特開 2024-14769 プリントヘッドの洗浄方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024014769

(43)【公開日】2024-02-01

(54)【発明の名称】プリントヘッドの洗浄方法

(51)【国際特許分類】

   B41J 2/165 20060101AFI20240125BHJP

   B41J 2/01 20060101ALI20240125BHJP

   B29C 64/35 20170101ALI20240125BHJP

   B29C 64/209 20170101ALI20240125BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20240125BHJP

【ＦＩ】

B41J2/165 201

B41J2/01 501

B41J2/01 401

B29C64/35

B29C64/209

B33Y30/00

【審査請求】有

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023110368

(22)【出願日】2023-07-04

(31)【優先権主張番号】22186215.4

(32)【優先日】2022-07-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(71)【出願人】

【識別番号】596032878

【氏名又は名称】イボクラール ビバデント アクチェンゲゼルシャフト

(74)【代理人】

【識別番号】100064012

【弁理士】

【氏名又は名称】浜田 治雄

(72)【発明者】

【氏名】ビター，ニコラ

(72)【発明者】

【氏名】ラインハルト，ヨナス

(72)【発明者】

【氏名】ニードリヒ，クリスティアン

【テーマコード（参考）】

2C056

4F213

【Ｆターム（参考）】

2C056EA16

2C056EC08

2C056EC28

2C056FA04

2C056FB01

2C056JB12

2C056KB16

4F213AB16

4F213AB17

4F213AR11

4F213AR12

4F213AR20

4F213WA25

4F213WA67

4F213WB01

4F213WL02

4F213WL67

4F213WL87

4F213WL96

(57)【要約】      （修正有）

【課題】プリントヘッド内の堆積物を効率的に除去する。
【解決手段】この発明は、顆粒状の固形物を含んだ液体をプリントヘッドに供給するステップ（Ｓ１０１）と；プリントヘッド内で液体を振動させるステップ（Ｓ１０２）を有してなる、三次元プリンタのプリントヘッド内の堆積物を除去する方法に関する。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

顆粒状の固形物（１０５）を含んだ液体（１０３）をプリントヘッド（１０１）に供給するステップ（Ｓ１０１）と、
プリントヘッド（１０１）内で液体（１０３）を振動させるステップ（Ｓ１０２）、
を有してなる三次元プリンタ（１００）のプリントヘッド（１０１）内の堆積物（１３１）を除去する方法。

【請求項2】

顆粒状の固形物（１０５）が二酸化ジルコニウム粒子および／または二酸化ケイ素粒子を含んでなる請求項１に記載の方法。

【請求項3】

顆粒状の固形物（１０５）中の粒子が最大でプリントヘッド（１０１）内の射出ノズル（１０７）の直径の半分の大きさを有する請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

顆粒状の固形物（１０５）が印刷液中に含有される請求項１ないし３のいずれかに記載の方法。

【請求項5】

プリントヘッド（１０１）内で液体（１０３）に振動が加えられる間プリントヘッド（１０１）の射出ノズル（１０７）が閉鎖される請求項１ないし４のいずれかに記載の方法。

【請求項6】

プリントヘッド（１０１）を閉鎖装置(１０９)の前に移動させることによって射出ノズルが閉鎖される請求項５に記載の方法。

【請求項7】

プリントヘッド（１０１）内の圧電素子（１１１）によって、超音波と連動させることによって、および／またはピストンポンプを使用して液体（１０３）を振動させる請求項１ないし６のいずれかに記載の方法。

【請求項8】

液体（１０３）をプリントヘッド（１０１）内におけるその液体の固有周波数をもって振動させる請求項１ないし７のいずれかに記載の方法。

【請求項9】

１００Ｈｚないし１５０ｋＨｚの周波数で液体（１０３）を振動させる請求項１ないし８のいずれかに記載の方法。

【請求項10】

予め設定された時間間隔にわたって液体を振動させる請求項１ないし９のいずれかに記載の方法。

【請求項11】

顆粒状の固形物（１０５）を含んだ液体（１０３）をプリントヘッド（１０１）に供給する供給装置（１１３）と、
プリントヘッド（１０１）内で液体（１０３）を振動させる振動発生装置（１１５）、
を有してなるプリントヘッド（１０１）を備えた三次元プリンタ（１００）。

【請求項12】

プリントヘッド（１０１）内で液体（１０３）に振動が加えられる間射出ノズル（１０７）を閉鎖するための閉鎖装置（１０９）を三次元プリンタ（１００）が備える請求項１１に記載の三次元プリンタ（１００）。

【請求項13】

閉鎖装置（１０９）が閉鎖プレートによって形成される請求項１１または１２に記載の三次元プリンタ（１００）。

【請求項14】

プリントヘッド（１０１）内で液体（１０３）を振動させるために、プリントヘッド内の圧電素子（１１１）、超音波と連動させるための連動手段、および／またはピストンポンプを三次元プリンタ（１００）が備える請求項１１ないし１３のいずれかに記載の三次元プリンタ（１００）。

【請求項15】

予め設定された時点および／または予め設定された持続時間で振動発生装置（１１５）を付勢するためのタイマー装置（１１７）を三次元プリンタ（１００）が備える請求項１１ないし１４のいずれかに記載の三次元プリンタ（１００）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、プリントヘッド内の堆積物を除去する方法ならびにプリントヘッドを有する三次元プリンタに関する。

【背景技術】

【0002】

ノズルによってインクを押し出す際に頻繁に堆積物が発生し、プリントヘッド内の詰まりが生じる。現状においてその堆積物は、特殊な洗浄剤を使用し、インクあるいは洗浄剤による洗浄によって、あるいはノズルからインクを強力に射出することによって除去される。洗浄剤を使用する洗浄に際して、全ての流体システムが洗浄剤によって充填される。従って、洗浄剤を投入するためにプリントヘッドが流体システムから切り離される。しかしながら、洗浄剤では強度の詰まりを解消することができない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

従って本発明の目的は、プリントヘッド内の堆積物を効率的に除去することである。

【課題を解決するための手段】

【0004】

前記の課題は、独立請求項の対象によって解決される。技術的に好適な実施形態が、従属請求項、発明の詳細な説明、および添付図面の対象である。

【0005】

第１の態様によれば、顆粒状の固形物を含んだ液体をプリントヘッドに供給するステップと；プリントヘッド内で液体を振動させるステップを有してなる、三次元プリンタのプリントヘッド内の堆積物を除去する方法によって上記の技術的な課題が解決される。振動に曝される顆粒状の固形物が振動粉砕効果（トロウェル効果）を生成し、それによってプリントヘッド内の堆積物を除去することができる。その作用によって、プリントヘッドの流体システム内の全ての堆積物および詰まりを解消することができる。固形物がそれの動作によって側壁に対する磨き効果を生成するため、液体流路内およびノズル上の堆積物を解消および除去することができる。従来は除去することができなかった汚染および堆積物を効率的かつ低コストに除去することができる。それによってより高い品質で印刷するとともに、個々のノズルの故障を防止することが可能になる。

【0006】

この方法の技術的に好適な実施形態によれば、顆粒状の固形物が二酸化ジルコニウム粒子および／または二酸化ケイ素粒子を含む。液体は、２０％超の固形物成分を含有することができる。それによって例えば、堆積物を効率的に除去し得るという技術的な利点が達成される。

【0007】

この方法の技術的に好適な別の実施形態によれば、顆粒状の固形物中の粒子が最大でプリントヘッド内の射出ノズルの直径の半分の大きさを有する。それによって例えば、良好な洗浄効果が得られるという技術的な利点が達成される。

【0008】

この方法の技術的に好適な別の実施形態によれば、顆粒状の固形物が印刷液中に含有される。それによって例えば、顆粒状の固形物の個別の供給あるいは洗浄液の供給を省略し得るという技術的な利点が達成される。その場合、印刷液が同時に洗浄剤となる。

【0009】

この方法の技術的に好適な別の実施形態によれば、プリントヘッド内で液体に振動が加えられる間プリントヘッドの射出ノズルが閉鎖される。それによって例えば、洗浄効果が改善されるとともに液体の流出が防止されるという技術的な利点が達成される。

【0010】

この方法の技術的に好適な別の実施形態によれば、プリントヘッドを閉鎖装置の前に移動させることによって射出ノズルが閉鎖される。それによって例えば、簡便な方式でプリントヘッドを閉鎖し得るという技術的な利点が達成される。

【0011】

この方法の技術的に好適な別の実施形態によれば、プリントヘッド内の圧電素子によって、超音波と連動させることによって、および／またはピストンポンプを使用して液体を振動させる。超音波との連動は、外部の超音波発生装置を流体システムに連結することによって達成することができる。それによって例えば、簡便な手段で液体を振動させることができるという技術的な利点が達成される。

【0012】

この方法の技術的に好適な別の実施形態によれば、液体をプリントヘッド内におけるその液体の固有周波数をもって振動させる。液体の固有周波数は、プリントヘッドの有効な容積から生じる。それによって例えば、大きな振幅および小さなエネルギー消費で液体に振動を加えることができるという技術的な利点が達成される。

【0013】

この方法の技術的に好適な別の実施形態によれば、１００Ｈｚないし１５０ｋＨｚの周波数で液体を振動させる。それによって例えば、上記の周波数領域において極めて良好な洗浄効果を実現し得るという技術的な利点が達成される。

【0014】

この方法の技術的に好適な別の実施形態によれば、予め設定された時間間隔にわたって液体を振動させる。それによって例えば、連続的な洗浄が実行されるという技術的な利点が達成される。洗浄は、例えばスタンバイ状態中に実行することができる。それによって、次回の使用時に洗浄済みの状態でプリントヘッドが提供されることを保証することができる。従って、２つの印刷作業の間の時間をプリントヘッドの保守のために利用することができる。

【0015】

第２の態様によれば、顆粒状の固形物を含んだ液体をプリントヘッドに供給する供給装置と；プリントヘッド内で液体を振動させる振動発生装置を有してなる、プリントヘッドを備えた三次元プリンタによって技術的な課題が解決される。この三次元プリンタにより、上述した第１の態様に係る方法と同様な技術的な利点が達成される。

【0016】

この三次元プリンタの技術的に好適な実施形態によれば、プリントヘッド内で液体に振動が加えられる間射出ノズルを閉鎖するための閉鎖装置を三次元プリンタが備える。それによっても例えば、洗浄効果が改善されるとともに液体の流出が防止されるという技術的な利点が達成される。従って、任意の持続時間で振動粉砕を実行することも可能になる。

【0017】

この三次元プリンタの技術的に好適な別の実施形態によれば、閉鎖装置が閉鎖プレートによって形成される。それによって例えば、簡便かつ高い密封性をもってプリントヘッドを閉鎖することができるという技術的な利点が達成される。

【0018】

この三次元プリンタの技術的に好適な別の実施形態によれば、プリントヘッド内で液体を振動させるために、プリントヘッド内の圧電素子、超音波と連動させるための連動手段、および／またはピストンポンプを三次元プリンタが備える。それによって例えば、簡便な手段で液体を振動させることができるという技術的な利点が達成される。

【0019】

この三次元プリンタの技術的に好適な別の実施形態によれば、予め設定された時点および／または予め設定された持続時間で振動発生装置を付勢するためのタイマー装置を三次元プリンタが備える。それによって例えば、時間制御されたプリントヘッドの洗浄を実行することができるという技術的な利点が達成される。

【0020】

次に、本発明の実施例につき、添付図面を参照しながら、以下詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】プリントヘッドを備えた三次元プリンタの概略構成図である。

【図2】プリントヘッドの概略構成図である。

【図3】振動粉砕効果を示した概略説明図である。

【図4】洗浄前および後の射出ノズルを示した説明図である。

【図5】多数の射出ノズルを有するプリントヘッドのノズルプレートを示した説明図である。

【図6】プリントヘッド内の堆積物を除去する方法のブロック線図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

図１には、プリントヘッド１０１を備えた三次元プリンタ１００の概要が示されている。三次元プリンタ１００は、付加製造プロセスにおいて自由噴流材料積層を実行する。その場合に、印刷液の小さな液滴の形式の原料が選択的に積層される。ポリジェットあるいはマルチジェット造形において、線形に配置された複数のノズルを有するプリントヘッド１０１によって造形物が製造される。

【0023】

三次元プリンタ１００は、例えば構築プラットフォーム１１９上に歯科補綴物１２１を層方式で形成するために印刷液を使用する。そのため、印刷液からなる材料が印刷噴流１２３を使用して射出ノズルから点状に塗付される。プリントヘッド１０１はＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向に移動可能であり、従って印刷噴流１２３が構築プラットフォーム１１９のいずれの位置にも到達可能である。印刷液は供給装置１１３を使用してプリントヘッド１０１に供給される。

【0024】

しかしながら、その場合にインク残渣、異物、あるいは沈殿物の形態の堆積物がプリントヘッド１０１に発生し得るという問題が生じる。その堆積物がプリントヘッド１０１の内部の流体システムの内面に付着し、時間の経過に従ってそれが詰まりの原因となり、射出ノズルおよびプリントヘッド１０１の機能に影響を及ぼす。

【0025】

図２には、プリントヘッド１０１の概要が示されている。プリントヘッド１０１は少なくとも１個の射出ノズル１０７を備え、その射出ノズルから印刷噴流１２３が射出される。そのことは、プリントヘッド１０１の１個あるいは複数個の圧電素子１１１を使用して生成される印刷液中の圧力変化を通じて実行される。

【0026】

プリントヘッド１０１は循環型プリントヘッドであり、それにおいて供給流路１２５を介して印刷液が供給される。印刷液は、プリントヘッド１０１の内部で射出ノズル１０７を介して誘導され、部分的に液滴１３７の形態で射出される。印刷液の射出されない分は、プリントヘッド１０１の内部をさらに誘導されて還流路１２７を介して排出される。供給流路１２５と還流路１２７の内部には、印刷液の粗目の汚染物がその後も通流することを防止するフィルタ１２９が存在する。一般的に、三次元プリンタ１００のプリントヘッド１０１はその他の構成を有することもできる。

【0027】

時間の経過に従って、供給流路１２５および還流路１２７、あるいは射出ノズル１０７の側壁に汚染物あるいは固形物粒子の形態の堆積物１３１が形成される可能性がある。その堆積物１３１を再び側壁から除去するために、プリントヘッド１０１内で顆粒状の固形物を含有する印刷液に機械的な振動を発生させる。顆粒状の固形物１０５は、例えば微小な二酸化ジルコニウム粒子あるいは二酸化ケイ素粒子を含む。それらの粒子は、例えば最大で射出ノズル１０７の半分の大きさを有する。一般的に、顆粒状の固形物１０５の粒子は１ｎｍないし１００μｍの大きさを有することができる。

【0028】

その場合、顆粒状の固形物１０５によって射出ノズル１０７を洗浄することもできる。洗浄効果は、外側でノズルプレートと、内側で射出ノズル１０７、フィルタ１２９、および供給流路１２５あるいは還流路１２７に到達する。一般的に、プリントヘッド１０１の流体システム全体を液体によって洗浄することができる。

【0029】

振動する固形物粒子によって、研磨性の顆粒状の固形物１０５を利用する振動粉砕効果（トロウェル効果）が達成され、それによってプリントヘッド１０１内の堆積物１３１を再び除去することができる。堆積物１３１は、振動研磨あるいは流体研磨によって除去される。その作用によって、プリントヘッド１０１の流体システム内の全ての堆積物１３１あるいは詰まりを解消することができる。固形物粒子がそれの動作によって側壁上で研磨効果を生成するため、管路システム内の堆積物を解消および除去することができる。

【0030】

顆粒状の固形物１０５の動作あるいは振動は多様な方式で生成することができ、例えばプリントヘッド１０１内の圧電素子１１１の励磁によって、超音波との連動によって、あるいはピストンポンプを使用して生成することができる。そのため、予め設定された時点および／または予め設定された持続時間で振動発生装置を付勢するためのタイマー装置１１７を三次元プリンタ１００が備えることができる。振動発生装置１１５の付勢は、例えば５分を超える時間間隔で連続的に実行することができる。

【0031】

閉鎖プレート、粘着テープ、あるいはゴム部材の形式の閉鎖装置１０９を使用して射出ノズル１０７を閉鎖することによって、プリントヘッド１０１内における最大の振動を液体に発生させることができる。例えば、プリントヘッド１０１をゴム板に対して押圧することができ、それによって全ての射出ノズル１０７を先端側で閉鎖して印刷液が流出し得ないようにすることができる。その後プリントヘッド１０１の圧電素子１１１を振動発生装置１１５として使用し、ある程度長時間継続して最大出力で励起する。その間に、液体１０３内に注入された顆粒状の固形物１０５の研磨効果が発生する。

【0032】

振動は、例えば５ないし１０分の間隔で発生させる。その後３０ないし６０分間の静止時間を設定することができる。洗浄にかかる時間は振動動作の強度（振幅）に依存する。振動動作の振幅が大きいほど、洗浄のために必要な時間が短くなる。

【0033】

印刷液に顆粒状の固形物１０５を混合し、それによって堆積物１３１を防止することも可能である。その種の印刷液を使用した印刷作業が研磨効果を発生させ、従って堆積物１３１が発生し得ないようになる。

【0034】

従ってこの方法によれば、例えばジルコンスラリを使用し、印刷液中に存在する二酸化ジルコニウムを長時間動作させて研磨効果が生成されるようにすることにより、その二酸化ジルコニウムをプリントヘッド１０１の洗浄のために使用することができる。そのことは、特別な洗浄液は必要でなくなり、プリントヘッド１０１の流体システムの洗浄を簡便に実行し得るという技術的な利点を有する。その場合、手間をかけて印刷液を専用の洗浄液に交換することが必要でなくなる。

【0035】

図３には、インクあるいはスラリとも呼ばれるスラッジ１３５内の振動粉砕効果の概要が示されている。振動の付加中に、顆粒状の固形物１０５に対して垂直力Ｆ_Ｎと接線力Ｆ_Ｔが作用する。垂直力Ｆ_Ｎによって顆粒状の固形物１０５が側壁１３９に押圧される。その場所で顆粒状の固形物が接線力Ｆ_Ｔによって堆積物１３１を分離する。

【0036】

液体１０３の振動をシステムの共振周波数で発生させる場合、顆粒状の固形物１０５の最大振幅が達成される。その場合、プリントヘッド１０１内において大きな振幅と少ないエネルギー消費で液体１０３を振動させることができる。それによって堆積物１３１を効果的に除去することができる。一般的に、洗浄効果は動作の周波数と強度に相関する。

【0037】

図４には、洗浄前および後の射出ノズル１０７の状態が示されている。左側に、洗浄前の堆積物１３１を有する射出ノズル１０７が示されている。右側には、洗浄後の射出ノズル１０７が示されている。

【0038】

図５には、多数の射出ノズル１０７を備えたプリントヘッド１０１のノズルプレート１３３が示されている。左側に、洗浄前において約５０％の射出ノズル１０７が使用不能になっている状態が示されている。右側には、洗浄後に全ての射出ノズル１０７が機能することが示されている。

【0039】

図６には、プリントヘッド１０１内の堆積物１３１を除去する方法のブロック線図が示されている。ステップＳ１０１において、顆粒状の固形物１０５を含んだ液体１０３がプリントヘッド１０１に供給される。ステップＳ１０２において、プリントヘッド１０１内の液体１０３に機械的な振動が加えられる。この方法によって、簡便な方式でプリントヘッド１０１の全ての射出ノズル１０７の機能を維持することができる。それによって、新品のプリントヘッドと同様な品質の印刷が可能になる。加えて、通常通りのプリントヘッドの劣化も防止される。

【0040】

この方法によって欠陥の無い印刷が可能になり、その場合に全ての射出ノズル１０７が機能可能であることが保証される。プリントヘッドの劣化による損失を防止することができる。既存の印刷液を洗浄に使用できるため、プリントヘッド１０１の洗浄が単純になり、時間が節約される。洗浄のためにプリントヘッドを交換する必要はない。プリントヘッド内の流体システムの内壁ならびに管路システムの側壁が、振動粉砕効果によって（トロウェルの作用のように）追加的に平滑化および研磨される。この方法によれば、従来発生していた劣化による印刷品質低下を防止することができる。

【0041】

この方法によれば、化学的な処理を使用せずに強固な付着物を除去するとともにプリントヘッドの信頼性を向上させることができ、従って全ての射出ノズルの無障害の機能が保証される。この方法によって、通流システムあるいは循環システム全体から堆積物を排除することもできる。

【0042】

本発明の個々の実施形態に関連して説明および図示した全ての特徴を、多様な組み合わせで本発明の対象とすることができ、それによって同時に有効な利点が達成される。

【0043】

全ての方法ステップは、各方法ステップを実行するために適した装置を使用して実行することができる。対象である特徴によって実行される全ての機能は、この方法における方法ステップとすることができる。

【0044】

本発明の保護範囲は添付の特許請求の範囲によって定義され、説明中に記述されたあるいは図示された特徴によって限定されるものではない。

【符号の説明】

【0045】

１００ 三次元プリンタ
１０１ プリントヘッド
１０３ 液体
１０５ 固形物
１０７ 射出ノズル
１０９ 閉鎖装置
１１１ 圧電素子
１１３ 供給装置
１１５ 振動発生装置
１１７ タイマー装置
１１９ 構築プラットフォーム
１２１ 歯科補綴物
１２３ 印刷噴流
１２５ 供給流路
１２７ 還流路
１２９ フィルタ
１３１ 堆積物
１３３ ノズルプレート
１３５ スラッジ
１３７ 液滴
１３９ 側壁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【外国語明細書】