Industrial Revolution with Inkjet !

先週、薄膜プリントヘッドを使用した Xaarの最近の歴史について書きましたが、今回の 2回目の記事では、Xaarの CEOである John Millsが、同社のコアバルクピエゾテクノロジーに集中する計画について説明します。

Millsは、古い Xaarに一線を画し、新しいコーポレートブランドを発表し、純粋にプリントヘッドベンダーとして会社を再編し、Xaarの現在のテクノロジーを第 2世代または ImagineXとして特徴付けようとしています。彼は次のようにコメントしています。「第 1世代のテクノロジーは、30年間の製品開発を支えてきました。これには、3つおきのノズルの共有壁が含まれ、速度が 35kHzに制限されていました。水性インクを印刷できず、プラスチックのノズルプレートを使用していました。」

ImagineXはこれらの欠点に対処しますが、これは根本的に新しいアプローチではなく、Xaarの元のバルクピエゾテクノロジーの進化形と見なす必要があるでしょう。Xaarのテクノロジーに根本的な欠陥があった場合、Xaarは 30年以上存続しなかったのはずで、それはそれで良いことです。長年にわたる経営はまったく別の問題ですが、テクノロジー自体は機能しており、ImagineXは一連の賢明な改善を表しています。

バルクピエゾとは、PZT（ジルコン酸チタン酸鉛）の大きなブロックが出発点であることを意味します。この PZT素材にはピエゾ結晶が含まれており、電荷を加えると形状が変化し、インクをノズルから押し出すような動きを生み出します。対照的に、薄膜ヘッドは、高価な PZT材料の使用量が少なく、シリコン MEMS製造プロセスと組み合わせれば、ノズルアレイを緊密に詰めることができます。Mills氏が冒頭で述べたように、薄膜は水性インクを高解像度で高速に噴射するのに非常に適しています。しかし、一般的にはバルクピエゾの方が粘度が高く、粒子径が大きい流体の噴射に適しています。あるいは陸上競技の例えを借りると、薄膜は 100m走のスプリンターのようなものですが、バルクピエゾは長距離ランナーのようなものと言えるかもしれません。

バルクピエゾ技術を使用しているプリントヘッドベンダーは Xaarだけではありません。しかし、ミルズ氏は、Xaarは、共有壁アーキテクチャのおかげで、京セラやリコーなどの他のベンダーとは異なるアプローチを取っていると指摘しています。Millsは、いくつかの制限があることを認めています。「チャネルの端がその隣のチャネルに接続されているため、3つに 1つのノズルしか発射できず、チャネル間でクロストークが発生してしまいます。」

Mills氏は、これらの制限があるからこそ、他のベンダーは異なるアーキテクチャを持っていると言いますが、次のように付け加えています。”一般的なコンセンサスは、他のすべてのベンダーが同じ構成に移行しているということですが、彼らが抱える課題は、インクが焼成室に入り込んでしまい、出口がないということです。発射室にインクが詰まってしまうとどうすることもできませんが、Xaarではそのようなことはありません。他のベンダーは、バルクピエゾの設計を Xaarに追いつくために単純に適合させることはできないと言います。”他のベンダーは、我々が行ったことを効果的にコピーするために、アーキテクチャを完全に再設計しなければなりません。

ImagineX

ImagineXは、機能の集合体と表現しても良いでしょう。これらの多くはまだ開発中であり、完全に実現するまでに5年かかるものもあります。

明らかな出発点は、XaarのTFまたはスルーフロー技術であり、これは新しいものではありませんが、ImagineXのコンセプト全体を支えています。これは、流体がノズルに直接向かうのではなく、ヘッドの周りを循環し、ノズルの背面を通過することで、気泡や粒子がノズルを塞ぐことがないようにするための全体的な構造を説明しています。これにより、平均的なノズル開放時間よりも長いノズル開放時間を実現しています。

もう 1つの既存の機能は、異なる印刷モードを使用して各パスでより多くのインクを置く方法であるハイレイダウンです。これは、ニス層の塗布などの特定のアプリケーションや、一部の 3Dプリンターで特に役立ちます。Mills氏は次のように説明しています。「効果的に、ドロップサイズを 5ピコリットルから 7ピコリットルに変更するだけでなく、インクの量を 5倍以上という規模で変更することができます。したがって、モードを変更し、同じヘッドを使用して、たとえば白いレイヤーを塗布することができます。」

Xaarはまた、標準モードでは最大65センチポイズ（cP）、ハイレイダウンモードでは100センチポイズ（cP）までの高粘度流体に対応できるように取り組んできましたが、これはMills氏が「工業用印刷に有用」と述べている通りです。このように高粘度の液体を扱う能力は、スルーフロー機能に由来しています。インクはノズルから噴出するのに十分な流動性が必要なため、粘度はほとんどのインクジェット印刷にとって大きな制限となります。ほとんどのバルクピエゾヘッドの粘度は約 25cP に制限されていますが、多くの薄膜プリントヘッドは 10cP 以上の粘度レベルで苦労しています。しかし、多くの産業用アプリケーションでは、より高い顔料負荷などの特定の機能を持つ液体を必要とし、それが高粘度レベルに向かう傾向があるため、これはかなりの利点です。

Xaar はまた、Mills 氏が説明するように、印刷速度の高速化にも取り組んでいます。「Xaar社は、より高速な印刷速度にも取り組んでいます」とMills氏は説明しています。ちなみに、どちらもまだテスト中ですが、48kHzの場合、Xaarの現在の 35kHzよりも 40%高速化され、57kHzの場合は60%高速化されます」と Mills氏は説明します。

Mills氏は付け加えて「私たちは Xaarヘッドがすべての滴を印刷できるようにする方法を見つけたので、3つ目のノズルごとに印刷するのではなく、1つのノズルごとに同時に印刷できるようになりました。これはまだ開発中であり、市場に出るまでには数年かかると思われますが、Xaar社の印刷速度を 3倍にすることができるようになるので、大きな改善です。」

Xaar社はまた、新しい圧電材料と構造プロセス（その多くは薄膜圧電ヘッドの研究から生まれたと思われます）の結果、共有壁の解像度が 2倍になり、1列あたりのネイティブ解像度が 180npiから 360npiに向上し、1440npiのプリントヘッドが可能になりました。これもまだ開発中で、数年先になるかもしれません。

これらの新しい材料と新しい製造プロセスにより、Xaarはヘッドの動作温度を 200℃まで上昇させることができ、Xaarヘッドが噴射できる液体の範囲をさらに広げることができました。ここでの利点は、粘性のある液体を噴射する方法の 1つは、液体を加熱して粘度を下げることであるため、印字ヘッドでより高い温度で作業できることが、Xaar社がこのようなより高い粘度の液体を噴射できる 1つの方法であると Mills氏は述べています。”ミルズ氏は次のように述べています。「さらに高い温度にまで昇温することができれば、印刷できる材料の範囲が大幅に広がり、3Dプリントで使用できる材料セットを拡張するためのヘッドには本当に関心が寄せられています。」

Xaar社はまた、ノズルプレートの作成にプラスチックを使用しないようにしています。ミルズ氏は説明します。”プラスチック製のノズルプレートは多くの分野で非常に有効ですが、一部の市場ではノズル技術がステンレスやシリコンに移行し、Xaar社の技術が取り残されています。私たちはガラスベースやシリコン製のノズルプレートの技術を持っていますが、それらを製品群全体に導入する予定です。ミルズ氏によると、これはまだ開発中の段階ですが、これによりXaar社はノズルの形状を変更したり、大幅に長い投射距離を可能にする新しいシリコンノズルプロファイルを開発したりすることができました。これは、最終的にはコーディングやマーキングアプリケーションに役立つでしょう。

水性および顔料インク

Xaarが苦しんできたもう一つの大きな問題は、水性インクを使用できないことで、他の分野の中でも繊維印刷の成長がXaarを完全に追い越してしまったことです。ミルズ氏は、水性インクは導電性があることを指摘し、インクにさらされた電極の内部に問題が生じると言います。彼は次のように付け加えています。”私たちは現在、プリントヘッドの製造方法を変更し、水性流体でプリントヘッドを駆動できるようにしました。水性インクで動作するヘッドもありますが、現在は市場に出す前に完全にテストするためにベータパートナーを探しています。

Mills氏は、顔料インクへの関心が高まっているが、顔料インクでヘッドを動かすのは難しいかもしれないと言います。彼は次のように述べています。「懸濁液を維持して凝集を停止する必要がある場合は、非常に安定した懸濁液が必要です。Xaarヘッドを使用すると、詰まる可能性がないため、溶存酸素から気泡が形成されたり、顔料が凝集したりする場合は、プリントヘッドまたは速乾性インクを使用しているため、ノズルの開放時間に問題があります。スルーフローテクノロジーにより、これらの問題をすべて解決します。」

彼は次のように付け加えています。「高解像度、高速のヘッドが必要で、染料ベースの水性インクがあれば、京セラを購入してください。一日中素晴らしいのですが、粘度が 40cPと高く非常に速く乾く着色インクは、地球上に敵はいません」

Mills氏は次のように続けています。「テキスタイル用の新しい速乾性顔料ベースインクを作成したテキスタイルのインク会社がいくつかあります。彼らは、オープンタイムが長くなるため、そのインクから最高のパフォーマンスを引き出すために Xaarヘッドが必要であると結論付けました。また、ヨーロッパの主要 OEMの 1つは、Xaarプリントヘッドをベースにしたこのインクを使用して、テキスタイル向けのさまざまな製品の構築を検討しています。」

「テキスタイルインクの最大の課題は、ノズルのオープンタイムを確保するために、インクに保湿剤を入れる必要があるため、基材上のインクを乾燥させるのに負担がかかることです。また、インクに保湿剤が大量に含まれている場合は、インクを乾燥させるためにマシンの速度を落とす必要があります。これにより、保湿剤がマシンの出力に直接影響しますが、同じノズルのオープン時間を達成できる場合は、インクに含まれる保湿剤は、Xaarのヘッドでは減らすことができます。これは、インクをノズルの後ろに直接流しているため、保湿剤を減らして、より高速で消費電力の少ないマシンのように使用できるようになります。したがって、テキスタイルで顔料ベースのインクが増える傾向にあるため、特にそのテキスタイル分野で、水ベースの市場に強力な価値提案があると考えています。」

彼は、Xaarがこれに自信を持つのに 12〜18か月かかると見積もっており、次のように説明しています。「ラボでは、非常に見栄えの良い複数のヘッドが数千時間インクを実行しています。しかし、私たち全員が知っているように、ラボで行うことと現実の世界で行うことには大きな違いがあるため、製品を発売する前に、まず現実の世界でそれを確認します。そのため、いくつかの OEMとそのインク会社が協力して、発売前に完全にテストしています。」

纏めると、これらのイニシアチブはすべて、Xaarをゲームに戻すのに十分なはずです。しかし、これらの機能のほとんどは Xaarの既存のバルクピエゾテクノロジーの賢明な進化であるように見えるので、明らかな問題はそれらがどこから来たのかということです。

Mills氏は「スピードという点では、私たちが持っている技術がすべてでした。この 9ヶ月の間に開発したものもありますが、大部分は薄膜技術から生まれたもので、その能力から生まれたものが非常に多いです。しかし、過去10年以上に渡って、人々の引き出しの中にあったもののもあります。」

Mills氏は、Xaar社がどのような技術を取得したかについては、次のように語る以外には口を閉ざしました。「それは、解像度、印刷可能な解像度、そして水性プリントヘッドに到達するためのいくつかの助けになっています。

新規顧客

Xaar社は今年に入ってから 30社の新規顧客を獲得しており、Mill社のアプローチは明らかに成功しています。その多くはガラス印刷の顧客だと言います。「ガラスインキはセラミックインキよりも難易度が高いため、ガラス印刷に参入している大手 OEMのほとんどが Xaarヘッドを使用していることがわかりました。もう一つの分野はエレクトロニクスです。現在、人々が日常的に使用している電子機器の中には、Xaarプリントヘッドで印刷された部品や、Xaarプリントヘッドで印刷された機能材料があるので、電子機器メーカーにとっては興味深いことでしょう。」

彼は、Xaarはまた、コーディングとマーキングの分野では相変わらず強力であるといいます。付け加えて「自動車関連の他の分野では、現在塗装や装飾が従来技法で行われている車の部品で、人々が代替としてインクジェットの使用を検討しています。ドアのトリムなどのインテリアパネルのようなものです」と Mills氏は述べています。

ミルズ氏によると、これらの顧客の中にはニッチな分野で仕事をしている人もいますが、ほとんどは工業用印刷に分類されると説明します。「彼らが Xaarを利用する理由は、難しいインクを印刷する能力があるからです。ですから、私たちがアプリケーションを検討しているときに、誰かがドアを通ってきて、あなたのプリントヘッドに本当に興味があり、本当に難しいインクを持っていると言ってきた場合、私たちはそのアプリケーションを勝ち取ることができると自信を持っています。もし彼らが 6cPの染料ベースの水性インクを持ってきたら、私たちは京セラやディマティクス・サンバに対抗することになりますが、その可能性は低いでしょう。ですから、私たちは競争上の優位性があると確信している分野に集中しています。」

ImagineXのコンセプトは、XaarをOEMと一緒に仕事ができる会社としてリブランディングすることを意味しています。ここで取り上げた機能のほとんどは、5601ヘッドでの作業と追加投資の恩恵を受けながらも、Xaarの既存の技術を論理的に進化させたものです。しかし、もし Xaar社がロードマップのさらなる進歩に従うことができれば、Xaar社は非常に強力な立場に立つことができるでしょう。Xaarが唯一の独立した大手プリントヘッドメーカーであることを考えると、これは工業製造業界にとっても良いことでしょう。

その一方で、最近発売された 2002プリントヘッドでは、すでに実を結んでいるこれらの機能のいくつかを見ることができます。ここではこの話を取り上げましたが、これには　Xaarのチューンドアクチュエーターや　AcuChpなど、ヘッドのプラグアンドプレイ実装を改善する他の技術も含まれています。

これまではプリントヘッドそのものだけを取り上げてきましたが、数日後に発表するこの記事の最後の部分では、ヘッドの周辺にある補助製品のいくつかと、今後の Xaarの全体的な戦略について見ていきたいと思います。

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