特表 2024-544296 プリントヘッド用の自己保全回復システムのための方法およびシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-11-28

(54)【発明の名称】プリントヘッド用の自己保全回復システムのための方法およびシステム

(51)【国際特許分類】

   B05C 11/10 20060101AFI20241121BHJP

   B05C 5/00 20060101ALI20241121BHJP

   B41J 2/14 20060101ALI20241121BHJP

   B41J 2/18 20060101ALI20241121BHJP

【ＦＩ】

B05C11/10

B05C5/00 101

B41J2/14 501

B41J2/18

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024535910

(86)(22)【出願日】2022-11-17

(85)【翻訳文提出日】2024-07-18

(86)【国際出願番号】 EP2022082245

(87)【国際公開番号】W WO2023110276

(87)【国際公開日】2023-06-22

(31)【優先権主張番号】21215072.6

(32)【優先日】2021-12-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】522196674

【氏名又は名称】クアンティカ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＱＵＡＮＴＩＣＡ ＧＭＢＨ

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ハートコップ，ベン

(72)【発明者】

【氏名】フェルバー，ルートビヒ

(72)【発明者】

【氏名】ニートナー，ダービト

【テーマコード（参考）】

2C056

2C057

4F041

4F042

【Ｆターム（参考）】

2C056EA14

2C056HA19

2C056HA24

2C056JC13

2C056JC18

2C056KB16

2C057AF71

2C057AG01

2C057AG07

4F041AB01

4F041BA01

4F041BA10

4F041BA13

4F041BA60

4F042AB00

4F042BA06

4F042BA08

4F042BA14

4F042CA01

4F042CB02

4F042CB19

4F042CC03

4F042CC08

4F042CC15

(57)【要約】

プリントヘッドのための材料除去ユニットおよび材料除去方法。ユニットは、プリントヘッドの吐出開口の下に設けられ、吐出された液滴が本質的に影響を受けることなく貫通開口を通ることができるように構成された貫通開口と、導管を形成するように構成された少なくとも１つの導管形成チャネルとを備える。ここで、導管は、吐出開口を囲む領域から余分な材料を除去するように構成された接続点と吐出開口を囲む領域を伝達可能に接続する。導管は、貫通開口に近い少なくとも１つの導管開口を有し、材料を接続点に輸送するように構成される。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

プリントヘッド用の材料除去ユニットであって、前記ユニットが、
前記プリントヘッドの吐出開口の下に設けられ、吐出された液滴が本質的に影響を受けることなく貫通開口を通ることができるように構成された前記貫通開口と、
導管を形成するように構成された少なくとも１つの導管形成チャネルと
を備え、
前記導管が、前記吐出開口を囲む領域を、前記吐出開口を囲む前記領域から余分な材料を除去するように構成された接続点と伝達可能に接続しており、
前記導管が、前記貫通開口に近い少なくとも１つの導管開口を有し、前記材料を前記接続点に輸送するように構成される、
材料除去ユニット。

【請求項2】

前記導管が、
前記接続点で吸引装置に接続されるように構成され、
前記吐出開口を囲む前記領域から前記余分な材料を除去するように構成され、
けん引力を介して前記導管内の前記材料を輸送するように構成されるか、または
前記吸引装置が前記接続点に接続されたときに前記導管内に圧力勾配が形成される、
請求項１に記載の材料除去ユニット。

【請求項3】

前記導管が、
前記接続点で吸引装置に接続されるように構成され、
前記吐出開口を囲む前記領域から前記余分な材料を除去するように構成され、
けん引力を介して前記導管内の前記材料を輸送するように構成され、かつ
前記吸引装置が前記接続点に接続されたときに前記導管内に圧力勾配が形成される、
請求項１に記載の材料除去ユニット。

【請求項4】

前記貫通開口の前記直径が、前記プリントヘッドの前記対応する吐出開口の直径と少なくとも本質的に等しいか、もしくは好ましくはそれより大きく、または
前記吐出開口が、本質的に前記貫通開口の中心に位置する、
請求項１～３のいずれか１項に記載の材料除去ユニット。

【請求項5】

前記貫通開口の前記直径が、前記プリントヘッドの前記対応する吐出開口の直径と少なくとも本質的に等しいか、または好ましくはそれより大きく、かつ
前記吐出開口が、本質的に前記貫通開口の中心に位置する、
請求項１～３のいずれか１項に記載の材料除去ユニット。

【請求項6】

前記導管が、前記余分な材料を材料リザーバに輸送するように構成されるか、または
材料リザーバが、前記材料リザーバ内の前記材料をリサイクルするために前記プリントヘッドと連通している、
請求項１～５のいずれか１項に記載の材料除去ユニット。

【請求項7】

前記導管が、前記余分な材料を材料リザーバに輸送するように構成され、かつ
材料リザーバが、前記材料リザーバ内の前記材料をリサイクルするために前記プリントヘッドと連通している、
請求項１～５のいずれか１項に記載の材料除去ユニット。

【請求項8】

ノズルウェルが前記吐出開口を囲む前記領域内に形成され、
前記ノズルウェルが、所定のサイズ閾値を超える材料のための経路が前記導管開口に誘導されることを可能にするように構成される、
請求項１～７のいずれか１項に記載の材料除去ユニット。

【請求項9】

吸着防止コーティングが前記導管および／または前記吐出開口を囲む前記領域内に設けられる、
請求項１～８のいずれか１項に記載の材料除去ユニット。

【請求項10】

前記吸着防止コーティングが、完全なまたは微細構造化された部分的な吸着防止コーティングである、
請求項１～９のいずれか１項に記載の材料除去ユニット。

【請求項11】

前記吸着防止コーティングされた領域が、前記導管の底部および／もしくは上部に異方性ラチェットコンベヤを作成するように構成され、
前記導管が、前記プリントヘッドの振動によって前記ラチェットコンベヤを支持するように構成されるか、または
前記吸着防止コーティングが、湾曲した横木の形状で提供される、
請求項９または１０に記載の材料除去ユニット。

【請求項12】

前記吸着防止コーティングされた領域が、前記導管の底部および／または上部に異方性ラチェットコンベヤを作成するように構成され、
前記導管が、前記プリントヘッドの振動によって前記ラチェットコンベヤを支持するように構成され、かつ
前記吸着防止コーティングが、湾曲した横木の形状で提供される、
請求項９または１０に記載の材料除去ユニット。

【請求項13】

異なる表面エネルギーを有する少なくとも２つの領域が、半円形の形状で前記吐出開口の周りに設けられる、
請求項１～１２のいずれか１項に記載の材料除去ユニット。

【請求項14】

前記導管形成チャネルの接合点に追加の開口が設けられ、
導管形成要素内に形成された前記導管を再成形するために、前記開口に導管成形要素が設けられる、
請求項１～１３のいずれか１項に記載の材料除去ユニット。

【請求項15】

プリントヘッドのための材料除去方法が提供され、前記方法が、
請求項１～１４のいずれか１項に記載の材料除去ユニットを設けることと、
導管を用いて、前記吐出開口を囲む領域から余分な材料を除去するように構成された接続点と前記吐出開口を囲む前記領域を伝達可能に接続することと、
少なくとも１つの輸送方法に基づいて前記余分な材料を前記接続点に輸送することと
を含み、
前記導管が前記貫通開口に近い少なくとも１つの導管開口を有する、
プリントヘッドのための材料除去方法。

【請求項16】

前記輸送方法が、前記導管内の圧力勾配に基づくか、または
前記導管内のラチェットコンベヤおよび／もしくはノズルウェルに基づく、
請求項１５に記載のプリントヘッドのための材料除去方法。

【請求項17】

前記輸送方法が、前記導管内の圧力勾配に基づき、かつ
前記導管内のラチェットコンベヤおよび／またはノズルウェルに基づく、
請求項１５に記載のプリントヘッドのための材料除去方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プリントヘッド用の自己保全回復システムのための方法およびシステムに関する。詳細には、本発明は、プリントヘッド、好ましくはインクジェットタイプのプリントヘッド、好ましくは３Dプリントヘッドのための材料除去ユニットおよび／または材料回収ユニットのための方法およびシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

この説明では、それは「プリントヘッド」と呼ばれることが多い。そのようなプリントヘッドは、例えば、欧州特許出願公開第３８２５１００号明細書に記載されている。前記出願のプリントヘッドおよび材料吐出システムのすべての技術的詳細は、参照により本明細書に組み込まれる。しかしながら、本発明の方法およびシステムは、液体材料液滴のための任意の他のプリントヘッドにも適している。

【0003】

プリントヘッドには、例えば図１に示されたように、前記プリントヘッドの吐出オリフィスに近いおよび／または吐出オリフィス周囲の領域に位置する余分な材料が、それぞれの吐出オリフィスの吐出品質を低下させるという問題が存在する。

【0004】

プリントヘッドでは、通常、材料吐出オリフィスは、作動部材の作動によって材料液滴を吐出し、プリントヘッド内に存在する液体材料に物理的衝撃を与える。

【0005】

前記液体材料は、負の内圧によって制御される位置にメニスカスを形成しているか、または言い換えれば、液気界面を形成している。これにより、ノズル収容要素の外側と、前記ノズル収容要素の内側、すなわち液体材料リザーバとの間に圧力差が生じる。

【0006】

メニスカスは、前記プリントヘッドの通常動作下で理想的な吐出のための位置に形成される。前記メニスカスは、気液界面がもはやノズル開口に接続されず、ノズル開口の周りの周囲表面の湿潤を引き起こすまで、ノズル開口から離れる方向に突出する可能性を有する。これは、余分な材料のペンダントドロップ形成につながる。

【0007】

この余分な材料は、印刷性能を低下させる、表面張力および／または不均一な運動エネルギー伝達を介した吐出された材料および余分な材料の干渉に起因して、吐出オリフィスからのさらなる液滴の制御された放出を妨げる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

したがって、本発明の目的は、余分な材料を除去し、印刷性能を回復することが可能なプリントヘッド用の自己保全回復システムのための方法およびシステムを提供することである。目的は、独立請求項の主題によって達成される。従属請求項は、本発明のさらなる態様に関する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明によれば、プリントヘッド用の材料除去ユニットが提供され、ユニットは、プリントヘッドの吐出開口の下に設けられ、吐出された液滴が本質的に影響を受けることなく貫通開口を通ることができるように構成された貫通開口と、導管を形成するように構成された少なくとも１つの導管形成チャネルとを備える。ここで、導管は、吐出開口を囲む領域から余分な材料を除去するように構成された接続点と吐出開口を囲む領域を伝達可能に接続する。ここで、導管は、貫通開口に近い少なくとも１つの導管開口を有し、材料を接続点に輸送するように構成される。

【0010】

本発明の一実施形態によれば、導管は、接続点で吸引装置に接続されるように構成され、吐出開口を囲む領域から余分な材料を除去するように構成され、けん引力を介して導管内の材料を輸送するように構成され、かつ／または吸引装置が接続点に接続されたときに導管内に圧力勾配が形成される。

【0011】

本発明の一実施形態によれば、貫通開口の直径は、プリントヘッドの対応する吐出開口の直径と少なくとも本質的に等しいか、もしくは好ましくはそれより大きく、かつ／または吐出開口は、本質的に貫通開口の中心に位置する。

【0012】

本発明の一実施形態によれば、導管は、余分な材料を材料リザーバに輸送するように構成され、かつ／または材料リザーバは、材料リザーバ内の材料をリサイクルするためにプリントヘッドと連通している。

【0013】

本発明の一実施形態によれば、ノズルウェルは吐出開口を囲む領域内に形成され、ノズルウェルは、所定のサイズ閾値を超える材料のための経路が導管開口に誘導されることを可能にするように構成される。

【0014】

本発明の一実施形態によれば、吸着防止コーティングは、導管および／または吐出開口を囲む領域に設けられ、好ましくは、吸着防止コーティングは、完全なまたは微細構造化された部分的な吸着防止コーティングである。

【0015】

本発明の一実施形態によれば、吸着防止コーティングされた領域は、導管の底部および／もしくは上部に異方性ラチェットコンベヤを作成するように構成され、導管は、プリントヘッドの振動によってラチェットコンベヤを支持するように構成され、かつ／または吸着防止コーティングは、湾曲した横木の形状で提供される。

【0016】

本発明の一実施形態によれば、異なる表面エネルギーを有する少なくとも２つの領域は、半円形の形状で吐出開口の周りに設けられる。

【0017】

本発明の一実施形態によれば、導管形成チャネルの接合点に追加の開口が設けられ、導管形成要素内に形成された導管を再成形するために、前記開口に導管成形要素が設けられる。

【0018】

本発明によれば、プリントヘッドのための材料除去方法が提供され、方法は、前述の実施形態のいずれか１つによる材料除去ユニットを設けることと、導管を用いて、吐出開口を囲む領域から余分な材料を除去するように構成された接続点と吐出開口を囲む領域を伝達可能に接続することと、少なくとも１つの輸送方法に基づいて余分な材料を接続点に輸送することとを含み、導管は貫通開口に近い少なくとも１つの導管開口を有する。

【0019】

本発明の一実施形態によれば、輸送方法は、導管内の圧力勾配に基づき、かつ／または導管内のラチェットコンベヤおよび／もしくはノズルウェルに基づく。

【0020】

本発明のコアの態様は、負圧導管を介して前記余分な材料を除去し、ノズル吐出の連続的な回復につながることである。

【0021】

本発明のコアの態様は、少なくとも１つの吐出オリフィスから余分な材料を除去するように構成された少なくとも１つの導管形成要素を備える材料除去ユニットを提供することである。導管形成要素は、プリントヘッドの接続ノズル収容要素の上または近くに設けられる。

【0022】

圧力勾配および／またはけん引力は、前記オリフィスの周りの影響を受ける領域に存在する余分な液体材料に影響を及ぼし、それによって余分な材料が除去され、所望の吐出性能が取得される。

【0023】

さらに、コアの態様は、材料除去ユニットがリザーバに接続され、したがって材料回収ユニットを形成することである。

【0024】

本発明の１番目の実施形態では、吐出オリフィスからの大きい液滴の吐出に悪影響を及ぼさない間に、余分な材料を除去するという問題が対処される。これは、吐出された液滴の飛行経路から導管形成要素の貫通開口までの十分に大きい距離を可能にすることによって解決される。それにより、ノズルウェルから余分な材料を除去する際の高い効率を依然として保持しながら、導管形成要素との前記より大きい液滴の直接接触が防止される。

【0025】

本発明の２番目の実施形態では、余分な量の材料の位置が液滴吐出性能に悪影響を及ぼす可能性がある閾値を超えることを確実にする問題が対処される。この実施形態では、余分な材料は、吐出オリフィスから吐出されている材料と接触しないような位置に輸送される。輸送は、材料の表面張力に基づき、材料を導管開口の近くに位置付けている。したがって、けん引力が増大し、それにより、導管開口への余分な材料のより効果的な輸送が可能になる。

【0026】

本発明の３番目の実施形態では、ノズルウェル内に存在する余分な材料を除去する問題が対処される。ノズルウェル内に存在する余分な材料は、望ましくない液滴の放出をもたらし、それによって印刷性能に悪影響を及ぼす可能性がある。ノズルウェル内に存在する余分な材料は、吐出オリフィスまたは導管開口との表面張力相互作用によって接続されず影響を受けない。これは、第１の下位実施形態では、周囲ガスを吸引している負圧導管開口から生じるけん引力を利用することによって解決され、それにより前記ガスは、そのような余分な材料の表面にけん引力を取り込み、それによって理想的には負圧導管開口に向かってそれを移動させる。

【0027】

しかしながら、さらなる下位実施形態において前記材料を導管開口に輸送することができない場合、材料の輸送を可能にするために付加的作用が利用される。輸送は、プリントヘッドのアクチュエータから生じる残留振動エネルギーの使用またはけん引力によって誘発される圧力変動に基づく場合がある。前記振動は、液滴を変形させ、吸着防止コーティングおよび非コーティング領域の使用を介して、それをノズル収容要素の下側に存在する異なる表面エネルギー領域の半円形構造上に固着させる。これは、前記半円形構造の幾何形状によって引き起こされる運動方向を支持することにより、液滴のラチェットコンベヤ型変位を引き起こす。前記運動は導管開口に向けられ、かつ／またはほぼ導管内に存在する圧力勾配に沿って向けられる。

【0028】

すべての上述された実施形態は、同じ技術的問題を解決することを目的としており、前記実施形態の解決策は、構造的および機能的に組み合わされ得ることに留意されたい。組み合わされた効果は、解決策が互いに補完するので、単一の効果の単なる和より大きい。したがって、すべての組合せがさらなる実施形態をもたらす場合がある。主な組合せが以下で詳細に記載される。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1a】本発明の一実施形態によるプリントヘッドの断面図である。

【図1b】本発明の一実施形態によるプリントヘッドの斜視図である。

【図2a】本発明の一実施形態による３Dプリントヘッドのノズルプレートを示す図である。

【図2b】本発明の一実施形態による３Dプリントヘッドの材料除去ユニットを示す図である。

【図3】本発明の一実施形態による導管形成要素の底面を示す図である。

【図4a】液滴吐出後の状態の本発明の一実施形態による材料除去ユニットを示す図である。

【図4b】材料が除去されている液滴吐出後の状態の本発明の一実施形態による材料除去ユニットを示す図である。

【図4c】液滴吐出後および材料除去後の状態の本発明の一実施形態による材料除去ユニットを示す図である。

【図5a】本発明の第２の実施形態の断面図である。

【図5b】本発明の第３の実施形態の断面図である。

【図6a】本発明の第４の実施形態の断面図である。

【図6b】本発明の第４の実施形態の断面図である。

【図7】臨界ノズルフラッディング事象を示す図である。

【図8】本発明の第５の実施形態の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

図面の詳細な説明
以下、本発明の実施形態が記載される。すべての記載された実施形態のいくつかの態様は、特に明記されない限り、または当業者に明らかでない限り、いくつかの他の実施形態でも見つかる場合もあることに留意されたい。しかしながら、了解度を高めるために、各態様は、最初に言及されたときにのみ詳細に説明され、同じ態様のいかなる繰返しの説明も省略される。

【0031】

図１ａは、本発明の一実施形態によるプリントヘッドの断面斜視図を示す。図１ｂは、本発明の一実施形態によるプリントヘッドの斜視図を示す。

【0032】

図１ａのプリントヘッド３０１は、複数の吐出オリフィス３０３を有するノズルプレートを備える。本発明による材料除去ユニット（MRU：material removal unit）は、少なくとも１つの吐出オリフィス３０３に対応してそれぞれ配置された少なくとも１つの貫通開口１０３を備える。

【0033】

上記の先行技術文献に説明されているように、プリントヘッドは積層構造を有することができ、すなわち、それは互いに積層された複数の機能ユニットを備える。そのような構造では、MRUは、液滴吐出の方向のノズルプレートの下に位置することが好ましい。MRUはまた、積層構造においてプレートの形態で提供される。

【0034】

さらに、図１ｂに示されたプリントヘッド３０１は、真空コネクタ３０６と、MRUの導管形成要素１０１の上方に位置する、ノズルプレートとも呼ばれるノズル収容要素３０２とを備える。導管形成要素１０１は、導管２０１を形成するために、前記ノズル収容要素３０２に固定され、前記導管形成チャネル１０２を封止する、図４ａ～図４ｃを参照。

【0035】

図２ａは、本発明の一実施形態による３Dプリントヘッドのノズルプレート３０２を示す。図２ｂは、本発明の一実施形態による材料除去ユニットの導管形成要素を示す。ノズルプレート３０２は、図１ｂのノズルプレートに対応する。図２ｂのMRUの要素は、図２ａのノズルプレート３０２の要素に位置的に対応する。

【0036】

本発明の一実施形態によれば、材料除去ユニットは、好ましくは低圧材料導管を形成する、少なくとも１つの導管形成チャネル１０２を有する導管形成要素１０１を備える。導管形成チャネル１０２は、少なくとも１つの貫通開口１０３と少なくとも１つの低圧接続点１０４を接続している。MRUは、さらに好ましくは、前記貫通開口１０３の近くに形成された少なくとも１つの導管開口１０５を備える。

【0037】

ここで図２ａを参照すると、ノズル収容要素３０２は、前記貫通開口１０３に対応して配置された少なくとも１つの吐出オリフィスまたはノズル３０３を有する。前記吐出オリフィス３０３の直径は、前記ノズルから吐出される液滴が貫通開口によって影響されないように、対応する貫通開口１０３の直径よりも小さいことが好ましい。

【0038】

導管形成要素１０１の上方に位置し、貫通開口１０３の領域内に配置されているノズル収容要素３０２の領域は、ノズルウェル１０６とも呼ばれる、図３を参照。

【0039】

本発明の一実施形態では、導管形成要素１０１は、ノズル収容要素３０２に固定されるように構成される。好ましくは、ノズル収容要素３０２と導管形成要素１０１との間の締め具は封止される。導管形成要素１０１がノズル収容要素に固定されたときの状態では、導管２０１、好ましくは低圧材料導管が形成される、図４ａ～４ｃを参照。

【0040】

しかしながら、本発明は、閉じた導管にもノズル収容要素上の締め具にも限定されない。

【0041】

代替の実施形態では、少なくとも１つの別個のカバー要素が設けられる場合があり、それは少なくとも１つの導管２０１を少なくともその片側で閉じるように構成される。言い換えれば、カバー要素は、導管形成要素の上および／または下に設けられ、したがって形成された導管２０１の上部および／または底部を閉じることができる。

【0042】

さらに、代替の実施形態では、導管２０１は、一方の側、好ましくは（液滴吐出方向の）底側で開いている。導管２０１は、毛細管効果および／または表面張力に起因して液体材料の輸送に依然として適している。

【0043】

本発明の一実施形態では、導管２０１は低圧接続点１０４に接続される。低圧接続点１０４は、好ましくは圧力勾配を介して、導管２０１内に存在する気体および液体の材料４０１を除去するように構成される。

【0044】

圧力勾配は、ガスおよび材料が前記導管、好ましくは導管開口１０５から離れるように形成される。本発明の一実施形態では、圧力勾配を得るために、真空ポンプが接続点１０４に接続される。好ましくは、真空ポンプは、ノズルプレート内の真空コネクタ３０６に接続される、すなわち低圧接続点１０４に接続される。

【0045】

言い換えれば、真空ポンプの使用は液体材料の輸送を可能にする。本発明の好ましい実施形態では、液体材料は、真空管３０８を介して液体材料リザーバ３０７に輸送される。

【0046】

本発明の一実施形態では、材料リザーバはプリントヘッドの一部である。言い換えれば、MRUによって除去された材料は、プリントヘッドに輸送され、すなわちリサイクルされ、このように材料回収ユニットが形成される。

【0047】

真空という用語は、本明細書では、その厳密な科学的意味だけでなく、低圧または減圧状態のより広いより一般的な技術的意味でも使用されることに留意されたい。

【0048】

本発明の一実施形態では、前記液体材料リザーバ３０７は、除去された材料を廃棄物容器にさらに輸送するように構成される。追加または代替として、前記リザーバは、好ましくはプリントヘッド内に位置する材料サイクルシステムに前記材料をさらに輸送するように構成される。

【0049】

図３は、本発明の一実施形態による導管形成要素１０１の底面を示す。すなわち、図２ｂに示された面の反対である。貫通開口１０３および前記開口内のノズルウェル１０６のみが見える。

【0050】

図４ａは、液滴吐出後の状態の本発明の一実施形態による材料除去ユニットおよび形成されている余分な材料のペンダント液滴を示す。図４ｂは、材料が除去されている液滴吐出後の状態の本発明の一実施形態による材料除去ユニットを示す。図４ｃは、材料除去後の液滴吐出後の状態の本発明の一実施形態による材料除去ユニットを示す。

【0051】

図４ａ～図４ｃは、本発明の一実施形態による材料除去プロセスを示す。この場合の材料吐出特性の連続的な回復は、ノズルウェル１０６を介して余分な材料を除去することによって実行される。

【0052】

この実施形態では、ノズルウェル１０６の幾何形状は、特定のサイズ、すなわち閾値を超える液滴４０１のための経路が導管開口１０５に誘導されることを可能にするために利用される。言い換えれば、余分な材料４０１がノズルウェル１０６のサイズと同様のサイズを有するとすぐに、液滴は低圧導管２０１に接続するか、またはそれによって引き付けられる。

【0053】

導管２０１は、負圧を介して大気ガスを吸引するように構成され、前記ガスは、ノズルウェル１０６内に存在する余分な材料４０１にけん引力を示し、それによって導管開口に向かってそれが押しやられる、図４ｂ参照。

【0054】

言い換えれば、液体印刷材料４０１は、吐出オリフィス３０３を介して吐出される場合がある。材料は、吐出時にペンダント液滴を形成する場合がある。液滴の形成は、吐出オリフィス３０３の周りの領域内に形成される余分な材料４０１につながる場合がある。

【0055】

本発明の一実施形態では、余分な材料が導管２０１の第１の端部に到達するとすぐに、それは導管内に輸送され、続いて第１の端部から第２の端部に向かって離れる方向に導管内で輸送される。

【0056】

本発明の一実施形態では、材料吐出オリフィスは貫通開口の中心に位置し、意図的に吐出された材料の通過が妨げられないようにし、印刷ヘッド内に存在する液体材料に物理的な衝撃を与えることによる作動部材の作動によって容易にされる。

【0057】

前記液体材料は、負の内圧によって制御される位置にメニスカスを形成しているか、または言い換えれば、それは液気界面を形成している。メニスカスは、前記プリントヘッドの通常動作下で理想的な吐出のための位置に形成される。

【0058】

前記メニスカスは、気液界面がもはやノズル開口に接続されず、ノズルの周りの周囲表面の湿潤を引き起こすまで下向きに突出する可能性を有し、余分な材料のペンダントドロップ形成につながる。

【0059】

この余分な材料は、表面張力および／または不均一な運動エネルギー伝達を介した吐出された材料および余分な材料の干渉に起因して、吐出オリフィス開口からの液滴の制御された放出を妨げ、それによって印刷性能が低下する。

【0060】

さらに、ノズルの隣の領域およびノズルウェルの内部に余分な材料のペンダントドロップが形成される可能性がある。

【0061】

本発明の一実施形態では、導管２０１内のガスの移動は、真空ポンプに接続されている少なくとも１つまたは複数の導管開口１０５によって引き起こされ、それによってノズルウェル１０６全体にわたって指向性のけん引力が生成される。

【0062】

前記けん引力は、いかなる毛細管力も必要とせずに導管開口１０５に向かって余分な材料を移動させる。したがって、毛細管力が関係するサイズに関連して、貫通開口１０３を大きくすることができ、吐出された液滴が貫通開口の壁で導管形成要素に接触することなく、同じ吐出オリフィス３０３からの大小の液滴の吐出が可能になる。

【0063】

上記の実施形態では、より大きい液滴は、MRUによる吐出中に悪影響を受けない。吐出される材料の液滴体積は、１plから１３００plの範囲であり得る。言い換えれば、高効率な印刷モードが可能である。

【0064】

図５ａは、本発明の第２の実施形態の断面図を示す。図５ｂは、本発明の第３の実施形態の断面図を示す。

【0065】

本発明の第２の実施形態では、図５ａに示されたように、吐出オリフィス３０３は、貫通開口を少なくとも部分的に通過し、周囲のノズルウェル２０２とともに上昇した吐出開口３０５を形成するように構成された、ノズルの周りに存在する毛細管伸長要素３０４を有する。

【0066】

前記ノズルウェル２０２の形成は、その中に余分な液体材料の蓄積を可能にする。余分な液体材料４０１は、表面張力を介して前記上昇した吐出開口３０５から離れて前記ノズルウェル２０２内に移動する。さらに、前記ノズルウェル２０２の形成は、前記低圧材料導管２０１の少なくとも１つの端部、すなわち導管開口１０５との接触を可能にする。

【0067】

本発明の第３の実施形態では、図５ｂに示されたように、導管内の材料の輸送は、導管２０１内の振動に基づく。余分な材料のペンダント液滴がノズル開口３０３にごく近接して形成されている。

【0068】

ノズル収容要素内の振動エネルギーがペンダント液滴に材料を放出させ、それによって印刷プロセス中に望ましくない吐出を引き起こす可能性があることが問題である。言い換えれば、特定の状況下では、プリントヘッド内の内部アクチュエータから生じるか、またはけん引力によって誘導される残留振動エネルギーは、ノズル開口３０３に隣接する前記ペンダントドロップ１０７の表面領域を振動させることができ、前記ペンダントドロップから液滴が放出されることにつながる可能性がある。そのような液滴は、印刷性能に悪影響を及ぼすのに十分な体積を有する可能性がある。

【0069】

この状態は、プリントヘッド内に存在する液体材料のレオロジー特性が理想的でないとき、または高い表面湿潤の場合、または非ニュートン性の特性を表す材料の場合、または特定のせん断応力もしくは温度に遭遇する、または表面張力および密度に影響を及ぼす固体粒子もしくは元素を含有する、または高いせん断速度で弾性特性を有する材料に特に関係する。これは、特に、高度に粘性で新規もしくは進歩した材料または異なる発達段階の材料を有する場合、あるいはその特性に影響を及ぼす生産関連バッチ変動のかなりの程度を有する場合である。

【0070】

さらに、連続的な材料輸送は、液体材料が導管内に残るように、かつ／または材料の移動が妨げられる程度まで真空勾配を減少させるようにガスを捕捉する液気相によって妨げられる場合がある。

【0071】

第３の実施形態は、利点として前記振動エネルギーを使用して、材料を除去し導管内の材料を輸送する。

【0072】

本発明の第３の実施形態によれば、材料輸送は、振動ベースの送達方法によって、かつ／またはノズル収容要素上の完全なもしくは微細構造化された部分的な吸着防止コーティング（例えば、FOTS、PTFE）を介して支援される。

【0073】

上述されたように、好ましい実施形態では、ノズル収容要素は導管の上壁を形成する。しかしながら、上壁は、カバー要素または導管形成要素などの別の要素によって形成される場合もある。後者の実施形態では、振動に基づく送達方法および／または完全なもしくは微細構造化された部分的な吸着防止コーティング（例えば、FOTS、PTFE）が前記上壁に設けられる。

【0074】

本発明の一実施形態では、コーティングは、低圧材料導管形成チャネルに対応して、前記導管形成チャネル内に塗布され、本質的に前記導管の底部および／または上部に異方性ラチェットコンベヤが作成される。

【0075】

ノズル収容要素の垂直振動は導管形成要素に伝達される。振動は、好ましくは、ノズル収容要素と流体連通する内部機構の作動の副産物として生成される。

【0076】

本発明の一実施形態によれば、振動は、導管内の材料の方向変位を容易にするために受動的に利用される。変位は、液気界面で導管内に存在する材料の表面張力に基づいて、ラチェットコンベヤ機構によって引き起こされる。

【0077】

導管および導管形成要素内に存在する材料に対するノズル収容要素の振動は、液気界面縁部を変位させ、したがって新しい領域の湿潤を引き起こす。

【0078】

微細構造化は、ラチェットスタイルシステムでは吸着防止コーティングをもたない、より大きい液体接触の領域に対する気液界面のピン留め効果を可能にする。これにより、材料の前面が前記ラチェットシステムに沿って移動し、材料の後縁がバルク材料と好ましくは接触したままであり、それが表面張力を介して最終的に続き、それによって液体材料を好ましい方向に沿って変位させることが可能になる。

【0079】

このラチェットスタイルシステムは、前記真空勾配に沿った移動を支援し、材料輸送の妨げを低減する。ラチェットスタイルシステムは、一次および／または二次輸送機構として本発明の任意の他の実施形態と互換性があることに留意されたい。

【0080】

本発明の一実施形態では、吸着防止コーティングは、ノズルプレートの表面、すなわち導管の上面上の湾曲した横木の形状である。追加または代替として、吸着防止コーティングは、低圧材料導管形成チャネルに対応し、前記導管形成チャネル内にある。すなわち、吸着防止コーティングは、本質的に前記導管の底部および／または上部に異方性ラチェットコンベヤを作成する。

【0081】

本発明のさらなる実施形態では、ノズル収容要素３０２は、吐出オリフィス３０３の近くの一部分に少なくとも第１の表面エネルギーを有するように構成され、ノズル収容要素３０２は、前記第１の表面エネルギー部分に隣接する位置に、少なくとも第１の表面エネルギーとは異なる第２の表面エネルギーを有するようにさらに構成される。

【0082】

好ましくは、異なる表面エネルギーを有する領域は、ノズルウェル内に、形成された導管に沿って位置する。異なる表面エネルギーの前記領域は、半円形の形状に幾何学的に構造化されている。

【0083】

この構造は、上述されたように、ラチェットコンベヤリングと呼ばれるプロセスを介して、液体材料吐出方向に本質的に垂直な第１の方向に輸送される前記吐出オリフィスの周りに存在する材料の余分な蓄積を容易にする。

【0084】

輸送プロセスは、前記ノズル収容要素の下側に及ぼされる残留振動エネルギーを介して容易にされる。好ましくは、振動は、インクジェットプリントヘッド内部に存在するアクチュエータの作動力によって作成される。

【0085】

前記吐出オリフィスから低圧材料導管開口に向かってつながる第１の方向により、前記開口と直接接触する材料は、本質的に吸引を介して前記吐出オリフィスから離れるように輸送される。

【0086】

図６ａおよび図６ｂには、本発明の第４の実施形態が示されている。この実施形態では、導管形成要素１０１は、導管形成チャネル１０２の接合点に追加の貫通開口７０４を備える。前記導管形成要素１０１の下側は、細長い導管成形要素７０２を有する静止要素７０５の上部に配置される。

【0087】

導管成形要素７０２は、前記導管形成要素１０１の下側に挿入され、貫通開口７０４と本質的に位置合わせされる。導管成形要素７０２は、導管形成要素内の導管を再成形するために、かつ導管形成要素の下側に向かって貫通開口を閉鎖するために、前記貫通開口を通っている。

【0088】

この実施形態では、導管は、要素ごとに複数の接続点を有する相互接続ネットワークを形成する。細長い導管成形要素７０２が貫通開口に挿入されていないとき、導管は、方向転換導管７０３を使用して単一の連続した流体導管をさらに形成している。

【0089】

細長い導管成形要素７０２が前記貫通開口に挿入されると、特定の連続流体導管内の圧力差を増大させ、それによって残留材料がはるかに効果的に洗浄されることを可能にするために、適切な入口コネクタ（図示せず）を介して真空コネクタ７０１への直接接続を得ることができる。

【0090】

この実施形態は、速乾性、水性、および／または溶媒系インク／懸濁液を伴う用途に特に適している。

【0091】

上述された入口コネクタは、好ましくは、蒸気または液体を単一の連続流体導管に送達するように構成される。

【0092】

図６ａおよび図６ｂに示された実施形態に関して、相互接続された導管システム内の最大圧力差では容易に除去することができない、前記相互接続された導管システム内に存在する追加の材料の除去が問題となり得る。複数の接続を有するネットワークを単一の接続された導管に本質的に変換する前記導管の再成形は、前記単一の導管の１つの端部へのはるかに大きい濃度の負圧を可能にし、それによって残留材料が効果的に除去され得るまで圧力差が増大する。さらに、この構成では、前記単一の導管内の余分な除去しにくい材料を洗い流すために、洗浄液が導入される場合がある。

【0093】

図７には、臨界ノズルフラッディング事象が示されている。ノズルフラッディング事象が発生すると、除去されていない余分な材料４０１の大きいペンダントドロップの存在に起因して、液体材料の吐出が妨げられる。低圧導管２０１は、前記余分な材料を除去するために、周囲圧力および／またはけん引力に関して十分大きい圧力差を生じさせていない。

【0094】

図８は、本発明の第５の実施形態の断面図を示す。本発明の第５の実施形態では、ノズル収容要素の下面は、導管形成要素の下面と本質的に同じ高さになるようにノズルウェルの領域内で延在する。そのような配置では、導管開口１０５は、延長されたノズルウェルに本質的に隣接し、前記導管形成要素の下面から前記導管２０１にさらに接続する。

【0095】

この構成では、ノズル開口にごく近接して、延長されたノズル収容要素と貫通開口１０３との間に二次開口（１０８）が画定される。二次開口は、余分な材料の除去を可能にする。ペンダント液滴が十分なサイズに達し、１つまたは複数の二次開口を本質的に覆うと、材料は二次開口を通って除去される。

【0096】

本発明の上記の実施形態で対処される問題は、余分な材料の輸送を容易にすることができないときに、ノズルウェル領域から材料を除去するのを助けるために、ワイパおよび他の外部システムなどの洗浄要素とのノズル収容要素の下面のアクセスに関する。この実施形態は、それにより、凝固している、かつ／または上述された本発明の他の実施形態の範囲内で除去することが不可能な材料のより効果的な除去を可能にする。

【0097】

上記に記載および例示されているものは、いくつかの変形形態とともに本発明の実施形態である。本明細書で使用される用語、説明、および図は、例示のみを目的として記載されており、限定を意味するものではない。当業者は、以下の特許請求の範囲およびそれらの均等物によって定義されることが意図された本発明の範囲内で多くの変形が可能であり、特に明記しない限り、その中のすべての用語はそれらの最も広い合理的な意味を意味することを認識されよう。

【図1a】

【図1b】

【図2a】

【図2b】

【図3】

【図4a】

【図4b】

【図4c】

【図5a】

【図5b】

【図6a】

【図6b】

【図7】

【図8】

【国際調査報告】