの双方で加えられる所定の圧力は１５〜６００バールの間であってよい。しかしながら、この所定の圧力は１００〜３，０００バールであってもよい。その場合、平均的ノズル寸法を用いて、印刷温度における出口粘度が１５０×１０^−３Ｐａ．ｓの材料を本発明の装置を用いて連続的に印刷することができる。また、所定の圧力は２００〜３，０００バールでもよい。その場合、平均的ノズル寸法を用いて、印刷温度における出口粘度が３００〜４００ｍＰａ．ｓの材料を本発明の装置を用いて連続的に印刷することができる。さらに、所定の圧力は３００〜３，０００バールでもよい。これにより、平均的ノズル寸法を用いて、印刷温度における出口粘度が５００〜６００×１０^−３Ｐａ．ｓの材料を本発明の装置を用いて連続的に印刷することができる。また、所定の圧力は、平均的ノズル寸法を用いて、印刷温度における出口粘度が７００〜８００×１０^−３Ｐａ．ｓの材料を連続的に印刷するためには、４００〜３，０００バールでもよい。

本発明は、例示的実施の形態に基づいて説明したが、この実施の形態に限定されない。本発明の範囲内で種々の変形例を構成することも可能である。

Claims

印刷ヘッドの上流のチャネルの少なくとも一部における印刷圧力が１０〜３，０００バールの範囲内である印刷液により印刷するように構成および配置された高圧印刷ヘッドと、
印刷液入口と、前記印刷液を一定流量で供給するように構成および配置された複数の圧力シリンダとを備え、かつ前記複数の圧力シリンダが少なくとも一個の圧力バルブにより相互接続された圧力システムと、
前記圧力システムの出口と前記高圧印刷ヘッドとの間に接続され、前記圧力バルブのバルブ作用を緩衝するダンパーと、
を備え、
前記圧力バルブは、前記複数の圧力シリンダのうち上流側のシリンダの圧力が他のシリンダの圧力よりも高い場合に、各シリンダの圧力を等化する均圧弁として機能することを特徴とする高圧印刷システム。
圧力領域を前記ダンパーの動作圧力領域内とするように過圧バルブが配置されることを特徴とする請求項１に記載の高圧印刷システム。
前記ダンパーは液体ダンパーであり、動作圧力の範囲が５０バールより高いことを特徴とする請求項１に記載の高圧印刷システム。
前記過圧バルブは５０〜６００バールの範囲内の圧力により作動されることを特徴とする請求項２に記載の高圧印刷システム。
前記印刷圧力は１００〜３，０００バールの圧力であることを特徴とする請求項１に記載の高圧印刷システム。
前記印刷圧力は２００〜３，０００バールの圧力であることを特徴とする請求項５に記載の高圧印刷システム。
前記印刷圧力は３００〜３，０００バールの圧力であることを特徴とする請求項６に記載の高圧印刷システム。
前記印刷圧力は４００〜３，０００バールの圧力であることを特徴とする請求項７に記載の高圧印刷システム。
印刷された印刷液を回収し、前記回収された液を前記圧力システムに再循環する再循環回路をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の高圧印刷システム。
前記圧力システムの印刷液入り口に直接接続され、前記圧力システムに初期圧力を提供するブースターシステムをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の高圧印刷システム。
前記圧力システムは、温度制御された印刷液を提供するように温度調整器を備えることを特徴とする請求項１に記載の高圧印刷システム。