Brevet FR2782945A1 — publié le 20000310

RACLE CAPILLAIRE A INJECTION SURFACIQUE POUR LA SERIGRAPHIE DE PRODUITS LIQUIDES L'objet de la présente invention est une racle capillaire à injection surfacique pour la serigraphie de produits liquides à liquides visqueux à travers les ouvertures d'un écran de sérigraphie. Cet organe est adaptable sur le dispositif qui fait l'objet de la demande FR 96.12671 par le même déposant ou tout autre dispositif existant à réservoir incorporé dans lequel une pression peut être ajustée. Le dépot de produits liquides sur une surface se fait par pulvérisation, par trempage, ou à la brosse lorsqu'il n'y a pas de zones complexes à protéger. Dans le cas 0 contraire, c'est à dire si il y a des zones complexes à protéger, il est fait appel au procédé sérigraphique. En premier lieu le procédé serigraphique consiste en un écran ou masque de sérigraphie fait généralement à partir d'une toile en materiau synthétique ou en métal inoxydable. Cet écran de sérigraphie est réalisé de telle manière qu'il présente des zones obturées et des zones ouvertes correspondantes aux dessins dont on désire la reproduction. En deuxième lieu l'écran de sérigraphie est appliqué sur la surface à serigraphier et une racle inclinée simultanément appuyée et déplacée dans une direction parallèle à l'écran oblige le produit liquide à traverser les zones ouvertes du masque. Les racles sont généralement constituées soit par un profilé en caoutchouc plus ou moins dur, soit par des lames en acier inoxydable. Dans tous les cas, la force de transfert imprimée au produit dépend de l'angle formé entre le plan du masque et la face active de la racle. La force de transfert sera d'autant plus grande que cet angle de raclage sera faible. Quant aux masques, ils peuvent être fait à partir d'une maille tissée en acier inoxydable, en polyester ou en soie ou encore il peut s'agir d'un pochoir. Ces masques peuvent être soit plans, soit cylindriques dans le cas de la sérigraphie en continue. La sérigraphie, telle que décrite précédemment est un procédé très ancien mais qui présente un certain nombre d'inconvénients comme par exemple la modification de rhéologie du produit à transférer en cours de travail, soit par évaporation de solvants contenus dans le produit, soit par interaction avec le milieu ambiant. Cette modification de rhéologie se traduit par une obligation de réajuster les paramètres de travail ou de remplacer le produit altéré par du produit de bonne qualité. Un autre inconvénient découle du fait que la force de transfert exercée sur le produit est difficilement maîtrisable, en effet le contrôle de l'angle de racle n'est pas suffisant car la force de transfert est interdépendante de la vitesse de raclage, de la quantité de produit qui se situe devant la racle ainsi que de la rhéologie du produit qui est elle- même variable en cours de travail comme cela a été expliqué plus haut. De plus, comme la force de transfert maximum applicable est faible, il en découle que la vitesse maximum de raclage ainsi que le débit du produit sont limités également. Pour s'affranchir en partie de ce manque de maîtrise de la force de transfert, on peut avoir recours à une opération de nappage qui consiste à étaler le produit de façon uniforme sur la surface du masque et ainsi de le mettre à disposition pour l'opération de raclage proprement dite. Si cette opération supplémentaire améliore la qualité de sérigraphie, elle présente la contre partie de mettre en contact avec le 1o milieu ambiant une grande surface de produit, ce qui génére des modifications rapide de rhéologie par évaporation des solvants contenus dans le produit. Afin de corriger les problèmes de modification de rhéologie et de mauvaise maîtrise de la poussée de transfert, un certain nombre de dispositifs ont été proposés. Ces dispositifs consistent tous à confiner le produit dans une chambre et à l'expulser sous pression par une fente de distribution très étroite en contact avec le masque. Les brevets WO 96/2008 et US 4,622,239 décrivent des dispositifs de ce type adaptés au transfert de produits pâteux tels que des crèmes à braser. Ces dispositifs ne s'appliquent pas au transfert de produits liquides de viscosité faible à forte car l'étanchéité assurée par les membres qui délimitent la fente de distribution n'est pas efficace du fait qu'il s'agit d'une fente très large et que par conséquent, chaque fois que le dispositif est séparé du masque, par exemple pour un changement de série, le produit contenu dans le dispositif va s'en écouler, d'o des pertes de produits importantes. La demande de brevet FR 96.12671 du même déposant que la présente invention propose un autre dispositif avec une étanchéité améliorée mais là encore des fuites importantes de produit ont été observées dès que l'on cherche à transférer des produits liquides et dans ce cas également le produit contenu entre les éléments d'étanchéité s'écoule du dispositif lorsqu'on le sépare du masque. Cette invention est d'ailleurs limitée à l'application des produits pateux tels que des crèmes à braser. Les brevets: - US 3,921,521 - US 4,023,486 - GB 1,433,957 -DE 2,250,092 font également état de dispositifs fermés pour le transfert qui cette fois sont dédiés aux produits liquides, mais là encore tous ces dispositifs présentent une chambre de distribution délimitée en partie basse par les membres d'étanchéité formant une fente étroite et fermée par le masque de sérigraphie, ce qui implique un écoulement du produit contenu dans cette chambre lorsque ces dispositifs sont séparés du masque. Dans tous les brevets précédemment cités on constate en particulier des fuites de produit dans les zones du masque qui ne sont pas soutenues par le substrat comme par exemple sur les côtés lorsque ce dernier est moins large que la longueur de la fente de distribution de produit ou encore en début ou en fin de raclage lorsque l'on change le substrat sérigraphie par un substrat neuf. Toutes ces fuites quelque soit leur cause sont particulièrement néfastes, car non seulement elles génèrent des pertes de produit importantes mais de plus elles peuvent perturber la qualité des dépôts. En effet lorsque ce produit exposé à l'air ambiant se retrouve de façon aléatoire à la surface du masque et est donc transféré involontairement sur le substrat lors d'une sérigraphie ultérieure, cela peut conduire à des dépôts qui manquent de précision ou de mauvaise qualité. De plus l'excès de produit sur le masque provoque des temps d'arrêt prolongés pour le nettoyage et pose des problèmes d'hygiène et de sécurité pour le personnel qui est en contact avec les produits, particulièrement avec les encres à base de solvants très volatils et dangereux tel que le toluène. La présente invention permet de remédier aux différents problèmes liés aux dispositifs de transfert de l'art antérieur. Suivant le dispositif objet de la présente invention on dispose entre le réservoir fermé qui contient le produit à transférer, et le masque de sérigraphie un organe appelé racle capillaire à injection surfacique. Dans les organes de transfert classiques, afin de limiter au maximum l'écoulement naturel du liquide à déposer il faut resserrer au maximum la fente de distribution formée par les lèvres, de ce fait pour assurer un débit convenable il faut augmenter considérablement la pression sur le produit, ce qui est localement néfaste en particulier pour la durée de vie de l'écran et vis à vis de l'efficacité de l'étanchéité. L'invention consiste en un moyen d'utiliser l'effet capillaire pour éviter l'écoulement naturel du produit, associé à une fente de distribution très large dont la surface de contact avec l'écran de sérigraphie très importante, représente le lieu d'injection afin de réduire la pression à exercer sur le produit tout en augmentant le débit. Selon une première caractéristique de l'invention cette racle capillaire à injection surfacique présente une résistance à l'écoulement (capillarité) suffisamment importante pour que le produit à transférer ne s'écoule pas du dispositif lorsque ce dernier est séparé du masque de sérigraphie et que le produit n'est pas sous pression. La résistance à l'écoulement (capillarité) de l'élement capillaire pourra être ajustée en fonction de la viscosité du produit à transférer. Selon une autre caractéristique de l'invenffon la racle capillaire à injection surfacique présente une perméabilité conforme aux besoins de l'application, c'est à dire que le débit du produit sous pression à travers la racle capillaire à injection surfacique est adaptable en fonction de la gamme de vitesse de sérigraphie souhaitée, de la nature du substrat et de la viscosité du produit à transférer. Etant entendu que le débit à travers la racle capillaire à injection surfacique est également ajustable par le réglage de la pression appliquée au produit dans le réservoir. Selon une autre caractéristique de l'invention la racle capillaire à injection surfacique présente un volume disponible occupé par le produit qui décroît si la force d'appui exercée pour pousser le dispositif en contact avec le masque augmente et qui croît si la force d'appui est diminuée. De cette façon le liquide résiduel qui se situe au niveau de la surface de distribution sera réaspiré par dépression en fin de raclage ou au moment de la séparation du dispositif et de l'écran. Selon une autre caractéristique de l'invention la racle capillaire à injection surfacique présente sur l'avant et sur l'arrière, deux lèvres d'étanchéité inclinées en opposition qui ont pour fonction de racler l'excédent de produit et ainsi de le confiner à l'interieur du dispositif Des blocs d'étanchéité disposés de part et d'autre du dispositif permettent d'éviter les fuites de produit sur les extrémités de la racle capillaire à injection surfacique. Selon une autre caractéristique de l'invention la racle capillaire à injection surfacique est suffisamment souple pour se conformer aux variations de hauteur liées aux irrégularités du substrat ou du masque et ainsi de permettre aux organes d'étanchéité qui délimitent la surface de distribution d'assurer leur rôle de raclage de l'excédent. Selon une autre caractéristique de l'invention la racle capillaire à injection surfacique est un module indépendant, qui peut être monté sur un dispositif de transfert comprenant un réservoir pressurisable. Selon une autre caractéristique de l'invention l'ensemble des pieces constitutives de la racle capillaire à injection surfacique résistent chimiquement aux produits utilisés ainsi qu'aux solvants de nettoyage susceptibles d'être mis en oeuvre pour le nettoyage du dispositif de transfert. La description ci-après donne deux formes de réalisation de l'invention, données à titre d'exemples non limitatifs et illustrées pat, les dessins permet une meilleure compréhension et met en évidence d'autres caractéristiques de l'invention: - la figure 1 représente en coupe la sérigraphie traditionnelle à l'aide d'une racle selon l'art antérieur. - la figure 2 représente en coupe un dispositif de sérigraphie de produit pateux selon la demande de brevet 96.12671 du même inventeur. - la figure 3 représente en coupe, la racle capillaire à injection surfacique selon la présente invention. - la figure 4 représente une vue en perspective de la racle capillaire à injection surfacique. - la figure 5 représente en coupe une variante de la présente invention. - la figure 6 représente la variante selon une vue en perspective. En figure 1 est représentée la mise en oeuvre d'une sérigraphie à l'aide d'une racle 3 d'un produit 4 à travers un masque 2 sur le substrat 1. Lorsque la racle qui est inclinée d'un angle a par rapport à la surface du substrat se déplace dans la direction E, elle imprime une force perpendiculaire à l'arête de la racle sur le produit dont uniquement la composante verticale T appelée poussée de transfert permet de transférer le produit à travers le masque. Une diminution de l'angle d'inclinaison ac permet de faire augmenter cette poussée de transfert mais la valeur maximale reste faible, ce qui limite par la même occasion le débit du produit à travers le masque et donc la vitesse maximum de sérigraphie possible. De plus, il apparaît clairement en figure 1 que le produit qui est sur le masque est exposé à l'air libre et est donc sujet à interaction avec le milieu ambiant ce qui génère un vieillissement prématuré du produit et donc des pertes importantes de ce même produit. En figure 2 est représentée une technique de transfert direct de produit pateux à travers un masque inventé par le même déposant. Ici le produit 4 contenu dans le réservoir constitué par la membrane souple 5 et l'ensemble 9, est transféré sur le substrat 1 à travers le masque 2. La force F1 pousse le dispositif contre le masque et de ce fait génère un contact étanche entre les organes ou lèvres d'étanchéité 6a et 6b et le masque. Les lèvres sont fixées sur l'ensemble 9 par le biais des pièces 7. Lorsque le dispositif est soumis à un mouvement relatif par rapport au masque dans la direction E, o10 la poussée de transfert générée par la force F2 sur le piston 8 expulse le produit 4 par la surface de distribution 10 délimitée de part et d'autre par les lèvres 6a et 6b. Ce type de dispositif est particulièrement adapté au transfert de produits pâteux tels que les crèmes à braser ou les colles epoxy ayant une viscosité supérieure ou égale à 1000 poises. En effet pour des viscosités aussi importantes le produit ne s'écoule pas naturellement du dispositif même lorsque ce dernier est séparé du masque à condition que la force F2 sur le piston soit nulle. Par contre, ce type de dispositif n'est pas utilisable pour le transfert des produits liquides. Non seulement l'étanchéité n'est pas suffisamment efficace sur les extrémités et dans les zones o le masque n'est pas soutenu par le substrat mais aussi le produit s'écoule librement du dispositif soit lors de la mise en place de ce dernier, soit lors de la séparation avec le masque, mais également au repos si les lèvres n'épousent pas parfaitement la surface du masque. La figure 3 montre une forme de réalisation de la présente invention. Elle consiste à interposer un élément autonome appelé racle capillaire à injection surfacique entre le réservoir constitué par la membrane souple 5 et l'ensemble 9 contenant le produit à transférer et le masque. La racle capillaire autonome à injection surfacique est fixée sur l'ensemble 9 à l'aide des vis 17. La racle capillaire à injection surfacique intègre un élément capillaire constitué d'un profilé 13 élastiquement déformable par exemple du silicone RTV 71557 de Rhône Poulenc et d'une maille 12 fixée sur le profilé 13 et qui présente des orifices 14 d'alimentation de produit, uniformement repartis dans la zone de ditribution 10, qui débouchent côté masque dans un lamage 11. La maille 12 a pour fonction de mettre en communication tous les orifices 14 et d'homogénéiser la pression du liquide à transférer sur toute la surface 10 du masque en regard avec le lamage. La trame de la maille 12 peut être ajustée en fonction de la viscosité du produit à transférer. On choisira une maille avec des taux d'ouvertures d'autant plus faible que le produit aura une viscosité faible. Dans tous les cas, l'ensemble des ouvertures 14 et de la maille 12 présente une résistance à l'écoulement (capillarité) suffisante afin que le produit ne puisse pas s'écouler librement du dispositif lorsque ce dernier est séparé du masque et que la force F2 est relâchée. L'ensemble des orifices 14 et le taux d'ouverture de la maille 12 doit permettre un débit de produit soumis à la pression dans le réservoir conforme à la vitesse de sérigraphie visée et à la nature du substrat à impçimer. Sous l'action de la précontrainte F1, le profilé élastique s'écrase de telle sorte que les organes d'étanchéité 6a et 6b disposés autour de la surface de distribution 10 puissent se conformer aux variations de hauteurs et épouser le masque de façon intime afin d'éviter les fuites. Cet écrasement remplit également une autre fonction. En effet sous l'action de la précontrainte F1, le volume disponible à l'interieur de la racle capillaire à injection surfacique et occupé par le produit 4, déterminé par les orifices 14 et le lamage 11, diminue et inversement augmente lorsque la précontrainte est relâchée comme ceci peut être le cas pendant un temps d'arrêt ou entre deux sérigraphies. Par conséquent dans ce dernier cas de figure, le produit qui se situe au niveau de la surface de distribution est réaspiré dans le réservoir et ainsi ne peut s'échapper du dispositif Les matériaux des différentes pièces constitutives de la racle capillaire à injection surfacique peuvent être adaptées en fonction de l'application et de leur résistance chimique au produit à transférer. Ainsi afin d'éviter une usure prématurée de l'écran ou de la maille 12 pour des écrans de sérigraphie à mailles en soie, en polyester ou en acier inoxydable, le choix de la maille 12 se portera de préférence sur une maille de même nature. Le profilé 13 est collé sur une plaque support 18 rigide qui ferme le réservoir et qui supporte le profilé 13 afin qu'il ne fléchisse pas en son milieu. La plaque 18 présente également des orifices de passage de produit 15 en regard des trous 14 dans le profilé 13. La figure 4 est une vue en perspective de la racle capillaire à injection surfacique évoquée en figure 3. Le lamage 1 1 qui contient la maille 12 ne s'étend pas sur toute la longueur de la racle capillaire à injection surfacique afin que le produit ne puisse pas s'échapper par les deux extrémités. Il est à noter que la racle capillaire à injection surfacique se présente comme un module indépendant qui peut se monter sur le réservoir d'un dispositif de transfert direct. En figure 5 est représentée en coupe une variante de réalisation possible du dispositif selon la présente invention. Dans le cas présent l'élement capillaire est constitué d'un profilé élastiquement déformable 16 en mousse à cellules ouvertes comme par exemple de la mousse polyuréthane qui présente à la fois une perméabilité suffisante pour que le débit du produit soit en adéquation avec le besoin de l'application lorsque l'on appuie avec la force F2 sur le piston 8 mais également une résistance à l'écoulement (capillarité) suffisante afin que le produit ne puisse s'écouler librement du dispositif lorsque celui- ci est séparé du masque et que la force F2 est relâchée. Comme dans le précédent mode de réalisation de l'invention, la racle capillaire à injection o10 surfacique présente un volume occupé par le produit qui varie selon la précontrainte F1 appliquée sur le dispositif de telle sorte que lorsque la pression est relâchée le produit qui se trouve aux alentours de la surface de distribution 10 est réaspiré à l'intérieur du dispositif Le profilé en mousse occupe tout le volume compris entre les lèvres 6a et 6b et la plaque support 18. En figure 6 est représentée une vue en perspective de la racle capillaire à injection surfacique telle que décrite en figure 5. La mousse à cellules ouvertes ne s'étend pas sur toute la longueur de la surface de distribution afin d'éviter les fuites latérales de produit. A chaque extrémité est disposé un profilé 19 en mousse à cellules fermées comme par exemple de la mousse silicone ou EPDM. Pour éviter tout risque de fuite de produit, les lèvres 6a et 6b ainsi que la plaque support 18 sont collées sur les profilés 19 ainsi la racle capillaire à injection surfacique constitue un module indépendant et interchangeable. L'interchangeabilité est particulièrement intéressante lorsque l'on souhaite changer de viscosité de produit ou de gamme de vitesse de sérigraphie, il suffit dans ce cas de changer la racle capillaire à injection surfacique en choisissant une mousse avec une dimension de cellules ouvertes adaptée au besoin de la nouvelle application. On peut également tirer avantageusement parti de l'interchangeabilité lors d'un nettoyage puisque celui-ci peut se faire en temps masqué si l'on dispose de deux racles capillaire à injection surfacique identiques. Une autre façon d'assurer l'étancheité à chaque extrémité de la racle capillaire à injection surfacique peut être réalisée en obturant les cellules ouvertes par exemple avec du silicone, qui peut être coulé dans la mousse afin de remplir les cellules, ainsi une seule mousse est nécessaire à la réalisation d'une racle à injection. Dans certains cas lorsque le masque et le profilé élastiquement déformable sont de nature différente et afin d'éviter une usure prématurée de la mousse ou du masque il est possible d'interposer une maille entre le profilé et le masque de telle sorte que la friction du dispositif sur le masque se fasse entre deux matériaux de même nature. La racle capillaire à injection surfacique est en contact avec le masque sur toute la surface de la fente de distribution de telle manière que le produit ne puisse pas s'accumuler dans une poche qui risquerait de se vider sur le masque lors d'un temps d'arrêt ou lors d'une séparation du dispositif du masque. Le dispositif selon l'invention est particulièrement adapté à la sérigraphie rotative ou plane de produits liquides à liquides visqueux sur toutes sortes de substrats. Fonctionnant de façon étanche, on évite toute interaction entre le produit et l'environnement extérieur, ce qui a pour conséquence d'augmenter la durée de vie des produits à transférer et à en limiter les pertes. Comme le produit est toujours en enceinte fermée, y compris lors des phases de séparation du dispositif du masque, les opérateurs n'y sont plus exposés ce qui améliore considérablement les conditions d'hygiène et de sécurité. De plus, pouvant agir de façon indépendante sur la poussée de transfert, il en découle donc que le débit de produit à travers la racle capillaire à injection surfacique devient ajustable il en découle donc qu'il devient désormais possible d'augmenter considérablement la vitesse de sérigraphie. Le dispositif selon l'invention peut s'adapter sur des dispositifs existants. A titre d'exemple non limitatif il peut s'adapter sur le dispositif PROFLOW qui est le nom commercial du produit qui fait l'objet de la demande de brevet FR 96.12671 ce qui a pour conséquence d'augmenter considérablement le champ d'application possible de ce produit Cette invention va notamment s'appliquer à des secteurs industriels utilisant déjà la sérigraphie pour le dépot de produits liquides: imprimerie, fabrication d'affiches, décoration (carrelages, émaux, textiles...), industrie du verre, automobile.... Quelque soit l'equipement sur lequel la racle capillaire à injection surfacique est adaptée, le produit liquide est disposé dans un réservoir pressurisable ouvert du coté du masque par une surface de distribution de dimension adaptée à la largeur du substrat sur lequel le dépot est à réaliser; le dit réservoir solidaire de la racle à injection surfacique est monté sur une machine de sérigraphie et conjointement à la mise sous pression du liquide, l'ensemble constitué du réservoir pressurisable et de la racle capillaire à injection surfacique sont soumis à un mouvement relatif de translation par rapport au masque et est appuyé sur ce dernier. jee Il REVENDICATIONS 1) Racle capillaire à injection surfacique pour la réalisation de dépots par sérigraphie d'un produit liquide à liquide visqueux sur un substrat à travers les ouvertures d'un masque reposant sur le dit substrat; le produit liquide étant disposé dans un réservoir pressurisable ouvert du côté du masque par une surface de distribution de dimension adaptée à la largeur du substrat sur lequel le dépôt est à réaliser; le dit réservoir solidaire de la racle capillaire à injection surfacique est monté sur une machine de sérigraphie et conjointement à la inise sous pression du liquide, l'ensemble réservoir plus racle capillaire à injection surAcique est soumis à un mouvement relatif de translation par rapport au masque et est appuyé sur ce dernier; caractérisée en ce que: - entre le dit réservoir et le masque est interposé une racle capillaire à injection surfacique qui intègre un élément capillaire 13 et 12 ou 16 et présente une résistance à l'écoulement plus ou moins importante qui empêche l'écoulement du liquide du réservoir lorsqu'il n'est pas sous pression et qui le permette lorsqu'il est sous pression. - la dite racle capillaire à injection surfacique est fermée sur la partie avant et la partie arrière par des lèvres d'etancheité 6a et 6b inclinées en opposition. 2) Racle capillaire à injection surfacique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la dite racle à injection surfacique accepte les déformations élastiques afin que les lèvres d'étanchéité 6a et 6b épousent les variations de hauteur. 3) Racle capillaire à injection surfacique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dite racle capillaire à injection surfacique contienne un volume disponible de produit 4 qui augmente lorsque l'on relâche l'appui sur la dite racle capillaire à injection surfacique et qui diminue lorsque l'on appuie sur la dite racle à injection. 4) Racle capillaire à injection surfacique selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élement capillaire de la racle à injection surfacique est constitué d'un profilé élastiquement déformnable 13 et d'une maille 12. ) Racle capillaire à injection surfacique selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élement capillaire de la racle à injection surfacique est constitué par une mousse à cellules ouvertes élastiquement déformable. 6) Racle capillaire à injection surfacique selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'ensemble de ses constituants sont chimiquement inattaquables par le produit 4. 7) Racle capillaire à injection surfacique selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élement capillaire de la racle à injection surfacique est en contact avec le masque sur toute la surface d'injection 10. 8) Racle capillaire à injection surfacique selon la revendication 5, caractérisée en ce que la mousse à cellules ouvertes et élastiquement déformable est localement obturée aux deux extrémités avec du silicone. -' 9) Racle capillaire à injection surfacique selon la revendication 5, caractérisée en ce que les organes d'étanchéité des deux extrémités de la racle capillaire à injection surfacique sont constitués par une mousse élastiquement déformable à cellules fermées. ) Racle capillaire à injection surfacique selon l'ensemble des revendications I à 9 caractérisée en ce qu'elle constitue un module indépendant pouvant être monté sur un dispositif de transfert comprenant un réservoir préssurisable.