(57)【要約】  ウェブ基板を高速印刷又はコーティングするための回転装置が開示されている。印刷システムによって、軸の周りに表面速度ｖで回転可能なグラビアロール、及び該グラビアロールの内部に配置された流路であって、摩擦Ｐｆに起因して流路の全体を通して圧力低下が生じる流路が、提供される。流路は軸に対して距離Ｒｉｎで軸に略平行に配置されている。流路によって、流体蒸気圧Ｐｖ及び流体密度ρを有する流体の、グラビアロールの外部の第１の位置からグラビアロールのウェブ基板接触面までの流体連絡がもたらされる。ウェブ基板接触面は、軸に対して距離Ｒｏｕｔで配置されている。Ｒｉｎは、関係（Ｉ）から求められ、2016532588.tif 000024  ここで、Ｐｏｕｔ＝ウェブ基板接触面における流路の静圧である。
2016532588.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体をウェブ基板の表面上に印刷するための印刷システムであって、前記印刷システムは、軸の周りに表面速度ｖで回転可能なグラビアロール、及び該グラビアロールの内部に配置された流路であって、摩擦Ｐｆに起因して前記流路の全体を通して圧力低下が生じる、流路、を特徴とし、前記流路は、前記軸に対して距離Ｒｉｎで前記軸に略平行に配置され、前記流路によって、流体蒸気圧Ｐｖ及び流体密度ρを有する流体の、前記グラビアロールの外部の第１の位置から前記グラビアロールのウェブ基板接触面までの流体連絡がもたらされ、前記ウェブ基板接触面は前記軸に対して距離Ｒｏｕｔに配置され、前記Ｒｉｎは、次の関係、
【数１】
2016532588.tif 000020
から求められ、ここで、
Ｐｏｕｔ＝前記ウェブ基板接触面における前記流路の静圧である、印刷システム。
【請求項２】
【数２】
2016532588.tif 000021
を更に特徴とする、請求項１に記載の印刷システム。
【請求項３】
前記流体は前記ウェブ基板上に前記ウェブ接触面から与えられることを更に特徴とする、請求項１〜２のいずれか一項に記載の印刷システム。
【請求項４】
前記グラビアロールはその内部に第２の流路が配置されていることを更に特徴とし、前記第２の流路は、摩擦Ｐｆ２に起因して前記流路の全体を通して第２の圧力低下が生じ、前記軸に対して第２の距離Ｒｉｎ２で前記軸に略平行に配置され、前記第２の流路によって、第２の流体蒸気圧Ｐｖ２及び第２の流体密度ρ２を有する第２の流体の、前記グラビアロールの外部の第２の位置から前記グラビアロールの前記ウェブ基板接触面上の第２の位置までの流体連絡がもたらされ、前記ウェブ基板接触面上の前記第２の位置は、前記軸に対して第２の距離Ｒｏｕｔ２に配置され、前記第２の距離Ｒｉｎ２は、次の関係、
【数３】
2016532588.tif 000022
から求められ、ここで、
Ｐｏｕｔ２＝前記ウェブ基板接触面上の前記第２の位置における前記第２の流路の静圧であることを更に特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の印刷システム。
【請求項５】
【数４】
2016532588.tif 000023
を更に特徴とする、請求項４に記載の印刷システム。
【請求項６】
ロータリユニオンを更に特徴とし、前記ロータリユニオンによって、前記流体の、前記グラビアロールの外部の第２の位置から前記流路までの流体連絡がもたらされる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の印刷システム。
【請求項７】
前記流路はアスペクト比が少なくとも約２５：１であることを更に特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の印刷システム。
【請求項８】
前記印刷システムはユニボディ構造として設けられることを更に特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の印刷システム。
【請求項９】
前記印刷システムは、ＳＬＡ／ステレオリソグラフィ、ＳＬＭ／選択的レーザ溶融、ＲＦＰ／急速凍結プロトタイピング、ＳＬＳ／選択的レーザ焼結、ＳＬＡ／ステレオリソグラフィ、ＥＦＡＢ／電気化学的製造、ＤＭＤＳ／直接金属レーザ焼結、ＬＥＮＳ（登録商標）／レーザ加工ネットシェイピング、ＤＰＳ／直接フォトシェイピング、ＤＬＰ／デジタルライトプロセッシング、ＥＢＭ／電子ビーム加工、ＦＤＭ／溶融堆積製造、ＭＪＭ／マルチフェイズジェットモデリング、ＬＯＭ／薄膜積層法、ＤＭＤ／直接金属堆積、ＳＧＣ／固体下地硬化、ＪＦＰ／ジェットフォトポリマー、ＥＢＦ／電子ビーム加工、ＬＭＪＰ／液体金属ジェット印刷、ＭＳＤＭ／モールド定形蒸着製造法、ＳＡＬＤ／選択領域レーザ蒸着、ＳＤＭ／シェイプデポジション製造、それらの組み合わせなどからなる群から選択された技術によって製造されることを更に特徴とする、請求項８に記載の印刷システム。
【請求項１０】
前記印刷システムはその場で製造されることを更に特徴とする、請求項８に記載の印刷システム。
【請求項１１】
前記印刷システムは複数の部分として製造され、前記複数の部分のそれぞれは共に組み合わされて前記印刷システムを形成することを更に特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の印刷システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は内部供給式高速回転装置に関する。より詳細には、本開示は、回転装置であって、ウェブ基板に、回転装置内に位置する通路から供給される複数の流体のうちの１つの流体を高速印刷又はコーティングするために用いられる回転装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体及びコーティングを、移動するウェブ基板に回転装置から塗布することは望ましいと考えられる。このような流体及びコーティングを印刷などの目的のために選択的に移送することも望ましい。更に、流体を表面に選択的に移送することを透過性要素によって行なうことも望ましい。
【０００３】
例えば、スクリーン印刷では、流体を表面へ移送することが透過性要素を通して行なわれる。スクリーン印刷において移送されるデザインは、スクリーン内の開口部（スクリーンが形成されることにより配置される）を選択的に塞ぐことによって形成される。孔と流体粘性とのアスペクト比によって、スクリーン印刷によって塗布することができる流体タイプ、塗布速度、又は流体用量が限定される場合がある。
【０００４】
他の流体塗布の取り組みでは、焼結金属表面を移送要素として用いている。透過性のパターンは、要素中の孔を用いて形成される。これらの孔を概ね閉じることを、材料にメッキすることによって行ない、次に選択的に再び開くことを、所望のパターンを材料上に機械加工し、続いて要素の機械加工部分を化学的にエッチングして存在する孔を暴露することによって行なっても良い。このように、材料中に最初に形成されている孔に対応する透過性のパターンが形成され、そのパターンを用いて流体が選択的に移送される場合がある。焼結材料中の孔の性質は一般的に、孔がねじれているために孔の目詰まりが流体不純物によって起こりやすいというものである。流体の配置は、従来技術では、材料中に存在する孔又は開口部（選択的に閉じられるか又は概ね閉じられ、選択的に再び開けられる場合がある）に限定される。
【０００５】
グラビア印刷においても、流体を、移動するウェブ材料の表面に移送する方法が実現されている。印刷シリンダ表面に刻まれた一定の体積のセルを用いて、高品質で一貫性のある流体移送を長い実行時間に亘って確実に行なうことができる。しかし、与えられるシリンダは、ウェブ表面の単位面積当たりに可能な流量の範囲が限定されている。
【０００６】
「グラビア様」システムに対する更なる取り組みは、外面に別個のセルが配置されたロールを用いることに注力されている。別個のセルの各セルは、流体をロール内部の位置から受け取る。一般的に、流体を別個のセルに供給することは、ロール内部に配置された通路によって行なわれる。これらの通路は通常、ロールの回転軸に平行に設けられて、ロールの回転軸に隣接する領域に配置されている。このような配置にする理由の１つは、当業者が、一般的に、回転軸に近い位置で流体を回転装置内部に供給するためである。この結果、このような流体供給を、回転装置を支持するシャフト内に取り入れることができる。
【０００７】
更に加えて、一般的に、高回転（線）速度であることが生産速度を高めるためには非常に望ましいと当業者は考えていることが理解される。しかし、現在の回転システム（例えば、前述で説明した代表的なグラビア印刷システム）に流体を充填して高い円周速度で回転させると、遠心力によって、流路（又は回転装置の回転軸に隣接する領域に配置される流路部分）に低圧領域が形成される（すなわち、「真空に引かれる」）ことが分かった。この低圧領域によって、３つの望ましくない現象が、高回転速度が必要とされる動作において生じると考えられる。
１．回転装置がある回転速度に達すると、回転装置内に配置された任意の通路又はその一部（回転軸に隣接する）における局部圧力は、局所温度において流体の蒸発圧力未満まで低下する。流体は蒸発させられてガス泡を形成する。この現象は、高ｒｐｍで動作する油圧ポンプにおいて観察されるキャビテーションに類似していると考えることができる。
２．流体の脱気が適切に行なわれないと、流体中の任意の同伴気泡のサイズが、圧力低下とともに大きくなる。
３．ヘンリーの法則に従って、流体中に溶解する空気の量は局部圧力に比例する。流体が、回転装置の外部の位置から回転装置の中心まで、回転装置内に配置された通路を通って輸送されると、流体に及ぼされる圧力は大気圧から真空付近まで変化する。そしてこの溶解空気の一部が流体中の泡の形態で放出される可能性がある。
【０００８】
理想気体の法則に従って、ガス又は気泡の体積は局部圧力に反比例している。したがって、流体中の泡のサイズは、回転速度の増加とともに大きくなる。この理由は、回転軸の近くの領域に配置された任意の流路（又はその部分）内の圧力が、回転速度の増加とともに減少するからである。これらのガス又は気泡によって、高回転速度動作（例えば印刷及びコーティング）に問題が生じる。こうした問題には、望ましくない流量、内部ロール配管内での部分閉塞、ノイズ、振動、及び配管網に対する損傷を含めることができる。後者は、インペラによって生じるキャビテーションに起因する損傷に類似していると考えることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、当業者であれば分かるように、材料加工技術で用いる機器の速度及び性能を高めるために、これらの遠心力によって生じるこのような望ましくない現象（例えば、前述で説明したもの）を制御してなくてはならない。高速ロータリユニオンの性能を制御及び増加させるデザインが、製造において必要である。明らかに、機器デザイン、流体力学、及び高速製造を関連づけることができるデザインが必要である。
【００１０】
本開示の回転装置は、単一又は複数の流体を輸送することができる流体送出システムにおいて用いるための回転装置を提供し、かつ、流体入力における内部供給式ロールの高速回転に起因する圧力低下を制御することによって、従来技術に付随するこれらの問題を打開し、低圧領域が形成されることを、経済的な方法で防止する。開示された回転装置は、種々の数の流路に適応するように変更することができ、また出入りする導管配置の間で効率的な回転が確実に行なわれるようにデザインされている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本開示によって、流体をウェブ基板の表面上に印刷するための印刷システムが提供される。印刷システムは、軸の周りに表面速度ｖで回転可能なグラビアロール、及び該グラビアロールの内部に配置された流路であって、摩擦Ｐｆに起因して流路の全体を通して圧力低下が生じる流路、を含んでいる。流路は、軸に対して距離Ｒｉｎで軸に略平行に配置されている。流路によって、流体蒸気圧Ｐｖ及び流体密度ρを有する流体の、グラビアロールの外部の第１の位置からグラビアロールのウェブ基板接触面までの流体連絡がもたらされる。ウェブ基板接触面は、軸に対して距離Ｒｏｕｔに配置される。Ｒｉｎは、次の関係、
【００１２】
【数１】
2016532588.tif 000003
から求められ、ここで、
Ｐｏｕｔ＝ウェブ基板接触面における流路の静圧である。
【００１３】
本開示によってまた、流体をウェブ基板の表面上に印刷するための印刷システムが提供される。印刷システムは、軸の周りに表面速度ｖで回転可能なグラビアロール、及び該グラビアロールの内部に配置された流路であって、摩擦Ｐｆに起因して流路の全体を通して圧力低下が生じる、流路、を含んでいる。流路の一部は、軸に対して距離Ｒｉｎで配置される。流路によって、流体蒸気圧Ｐｖ及び流体密度ρする流体の、グラビアロールの外部の第１の位置からグラビアロールのウェブ基板接触面までの流体連絡がもたらされる。ウェブ基板接触面は、軸に対して距離Ｒｏｕｔに配置される。Ｒｉｎは次の関係、
【００１４】
【数２】
2016532588.tif 000004
から求められ、ここで、
Ｐｏｕｔ＝ウェブ基板接触面における流路の静圧である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】例示的なパイプが収容された例示的な回転装置であって、流体を収容するパイプ内の力を実証するために用いられ、以下の等式１５を導き出すために用いられる回転装置である。
【図１Ａ】例示的なパイプであって、流体を収容するパイプ内に存在する力を実証するために用いられ、図１の例示的な回転装置内に配置され、以下の等式１５を導き出すために用いられるパイプである。
【図２】回転装置を通る例示的なパイプデザインであり、例示的なＲｉｎ及びＲｏｕｔを示す。
【図３】ウェブ基板と接触する回転装置を通る代替的な例示的なパイプデザインであり、別の例示的なＲｉｎ及びＲｏｕｔを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本説明によれば、細長いパイプに対して本質的に垂直な軸の周りに回転可能な細長いパイプ内に与えられた液体中の蒸発（例えば、ガス又は気泡の形成）を制御することが、このようなシステム内の圧力の数学的基礎を進歩させることによって実現できると考えられる。流体蒸発プロセスを理解及び評価し、結果を用いて本明細書で記載する固有の回転装置を説明するために、回転軸に略垂直であるとともにその周りに回転するパイプ（又は流路）を通る流体化媒体の動きに関係する力について検討する必要がある。これらの結果を用いて高回転速度応用例で用いるのに適した回転装置をデザインし、流体が回転装置を横断して装置を出る位置を、回転装置（例えば、内部供給式グラビアロール）の回転軸に対して注意深く選ぶことによって、流体蒸発を防止又は低減することが可能になる。このことは、流体を回転装置の外部の位置から回転装置に内部的に通す流体連絡をもたらし、その後流体を、回転装置内に配置された位置から回転装置の表面に堆積させる流体分配網を、慎重にデザインすることを含む。
【００１７】
図１に示すのは、流体を収容して輸送することが可能な流路（又はパイプ）３８が内部に配置された例示的な回転装置１６である。流路３８は、回転軸２４に対して距離Ｒｉｎで配置された入口４６、及び回転軸２４に対して距離Ｒｏｕｔで配置された出口を有する。図１Ａに示すのは、回転軸２４に対して略垂直に配置された図１の流路３８の微少領域上でのシステム力平衡分析である。流路３８には流体が充填され、流路３８は概ね回転軸２４の周りに回転する。言い換えれば、流路３８は回転軸２４の周りに軌道を描いて回る。力平衡は次式のように表すことができる。
【００１８】
等式１            Ｆ１＋Ｆｃ＝Ｆ２＋Ｆｆ
ここで、
Ｆ１及びＦ２＝静圧に起因する微少流体領域の側面における力であり、
Ｆｃ＝遠心力であり、
Ｆｆ＝摩擦に起因する抵抗力である。
【００１９】
遠心力は次式のように書き換えることができる。
【００２０】
等式２            Ｆｃ＝ｍ＊ａ
ここで、
ｍ＝特定の領域における流体の質量であり、
ａ＝回転に起因する加速度である。
【００２１】
回転に起因する加速度ａは、次式から計算することができる。
【００２２】
等式３            ａ＝ω２Ｒ
ここで、
ω＝角速度であり、
Ｒ＝回転軸から微少流体領域の中心までの距離である。
【００２３】
したがって、等式１を次式のように書き換えることができる。
【００２４】
等式４      Ｐ１πｒ２＋ρπｒ２ΔＲ（ω２Ｒ）＝Ｐ２πｒ２＋Ｆｆ
ここで、
Ｐ１及びＰ２＝微少流体領域の側面における静圧であり、
ρ＝流体密度であり、
ｒ＝パイプの半径である。
【００２５】
簡単にするために、円筒パイプを想定して等式４を導き出すことができる。しかし、当業者であれば分かるように、以下の等式及び結果はパイプの断面形状とは無関係である。したがって、等式の両辺を断面積πｒ２で割ることによって、等式４を次式のように書き換えることができる。
【００２６】
等式５            ρΔＲ（ω２Ｒ）＝Ｐ２−Ｐ１＋ΔＰｆ
ここで、
ΔＰｆ＝摩擦に起因する微少領域における圧力低下である。
【００２７】
左辺及び右辺をパイプ入口位置から出口位置まで積分した後に、次式が得られる。
【００２８】
【数３】
2016532588.tif 000005
ここで、
Ｒｉｎ及びＲｏｕｔ＝それぞれパイプ入口及び出口における回転軸に対する半径であり、
Ｐｉｎ及びＰｏｕｔ＝それぞれパイプ入口及び出口における静圧であり、
Ｐｆ＝摩擦に起因するパイプ全体を通しての圧力低下である。
【００２９】
Ｐｆは当業者であれば好適な工学便覧において見つけることができる。あるいは、長くて一定断面積の円筒パイプを通る流れが層流である場合には、当業者であれば、Ｐｆをハーゲンポアズイユの式から計算することができる。参考までに、ハーゲンポアズイユの式は次の通りである。
【００３０】
【数４】
2016532588.tif 000006
ここで、
μ＝流体粘性であり、
ｌ＝パイプ長さであり、
ｒ＝パイプの内半径であり、
Ｑ＝体積流量である。
【００３１】
等式６から、次式が得られる。
【００３２】
【数５】
2016532588.tif 000007
【００３３】
ロール表面速度ｖを次式から計算することができる。
【００３４】
【数６】
2016532588.tif 000008
【００３５】
表面速度ｖ（等式９）を等式８に代入することによって、次式が得られる。
【００３６】
【数７】
2016532588.tif 000009
【００３７】
再び整理した後、次式が得られる。
【００３８】
【数８】
2016532588.tif 000010
【００３９】
パイプを用いて流体を送出するために、Ｐｉｎは、適用温度において、流体蒸気圧Ｐｖよりも高くなくてはならない。そうでない場合、入口における液体は蒸発することになる。したがって、Ｐｉｎ＞Ｐｖと推定することは妥当である。
【００４０】
したがって、等式１１は次のように書き換えることができる。
【００４１】
【数９】
2016532588.tif 000011
【００４２】
当業者であれば理解するように、２つの選択肢が等式１２に対して存在する。すなわち、
【００４３】
【数１０】
2016532588.tif 000012
である。後者の関係の場合（例えば、
【００４４】
【数１１】
2016532588.tif 000013
【００４５】
（すなわち、正であり、ゼロ値よりも大きい））、流体の蒸発が起こり得る。正味の影響は、Ｒｉｎが非ゼロ値でなければならないことである（すなわち、Ｒｉｎが回転軸から離れるように半径方向にずれる）。言い換えれば、次式の通りである。
【００４６】
【数１２】
2016532588.tif 000014
【００４７】
本発明とともに用いるのに適した例示的な流体を用いた場合（例えば、２５℃のＨ２Ｏ）、パイプを通る摩擦損失Ｐｆは無視できるほどに小さい（すなわち、ほとんどゼロである）と推定することができる。例えば、２５℃のＨ２Ｏを用いて、理論上の臨界回転速度ｖｃを規定することが、典型的な回転システム（典型的な流体が、回転装置（例えば、前述で説明した回転グラビアシステム）の内部に位置する通路に供給され、回転装置によって水が、大気圧において、回転装置に接触する基板上に内部通路から堆積される）に対して可能である。
【００４８】
【数１３】
2016532588.tif 000015
【００４９】
ここで、既知の表値は次の通りである。
Ｐｏｕｔ＝１０１３２５Ｐａ（ＳＴＰにおける大気圧）であり、
Ｐｖ＝３２００Ｐａ（例えば、Ｈ２Ｏ蒸気圧（２５℃にて））であり、
ρ＝１０００ｋｇ／ｍ３（２５℃のＨ２Ｏに対して）である。
【００５０】
その結果、前述で説明した有害な影響を防ぐために、２５℃のＨ２Ｏに対してｖ＜１４ｍ／ｓ（ｖ＜２７５５ｆｔ／ｍｉｎ）となる。この回転速度制限によって、製造作業で２５℃のＨ２Ｏに対して１４ｍ／ｓ（２７５５ｆｔ／ｍｉｎ）よりも大きい回転速度を用いることを、パイプ内で生じる流体の蒸発により、防止することができる。
【００５１】
表面速度が関係ｖ＞ｖｃを有するとき、液体がパイプ入口で気化するのを防ぐために、回転物体内のパイプデザインは以下の等式を満たさなければならないことが分かる。
【００５２】
【数１４】
2016532588.tif 000016
条件は２５℃のＨ２Ｏ。
【００５３】
更に加えて、次式が好ましい。
【００５４】
【数１５】
2016532588.tif 000017
条件は２５℃のＨ２Ｏ
【００５５】
加えて、以下の更なる関係に留意することが有用である。
ヘンリーの法則によれば、液体中に溶解するガスはガスの分圧に比例する。
【００５６】
等式１７            ｐ＝ｋＨｃ
ここで、
ｐは液体と平衡状態にあるガスの分圧であり、
ｋＨはヘンリー定数であり、
ｃは溶解ガス濃度（例えば、酸素及び窒素）である。
【００５７】
理想の状態式に対する等式は次の通りである。
【００５８】
【数１６】
2016532588.tif 000018
ここで、
Ｐはガスの圧力であり、
Ｖはガスの体積であり、
ｎはガスの物質の量であり（モル数としても知られている）、
Ｔは、ガスの温度であり、
【００５９】
【数１７】
2016532588.tif 000019
は理想又は普遍の気体定数である。
【００６０】
図示したように、図２に示すのは、例示的な回転装置１６におけるＲｉｎ、Ｒｏｕｔ、及び回転軸２４の間の関係を示す典型的な図面である。回転装置１６は、回転軸２４に略平行でその周りに回転する単一流路３８を有している。回転軸２４ａの周りに回転する２つの流路３８ａ、３８ｂを有する例示的な回転装置１６ａのＲｉｎとＲｏｕｔとの間の上述の関係を示す典型的な図面を、図３に示す。図３に示すように、例示的な流路３８ｂの全体が（又は任意の規定部分でさえ）回転軸２４ａと連続的に平行である（すなわち、共線である）必要は無い。
【００６１】
図２及び３を参照して、前述した数学的導出を用いて、本開示の目的上、Ｒｉｎの値を、回転軸２４、２４ａと、回転装置１６、１６ａ内に配置され、回転装置１６、１６ａの表面上に開口部が配置された特定の流路３８、３８ａ、３８ｂの任意の部分が回転軸２４、２４ａに最も近くなる点と、の間の距離として求めることができる。与えられた回転装置１６、１６ａ内に存在し得る各流路３８、３８ａ、３８ｂは、独自の付随するＲｉｎ（すなわち、Ｒｉｎ、Ｒｉｎ２など）とともに、それぞれの流路３８、３８ａ、３８ｂの全体を通しての圧力低下（すなわち、Ｐｆ、Ｐｆ２など）を有することができることを認識されたい。図３に示すように、例示的な流路３８ｂの一部（微視的に規定される）を配置することができる回転軸２４ａからの距離にずれが生じる可能性があり、回転装置１６ａを通る流体材料の流れ（巨視的）の大まかな方向は回転軸２４ａに略平行であると考えても良いことを認識されたい。別の言い方をすれば、流路３８、３８ａ、３８ｂ又はそれらの任意の特定の部分は、回転軸２４、２４ａと平行である必要はない。
【００６２】
図２及び３を参照して、前述した数学的導出を用いて、本開示の目的上、Ｒｏｕｔの値を、回転軸２４、２４ａと、回転装置１６、１６ａ内に配置された特定の流路３８、３８ａ、３８ｂが回転装置１６、１６ａのウェブ接触面４８上で終了する、回転軸２４、２４ａに対する点と、の間の距離として求めることができる。与えられた回転装置１６、１６ａ内に存在し得る各流路３８、３８ａ、３８ｂは、少なくともその一部が、回転装置１６、１６ａの表面４８と流体連絡し、回転軸２４、２４ａから半径方向距離Ｒｏｕｔに配置される可能性がある。与えられた回転装置１６、１６ａ内に存在し得る各流路３８、３８ａ、３８ｂは、独自の付随するＲｏｕｔ（すなわち、Ｒｏｕｔ、Ｒｏｕｔ２など）と、表面４８に接触するウェブ基板５０における対応する静圧（すなわち、Ｐｏｕｔ、Ｐｏｕｔ２など）とを有することができることを認識されたい。
【００６３】
回転装置１６を用いて、例示的なコンタクト印刷システムを得ることができる。このようなコンタクト印刷システムは概ね、流体を、ウェブ基板５０又は物品（当業者には「中心ロール」としても知られている）及び他の補助部品（流体を中心ロールから基板上に移動させて、例えば画像を基板上に印刷するのを助けるのに必要である）上に移動させる印刷部品から形成される。本開示の装置と範囲において対応する例示的な印刷部品を提供する際に、回転装置１６をグラビアシリンダとして提供することができる。想定されたグラビアシリンダを用いて、所望のパターン及び量のインクを運び、インクの一部をウェブ材料５０まで移送することができる。ウェブ材料５０は、グラビアシリンダの表面４８と接触して配置されていて、グラビアシリンダはインクをウェブ材料５０まで移送する。
【００６４】
いずれにしても、最終的に本開示の回転装置１６を用いて、様々な流体をウェブ基板に、目標速度及び所望のパターンで塗布することができる。非限定的な例として、本開示と範囲において対応するコンタクト印刷システムは、前述で説明した従来のグラビア印刷システム（例えば、単に一つのインクを塗布することができる）と比べたときに、ウェブ基板に単に一つよりも多い流体を塗布することができる（例えば、それぞれ異なる色を有する複数の別個のインク、又は内部的に混合及び／若しくは組み合わされた複数の別個のインクを回転装置１６、１６ａに塗布して中間色を有するインクを形成することができる）。各流体は、流体密度（すなわち、ρ、ρ２など）及び対応する蒸気圧（すなわち、Ｐｖ、Ｐｖ２など）を有することができる。
【００６５】
本明細書で説明した回転装置１６を適用することを、印刷プロセス又は当業者に既知の他の変換動作に関連する追加プロセスに適した構成部品と共に行なうことができる。更に、多数のデザイン特徴を統合して、複数の流体（例えばインク）をウェブ基板５０上に同じ回転装置１６を用いて印刷する構成を得ることができる。当業者であれば理解するであろう驚くべきかつ明らかな利益は、フレキソ又はグラビア印刷システムの基本的制約（別個の印刷デッキがどの色に対しても必要である）がなくなることである。本明細書で説明した装置は、前述で説明した欠点がすべてない状態で、グラビア印刷システムの意図されたグラフィック上の利益をすべて提供する特有の能力を有する。
【００６６】
本開示の回転装置１６にマルチポートロータリユニオンを設けることもできる。マルチポートロータリユニオンを用いることによって、複数の流体を、回転装置１６内に配置された対応する流路３８に送出することができる。当業者であれば理解するように、好ましいマルチポートロータリユニオンは、所望する数の流体（例えば、色）を、回転装置１６に付随する各流路３８に供給できなければならない。当業者であれば理解するように、本発明と共に用いるのに適した従来のマルチポートロータリユニオンは典型的に、最大で４４の通路を設けることができ、また最大で５．２×１０７パスカル（７，５００ポンド／平方インチ）のインク圧力を用いるのに適している。
【００６７】
なお、別個の流路３８を別の流路３８と組み合わせることを、それらの対応する長さに沿った任意の点で行なっても良い。事実上、これは、各別個の流路３８に付随する流体ストリームを組み合わせることであり、別個の流体を混合して最終用途にとって望ましい特性を有する第３の流体を発生させることができる。例えば、赤インクと青インクとをその場で組み合わせることを、回転装置１６内に配置された流路３８内で行なって、スミレ色を発生させることができる。
【００６８】
一実施形態において、流路３８を電子ビーム穿孔を用いて形成しても良いことは、当該技術分野で既知である。電子ビーム穿孔には、高エネルギー電子が表面に衝突することによって材料を貫通する孔が形成されるプロセスが含まれる。別の実施形態では、流路３８はレーザを用いて形成しても良い。別の実施形態では、流路３８を従来の機械的ドリルビットを用いて形成しても良い。更に他の実施形態では、流路３８を放電加工を用いて形成しても良いことは、当該技術分野で既知である。更に他の実施形態では、流路３８は化学エッチングによって形成しても良い。更にまた別の実施形態では、流路３８を急速プロトタイピングプロセス（例えば、ステレオリソグラフィ／ＳＬＡ、レーザ焼結、又は溶融堆積モデリング）の構造の一部として形成することができる。
【００６９】
一実施形態では、流路３８は、実質的に直線で回転装置１６の外面に垂直な部分を有していても良い。別の実施形態では、流路３８を、回転装置１６の外面から９０度以外の角度で設けることができる。これらの各実施形態において、各流路３８は単一の出口点を、回転装置１６の表面４８に有する。
【００７０】
当業者であれば理解するように、最新式の回転装置１６は、レーザ刻印されたセラミックロールと、セラミックコーティング内のレーザ刻印された炭素繊維とを含んでいても良い。いずれの場合でも、セル形状（例えば、外面における開口部の形状及びサイズ、壁角度、深さなど）を好ましくは、望ましい目標流量、分解能、及びインク保持が、高速で回転する回転装置１６において得られるように選ぶ。
【００７１】
前述したように、現時点で利用可能な回転接触システムは、インクパン又は封入されたインク溜を用いて、回転接触システムの表面から離れて配置された位置から、回転接触システムの表面内に配置された別個のセルにインク又は他の流体を充填する。前述のドクダーブレードによって余分なインクを拭き取って、インク送出速度が主にセル形状の関数となるようにする。この結果、比較的一様なインク塗布速度が得られる場合があるが、インクの化学的性質、粘性、基板材料変動、動作速度などの変化を考慮した調整能力は得られない。その結果、驚くべきことに、開示された技術によって、アニロックス及びグラビアセル技術のある特定の能力が、変更された透過性ロール構成で再び適用され得ることが、本開示の発明者らによって見出された。いずれにしても、図２及び３に示すように、特定の流体を回転装置１６の表面４８に供給することを、回転装置の表面４８の下に設けられた流路３８（流路は上述の等式１５に従って設けられる）から行なうことができる。
【００７２】
一実施形態では、流路３８は電子ビーム穿孔によって設けられ、そのアスペクト比は少なくとも約２５：１であっても良い。例えば、流路３８のアスペクト比が２５：１である場合、その長さは流路３８の直径の２５倍である。この実施形態では、流路３８の直径は約０．０２５ｍｍ（０．００１インチ）〜約０．７５ｍｍ（０．０３０インチ）であっても良い。流路３８が表面４８に接触する角度は、回転装置１６の表面４８に対して約２０〜約９０度であっても良い。流路３８を回転装置１６の表面上で正確に位置づけることを、透過性の望ましい非ランダムパターンの０．０１３ｍｍ（０．０００５インチ）の範囲内で行なっても良い。
【００７３】
一実施形態では、流路３８のアスペクト比は、約２５：１〜少なくとも約６０：１の範囲である。この実施形態では、孔（０．１３ｍｍ（０．００５インチ）の直径）を金属シェル（約３ｍｍ（０．１２５インチ）の厚さ）に電子ビーム穿孔しても良い。その後、金属メッキをシェルの表面に施しても良い。メッキによって、公称上の流路３８の直径が、約０．１３ｍｍ（０．００５インチ）から約０．０５ｍｍ（０．００２インチ）まで小さくなっても良い。
【００７４】
流路３８の開口部を回転装置１６の表面４８に配置する精度によって、回転装置１６の透過性を回転装置１６の本来の多孔性から切り離すことができる。回転装置１６の透過性を、ウェブ基板５０に対する特定の流体塗布パターンを介して特定の利益が得られるように選んでも良い。流路３８に対する場所を、回転装置１６において特定の透過性配列が得られるように決めても良い。この配列によって、流路３８に形成された流体液滴を、流体液滴と接触する移動するウェブ基板５０の流体受け取り表面に選択的に移送することが可能になる場合がある。
【００７５】
驚くべきことに、回転装置１６を、回転装置１６にとって望ましい形状、及び／又は回転装置１６の表面４８にとって望ましい形状、及び／又は内部に配置された各流路３８の望ましい形状を取り入れたユニボディ構造の形態に製造することができることが見出された。このようなユニボディ構造は典型的に、部品の構築を、一度に一層ずつ、次のような典型的な技術を用いることによって可能にする。例えばＳＬＡ／ステレオリソグラフィ、ＳＬＭ／選択的レーザ溶融、ＲＦＰ／急速凍結プロトタイピング、ＳＬＳ／選択的レーザ焼結、ＳＬＡ／ステレオリソグラフィ、ＥＦＡＢ／電気化学的製造、ＤＭＤＳ／直接金属レーザ焼結、ＬＥＮＳ（登録商標）／レーザ加工ネットシェイピング、ＤＰＳ／直接フォトシェイピング、ＤＬＰ／デジタルライトプロセッシング、ＥＢＭ／電子ビーム加工、ＦＤＭ／溶融堆積製造、ＭＪＭ／マルチフェイズジェットモデリング、ＬＯＭ／薄膜積層法、ＤＭＤ／直接金属堆積、ＳＧＣ／固体下地硬化、ＪＦＰ／ジェットフォトポリマー、ＥＢＦ／電子ビーム加工、ＬＭＪＰ／液体金属ジェット印刷、ＭＳＤＭ／モールド定形蒸着製造法、ＳＡＬＤ／選択領域レーザ蒸着、ＳＤＭ／シェイプデポジション製造、それらの組み合わせなど。
【００７６】
当業者であれば分かるように、このようなユニボディ回転装置１６を構成することは、これらの技術を用いて、それらを当業者に既知の他の技術（例えば鋳造）と組み合わせることによって行なうことができる。非限定的な例として、「逆ロール」を用いて、特定の回転装置１６にとって望ましい所望の流体通路を作製することができ、そして所望の回転装置１６材料を通路作製物の周りで鋳造することができる。このように、流路３８にとって望ましい形状を与える通路作製物を形成して、回転装置１６に中空流路３８を設けることができる。このプロセスの非限定の変形としては、最後の鋳造が硬くなったら溶解することができる可溶性材料で通路作製物を提供し、望ましい流路３８が内部に配置された回転装置１６を作り出す工程を挙げることができる。
【００７７】
更に別の非限定的な例では、回転装置１６の部分を別個に作製し、組み合わせて最終的な回転装置１６組立品にすることができる。この結果、回転装置１６の部品に対する組立及び修理作業（例えば、コーティング、機械加工、加熱など）を、部品を一緒に組み立てて完全なコンタクト印刷システム（例えば、回転装置１６）を作る前に容易に行なうことができる。このような技術では、本開示と範囲において対応する完成した回転装置１６の構成部品のうちの２つ以上を組み合わせて、単一の一体部分にすることができる。
【００７８】
代替的に、また別の非限定的な例によって、回転装置１６を同様に、ユニボディ構造であって、流体連絡がその場で形成されて、ウェブ基板５０への望ましい流体塗布を行なうのに必要なあらゆる流路３８を含む一体化された構造が得られるユニボディ構造として構成することができる。そして１又は複数の流路３８を設けて、流体を回転装置１６の表面４８上のある位置から、回転装置１６の表面４８上に配置された別の位置まで流体的に連絡して、ウェブ基板５０への接触を図ることができる。
【００７９】
本明細書で用いる場合、「ウェブ基板」には、その上に印を刻み付けても良く、印を実質的に添着しても良い、物品の製造に適した製品が含まれる。使用に適していて、意図された開示内容の範囲内にあるウェブ材料としては、繊維構造、吸収紙製品、及び／又は繊維を含む製品が挙げられる。他の材料も、本発明が示すどの優位性とも干渉せずまたそれらを妨げることもない限り、本発明の範囲内であることが意図される。好適なウェブ材料としては、箔、ポリマーシート、布地、織布又は不織布、紙、セルロース繊維シート、同時押出成形物、積層物、高内相エマルション発泡材料、及びそれらの組み合わせを挙げることができる。選択した変形可能材料の特性として、次の組み合わせ又は程度を挙げることができるが、これらに限定されない。多孔性、非多孔性、微小多孔性、気体又は液体透過性、非透過性、親水性、疎水性、吸湿性、親油性、疎油性、高臨界表面張力、低臨界表面張力、表面が予めテクスチャ加工されている、弾性的に曲げ可能、塑性的に曲げ可能、電気伝導性、及び電気的に非伝導性。このような材料は、均質とすることもできるし又は組成物の組み合わせとすることもできる。
【００８０】
本明細書で開示された寸法及び値は、記載された正確な数値に厳密に限定されると理解されるべきではない。その代わりに、特に指示がない限り、このような各寸法は、記載された値とその値を囲む機能的に等価な範囲との両方を意味することが意図されている。例えば、「４０ｍｍ」と開示された寸法は「約４０ｍｍ」を意味することが意図されている。
【００８１】
発明を実施するための形態で引用された文献はすべて、関連する部分において、本明細書において参照により組み込まれている。どの文献の引用も、それが本発明に対する従来技術であることを認めるものと解釈されるべきではない。本書における用語のいずれかの意味又は定義が、参照により組み込まれた文献における同じ用語のいずれかの意味又は定義と矛盾する限りにおいては、本書においてその用語に割り当てられた意味又は定義が優先するものとする。
【００８２】
本発明の特定の実施形態が説明及び記載されてきたが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく他の様々な変更及び修正を行い得ることが当業者には明白であろう。したがって、本発明の範囲内に含まれるそのような全ての変更及び修正は、添付の特許請求の範囲にて網羅することを意図したものである。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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